Пристрій для передзапускової теплової підготовки силових установок

Изобретение относится к машиностроению, и о частности к силовым установкам, а именно к устройствам их предпускового подогрева при низких температурах окружающей среды, и может быть использовано для улучшения эксплуатационных характеристик строительнодорожных машин. Наиболее близким к изобретению техническим решением является устройство по а.с. СССР №1720344, F02N17/04, 17/06, "Устройство для облегчения запуска силовых установок", 1990г., содержащее основной и вспомогательный тепловые аккумуляторы, выполненные в виде теплообменников с накопителями тепловой энергии по типу труба в трубе с образованием центральной полости газовых каналов и имеющие емкости для хранения охлаждающей жидкости из системы охлаждения двигателя, а также систему подогрева масла в картере двигателя с помощью установленного в масляном поддоне картера масляного подогревателя, соединенного с помощью теплоизолированного трубопровода со вспомогательным тепловым аккумулятором. Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками изобретения являются наличие в устройстве для облегчения запуска силовых установок теплового аккумулятора, полость жидкостных каналов которого связана с системой охлаждения двигателя, на котором установлен воздухоочиститель с одной стороны при помощи напорного трубопровода с установленными в нем циркуляционным насосом и вентилями, а с другой стороны при помощи сливного трубопровода с установленными в нем вентилями, а полость газовых каналов сообщена с одной стороны с выхлопным трактом двигателя с помощью теплоизолированного трубопровода с установленными в нем задвижками и газовой заслонкой, а с другой стороны с атмосферой. Причинами, препятствующими достижению требуемого технического результата гарантированного пуска двигателя (при его минимальном техническом переоборудовании), являются подача холодного воздуха во впускной коллектор двигателя в момент его пуска, а также ненадежность работы и сложность, а в ряде случаев и невозможность, установки в масляном поддоне картера двигателя масляного подогревателя. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования устройства для предпусковой тепловой подготовки силовых установок, в котором за счет изменения конструкции теплового аккумулятора, конструктивного усовершенствования самого устройства, обеспечивается поступление горячего воздуха во впускной коллектор двигателя в момент его запуска и подача в масляный поддон картера двигателя горячего масла из масляной емкости теплового аккумулятора, а также эффективный отбор накопленного в тепловом аккумуляторе тепла охлаждающей жидкостью (антифризом) при многоходовой циркуляции ее в полости жидкостных каналов теплового аккумулятора, за счет чего обеспечивается гарантированный пуск двигателей строительнодорожных машин в условиях низких температур окружающего воздуха и, следовательно, повышается коэффициент их полезного использования. Поставленная задача решается тем, что в устройстве для предпусковой тепловой подготовки силовых установок, содержащем тепловой аккумулятор, полость жидкостных каналов которого связана с системой охлаждения двигателя, на котором установлен воздухоочиститель, с одной стороны при помощи напорного трубопровода с установленными в нем циркуляционным насосом и вентилями, а с другой стороны при помощи сливного трубопровода с установленными в нем вентилями, а его полость газовых каналов сообщена с одной стороны с выхлопным трактом двигателя с помощью теплоизолированного трубопровода с установленными в нем задвижками и газовой заслонкой, а с другой стороны - с атмосферой согласно изобретению вводятся трубопровод подачи горячего воздуха с установленными в нем воздушным насосом, фильтром и задвижкой, соединяющим входную полость газовых каналов теплового аккумулятора и впускной коллектор двигателя, заслонка в воздухоочистителе двигателя, дополнительный жидкостной трубопровод с установленным в нем вентилем, соединяющий выходную полость жидкостных каналов теплового аккумулятора с системой охлаждения пускового двигателя, масляная емкость в тепловом аккумуляторе для сохранения масла, сообщенная с картером двигателя сливным и напорным трубопроводами с установленным в напорном трубопроводе масляным насосом. Перечисленные признаки являются достаточными во всех случаях. В устройстве для предпусковой тепловой подготовки силовых установок согласно изобретению тепловой аккумулятор содержит коллектора охлаждающей жидкости и выполнен в виде теплообменников с накопителем тепловой энергии по типу труба в трубе, образующих две разделенные поверхности теплообмена: поверхности внутренних труб, совместно с коллекторами образующие многоходовую систему для охлаждающей жидкости (антифриза) и наружные поверхности внешних труб, образующие совместно с корпусом теплового аккумулятора полости газовых каналов; наружная поверхность внешних труб термоэлементов теплового аккумулятора снабжена спиральным ленточным оребрением, а наружная поверхность внутренних труб термоэлементов теплового аккумулятора снабжена оребрением в виде продольных пластин. Данные признаки характеризуют изобретение в частных случаях. Между совокупностью существенных признаков и достигаемым техническим результатом - гарантированным пуском двигателя (при его минимальном техническом переоборудовании) существует следующая причинно-следственная связь. Подача горячего воздуха во впускной кол лектор двигателя в момент запуска повысит надежность пуска, делает его гарантированным. Применение емкости для хранения масла в тепловом аккумуляторе и системы подачи горячего масла в картер двигателя устраняет необходимость технически сложной, а в ряде случаев и практически невозможной, установки в масляном поддоне картера двигателя ненадежно работающего масляного подогревателя и обеспечивает подачу горючего масла в картер двигателя, что также способствует достижению требуемого технического результата - гарантированного пуска двигателя. Применение дополнительного жидкостного трубопровода улучшает прогрев пускового двигателя и тем самым гарантирует его пуск. Многоходовая система подачи охлаждающей жидкости (антифриза) в тепловом аккумуляторе обеспечивает более эффективный отбор накопленного в тепловом аккумуляторе тепла и тем самым сокращает время тепловой подготовки двигателя и гарантирует его пуск. Применение спирального ленточного оребрения наружной поверхности внешних труб термоэлементов обеспечивает более эффективный теплообмен при зарядке и разрядке теплового аккумулятора, что сокращает время работы двигателя, необходимое для зарядки теплового аккумулятора и время подготовки двигателя к пуску, тем самым способствуя гарантированному пуску двигателя. Оребрение наружной поверхности внутренних труб термоэлементов в виде продольных пластин обеспечивает более эффективный отбор тепла при разрядке теплового аккумулятора, что позволяет сократить время подготовки двигателя к пуску и гарантировать его пуск. Совокупность существенных признаков обеспечивает получение сформулированного ранее технического результата гарантированного пуска двигателя (при его минимальном техническом переоборудовании). На фиг.1 представлена принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 тепловой аккумулятор, продольный разрез; на фиг.3 - разрез А - А на фиг.2; на фиг.4 - элемент термоблока, продольный разрез; на фиг.5 - разрез Б - Б на фиг.4. Устройство для предпусковой тепловой подготовки силовых установок содержит тепловой аккумулятор 1, соединенный с помощью трубопроводов с двигателем 2, циркуляционные насосы 3 и 4, воздушный насос 5, воздухофильтр 6. Входная полость газовых каналов 7 аккумулятора 1 с одной стороны соединяется с выпускным трактом двигателя 2 с помощью теплоизолированного трубопровода 8 с газовой заслонкой 9 и задвижками 10 и 11, с другой стороны - с впускным коллектором 12 двигателя 2 через задвижку 13, воздухофильтр 6, воздушный насос 5, термоизолированный трубопровод воздуха 14, задвижку 15, а воздухоочиститель 55, подсоединенный к впускному коллектору 12 двигателя 2 снабжен заслонкой 54. Выходная полость газовых каналов соединена с атмосферой через задвижку 16 и трубопровод 17. Входная полость жидкостных каналов 18 аккумулятора 1 соединена с системой охлаждения двигателя 2 через вентили 19 и сливной трубопровод 20. Выходная полость этих каналов теплового аккумулятора при помощи теплоизолированного напорного трубопровода 22 с установленными в нем вентилем 21, циркуляционным насосом 3, вентилем 23 соединена с системой охлаждения двигателя 2, а параллельно через теплоизолированный трубопровод 24 и вентиль 25 - с патрубком, непосредственно соединяющим системы охлаждения двигателя 2 и пускового двигателя 26. Сливная полость емкости для хранения масла 27 теплового аккумулятора 1 соединена с масляным картером двигателя 2 через вентиль 28 и сливной трубопровод 29. Нагнетательная полость емкости 27 через вентиль 30, циркуляционный насос 4, термоизолированный напорный трубопровод 31, вентиль 32 также соединена с масляным картером двигателя. Тепловой аккумулятор 1 является высокоэнергоемким накопителем тепловой энергии. Источником тепла служат отходящие газы двигателя, рабочим телом в аккумуляторе вещество, претерпевающее фазовый переход. Тепловой аккумулятор 1 представляет собой стальной корпус 33 с внешней термоизоляцией 34, внутри которого устанавливаются термоблок 35 и масляная емкость 27, Термоблок 35 представляет собой отдельные капсулы (термоэлементы) 36, расположенные равномерно по сечению и имеющие теплообменную поверхность двух труб 37 и 38 (труба в трубе), с днищем 39, крышкой 40, шайбой 41 и поджимной гайкой 42. В межтрубном пространстве каждой капсулы 36 находится теплоаккумулирующий материал 43, претерпевший фазовый переход при теплообмене с теплоносителем. В тепловом аккумуляторе используется теплоаккумулирующий материал с температурой фазового перехода равной 200 300°C, например, LiNO3 или смесь Na2CO3 + NaOH и другие. Внутренние трубы 38 термоэлементов, по которым циркулирует жидкость, с обеих сторон соединяются с коллекторами охлаждающей жидкости 44 при помощи муфт 45. Такое соединение термоэлементов обеспечивает многоходовую систему подачи охлаждающей жидкости с целью более эффективного отбора накопленной тепловой энергии для предпусковой тепловой подготовки С той же целью наружная сторона внутренней трубы имеет оребрение в виде продольных пластин 46. Наружные поверхности внешних труб 37, образующие совместно с корпусом 33 теплового аккумулятора 1 полость газовых каналов, имеют спиральное ленточное оребрение 47 с целью повышения эффективности теплообмена на поверхности термоэлементов при зарядке и разрядке теплового аккумулятора. В масляной емкости 27 в период межсменной стоянки хранится масло, слитое из масляного картера двигателя 2. Для предотвращения перегрева масла и поддержания его температуры в пределах 40 - 60°C в тепловом аккумуляторе 1 используется термоизоляция 48. К торцам аккумулятора с помощью болтового соединения подсоединяются крышки 49, к которым приварены фланцы 50 для соединения с газовыми трубопроводами 8 и 17. Подвод и отвод охлаждающей жидкости осуществляется патрубками 51 через коллекторы 44. Устройство работает следующим образом. При работающем двигателе 2 с помощью газовой заслонки 9 отходящие газы по трубопроводу 8 при открытых задвижках 10,11,16 и закрытой задвижке 13 поступают во входную полость газовых каналов теплового аккумулятора. Отходящие газы, проходя по газовым каналам термоблока 35 теплового аккумулятора 1 отдают часть тепла теплоаккумулирующему материалу 43 и выходят в атмосферу по трубопроводу 17. Тепловоспринимающая поверхность термоэлементов 36 рассчитана таким образом, что в течение нескольких часов рабочей смены теплоаккумулирующий материал полностью расплавится. С целью предотвращения перегрева теплоаккумулирующего материала предусмотрены установка контрольноизмерительных приборов и отключение теплового аккумулятора 1 от выпускного тракта двигателя 2 с помощью заслонки 9, которая направляет отработанные газы через выхлопную трубу двигателя 2 с атмосферу. При этом задвижки 10, 11 и 16 закрываются. После окончания работы машины масло из картера двигателя поступает по трубопроводу 29 при открытом вентиле 28 в масляную емкость 27 теплового аккумулятора 1, где может находиться в горячем состоянии в течение всего периода межсменной стоянки машины. Перед запуском двигателя 2 после межсменной стоянки производится его предпусковой подогрев. Для этого с целью предотвращения прохождения горячей жидкости через радиатор 52 двигателя 2 вентили 53 закрываются, а вентили 19, 21, 23, 25 открываются. При включенном циркуляционном насосе 3 охлаждающая жидкость (антифриз) из блока двигателя 2 по трубопроводу 20 попадает во входную полость жидкостных каналов теплового аккумулятора 1 и, проходя по внутренним трубам 38 через элементы 36 его термоблока 35, нагревается. Далее горячая жидкость по трубопроводам 22, 24 поступает в систему охлаждения двигателя 2 и пускового двигателя 26. Отдав часть тепла массе двигателя 2, жидкость по сливному трубопроводу 20 возвращается обратно в тепловой аккумулятор. Циркуляция горячей жидкости по замкнутому контуру продолжается до момента достижения температуры массы двигателя 2 и пускового двигателя 26 равной примерно 40°C. При достижении этой температуры из масляной емкости 27 теплового аккумулятора 1 с помощью насоса А при открытых вентилях 30 и 32 горячее масло по напорному трубопроводу 31 подается в картер двигателя 2, после чего вентили 30 и 32 закрываются. В это же время с помощью воздушного насоса 5 при открытых задвижках 13,15 и 1 б горячий воздух из теплового аккумулятора 1 через фильтр 6 по трубопроводу 14 подается во впускной коллектор 12. При этом в период прокручивания коленчатого вала двигателя 2 пусковым двигателем 26 на второй скорости редуктора заслонка 54 воздухоочистителя 55 закрывается с целью временного предотвращения поступления холодного воздуха в момент воспламенения горючего в цилиндрах. После успешного запуска двигателя 2 насосы 3, 4, 5 отключаются, задвижки 13, 15 и вентили 19, 23 и 25 закрываются, а вентили 53 и заслонка 54 открываются. Оставшаяся в тепловом аккумуляторе охлаждающая жидкость сливается в систему охлаждения двигателя. Далее процесс зарядки теплового аккумулятора повторяется. Контроль за температурой теплоаккумулирующего материала осуществляется с помощью контрольноизмерительных приборов. Энергоемкость теплового аккумулятора, теплоотдающие поверхности термоблока, производительность насосов рассчитана на предпусковой подогрев силовых установок строительно-дорожных машин до оптимальных температур, предопределяющих их успешный запуск, при температуре окружающего воздуха минус 40°C в зависимости от скорости ветра в течение не более 30мин.