Система регулювання температури охолоджуючої рідини дизеля м756 з утилізацією теплоти відпрацьованих газів тепловим акумулятором дизель-поїзда др-1, оснащеного системою рекуперації електричної енергії

Реферат: Система регулювання температури охолоджуючої рідини дизеля М756 з утилізацією теплоти відпрацьованих газів тепловим акумулятором дизель-поїзда ДР-1, оснащеного системою рекуперації електричної енергії містить насос з регульованим електричним приводом, триступеневий клапан з електромагнітним, тепловий акумулятор, розподільну коробку з регулювальною заслінкою, позиційний механізм регулювання заслінкою, додатковий електричний водяний насос, клапани вимикання теплового акумулятора, блоки керування роботою дизеля М756, керування системою регулювання температурою охолоджуючої рідини дизеля, керування автоматично діючого передпускового прокачування оливи при здійсненні пуску, керування пуском дизеля М756, електронагрівач теплового акумулятора, силовий електрокабель, підсилювач, перетворювач електроенергії, блок накопичувачів електроенергії конденсаторного типу, контролер широтноімпульсної модуляції та блок керування системою рекуперації. UA 78982 U (12) UA 78982 U UA 78982 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до систем регулювання двигунів внутрішнього згорання (ДВЗ), а саме дизеля М756 дизель-поїзда ДР-1, оснащеного системою рекуперації електричної енергії при гальмуванні. Відома штатна система охолодження дизеля М756 дизель-поїзда ДР-1, яка складається з регулювальної заслінки, що встановлена в системі охолодження між двигуном і холодильником і дозволяє підтримувати температуру охолоджуючої рідини в оптимальних межах при роботі двигуна під навантаженням і в процесі прогріву на холостому ходу [1]. Недоліком системи є те, що при низьких температурах навколишнього середовища і непрацюючому двигуні температура охолоджуючої рідини швидко знижується, що потребує постійного або періодичного прогрівання, тобто роботи двигуна на холостому ходу в режимі прогріву. При цьому в місцях прогріву дизель-поїзда витрачається велика кількість палива, що призводить до погіршення екологічної обстановки із-за викидання в повітря відпрацьованих газів з великою кількістю шкідливих речовин, а також, крім цього, система не має можливості додатково використовувати сторонні джерела енергії для підготовки роботоздатності системи. Найбільш близьким аналогом запропонованої корисної моделі є система регулювання температури охолоджуючої рідини двигуна внутрішнього згорання для приводу електроагрегату [2], що містить насос з регульованим електричним приводом, триступеневий клапан з електромагнітним управлінням від електронного блока і датчиків температури зв'язаних з електронним блоком, встановлених на вході і виході в сорочку охолодження двигуна внутрішнього згоряння і радіатор. Дана система регулювання температури охолоджуючої рідини двигуна внутрішнього згорання для приводу електроагрегату має недолік - це те, що є певна залежність теплової енергії, що виробляється ним, від електричного навантаження на генератор установки, а як слідство на ДВЗ. В реальних умовах експлуатації цей недолік призводить до того, що споживач не має можливості вільно варіювати потреби в різних видах енергії, крім цього, відсутня можливість моніторингу основних параметрів температури ДВЗ й системи в цілому за допомогою інформаційної технології позиціонування. Задача, що вирішується запропонованою корисною моделлю, зводиться до додаткового використання теплової енергії відпрацьованих газів дизеля М756, яка дозволяє суттєво підвищити температуру рідкого теплоносія, яка надходить в тепловий акумулятор під час процесу накопичення їм теплоти, не знижуючи при цьому температуру теплоносія рідинної системи охолодження, регулювання цієї температури під час сталого прогріву дизеля в місці його оперативного відстою в резерві без фактичного запуску дизеля М756 і роботі на холостому ходу. Задача вирішується завдяки тому, що при повному розряджанні теплового акумулятора і зниженні температури теплоносія в системи охолодження дизеля М756 дизель-поїзда ДР-1 забезпечується автоматичний повторно-короткочасний пуск дизеля для того, щоб зарядити від теплоти відпрацьованих газів теплового акумулятора, таким чином забезпечити роботоздатність системи регулювання температури охолоджуючої рідини дизеля М756 з утилізацією теплоти відпрацьованих газів тепловим акумулятором. Особливістю конструкції дизеля М756 дизель-поїзда ДР-1 є те, що він по-перше, швидкохідний дизель з безпосереднім впорскуванням палива і наддувом, по-друге, він має в конструкції два моноблоки, в яких ї розташована основна частина системи охолодження дизеля, по-третє, в умовах експлуатації пуск дизеля допускається тільки при температурі рідини в водяній системі охолодження дизеля не нижче +40-45 °C [3, 4]. Задачею корисної моделі є підвищення ефективності використання палива й теплової енергії відпрацьованих газів, досягнення більш точного регулювання теплового стану дизеля та досягнення більшої зручності в утилізації теплоти відпрацьованих газів та охолоджувальної рідини. Крім цього, в системі охолодження дизеля підтримується температура при заглушеному ДВЗ в межах, обумовлених заводською інструкцією температур «гарячого прогріву», тобто не нижче +40-45 °C при низьких температурах оточуючого повітря в реальних умовах експлуатації, а при зменшенні температури теплоносія в тепловому акумуляторі - підтримання її у встановлених межах за рахунок теплоти відпрацьованих газів ДВЗ шляхом здійснення автоматичного повторно - короткочасного режиму роботи ДВЗ при періодичному чергуванні його роботи і зупинки (циклічний режим), а, крім цього, також, за допомогою додаткового заряджання теплового акумулятора електронагрівачем теплового акумулятора, який дає змогу заряджати його від рекуперативної системи дизель-поїзда ДР-1. Як джерело електроенергії дизель-поїзда ДР-1, оснащеного системою рекуперації електричної енергії, для додаткового заряджання теплового акумулятора за допомогою електронагрівача теплового акумулятора і силового електрокабелю використовується рекуперативна система дизель-поїзда ДР-1, яка складається з підсилювача, перетворювача електроенергії, блока накопичувачів електроенергії 1 UA 78982 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 конденсаторного типу, ШІМ контролера (контролера широтноімпульсної модуляції) і блока керування системою рекуперації [5]. При цьому для вирішення задачі в межах вимог, встановлених заводською інструкцією щодо підтримання необхідного передпускового значення тиску в системі мащення ДВЗ, забезпечення безпечних експлуатаційних умов означеного автоматичного повторно-короткочасного режиму роботи ДВЗ за допомогою блока керування пуском дизеля М756, необхідне обов'язкове проведення відповідного автоматичного передпускового прокачування оливи для досягнення встановленого значення цього тиску перед здійсненням пуску ДВЗ. Поставлена задача вирішується тим, що система регулювання температури охолоджуючої рідини дизеля М756 з утилізацією теплоти відпрацьованих газів тепловим акумулятором дизель-поїзда ДР-1, оснащеного системою рекуперації електричної енергії має тепловий акумулятор, який включено у контур циркуляції охолодження дизеля М756, встановлений паралельно глушнику, який заряджається через розподільну коробку з регулювальною заслінкою, позиційний механізм регулювання заслінкою, додатковий електричний водяний насос, клапани вимикання теплового акумулятора, блоки керування роботою дизеля М756, керування системою регулювання температурою охолоджуючої рідини дизеля, керування автоматично діючого передпускового прокачування оливи при здійсненні пуску, керування пуском дизеля М756, електронагрівач теплового акумулятора, силовий електрокабель, підсилювач, перетворювач електроенергії, блок накопичувачів електроенергії конденсаторного типу, ШІМ контролер (контролер широтноімпульсної модуляції) та блок керування системою рекуперації. На кресленні приведена схема запропонованої системи. Система регулювання містить дизель М756 1 з приєднаною до нього гідромеханічною передачею 2 дизель-поїзда ДР-1, глушник 3 з вихлопною трубою 7, розподільну коробку з регулювальною заслінкою 4, блока керування роботою дизеля М756 12, який здійснює управління регулятором паливного насоса високого тиску дизеля, блок керування системою регулювання температурою охолоджуючої рідини дизеля 13, який здійснює керування позиційним механізмом регулювання заслінкою 5 і самим тепловим акумулятором 6, з встановленим в ньому електронагрівачем теплового акумулятора 16, що з'єднаний за допомогою силового електрокабеля 17 з підсилювачем 18, перетворювачем електроенергії 19, блоком накопичувачів електроенергії конденсаторного типу 20, ШІМ контролером (контролером широтноімпульсної модуляції) 21, блоком керування системою рекуперації 22, що встановлено паралельно глушнику, клапанами вимикання теплового акумулятора 8 і 10, додатковим електричним водяним насосом 11 для циркуляції рідини через водяні труби 9 при відборі теплоти від теплового акумулятора 6 до дизеля М756, блока керування автоматично діючого передпускового прокачування оливи при здійсненні пуску 14 та блока керування пуском дизеля М756 15. Всі блоки системи, які спільно утворюють комплексний блок управління (КБУ) і сама система працюють в залежності від отриманої інформації від датчиків теплового акумулятора Д1, датчиків температури охолоджуючої рідини в моноблоках дизеля М756 Д2, датчика температури оливи в піддоні дизеля Д3 та датчиків температури оливи в моноблоках дизеля М756 Д4. Система працює наступним чином. При роботі дизеля М756 1 з приєднаною до неї гідромеханічною передачею 2 дизель-поїзда ДР-1 при температурі охолоджуючої рідини в водяній системі охолодження дизеля більше +4045 °C розподільна коробка з регулювальною заслінкою 4 за допомогою позиційного механізму регулювання заслінкою 5 переводиться у положення, коли відпрацьовані гази дизеля надходять у тепловий акумулятор 6, заряджаючи його. Переведення заслінки всередині розподільної коробки з регулювальною заслінкою 4 в означене положення здійснюється за допомогою блока керування системою регулювання температурою охолоджуючої рідини дизеля 13 після того, як датчики температури Д1 зафіксують температуру відповідно розрядженому тепловому акумулятору. Після того, як зарядка теплового акумулятора 6 відбулась в повному обсязі (що фіксується датчиками теплового акумулятора Д1), розподільна коробка з регулювальною заслінкою 4 за допомогою позиційного механізму регулювання заслінкою 5 переводиться у положення, коли відпрацьовані гази дизеля надходять у вихлопну трубу 7 через глушник 3. Подальша робота системи регулювання теплоти дизеля М756 відбувається на основі даних датчиків температури Д2, Д3, Д4. Відповідно до показників температур цих датчиків системою вираховується оптимальний тепловий стан охолоджуючої рідини дизеля М756 дизель-поїзда ДР-1 з утилізацією теплоти відпрацьованих газів тепловим акумулятором. Якщо при роботі дизеля М756 1 з приєднаною до нього гідромеханічною передачею 2 дизель-поїзда ДР-1 температура охолоджуючої рідини в водяній системі охолодження дизеля 2 UA 78982 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 знизиться нижче +40-45 °C, то після отримання сигналу від датчиків температури Д2, Д3, Д4 до блока керування системою регулювання температурою охолоджуючої рідини дизеля 13 відбувається відкриття клапанів вимикання 8 і 10. Одночасно з ними включається додатковий електричний водяний насос 11, яким подається охолоджуюча рідина по водяних трубах 9 з водяної системи дизеля до теплового акумулятора 6, з якого відбирається накопичена від відпрацьованих газів теплота до водяної сорочки дизеля. Таким чином підтримується обумовлена заводською інструкцією на експлуатацію дизеля М756 дизель-поїзда ДР-1 умова підтримання температури в системі охолодження не нижче +40-45 °C. Подальша робота системи регулювання теплоти дизеля М756 відбувається на основі даних датчиків температури Д2, Д3, Д4. Відповідно до показників температур цих датчиків системою вираховується оптимальний тепловий стан охолоджуючої рідини дизеля М756 дизель-поїзда ДР-1 з утилізацією теплоти відпрацьованих газів тепловим акумулятором. При низький температурі навколишнього середовища та зарядженому тепловому акумуляторі 6 прогрів дизеля М756 здійснюється наступним чином: клапани 8 і 10 підключають до циркуляції тепловий акумулятор 6 та за допомогою додаткового електричного водяного насоса 11 по водяних трубах 9 відбирається накопичена теплота теплового акумулятора, що дозволяє прогріти охолоджуючу рідину дизеля від теплового акумулятора 6 в процесі підготовки до моменту пуску дизеля М756. При цьому блоки і елементи, що входять системи, працюють аналогічно описаному раніше. Для підтримання температури рідини в системі охолодження при заглушеному ДВЗ в межах температур «гарячого прогріву» при низьких температурах оточуючого повітря в реальних умовах експлуатації, коли температура в тепловому акумуляторі може опуститися нижче допустимого значення, запропонована система працює наступним чином: після отримання команди з блока керування системою регулювання температурою охолоджуючої рідини дизеля 13 за допомогою блока керування автоматично діючого передпускового прокачування оливи при здійсненні пуску 14 здійснюється автоматичне примусове прокачування оливи в системі мащення дизеля (на фігурі 1 умовно не показано), і блок керування пуском дизеля М756 15 здійснює примусовий пуск ДВЗ, а блок керування роботою дизеля М756 12 забезпечує його сталу роботу. Після досягнення температури в тепловому акумуляторі у встановлених межах для здійснення його роботи, яка накопичується від відпрацьованих газів, за допомогою блока керування пуском дизеля М756 15 виконується зупинка ДВЗ. Таким чином здійснюється повторно - короткочасний режим роботи ДВЗ шляхом періодичного чергування його роботи і зупинки (циклічний режим). Для додаткового заряджання теплового акумулятора його оснащено електронагрівачем теплового акумулятора 16, який дає змогу заряджати його за допомогою силового електрокабелю 17 від рекуперативної системи дизель-поїзда ДР-1 при його гальмуванні. В рекуперативну систему дизель-поїзда ДР-1 входить підсилювач 18, перетворювач електроенергії 19, блок накопичувачів електроенергії конденсаторного типу 20, ШІМ контролер (контролер широтноімпульсної модуляції) 21 і блок керування системою рекуперації 22 [5]. Перетворювач електроенергії 19 при гальмуванні тягового електродвигуна дизель-поїзда ДР-1 узгоджує напруги тягового електродвигуна, працюючого в режимі гальмування, і напругу у блоці накопичувачів електроенергії конденсаторного типу 20. Блок накопичувачів електроенергії конденсаторного типу 23 здійснює накопичення електричної енергії і утворює гальмівний момент на тяговому електродвигуні дизель-поїзда ДР-1 за рахунок величини струму від перетворювача електричної енергії 19 до блока накопичувачів електроенергії конденсаторного типу. ШІМ контролер (контролер широтноімпульсної модуляції) 21 здійснює формування імпульсів відповідної частоти і зміну їх шпаруватості для регулювання потужності, що подається на електронагрівач теплового акумулятора 16. Підсилювач 18 підсилює за потужністю сигнали ШІМ контролера (контролера широтноімпульсної модуляції) 24. Блок керування системою рекуперації 25 керує роботою перетворювача електроенергії 19 і ШІМ контролера (контролера широтноімпульсної модуляції) 21. Елементи системи заряджання теплового акумулятора від накопичувача електричної енергії рекуперативної системи дизель-поїзда ДР-1 вводяться в дію у випадку, коли накопиченої теплової енергії теплового акумулятора недостатньо для прогріву двигуна до певної температури (якщо дуже низька температура оточуючого середовища, або, якщо може мати місце вимушене довготривале простоювання без реалізації повторно короткочасного прогрівального режиму роботи ДВЗ дизель-поїзда ДР-1). Таким чином, використання запропонованої системи дозволяє шляхом електронного керування дизеля М756, системою регулювання температури дизеля М756 дизель-поїзда ДР-1, оснащеного системою рекуперації електричної енергії, з тепловим акумулятором за допомогою елементів забезпечення повторно - короткочасного режиму роботи дизеля підвищити 3 UA 78982 U 5 10 15 20 25 ефективність використання палива та досягти більшої зручності в процесі утилізації теплоти від теплового акумулятора при забезпеченні передпускового прогріву ДВЗ. Тепловий акумулятор дозволяє більш гнучко утилізувати теплоту та скоротити час прогріву дизеля М756. Блок керування автоматично діючого передпускового прокачування оливи при здійсненні пуску і блок керування пуском дизеля М756 дозволяють забезпечити здійснення повторно - короткочасного режиму роботи ДВЗ шляхом періодичного чергування його роботи і зупинки (циклічний режим) для підтримання сталої температури теплоносія в тепловому акумуляторі у відповідних заводською інструкцією межах за рахунок теплоти відпрацьованих газів дизеля. Для додаткового заряджання теплового акумулятора його оснащено електронагрівачем теплового акумулятора, який дає змогу заряджати його за допомогою силового електрокабеля від рекуперативної системи транспортного засобу при його гальмуванні. В рекуперативну систему транспортного засобу входить підсилювач, перетворювач електроенергії, блок накопичувачів електроенергії конденсаторного типу, ШІМ контролер (контролер широтноімпульсної модуляції) і блок керування системою рекуперації. Джерела інформації 1. Дизель-поезд ДР-1А. Руководство по эксплуатации. 349.00.00.00РЭ. Рижский вагонный завод. 1987 г. 2. Патент на корисну модель UA, № 50378, МКП (2009) F01P 3/22 «Система регулювання температури охолоджувальної рідини двигуна внутрішнього згоряння для приводу електроагрегата», автори Грицук І.В., Краснокутська З.І., Адров Д.С. Заявка № u2009 11494, Дата подання 12.11.2009; Опубл. 10.06.2010 Бюл. № 11 3. Дизели тепловозные М756. Техническое описание. 756 ТО. РТП. 2230-11.08.87 г. 4. Тепловозные двигатели внутреннего сгорания: Учебник для вузов / А.Э. Симпсон, А.З. Хомич, А.А. Куриц и др. – М.: Транспорт, 1987. - 536 с. 5. Черняк Ю.В., Прилепський Ю.В., Грицук І.В. Фізична модель рекуперативної системи маневрового тепловозу: Монографія. -Донецьк. 2010. - 196 с. ISBN 978-966-8707-28-5. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 40 Система регулювання температури охолоджуючої рідини дизеля М756 з утилізацією теплоти відпрацьованих газів тепловим акумулятором дизель-поїзда ДР-1, оснащеного системою рекуперації електричної енергії, що містить насос з регульованим електричним приводом, триступеневий клапан з електромагнітним управлінням від електронного блока і датчиків температури, зв'язаних з електронним блоком, встановлених на вході і виході в сорочку охолодження двигуна внутрішнього згоряння і радіатор, який відрізняється тим, що має тепловий акумулятор, який включено у контур циркуляції охолодження дизеля М756, встановлений паралельно глушнику, розподільну коробку з регулювальною заслінкою, позиційний механізм регулювання заслінкою, додатковий електричний водяний насос, клапани вимикання теплового акумулятора, блоки керування роботою дизеля М756, керування системою регулювання температурою охолоджуючої рідини дизеля, керування автоматично діючого передпускового прокачування оливи при здійсненні пуску, керування пуском дизеля М756, електронагрівач теплового акумулятора, силовий електрокабель, підсилювач, перетворювач електроенергії, блок накопичувачів електроенергії конденсаторного типу, ШІМ контролер (контролер широтноімпульсної модуляції) та блок керування системою рекуперації. 4 UA 78982 U Комп’ютерна верстка С. Чулій Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5