Охолоджуючий пристрій тепловозу

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и касается конструкции охлаждающего устройства дизелей тепловозов. Известны конструкции охлаждающих устройств тепловозов, имеющих электродинамический тормоз (ЭДТ), содержащие водовоздушные секции радиатора, насосы для циркуляции горячих теплоносителей, вентиляторы с электроприводом для циркуляции охлаждающего воздуха [1] (прототип). Одним из главных недостатков системы охлаждения современного локомотива является неспособность стабильно поддерживать оптимальное значение температуры охлаждающей жидкости при работе дизеля на различных нагрузочных режимах. Использование для стабилизации температуры охлаждающей жидкости тепловой энергии, например выхлопных газов дизеля, до настоящего времени являлось затруднительным, поскольку существующие системы управления потоком теплоносителя, в частности клапаны, не позволяют обеспечивать открытие и закрытие их в диапазоне температур выхлопных газов. Другим большим недостатком системы охлаждения дизеля тепловоза является ее неспособность поддерживать температуру горячего теплоносителя (воды) на уровне допустимых значений при длительной стоянке тепловоза в холодное время года. Это приводит к неоправданным потерям полезной теплоты в окружающее пространство и к замерзанию воды в системе, что в свою очередь может вызвать разгерметизацию радиатора. Следует отметить, что в настоящее время на тепловозах широкое применение нашли системы электродинамического торможения, но существующие устройства отвода теплоты в тормозные резисторы, с последующим их о хлаждением не достаточно эффективны, и кроме того, теряется огромное количество тепловой энергии. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования охлаждающего устройства тепловоза, в котором путем пропускания тепла через аккумулятор, достигается стабильное поддержание оптимальной температуры охлаждающей жидкости при работе дизеля на различных нагрузочных режимах, а также поддержание температуры горячего теплоносителя при длительной стоянке тепловоза в холодное время. Поставленная задача решается тем, что в о хлаждающем устройстве тепловоза, с электродинамическим тормозом, содержащим водовоздушные секции радиатора, насосы для циркуляции горячих теплоносителей, вентиляторы с электрическим приводом для циркуляции охлаждающего воздуха согласно изобретению размещен аккумулятор теплоты, представляющий собой емкость, с установленным в нем теплообменником, подсоединенным к выпускному патрубку дизеля через вихревой клапан, а также оснащенный устройствами (например, разрядники) для отвода тепловой энергии от электродинамического тормоза (ЭДТ), нагревательными элементами, и связанного системой трубопроводов, оснащенных клапанами с дизелем и водо-воздушными секциями радиатора. Роль такого аккумулятора может выполнить система охлаждения со значительно большей массой охлаждающей воды, помещенной в специальном баке. При работе тепловоза в зимнее время температура воды в аккумуляторе должна быть максимально высокой, за счет циркуляции через аккумулятор горячей воды на выходе из дизеля, а также путем подогрева отработавшими газами дизеля. При стоянках тепловоза накопленная теплота может быть возвращена в систему охлаждения дизеля естественной или принудительной циркуляцией воды через аккумулятор теплоты. Естественная циркуляция может быть выполнена за счет присоединения наиболее холодных участков водяной системы к аккумулятору. При использовании режима ЭДТ теплота отводится с помощью специальных устройств в аккумулятор теплоты, из него нагретая вода поступает в радиаторы системы охлаждения (дизель в этом случае не работает). Как показали расчеты, проведенные авторами, в случае использования в охлаждающем устройстве аккумулятор теплоты емкостью до 1,5 м 3, позволит значительно повысить теплоемкость водяной системы тепловоза, что способствует сокращению времени на разогрев дизеля в зимнее время (т.е. будет достигн ута значительная до 10% экономия топлива), а также позволит утилизировать и рационально использовать бросовую тепловую энергию теплоэнергетической установки тепловоза. Выполнение охлаждающего устройства тепловоза с аккумулятором теплоты позволит: - повысить эффективность тепловоза; - стабилизировать температуры теплоносителей за счет установки в газовом (выпускном) тракте вихревого клапана; - существенно экономить топливо в зимний период; - утилизировать и рационально использовать бросовую тепловую энергию теплоэнергетической установки тепловоза. Принципиальная схема системы охлаждения дизеля тепловоза с использованием аккумулятора тепла приведена на фиг.1. На фи г.2 представлена схема вихревого клапана охлаждающего устройства тепловоза. Охлаждающее устройство тепловоза содержит выпускной патрубок дизеля 1, теплообменник 2, связанный с выпускным патрубком дизеля 1, нагревательные элементы 3, систему трубопроводов 4, насос для циркуляции воды 5, секции радиатора 6, аккумулятор теплоты 7, клапаны 8, 9,10,11, вентилятор 12, с электроприводом 13, устройства для отвода тепловой энергии от ЭДТ 14, устройство управления 15, вихревой клапан 16. Конструктивно вихревой клапан выполнен в виде короткой цилиндрической камеры 17 с радиальным каналом 18 для подвода питающего потока, тангенциальным каналом 19 управления и расположенным соосно с осью вихревой камеры выходным цилиндрическим патрубком 20. Охлаждающее устройство работает следующим образом: при работе двигателя 1 клапан 9 закрыт, а клапан 10 открыт. При этом часть воды из дизеля через частично открытые клапаны 8 и 11 попадает в аккумулятор теплоты 7, что вызывает повышение температуры охлаждающей жидкости до уровня рабочих температур системы охлаждения. При необходимости вся вода из системы охлаждения может циркулировать через аккумулятор, если клапан 10 закрыт. Дополнительный прогрев воды в случае необходимости может быть осуществлен при циркуляции отработавших газов из выпускного коллектора дизеля через специальный теплообменник 2, расположенный внутри аккумулятора. При циркуляции отработавших газов через вихревой клапан 16 он работает следующим образом. При отсутствии управляющего сигнала поток питания с малым сопротивлением проходит через питающий патрубок и вихревую камеру 17 в вы ходной патрубок 20. Подача сигнала управления приводит к закрутке потока в вихревой камере 17 и созданию за ней перепада давления, уменьшающего в заданном соотношении поток питания вплоть до полного его перекрытия. Для управления клапаном используется сжатый воздух. После остановки двигателя клапаны 8 и 10 закрываются, а 9 и 11 открываются, вода из аккумулятора теплоты циркулирует через дизель 1 и радиатор 6, т.к. радиатор будет остывать наиболее быстро. Находящаяся в аккумуляторе 7 горячая вода вследствие либо естественной циркуляции, либо с помощью насоса 5 будет подаваться в дизель, что позволит довольно длительный период поддерживать двигатель в прогретом состоянии. При работе охлаждающего устройства тепловоза достигается стабильное поддержание оптимальной температуры охлаждающей жидкости при работе дизеля на различных нагрузочных режимах, а также поддержание температуры горячего теплоносителя при длительной стоянке тепловоза в холодное время. При использовании режима электродинамического торможения на тепловозе тепловая энергия через устройства для отвода тепловой энергии 14 отводится в бак аккумулятора 7. Нагретая вода из аккумулятора поступает в водовоздушные секции радиатора, через которые прокачивается воздух с помощью вентилятора 12, приводимого от вспомогательного генератора 13. Аккумулятор также оборудован нагревательными элементами 3 (тены). Использование таких элементов позволит существенно сократить время прогрева дизеля, а также снизить расход топлива на эти цели. Выполнение охлаждающего устройства тепловоза с аккумулятором теплоты позволит: повысить эффективность тепловоза; стабилизировать температуры теплоносителей; существенно экономить топливо в зимний период; утилизировать и рационально использовать бросовую тепловую энергию теплоэнергетической установки тепловоза.