Система регулювання температури охолоджуючої рідини дизеля м756 дизель-поїзда др-1 з утилізацією теплоти відпрацьованих газів тепловим акумулятором з електропідігрівом і моніторингом теплових параметрів

Реферат: Система регулювання температури охолоджуючої рідини дизеля М756 дизель-поїзда ДР-1 з утилізацією теплоти відпрацьованих газів тепловим акумулятором з електропідігрівом і моніторингом теплових параметрів містить насос з регульованим електричним приводом, триступеневий, тепловий акумулятор, розподільну коробку з регулювальною заслінкою, позиційний механізм регулювання заслінкою, додатковий електричний водяний насос, клапани вимикання теплового акумулятору, 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, блок контролю параметрів датчиків температури, комунікаційний інтелектуальний контролер (трекер), диспетчерський центр інженерно-технічної служби, датчик температури відпрацьованих газів до теплового акумулятора, датчик температури відпрацьованих газів після теплового акумулятора, електронагрівач теплового акумулятора, силовий електрокабель та джерело електроенергії. UA 78984 U (12) UA 78984 U UA 78984 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. 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 ході [1]. Недоліком системи є те, що при низьких температурах навколишнього середовища і не працюючому двигуні температура охолоджуючої рідини швидко знижується, що потребує постійного або періодичного прогрівання, тобто роботи двигуна на холостому ході 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 крім цього система не має можливості додатково використовувати сторонні джерела енергії для підготовки роботоздатності самої системи, а також, крім цього штатна система охолодження дизеля М756 дизель-поїзда ДР-1 не має можливості моніторингу основних параметрів температури ДВЗ й системи в цілому. 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, а також, у теплового акумулятора відсутня можливість додаткового заряджання його від сторонніх джерел енергії, крім цього відсутня можливість моніторингу основних параметрів температури ДВЗ й системи в цілому за допомогою інформаційної технології позиціонування. Задачею корисної моделі є використання теплової енергії відпрацьованих газів дизеля М756, яка дозволяє суттєво підвищити температуру рідкого теплоносія, поступаючого в тепловий акумулятор під час процесу накопичення ним 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 ході. Задача вирішується завдяки тому, що при повному розряджанні теплового акумулятору і зниженні температури теплоносія в системі охолодження дизеля М756 дизель-поїзда ДР-1 забезпечується автоматичний повторно-короткочасний пуск дизеля для того, щоб зарядити від теплоти відпрацьованих газів теплового акумулятору, 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 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 також за допомогою додаткового заряджання теплового акумулятора електронагрівачем теплового акумулятора, який дає змогу заряджати його від електричної мережі або стаціонарного джерела електроенергії, або бортового додаткового електрогенератора, а крім цього, у режимі реального часу дозволяє одержувати інформацію про роботу систем двигуна: мащення, охолодження, живлення, випуску відпрацьованих газів і теплових параметрів ДВЗ. Як джерело електроенергії для додаткового заряджання теплового 1 UA 78984 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 акумулятора за допомогою електронагрівача теплового акумулятора і силового електрокабелю може бути використана електрична мережа або стаціонарне джерело електроенергії, або бортовий додатковий електрогенератор. При цьому, для задоволення мети і 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, а також моніторингу основних параметрів температури ДВЗ й системи в цілому за допомогою інформаційної технології позиціонування, необхідне обов'язкове проведення відповідного автоматичного передпускового прокачування оливи для досягнення встановленого значення цього тиску перед здійсненням пуску ДВЗ. Для вирішення зазначеної проблеми запропонована інформаційно-вимірювальна система, що представляє собою функціонально об'єднані вимірювальні, обчислювальні й допоміжні засоби, пристрої й приладдя, призначені для одержання, перетворення й обробки вимірювальної інформації з метою її надання для функцій контролю, діагностування й ідентифікації [5, 6]. Щоб одержувати необхідну для технічної служби інформацію про стан теплових процесів двигуна й системи в цілому в режимі "on-line", кожний ДВЗ енергетичної установки або транспортного засобу оснащується комунікаційним інтелектуальним контролером (трекером), що містить у своєму складі апаратуру супутникової навігації й, у плані функціональних доповнень, передбачає підключення різних датчиків [7]. Перелік одержуваних сигналів від датчиків і систем транспортного засобу проходить алгоритмічну обробку, потім формується масив повідомлень [8]. Для одержання інформації від додатково вбудованих датчиків (датчика витрати палива, рівня палива, температури й ін.) трекер формує серію необхідних для цього команд. Після одержання інформації із всіх датчиків масив даних із трекера передається на сервер через технологію GSM-GPRS, а потім через Інтернет інформація надходить у диспетчерський центр інженерно-технічної служби оснащеної комп'ютером із установленим стандартним Інтернет браузером, що і виводить отримані дані на екран монітора. Період опитування трекером датчиків необхідних для контролю теплових процесів двигуна й системи в цілому (датчиків температури) можна виставляти в межах від 5 секунд до 30 хвилин. При відсутності стійкого зв'язку GPS або GSM всі дані записуються в блок збору даних (чорний ящик) трекера протягом усього періоду з наступною передачею всіх даних при відновленні зв'язку на сервер. Температура деталей систем охолодження, мащення й паливної системи змінюється з низькою швидкістю, тому для контролю їхньої температури, досить установки часу періоду опитування датчиків у межах 3-х 5-ти хвилин. У той же час температура деталей, де температура може змінюватися достатньо швидко, особливо на перехідних режимах, період їхнього опитування не повинен перевищувати 20-40 секунд. Розташування датчиків дозволяє в режимі реального часу одержувати інформацію про роботу основних систем двигуна: мащення, охолодження живлення, випуску відпрацьованих газів. Отримані дані про температури й витрати робочих середовищ у зазначених системах дозволять більш точно визначати складові теплового балансу двигуна, ефективні показники його роботи, оцінювати оптимальність настроювань і регулювань основних систем двигуна. Розроблена система автоматичного збору й обробки інформації дозволяє в режимі реального часу вимірювати параметри, що визначають величину зазначених втрат теплоти: витрати рідин і газів, їхньої температури. Отримані дані дозволяють оцінювати ефективність перетворення теплоти, що виділяється при згорянні палива в роботу, а також результативність режимних і конструктивних заходів і модернізацій, спрямованих на енергозбереження у ДВЗ. Поставлена задача вирішується тим, що запропонована система регулювання температури охолоджуючої рідини дизеля М756 дизель-поїзда ДР-1 з утилізацією теплоти відпрацьованих газів тепловим акумулятором з електропідігрівом і моніторингом теплових параметрів 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 акумулятору, 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, джерело електроенергії, блок контролю параметрів датчиків температури, комунікаційний інтелектуальний контролер (трекер), та диспетчерський центр інженернотехнічної служби. На кресленні приведена схема запропонованої системи. 2 UA 78984 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 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 насосу 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, встановлений 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, з встановленим в ньому електронагрівачем теплового акумулятора 19, що з'єднаний з джерелом електроенергії 21 за допомогою силового електрокабеля 20, до дизеля М756, блока керування автоматично діючого передпускового прокачування оливи при здійсненні пуску 14 та блока керування пуском дизеля М756 15, а також блок контролю параметрів датчиків температури 16, що передає отриману інформацію на комунікаційний інтелектуальний контролер (трекер) 17, який за допомогою одержання інформації із всіх датчиків масив даних із трекера передає на сервер через технологію GSMGPRS, а потім через Інтернет інформація надходить у диспетчерський центр інженернотехнічної служби 18 оснащеної комп'ютером із установленим стандартним Інтернет браузером, що і виводить отримані дані на екран монітора. 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, датчику 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 поступають у тепловий акумулятор 6, заряджаючи його. Переведення заслінки в середині 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 поступають 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 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 водяним трубам 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 насосу 11 по водяним трубам 9 відбирається накопичена теплота теплового акумулятора, що дозволяє прогріти охолоджуючу рідину дизеля від теплового акумулятора 6 в процесі підготовки 3 UA 78984 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 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 в КБУ 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 кресленні 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 19, який дає змогу заряджати його від джерела електроенергії 21 за допомогою силового електрокабелю 20. В якості джерела електроенергії 21 може бути використана електрична мережа або стаціонарне джерело електроенергії, або бортовий додатковий електрогенератор. Для контролю параметрів роботи системи блок контролю параметрів датчиків температури 16, в який передається інформація з датчиків температури Д1 - Д4, передає отриману інформацію на комунікаційний інтелектуальний контролер (трекер) 17, який за допомогою одержання інформації із всіх датчиків масив даних із трекера передає на сервер через технологію GSM-GPRS, а потім через Інтернет інформація надходить у диспетчерський центр інженерно-технічної служби 18 оснащеної комп'ютером із установленим стандартним Інтернет браузером, що і виводить отримані дані на екран монітора. Таким чином, використання запропонованої системи дозволяє шляхом електронного керування дизеля М756, системою регулювання температури дизеля М756 дизель-поїзда ДР-1 з тепловим акумулятором за допомогою елементів забезпечення повторно-короткочасного режиму роботи дизеля підвищити 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. Для додаткового заряджання теплового акумулятора його оснащено електронагрівачем теплового акумулятора, який дає змогу заряджати його від електричної мережі або стаціонарного джерела електроенергії, або бортового додаткового електрогенератора. 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. Блок контролю параметрів датчиків температури передає отриману інформацію на комунікаційний інтелектуальний контролер (трекер), який за допомогою одержання інформації із всіх датчиків масив даних із трекера передає на сервер через технологію GSM-GPRS, а потім через Інтернет інформація надходить у диспетчерський центр інженерно-технічної служби, оснащеної комп'ютером із установленим стандартним Інтернет браузером, що і виводить отримані дані на екран монітора. Джерела інформації: 1. Дизель-поезд ДР-1 А. Руководство по эксплуатации. 349.00.00.00РЭ. Рижский вагонный завод. 1987 г. 2. Патент на корисну модель UA, №50378, МПК (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. 2230-11.08.87г. 4. Тепловозные двигатели внутреннего сгорания: Учебник для вузов / А.Э. Симпсон, А.З. Хомич, А.А. Куриц и др. - М: Транспорт, 1987. 536с. 5. Глазков Ю.Е., Попов А.И. Использование информационных технологий в профессиональной деятельности инженера автотранспортных производств // Материалы XIV Международной научно-практической конференции "Актуальные проблемы эксплуатации 4 UA 78984 U 5 автотранспортных средств". Сборник статей под общей редакцией Кириллова А.Г. - Владимир: ВлГУ. – 2011, с. 61-64. 6. Блинов О.М. Теплотехнические измерения и приборы / О.М. Блинов, А. М. Беленький, В.Ф. Бердышев. - М.: Металлургия, 1993. - 288 с. 7. Телематика на транспорте / П. Пржибыл, М. Свитек; Под ред. Проф. В.В. Сильянова; М: МАДИ(ГТУ), 2003 - 540 с. 8. Информационные технологии на автомобильном транспорте / В.М. Власов, А.Б. Николаев, А.В. Постолит, В.М. Приходько; под общ. ред. В.М. Приходько; МАДИ (Гос. техн. унт). - М: Наука, 2006. - 283 с. 10 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 25 Система регулювання температури охолоджуючої рідини дизеля М756 дизель-поїзда ДР-1 з утилізацією теплоти відпрацьованих газів тепловим акумулятором з електропідігрівом і моніторингом теплових параметрів, 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, яка 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 акумулятору, 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, блок контролю параметрів датчиків температури, комунікаційний інтелектуальний контролер (трекер), диспетчерський центр інженерно-технічної служби, датчик температури відпрацьованих газів до теплового акумулятора, датчик температури відпрацьованих газів після теплового акумулятора, електронагрівач теплового акумулятора, силовий електрокабель та джерело електроенергії. 5 UA 78984 U Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 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 6