Модернізований тепловоз 2те116

Реферат: Модернізований тепловоз 2ТЕ116 містить кузов з машинним відділенням, в якому розташована силова дизель-генераторна установка з повітрозабірним пристроєм, водяним контуром дизеля, системою очищення масла, тяговим генератором змінного струму, випрямною установкою, причому повітрозабірний пристрій оснащений триступеневою системою очищення повітря, як система очищення масла використаний автоматичний фільтр зі зворотним промиванням, випрямна установка виконана у вигляді трифазної мостової схеми та містить силові діоди з максимальним прямим струмом щонайменше 4000 ампер і максимально допустимою зворотною напругою 1600 вольт, а в водяний контур дизеля включена водонагрівальна установка. UA 107632 U (54) МОДЕРНІЗОВАНИЙ ТЕПЛОВОЗ 2ТЕ116 UA 107632 U UA 107632 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до залізничного транспорту, а саме до двосекційних тепловозів, і призначена для удосконалення тепловоза 2ТЕ116. З рівня техніки відома конструкція тепловоза 2ТЕ116 (див. Филонов С. Тепловоз 2ТЕ116, видавництво "Транспорт", 1985 p.). Тепловоз складається з двох однакових секцій, керованих з поста провідної секції. Кожна з секцій може бути використана як самостійна тягова одиниця. Кузов тепловоза встановлений на головній рамі, в ньому розміщена силова дизель-генераторна установка з повітрозабірним пристроєм, водяним контуром дизеля, системою очищення масла, тяговим генератором змінного струму і випрямною установкою. Як з'ясувалося в ході експлуатації тепловозів даного типу, існуюча конструкція має ряд істотних недоліків. Первісно на тепловозі 2ТЕ116 встановлений двоступінчастої очистки повітряний фільтр безперервної дії (ФБД), який складається з фільтр-елементів, що промиваються маслом за рахунок прокручування в масляній ванні спеціальним пристроєм, а також двох нерухомих, змочених в маслі елементів. При прокручуванні фільтр-елементів великі частинки осідають в масляній ванні фільтра, а дрібний пил залишається в маслі і знову, піднімається фільтром, що обертається, в область всмоктування турбокомпресора. При цьому стан забрудненості масла у ванні ФБД в силу конструктивних недоліків погано контролюється. При великих швидкостях повітря на всмоктуванні масло швидко уноситься в дизель разом з частинками пилу розміром до 60 мкм, зашлаковуючи компресорну частина турбіни та охолоджувач наддувного повітря, знижуючи при цьому ККД турбокомпресора і усього дизеля в цілому. Потрапляючи в камеру згоряння, вони викликають абразивний знос циліндро-поршневої групи та клапанів. Сама конструкція поворотного механізму, незважаючи на якісне обслуговування, характеризується частими відмовами (застрявання, утратами повітря тощо). При цьому виникають значні витрати масла і затрати на технічне обслуговування ФБД. Весь ФБД завжди не влаштовував з точки зору охорони праці, внутрішньої і зовнішньої чистоти тепловоза, а також вимог екології. Далі: існуюча масляна система тепловоза служить для подачі масла до поверхонь дизеля, що труться, з метою змазування і охолодження (особливо охолодження поршнів). Тепловоз обладнаний циркуляційної системою змащування. Масляна система тепловоза складається з трьох різних за типом і конструкцією масляних фільтрів, крім того, блок фільтрів тонкого очищення, що знаходиться в дизельному приміщенні (окремо від дизеля) має додатково трубопроводи, що з'єднують його з дизелем. Недоліком існуючої системи очищення масла є: складна система трубопроводів, які потребують додаткового обслуговування; тривалий пошук причини зниження тиску масла в системі змащення дизеля, тому що необхідно проводити розбір, промивку, а в блоці фільтрів тонкого очищення масла обов'язкова заміна 8-ми паперових фільтрів; збільшення не тільки часу простою локомотива в ремонті, трудовитрат, але і витрат на запасні частини та матеріали. Наступним недоліком даної конструкції є той факт, що в конструкції тепловозів, які використовуються на залізницях України, не передбачалося система підігріву дизеля. Під час відстою тепловозів на території локомотивних депо підтримання необхідної для нормальної експлуатації температури в холодний період часу зазвичай проводилося шляхом періодичних запусків дизеля, доведення температури водяної та масляної систем до оптимальних температур. Для цих цілей залучався на додаткову роботу обслуговуючий персонал, крім того, депо несло додаткові витрати на дизельне паливо, масло і зарплату залучених машиністів. До наступного значного недоліку існуючої конструкції тепловоза 2ТЕ116 слід віднести технічне рішення випрямної установки для живлення тягових електродвигунів постійного струму від 3-фазного генератора змінного струму, в якій використовувалися лавинні кремнієві діоди типу ВЛ-200 в кількості 240 штук. Застосовувані діоди були недостатньо надійні, при перевищенні напруги вище допустимого на вході діода відбувалося руйнування фарфорового ізолятора або пробій. Це вимагало додаткових витрат на їх закупівлю, ремонт, а також втрати, що пов'язані з простоєм локомотива під час ремонту. З рівня техніки також відомий модернізований тепловоз 2ТЕ116 (патент України № 12805 на корисну модель, кл. МПК В61С 5/00, публ. 15.03.2006 р.). Дане технічне рішення належить до модернізації системи електронного управління секціями тепловоза шляхом введення до неї нового вузла, за рахунок якого можна було б переходити з режиму холостого ходу на номінальний та проміжні режими роботи секцій тепловоза без переходу на нульовий режим роботи, і, тим самим, запобігати зниження швидкості руху поїзда і втрату його кінетичної енергії. 1 UA 107632 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Відома корисна модель не вирішує такі суттєві питання модернізації тепловоза, як поліпшення технічних характеристик його найважливішого вузла - силової дизель-генераторної установки. Завданням, поставленим в основу пропонованого технічного рішення, є удосконалення дизель-генераторної установки, підвищення надійності і довговічності роботи всіх її вузлів, поліпшення умов експлуатації, а також спрощення технічного обслуговування шляхом зміни конструкцій систем забору та очищення повітря, очищення змащуючого масла, підтримання постійної температури охолоджуючої рідини в водяному контурі дизеля, заміни силових елементів випрямної установки і скорочення їх числа. Рішення поставленого завдання досягається тим, що в кузові модернізованого тепловоза 2ТЕ116 з машинним відділенням і розташованої в ньому силовий дизель-генераторної установкою з повітрозбірними пристроєм, водяним контуром дизеля, системою очищення масла, тяговим генератором змінного струму і випрямною установкою згідно даної корисної моделі повітрозабірний пристрій оснащений триступеневою системою очищення повітря, як системи очищення масла використаний автоматичний фільтр зі зворотним промиванням, випрямна установка виконана у вигляді трифазної мостової схеми та містить силові діоди з максимальним прямим струмом щонайменше 4000 ампер і максимально допустимою зворотною напругою 1600 вольт, а в водяний контур дизеля включена водонагрівальна установка. Рішення завдання досягається також і тим, що триступенева система очищення повітря виконана у вигляді послідовно з'єднаних рамкового пухового фільтра, мультициклона та паперових фільтрів, як автоматичний фільтр зі зворотним промиванням використаний автоматичний фільтр очищення масла типу 6.46DN100, фірма виробник Boll & Kirch Filterbau GmbH, Німеччина, а також і тим, що в якості силових діодів використані діоди 5SDA27F2002, виробник IXYS Semiconductor GmbH, Germany, а водонагрівальна установка виконана у вигляді водогрійного котла з пальником та системою автоматичного управління, пов'язаного трубопроводами через водяний насос і чотириходовий кран з контуром холодного водопостачання, наприклад, як водонагрівальна установка AST-LOOS116/50, фірма-виробник AST Grop, Німеччина. Триступенева система очищення повітря (схематично показана на Фіг. 1) і складається з: перший ступінь - пуховий фільтр, являє собою металеву сітку 1 з нержавіючої сталі та знімається для очищення через нижній люк 2 фільтра зі спущеного положення, призначений для попередньої грубої очистки повітря від легких фракцій пилу (наприклад насіння тополі та ін.); другий ступінь - мультициклон 3, являє собою решітку з циклонових сопел для фільтрування більш важких частинок за допомогою фільтруючого блоку, який, в свою чергу, складається з чотирьох рамкових фільтрів (не показано). Складовою частиною двох ступенів очищення повітря є також розташовані на бічній частині установки два вентилятора для вилучення пилу і забруднень (не показані) через трубопровід 4; третій ступінь являє собою паперовий фільтр 5 з касет, з'єднаний через металевий канал 6 та компенсатор 7 з фланцем 8. Фільтрувальний папір забезпечує дуже високу дрібність відсіву частинок (до 30 мікрон). Принцип роботи системи очищення повітря. Турбокомпресор дизеля в літній період всмоктує повітря з зовні через відкриті жалюзі на боковій стінці локомотива. Через короткий металевий канал між бічною стінкою локомотива і установкою повітря подається на металеву сітку 1 пухового фільтра, де відбувається його очищення від специфічно легких, але великих за розміром частинок (наприклад насіння тополі та ін.). У холодний період року рамковий фільтр зсувається вниз і повітря подається відразу в мультициклон 3, де відфільтровуються більш важкі частинки пилу фільтруючим блоком з дизельного приміщення. Така зміна проводиться з метою не допустити надходження холодного повітря (в зимовий період) в гарячий дизель. Повітряні завихрення пилу і забруднення, що створені в мультициклоні 3 вентилятором, видуваються з нього і транспортуються по трубопроводу 4 з локомотива назовні. Привід вентилятора для витяжки забруднень (не показаний) включається після пуску дизеля, як тільки напруга зарядного струму надійде на клеми приводу і відключається після відключення дизеля. Далі повітря, що виходить з циклону, надходить на паперові фільтри 5, де воно очищається від дрібних частинок пилу. Після цього очищене повітря проходить через металевий канал 6 на компенсатор 7 і через фланець 8 всмоктується дизелем. На металевому каналі, між паперовими фільтрами і компенсатором розташований індикатор (не показаний), що показує стан забруднення фільтрів. Якщо індикатор показує, що розрядження впускного повітря в повітрозабірній установці досягло гранично допустимого для дизеля значення, необхідно замінити паперові фільтри. 2 UA 107632 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Система очищення масла являє собою автоматичний фільтр зі зворотним промиванням (самоочищуваний) фільтр, наприклад, типа 6.46DN100 виробництва німецької фірми Boll & Kirch Filterbau GmbH (документ 3000/05/2001 за адресою www.bollfilter.de і www.bollfilterusa.com). Фільтр даного типу є автоматично працюючим самоочищуваним фільтром, який під час роботи дизеля періодично перемикає напрямок потоку через фільтруючі елементи і тим самим забезпечує їх регулярне самоочищення. У зв'язку з тим, що тонкість відсіву фільтруючих елементів досягає 30 мкм, це дає можливість більш якісно захистити деталі дизеля, що труться, від абразивного зносу (колінчастий вал, вали газорозподілу, шатуни, циліндрові гільзи). Крім того, досягається зниження витрат і часу на обслуговування масляної системи дизеля. Технічні характеристики автоматичного фільтра очищення масла дизеля: 2 1. Робочий тиск 10 кгс/см 2 2. Максимальний тиск 10 кгс/см 2 3. Мінімальний тиск 2 кгс/см 4. Точність відсіву фільтруючих елементів 30 мкм 5. Кількість фільтруючих елементів 78 штук. Як автоматичний фільтр можна також застосувати його аналог згідно патенту RU2224577, кл. МПК B01D 29/62, публ. 27.12.2002 p. На кресленні Фіг. 2 показана схема підключення трубопроводів в масляній системі дизеля 1А-5Д49 тепловоза 2ТЕ116 після установки автоматичного фільтра фірми Бол і Кірх, і трубопроводів до фільтрів тонкого очищення масла з паперовими елементами, де умовно позначено: 9 - дизель 1А-5Д49 10 - охолоджувач масла 11 - автоматичний фільтр 12 - масляний насос 13 - насос маслопрокачуючий 14 - відцентрові фільтри 15 - сітчастий маслозабірник 16 - лоток розподільного вала 17 - турбокомпресор 18 - масляна ванна 19 - трубопроводи з кранами. Масло для змащення забирається з масляної ванни 18 піддизельної рами через сітчастий маслозабірник 15 і розміщений в ньому безповоротний клапан по маслозабірному трубопроводу надходить у всмоктувальну порожнину правого масляного насоса 12 (для захисту системи від високого тиску в корпусі кожного головного масляного насоса встановлений перепускний 2 клапан, відрегульований на тиск 8,5 кгс/см ). Під тиском, створюваним масляним насосом 12, потік розділяється на дві частини: одна з них прямує до відцентрових фільтрів 14, після чого очищене масло з фільтрів зливається по трубопроводу в масляну ванну 18 дизеля, а інша частина масла надходить в охолоджувач масла 10, і далі - в автоматичний фільтр 11. Для захисту масляної системи відцентрових фільтрів, в корпусі кожного фільтра встановлено 2 запобіжний клапан, відрегульований на тиск 2,5 кгс/см . Після автоматичного фільтра очищене масло поділяють на три потоки: одна частина надходить в головний масляний колектор дизеля 9, друга частина масла надходить в лоток розподільного вала 16, а третя - в турбокомпресор 17, а далі в кривошипно-шатунний механізм та циліндро-поршневу групу. У корпусі повнопоточного фільтра встановлено перепускний клапан, відрегульований на перепад тиску 2 1,6-1,8 кгс/см . При роботі маслопрокачуючого насоса 13 він забирає масло з піддизельної рами і під тиском подає по трубопроводу до безповоротного клапана, відкриває його і далі через охолоджувач масла 10 і автоматичний фільтр 11 масло надходить в систему змащення дизеля. Для зливу залишків масла з охолоджувача масла 10 є трубопровід з краном, який приєднується до масляної ванни дизеля 9, а слив залишків олії з турбокомпресора здійснюється по трубопроводу з краном безпосередньо в екологічний бачок. В системі дизеля на трубопроводах перед і після автоматичного фільтра є грибки для під'єднання манометрів для вимірювання показників тиску масла в системі змащення дизеля. На масляному колекторі дизеля встановлено: датчик реле граничної температури масла на виході з дизеля і датчик реле температури для термометра (не показано). Для захисту від низького тиску масла в системі змащення дизеля під час запуску і роботи як на холостому ходу, 3 UA 107632 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 так і на позиціях на трубопроводах масла дизеля встановлено реле тиску масла (не показано). Для взяття зразків масла для проби на аналіз передбачений кран. Для зливу масла з масляної ванни піддизельної рами з двох сторін є два трубопроводи з кранами 19. Водонагрівальна установка призначена для підігріву і підтримки заданої температури в водяному контурі дизеля локомотива в зимовий період і виконана за відомою конструкцією водонагрівальної установки AST-LOOS116/50, фірма-виробник AST Grop, Німеччина. Схема підключення водогрійного котла в водяну систему дизеля локомотива 2ТЕ116 представлена на кресленні Фіг. 3. Нагрівання води водяного контуру дизеля до заданої температури або її підтримку здійснюється в котлі 20 водонагрівальної установки з двоступеневим пальником 21. Котел 20 працює на дизельному паливі, яке забирається з паливного бака локомотива власним насосом водонагрівальної установки. На котлі 20 водонагрівальної установки AST-LOOS116/50 розташовується наступне навісне обладнання: водяні насоси 22 (з перетворювачем напруги з 110 на 48 вольт для живлення електродвигуна водяного насоса), які забезпечують циркуляцію води в контурах котла і дизеля; контрольно-вимірювальна апаратура управління котла з сигналізатором оповіщення пожежі (не відображено); чотириходовий змішувальний кран 23 з покажчиком включення кожного положення, в корпус чотириходового крана вмонтований кран аварійного включення котла; на кресленні також позначені: позицією 24 - з'єднання трубопроводів типу "Флексмастер", позицією 25 - безповоротні клапани. Для управління котлом 20 водонагрівальної установки і здійснення контролю в автоматичному режимі та виконання всіх його заданих функцій є мікропроцесор. Для задання необхідної функції або програмування мікропроцесора на стінці локомотива встановлюється електронна панель управління з дисплеєм. Котел 20 водонагрівальної установки працює повністю в автоматичному режимі. Для корекції роботи водонагрівальної установки та її програмування служить електронна панель з рідкокристалічним дисплеєм і клавіатурою для введення даних. Подача палива пальником 21 в камеру згоряння котла 20 і подача повітря здійснюється автоматично і регулюється мікропроцесором. Водяний насос 22 водонагрівальної установки забезпечений захистом від пошкодження. Приклад роботи водонагрівальної установки в автоматичному режимі, при температурі навколишнього повітря + 6 °C Чотириходовий змішувальний кран 23 повністю відкритий, при цьому температура охолоджуючої рідини котла 20 і контуру охолодження дизеля починає вирівнюватись. З початком підігріву води в котлі 20 водонагрівальної установки чотириходовий змішувальний кран 23 роз'єднує контур охолодження дизеля і котла 20 водонагрівальної установки. Це зроблено для того, щоб якомога швидше температура рідини контуру котла досягла "точки роси" (більш + 47 °C), чотириходовий змішувальний кран 23 відкритий, гаряча вода з котла 20 починає надходити в контур охолодження дизеля і температура рідини контуру охолодження дизеля починає підійматися. Такий цикл сприяє сталості роботи водонагрівальної установки і зростанню температури в водяному контурі дизеля до + 60 °C. Якщо температура двигуна досягла температури охолоджуючої рідини на вході котла, то чотириходовий змішувальний кран 23 відкритий повністю, що сприяє подальшому зростанню температури в водяному контурі дизеля. За роботою в автоматичному режимі водогрійного котла стежить мікропроцесор. На трубопроводах підводу води дизеля і інших елементах системи охолодження розташовані датчики. Дані з датчиків надходять в мікропроцесор, де вони обробляються і мікропроцесор видає необхідну команду на виконання. Для модернізації випрямної установки, виконаної у вигляді трифазної мостової схеми проведена замінакаскадів з послідовно з'єднаних 20 діодів типу ВЛ-200 на сучасні силові діоди з максимальним прямим струмом щонайменше 4000 ампер і максимально допустимою зворотною напругою 1600 вольт, наприклад, діоди 5SDA27F2002, виробник IXYS Semiconductor GmbH, Germany (Фіг. 3). 4 UA 107632 U Порівняльна таблиця параметрів силових діодів, використовуваних для модернізації Технічна характеристика ВЛ200 200 165 5000 800 1000 0,25 Максимальний струм, А Тривалий струм, А Ударний струм, А Номінальна напруга, В Напруга пробою, В Тепловий опір перехід-корпус, град./Вт 5 10 15 Тип діода 5SDA27F2002 4250 2700 31000 2000 2400 0,09 Переваги, отримані від впровадження випрямної установки даного типу: зменшення масогабаритних показників випрямної установки; скорочення кількості використовуваних діодів з 240 шт. до 12 шт. на одну установку; поліпшення технічних характеристик тепловоза (скорочення втрат енергії в мостових з'єднаннях випрямних схем); підвищення надійності випрямної установки; зниження витрат на обслуговування і ремонт. Комплексна модернізація тепловоза серії 2ТЕ116 крім проведення істотних удосконалень конструкції дизель-генераторної установки передбачає також і поліпшення комфорту і безпеки обслуговуючому персоналу за рахунок: винесення приладів контролю в кабіну машиніста на вдосконалений пульт; заміни існуючих світильників на більш сучасні зі світлодіодними лампами; обладнання тепловоза комплексною системою безпеки і реєстрації параметрів локомотива; заміна штатних (телескопічних) з'єднань водяних і масляних трубопроводів тепловоза і дизеля на гнучкі еластичні муфти типу "Флексмастер" Німеччина; застосування замість забороненого до використання азбестовмісного пароніту ПОН-Б, прокладок AF-400 виробництва фірми Каутазіт, Німеччина. 20 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 35 40 1. Модернізований тепловоз 2ТЕ116, що містить кузов з машинним відділенням, в якому розташована силова дизель-генераторна установка з повітрозабірним пристроєм, водяним контуром дизеля, системою очищення масла, тяговим генератором змінного струму, випрямною установкою, який відрізняється тим, що повітрозабірний пристрій оснащений триступеневою системою очищення повітря, як система очищення масла використаний автоматичний фільтр зі зворотним промиванням, випрямна установка виконана у вигляді трифазної мостової схеми та містить силові діоди з максимальним прямим струмом щонайменше 4000 ампер і максимально допустимою зворотною напругою 1600 вольт, а в водяний контур дизеля включена водонагрівальна установка. 2. Модернізований тепловоз 2ТЕ116 за п. 1, який відрізняється тим, що триступенева система очищення повітря виконана у вигляді послідовно з'єднаних рамкового пухового фільтра, мультициклона та паперових фільтрів. 3. Модернізований тепловоз 2ТЕ116 за п. 1, який відрізняється тим, що як автоматичний фільтр зі зворотним промиванням використаний автоматичний фільтр очищення масла типу 6.46DN100, фірма виробник Boll & Kirch Filterbau GmbH, Німеччина. 4. Модернізований тепловоз 2ТЕ116 за п. 1, який відрізняється тим, що як силові діоди використані діоди 5SDA27F2002, виробник IXYS Semiconductor GmbH, Germany. 5. Модернізований тепловоз 2ТЕ116 за п. 1, який відрізняється тим, що водонагрівальна установка виконана у вигляді водогрійного котла з пальником та системою автоматичного управління, пов'язаного трубопроводами через водяний насос і чотириходовий кран з контуром холодного водопостачання, наприклад, водонагрівальна установка AST-LOOS 116/50, фірмавиробник AST Grop, Німеччина. 5 UA 107632 U 6 UA 107632 U 7 UA 107632 U 8 UA 107632 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 9