Комплексная система охлаждения тягового преобразователя и двигателя внутреннего сгорания тепловоза (варианты)
Владельцы патента RU 2344953:
Открытое акционерное общество Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава (ОАО "ВНИКТИ") (RU)
Изобретение относится к области транспортных средств и направлено на усовершенствование систем охлаждения транзисторов тягового преобразователя тепловоза с электропередачей переменно-переменного тока и его двигателя внутреннего сгорания. Система охлаждения содержит жидкостные охладители транзисторов тягового преобразователя и систему охлаждения двигателя внутреннего сгорания, состоящую из горячего и холодного жидкостных контуров охлаждения, а также масляного контура. Горячий контур охлаждения включает в себя жидкостные полости охлаждения двигателя внутреннего сгорания. Холодный контур охлаждения включает в себя жидкостно-воздушный радиатор и охладители наддувочного воздуха и масла, а масляный контур охлаждения - масляный насос, масляные полости двигателя внутреннего сгорания и охладитель масла. Горячий и холодный контуры охлаждения соединены между собой ветвями межконтурного перепуска. В первом варианте жидкостные охладители транзисторов тягового преобразователя включены в холодный контур системы охлаждения двигателя, а во втором варианте они включены в масляный контур системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания. Технический результат заключается в обеспечении более эффективного охлаждения преобразователей, упрощении системы охлаждения и повышении надежности транзисторов в условиях зимней эксплуатации. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к области транспортных средств, в частности к системам охлаждения транзисторов тягового преобразователя тепловоза с электропередачей переменно-переменного тока и его двигателя внутреннего сгорания.
Известна двухконтурная система охлаждения двигателя внутреннего сгорания тепловоза, содержащая горячий и холодный контуры циркуляции охлаждающей жидкости, и отдельно система воздушного охлаждения выпрямительной установки, содержащая непосредственно выпрямительную установку с лавинными кремниевыми вентилями с воздушными радиаторами, вентиляторную установку с приводом для подачи охлаждающего воздуха в выпрямительную установку, воздухоочистители и воздуховоды (Тепловоз 2ТЭ116, Москва, "Транспорт", 1985, рис.50, стр.83).
Известна также система воздушного охлаждения транзисторов тяговых преобразователей, содержащая транзисторы, воздушные радиаторы, вентиляторную установку с приводом для подачи охлаждающего воздуха в выпрямительную установку, воздухоочистители, заборные и выхлопные решетки, а также систему воздуховодов («Тяговый преобразователь большой мощности на транзисторах JGBT» Железные дороги мира, 03 - 2002).
Недостатками известных систем воздушного охлаждения являются:
- большие габаритные размеры воздушных радиаторов транзисторов и соответственно тяговых преобразователей;
- сложность конструкции воздушных радиаторов;
- сложность системы воздушного охлаждения, содержащей вентиляторную установку с приводом, воздухоочистители и громоздкие воздуховоды; большие габаритные размеры перечисленного оборудования на тепловозе;
- значительные затраты энергии, расходуемой на привод вентиляторных установок;
- ограниченная надежность при эксплуатации в условиях низких отрицательных температур окружающей среды;
- наличие на тепловозе двух обособленных друг от друга систем охлаждения (двигателя и выпрямительной установки) с вентиляторами и приводами, что существенно увеличивает их суммарные габариты и массу и в итоге затрудняет общую компоновку тепловоза.
Известна система жидкостного охлаждения транзисторов силовых преобразователей, содержащая транзисторы с жидкостными охладителями, насос с приводом для прокачки охлаждающей жидкости через преобразователь, водовоздушный радиатор для отвода тепла от охлаждающей жидкости в атмосферу, вентилятор с приводом, обеспечивающий циркуляцию воздуха через водовоздушный радиатор, электроподогреватель для стабилизации температурных условий работы преобразователя в условиях отрицательных температур атмосферного воздуха («Применение тяговых преобразователей на базе транзисторов JGBT» Железные дороги мира, 05 - 2002; И.Тайгелькеттер (J. Teiqelkotter), Д. Шпренгер (D. Sprenger) «Тяговый преобразователь фирмы Siemens на транзисторах JGBT», Железные дороги мира, №12, 1999).
Положительным свойством системы жидкостного охлаждения по сравнению с воздушной является уменьшенные габариты охладителей транзисторов тяговых преобразователей, благодаря чему могут быть уменьшены размеры преобразователя или увеличена его мощность, а также более высокие показатели надежности при работе преобразователя в условиях низких температур атмосферного воздуха.
Недостатками известной системы жидкостного охлаждения транзисторов тяговых преобразователей являются: наличие на тепловозе двух обособленных друг от друга водяных систем охлаждения с индивидуальными вентиляторами, водовоздушными радиаторами, насосами и приводами вентиляторов и насосов, а также наличие электроподогревателя, что существенно увеличивает их суммарные габариты и массу и в итоге затрудняет общую компоновку тепловоза, а также приводит к дополнительным затратам электроэнергии при стабилизации температурных условий работы преобразователя в условиях отрицательных температур атмосферного воздуха.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности и надежности охлаждения преобразователей, сокращение габаритов и массы оборудования системы охлаждения, сокращение строительной стоимости системы и тепловоза в целом, а также сокращение эксплуатационных затрат при ее функционировании.
Указанный технический результат достигается тем, что в комплексной системе охлаждения тягового преобразователя и двигателя внутреннего сгорания тепловоза, содержащей жидкостные охладители транзисторов тягового преобразователя и систему охлаждения двигателя внутреннего сгорания, состоящую из горячего и холодного жидкостных контуров охлаждения, а также масляного контура, горячий контур охлаждения включает в себя жидкостные полости охлаждения двигателя внутреннего сгорания, первый циркуляционный насос и первый жидкостно-воздушный радиатор, холодный контур охлаждения - второй циркуляционный насос, второй жидкостно-воздушный радиатор и охладители наддувочного воздуха и масла, включенного в холодный контур холодной стороной, а масляный контур охлаждения - масляный насос, масляные полости двигателя внутреннего сгорания и охладитель масла, включенный в масляный контур горячей стороной, горячий и холодный контуры охлаждения соединены между собой ветвями межконтурного перепуска, в первом варианте жидкостные охладители транзисторов тягового преобразователя включены в холодный контур системы охлаждения двигателя, а во втором варианте они включены в масляный контур системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания.
На фиг.1 представлена схема включения охладителей транзисторов в холодном контуре по первому варианту параллельно охладителям наддувочного воздуха и масла. На фиг.2 представлена схема включения охладителей транзисторов в холодном контуре по первому варианту параллельно основному потоку в трубопроводе между радиатором холодного контура и насосом. На фиг.3 представлена схема включения охладителей транзисторов в масляном контуре по второму варианту.
Комплексная система (фиг.1, 2 и 3) содержит горячий 1, холодный 2 и масляный 3 контуры охлаждения двигателя внутреннего сгорания тепловоза. Горячий контур 1 состоит из жидкостных полостей охлаждения 4 двигателя внутреннего сгорания, первого циркуляционного насоса 5 и первого жидкостно-воздушного радиатора 6. Холодный контур 2 включает в себя второй циркуляционный насос 7, охладитель наддувочного воздуха 8, охладитель масла 9, который включен в контур холодной стороной, и второй жидкостно-воздушный радиатор 10. Масляный контур охлаждения 3 включает в себя масляный насос 11, масляные полости охлаждения 12 двигателя внутреннего сгорания и охладитель масла 9, включенный в контур горячей стороной. Горячий 1 и холодный 2 контуры соединены между собой ветвями межконтурного перепуска 13 и 14, снабженными вентилями соответственно 15 и 16, позволяющими вручную управлять соединением контуров.
В первом варианте (фиг.1 и 2) жидкостные охладители 17 транзисторов тягового преобразователя 18 электропередачи переменно-переменного тока включены в холодный контур 2 системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания для повышения их эффективности охлаждения и надежности. При этом жидкостные охладители 17 могут быть включены в различные участки холодного контура 2: параллельно охладителям наддувочного воздуха 8 и масла 9 (фиг.1), или параллельно только охладителю наддувочного воздуха 8 (на чертеже не показано), или параллельно только охладителю масла 9 (на чертеже не показано), или параллельно основному потоку в трубопроводе 19 между вторым жидкостно-воздушным радиатором 10 и вторым циркуляционным насосом 7 (фиг.2).
Во втором варианте жидкостные охладители 17 транзисторов тягового преобразователя 18 для повышения эффективности их охлаждения могут быть включены в разные участки масляного контура охлаждения 3, например, параллельно масляным полостям 12 охлаждения двигателя внутреннего сгорания (Фиг.3) или на прямом участке трубопровода 20 масляного контура охлаждения 3 после охладителя масла 9 (на чертеже не показано).
Комплексная система работает следующим образом. При подключении жидкостных охладителей 17 транзисторов тягового преобразователя 18 в холодный контур 2 системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания по первому варианту охлаждение их осуществляется водой. В случае подключения их параллельно основным устройствам этого контура - охладителю наддувочного воздуха 8 или охладителю масла 9 или параллельно охладителям наддувочного воздуха 8 и масла 9 (фиг.1) - расход воды через охладители транзисторов не должен превышать 10% от производительности второго циркуляционного насоса 7. В случае подключения жидкостных охладителей 17 транзисторов тягового преобразователя 18 на прямом участке трубопровода холодного контура 2 (фиг.2) расход воды через них может быть любым и ограничен только производительностью второго циркуляционного насоса 7.
При включении жидкостных охладителей 17 транзисторов тягового преобразователя 18 в масляный контур 3 по второму варианту - охлаждение их осуществляется маслом. В случае подключения их параллельно масляным полостям 12 двигателя внутреннего сгорания (фиг.3) расход масла через охладители не должен превышать 10% от производительности масляного насоса 11. В случае подключения жидкостных охладителей 17 транзисторов тягового преобразователя 18 на прямом участке трубопровода 20 расход масла через охладители может быть любым и ограничен только производительностью масляного насоса 11.
При работе двигателя внутреннего сгорания его охлаждающие жидкости циркулируют по горячему 1, холодному 2 и масляному 3 контурам и поддерживаются на заданных температурных уровнях, например, для двигателей магистральных тепловозов температуру воды в горячем контуре рекомендуется поддерживать на уровне 75...90°С при максимально допустимой 105°С и минимальной 15°С, в холодном контуре - на уровне 35...75°С при минимальной 15°С, а в масляном контуре - на уровне 60...70°С при максимально допустимой 80°С и минимальной 40°С.
При вышеуказанных температурных уровнях воды холодного контура и масла необходимые теплоотводы от транзисторов жидкостными охладителями обеспечиваются при допустимых температурах их стенок не более 100...110°С. Кроме того, жидкостное охлаждение с вышеуказанными температурами для охлаждения транзисторов исключает вероятность переохлаждения последних при зимних условиях эксплуатации.
Таким образом, предлагаемая комплексная система охлаждения транзисторов тяговых преобразователей и двигателя внутреннего сгорания тепловоза:
обеспечит эффективное охлаждение преобразователей с уменьшенными габаритами их охладителей;
- значительно упростит систему охлаждения преобразователя по сравнению с автономными воздушной или жидкостной системами, так как для нее не требуются специальных насосов, вентиляторов, воздухоочистителей, воздуховодов, и поэтому облегчится размещение другого оборудования на тепловозе;
- обеспечит повышение надежности транзисторов, так как исключит их возможное переохлаждение в условиях зимней эксплуатации;
- исключит дополнительные затраты электроэнергии для прогрева транзисторов в холодное время года.
1. Комплексная система охлаждения тягового преобразователя и двигателя внутреннего сгорания тепловоза, содержащая жидкостные охладители транзисторов тягового преобразователя и систему охлаждения двигателя внутреннего сгорания, состоящую из горячего и холодного жидкостных контуров охлаждения, а также масляного контура, горячий контур охлаждения включает в себя жидкостные полости охлаждения двигателя внутреннего сгорания, первый циркуляционный насос и первый жидкостно-воздушный радиатор, холодный контур охлаждения - второй циркуляционный насос, второй жидкостно-воздушный радиатор и охладители наддувочного воздуха и масла, включенного в холодный контур холодной стороной, а масляный контур охлаждения - масляный насос, масляные полости двигателя внутреннего сгорания и охладитель масла, включенный в масляный контур горячей стороной, горячий и холодный контуры охлаждения соединены между собой ветвями межконтурного перепуска, отличающаяся тем, что жидкостные охладители транзисторов тягового преобразователя включены в холодный контур системы охлаждения двигателя для повышения их эффективности охлаждения и надежности.
2. Комплексная система охлаждения тягового преобразователя и двигателя внутреннего сгорания тепловоза, содержащая жидкостные охладители транзисторов тягового преобразователя и систему охлаждения двигателя внутреннего сгорания, состоящую из горячего и холодного жидкостных контуров охлаждения, а также масляного контура, горячий контур охлаждения включает в себя жидкостные полости охлаждения двигателя внутреннего сгорания, первый циркуляционный насос и первый жидкостновоздушный радиатор, холодный контур охлаждения - второй циркуляционный насос, второй жидкостновоздушный радиатор и охладители наддувочного воздуха и масла, включенного в холодный контур холодной стороной, а масляный контур охлаждения - масляный насос, масляные полости двигателя внутреннего сгорания и охладитель масла, включенный в масляный контур горячей стороной, горячий и холодный контуры охлаждения соединены между собой ветвями межконтурного перепуска, отличающаяся тем, что жидкостные охладители транзисторов тягового преобразователя включены в масляный контур системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания для повышения их эффективности охлаждения и надежности.
