RU158083U1 - Устройство подготовки воздуха для пневматической системы вагона железнодорожного транспорта - Google Patents

Abstract

1. Устройство подготовки воздуха для пневматической системы вагона железнодорожного транспорта, содержащее компрессор, имеющий пневматические вход и выход, и входной вал, на пневматическом входе компрессора установлен воздушный фильтр, через который происходит забор наружного атмосферного воздуха в компрессор, входной вал компрессора механически соединён с электродвигателем, пневматический выход компрессора пневматически связан со входом основного охладителя, выход которого пневматически связан со входом блока осушки сжатого воздуха, состоящим из мембранного осушителя и дросселирующего элемента, в мембранном осушителе выполнены входное отверстие для поступления сжатого воздуха из компрессора, выходное отверстие для осушенного сжатого воздуха, входное отверстие для продувочного воздуха, выходное отверстие для сброса пермеата, а дросселирующий элемент пневматически соединён с одной стороны с выходным отверстием для осушенного сжатого воздуха, а с другой стороны - с входным отверстием для продувочного воздуха мембранного осушителя для возврата части осушенного сжатого воздуха обратно в мембранный осушитель для удаления из него пермеата, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит термостат, имеющий входной канал для горячего сжатого воздуха, входной канал для холодного сжатого воздуха, выходной канал, при этом входной канал термостата для горячего сжатого воздуха пневматически соединён с пневматическим выходом компрессора в месте подсоединения к нему входа основного охладителя, входной канал термостата для холодного сжатого воздуха пневматически соединён с выходом основного о

Description

Заявляемая полезная модель относится к устройствам для подготовки очищенного, сжатого и осушенного воздуха, предназначенного для использования различными потребителями в пневматической системе вагона железнодорожного транспорта, например, в вагонах метрополитена.

В заявляемом устройстве в качестве исходного материала для подготовки воздуха для пневматической системы вагона используют наружный атмосферный воздух, для очистки забранного наружного атмосферного воздуха используют воздушный фильтр, для сжатия воздуха используют поршневой безмасленный компрессор, а для осушения воздуха используют мембранный осушитель.

Из уровня техники (автореферата к диссертации кандидата технических наук Редина А.Л. «Совершенствование устройств осушки сжатого воздуха для тормозных систем подвижного состава железных дорог» от 22.05.2007 по информации с сайтов в сети Интернет http://www.dissercat.com/content/sovershenstvovanie-ustroistv-osushki-szhatogo-vozdukha-dlya-tormoznykh-sistem-podvizhnogo-so#ixzz3WFmraEyT и журнала «Железнодорожный транспорт» №3/2010 статья А. Л. Редина «Анализ методов подготовки сжатого воздуха для пневматических систем подвижного состава») известно, что одним из основных факторов, обеспечивающих надежность подвижного состава и безопасность движения на железнодорожном транспорте, является безотказная работа его пневматического оборудования и тормозов, которая во многом зависит от качества сжатого воздуха, поступающего в пневмосистему вагона.

Чтобы обеспечить качество сжатого воздуха, поступающего в пневмосистему вагона, необходимо произвести дополнительную обработку забранного компрессором наружного атмосферного воздуха, поскольку забранный компрессором воздух содержит некоторое количество парообразной воды и твердых пылеобразных частиц.

Содержание парообразной воды и твердых пылеобразных частиц в сжатом воздухе в пневмосистеме вагона имеет ряд отрицательных последствий:

- замерзание конденсата и превращение его в лед при отрицательных температурах наружного атмосферного воздуха при эксплуатации вагона в холодный период года, в результате чего происходит частичное сужение проходных сечений в трубопроводах пневмосистемы вагона, что в свою очередь приводит к неэффективной работе пневмооборудования вагона;

- возможное полное перекрывание проходных сечений в трубопроводах пневмосистемы вагона из-за замерзания конденсата и превращения его в лед, что приводит к полному отказу пневматического оборудования вагона, например, к полному выходу из строя тормозной системы вагона, что прямым образом влияет на безопасность движения железнодорожного транспорта;

- возможное неполное закрытие/открытие или полное заклинивание клапанов пневмосистемы вагона из-за попадания твердых частиц пыли в пневмосистему вагона, что приводит к полному отказу пневматического оборудования вагона и влияет на безопасность движения железнодорожного транспорта.

Поэтому, содержание парообразной воды и твердых пылеобразных частиц в сжатом воздухе, подаваемом в пневмосистему вагона, жестко ограничено нормативными документами.

Кроме того, низкое качество сжатого воздуха в пневмосистеме вагона является сдерживающим фактором для применения на железнодорожном транспорте нового высокотехнологичного пневмооборудования.

Для обеспечения надлежащего качества воздуха, поступающего в пневмосистему вагона, как правило, под днищем вагона устанавливается специальное устройство подготовки воздуха для пневматической системы вагона железнодорожного транспорта, которое осуществляет забор, очистку, сжатие и осушку наружного атмосферного воздуха и обеспечивает его подачу в пневмосистему вагона для раздачи потребителям. Возможна также установка устройства подготовки воздуха для пневматической системы в другие места вагона железнодорожного транспорта, например, непосредственно в вагоне.

В настоящее время существует несколько типов устройств, осуществляющих подготовку сжатого воздуха для пневматической системы вагона, которые используются на железнодорожном транспорте для обеспечения нормативных показателей качества сжатого воздуха, в которых для сжатия воздуха используют масляный или безмасленный компрессоры, а для осушки сжатого воздуха используют адсорбционный или мембранный осушители.

Из уровня техники известно устройство подготовки воздуха для пневматической системы вагона железнодорожного транспорта, в котором для сжатия воздуха используют масляный компрессор, а для осушки воздуха - адсорбционный осушитель.

К таким устройствам относится устройство подготовки воздуха для пневматической системы вагона железнодорожного транспорта, в котором для сжатия воздуха используют масляный винтовой компрессор, а для осушки воздуха - два адсорбционных осушителя (патент на полезную модель RU №106197 «Компрессорный агрегат для пневматических систем подвижного состава железнодорожного транспорта», дата подачи 17.12.2010). В данном устройстве температура воздуха, сжатого компрессором, понижается с помощью охладителя, дополнительно обдуваемого с помощью вентилятора, установленного на оси привода компрессора.

К таким устройствам также относится, например, патент на полезную модель RU №143026 «Устройство для получения очищенного и осушенного сжатого воздуха на транспортном средстве», дата подачи 21.01.2014, правообладатель “Самарский государственный университет путей сообщения”, в котором для сжатия воздуха используют масляный компрессор. Кроме того, устройство содержит маслоотделитель, который выполняет функцию фильтра по очистке сжатого воздуха от масла перед его осушкой в адсорбционном осушителе.

К таким устройствам также относится, например, патент на полезную модель RU №53247 «Устройство для подготовки сжатого воздуха в тормозной системе локомотивов», дата подачи 22.12.2005, правообладатель «Омский государственный университет путей сообщения», в котором для сжатия воздуха используют масляный компрессор. Кроме того, устройство содержит маслоотделитель, а для осушки - адсорбционный блок осушки воздуха.

Из уровня техники известна конструкция адсорбционного осушителя, применяемого в устройствах для подготовки сжатого воздуха на железнодорожном транспорте, например, описанная в патенте на изобретение EP №1980312 «Адсорбционный осушительный блок с оптимизированным управлением расхода воздуха», дата публикации 15.10.2008, правообладатель итальянская компания «Faiveley transport Italia S.P.A», в котором для сжатия воздуха используют компрессор, а для осушки - две сушильные адсорбционные колонны, дополнительно снабженные датчиком влажности воздуха для повышения эффективности осушки сжатого воздуха.

Из уровня техники известна конструкция адсорбционного осушителя, применяемого в устройствах для подготовки сжатого воздуха на железнодорожном транспорте, например, описанная в патенте на изобретение RU №2443462 «Установка для подготовки сжатого воздуха», дата публикации 11.08.2010, в которой для повышения качества обслуживания установки по замене адсорбента, рама, на которой под вагоном установлен адсорбер, выполнена поворотной, а в самом адсорбере осуществляется контроль отвода конденсата.

Из уровня техники известна конструкция адсорбционного осушителя, применяемого в устройствах для подготовки сжатого воздуха на железнодорожном транспорте, например, сайт компании «Энергопроект» в сети Интернет http://proekt-energo.ru/inner.php?id=8, где описан принцип работы адсорбционного осушителя и особенности его эксплуатации.

Одним из недостатков таких систем подготовки воздуха в пневматических системах железнодорожного транспорта с использованием масляного компрессора и адсорбционного осушителя является то, что необходимо применять сложные системы очистки сжатого воздуха от масла перед подачей его в абсорбционный осушитель для последующей осушки сжатого воздуха. Также недостатком использования адсорбционных осушителей в таких установках является то, что каждые 3-4 года необходимо проводить трудоемкое техническое обслуживание установки для замены адсорбента.

Из уровня техники известны другие устройства подготовки воздуха для пневматической системы вагона железнодорожного транспорта, в которых для сжатия воздуха используют безмасленный компрессор, а для осушки воздуха - адсорбционный осушитель.

К таким устройствам относится, например, патент на изобретение RU №2266221 «Транспортная установка для осушки сжатого воздуха», дата подачи 12.04.2004, в которой для сжатия воздуха используют безмасленный поршневой компрессор, а для осушки воздуха - два адсорбционных осушителя, подключенных параллельно в пневмосистему устройства.

К этому же типу устройств относится патент РФ на полезную модель RU №130273 «Электропневматическая тормозная система», дата подачи 28.02.2013, правообладатели Открытое акционерное общество “Российские железные дороги” (RU) и Сименс акциенгезельшафт (DE), в которой для сжатия воздуха используют безмасленный поршневой компрессор, а для осушки воздуха - двухкамерный адсорбционный осушитель.

К этому же типу устройств относится патент РФ на полезную модель RU №52590 «Локомотивная адсорбционная установка», дата подачи 25.10.2005, в которой для сжатия воздуха используют безмасленный поршневой компрессор, а для осушки воздуха - два параллельных адсорбера.

К таким устройствам относится, например, патент на изобретение RU №2200680 «Система воздухоснабжения транспортного средства», дата подачи 12.01.2001, в которой для сжатия воздуха используют безмасленный компрессор, а для осушки воздуха - два адсорбера, связанные через группу резервуаров.

К таким устройствам относится, например, патент на изобретение RU №2179263 «Устройство для получения очищенного и осушенного сжатого воздуха на транспортном средстве», дата подачи 25.04.2001, правообладатель «Государственное унитарное предприятие Всероссийский научно- исследовательский институт тепловозов и путевых машин», в котором для сжатия воздуха используют безмасленный компрессор, а для осушки воздуха - один адсорбер, снабженный электронным аппаратом управления временем продувки адсорбента.

К таким устройствам относится, например, патент на изобретение RU №2062905 «Устройство для получения сжатого осушенного воздуха на транспортном средстве», дата подачи 19.01.1993, правообладатель Акционерное общество открытого типа - холдинговая компания “Коломенский завод”, в котором для сжатия воздуха используют безмасленный компрессор, а для осушки воздуха - один адсорбер, снабженный регулирующим клапаном, который дозирует оптимальное количество воздуха на регенерацию адсорбента.

Кроме того, из уровня техники известен адсорбционный осушитель WO №2013/150110 по международной заявке PCT/EP 2013/057129 «Устройство для осушки сжатого воздуха для железнодорожного транспорта», дата международной подачи 04.04.2013, правообладатель «Knorr-Bremse Systeme für Schienenfahrzeuge GmbH», Германия, в котором для сжатия воздуха используют безмасленный компрессор, а для осушки воздуха - два адсорбера, предназначенные для удаления воды из сжатого воздуха перед его подачей к потребителям на железнодорожном транспортном средстве.

Из уровня техники известны вагоны метро серии 81-760/761, выпускаемые в России ОАО «МЕТРОВАГОНМАШ» (сайт в сети Интернет www.metrowagonmash.ru), которые оборудованы устройством для подготовки воздуха для пневматической системы вагона, производства немецкой компании «Knorr-Bremse Systeme für Schienenfahrzeuge GmbH», в котором используют комбинацию безмасленного компрессора с двумя адсорбционными осушителями для осушки сжатого воздуха. Обычно устройство для подготовки воздуха для пневматической системы вагона метро устанавливается под вагоном. Известное устройство для подготовки воздуха для пневматической системы вагоны метро серии 81-760/761 с использованием адсорбционного осушителя представляет собой довольно громоздкую конструкцию, состоящую из двух конструктивно самостоятельных блоков адсорбера и собственно компрессора, устанавливаемых под днищем вагона.

Одним из преимуществ таких систем подготовки воздуха в пневматических системах железнодорожного транспорта является то, что при использовании безмасленных компрессоров для сжатия воздуха нет необходимости применять сложные системы очистки сжатого воздуха от масла перед подачей его в адсорбционный осушитель для последующей осушки сжатого воздуха. Однако, недостатком данных устройств является то, что осушители адсорбционного типа требуют регулярного технического обслуживания каждые 3-4 года для замены адсорбента.

Из уровня техники известны другие устройства подготовки воздуха для пневматической системы вагона железнодорожного транспорта, в которых для сжатия воздуха используют масляный компрессор, а для осушки воздуха - мембранный осушитель.

Общеизвестно, что класс очистки воздуха мембранным осушителем воздуха выше, чем класс очистки воздуха адсорбционным осушителем, поэтому использование адсорбционного осушителя ограничивает возможность использования более современного пневматического оборудования при модернизации конструкции вагонов метрополитена. Кроме того, массо-габаритные характеристики мембранных осушителей имеют значительно лучшие показатели по сравнению с адсорбционными осушителями в отношении возможности их использования в ограниченном объеме вагона.

Кроме того, в отличие от мембранных осушителей, которые не требуют никакого технического обслуживания в процессе его эксплуатации в течение всего срока службы (около 30 лет без нарушения правил эксплуатации), адсорбционный осушитель требует технического обслуживания каждые 3-4 года для замены адсорбента.

Из уровня техники известны конструкции мембранных осушителей, которые могут использоваться в промышленности в различных установках по осушке сжатого воздуха.

Например, конструкции мембранного осушителя описаны в евразийском патенте на изобретение EP №200700710, дата подачи 27.09.2005, дата публикации 26.10.2007, а также в патенте Японии на изобретение JP 2008284409 и на сайте компании «Энергопроект» в сети Интернет по адресу http://proekt-energo.ru/inner.php?id=8.

Осушение сжатого воздуха в мембранном осушителе происходит за счет специальной мембраны, которая представляет собой собранные в пучок тонкие полые волокна из специального полимерного материала. Влажный воздух течет внутри волокон. Влага адсорбируется на внутренней поверхности волокна, диффундирует через стенку, десорбируется на наружной поверхности и уносится потоком воздуха, омывающим волокна снаружи. Для этого часть осушенного воздуха в реверсном режиме направляется обратно на продувку пучка волокон.

Из уровня техники известны мембранные осушители, которые используются на транспорте в устройствах для подготовки воздуха для пневматических систем, например, патент на полезную модель RU №116066 «Устройство для осушки сжатого воздуха», дата подачи 25.01.2012, в котором для сжатия воздуха используют масляный поршневой компрессор, водомаслоотделитель, а для осушки воздуха - мембранный осушитель. Устройство дополнительно снабжено буферной емкостью для предотвращения выхода из строя мембранного осушителя в результате пневмоудара.

Недостатком устройств подготовки сжатого воздуха для пневматических систем на транспорте с использованием комбинации масляного компрессора в сочетании с мембранным осушителем является то, что при попадании в мембранный осушитель воздушной смеси с присутствием масла, происходит забивание мембран в полимерных волокнах молекулами масла, в результате чего мембранный осушитель полностью выходит из строя без возможности восстановления его работоспособности. Для предотвращения попадания масла в мембранный осушитель необходимо после выхода из масляного компрессора производить тщательную очистку сжатого воздуха от масла с помощью дополнительного громоздкого оборудования, а именно, маслоотделителя. Использование дополнительного громоздкого оборудования в виде маслоотделителя представляется проблематичным в условиях ограниченного подвагонного пространства железнодорожного вагона или вагона метро.

Из уровня техники известно устройство для подготовки сжатого воздуха для пневматических систем подвижного состава железнодорожного транспорта, например, описанное в патенте на полезную модель RU №144444 «Компрессорный агрегат для пневматических систем подвижного состава железнодорожного транспорта», дата подачи 13.03.2014, в котором для сжатия воздуха используют масляный компрессор, маслоотделитель в комбинации с мембранным осушителем для осушки сжатого воздуха, который был принят за прототип.

В данном устройстве имеется винтовой маслозаполненный компрессор, на пневматическом входе которого установлен очистной воздушный фильтр, через который происходит забор наружного атмосферного воздуха в компрессор для его последующего сжатия. Входной вал компрессора механически соединен с приводным электродвигателем. Выход компрессора пневматически соединен с блоком осушки сжатого воздуха. Между компрессором и блоком осушки сжатого воздуха установлен маслоотделитель, блок охлаждения воздушно-масляный и фильтры сжатого воздуха.

В прототипе блок осушки сжатого воздуха состоит из мембранного осушителя, имеющего входное отверстие для поступления сжатого воздуха из компрессора, выходное отверстие для осушенного сжатого воздуха, выходное отверстие для сброса пермеата и дросселирующего элемента с электромагнитным клапаном. Дросселирующий элемент пневматически соединен с одной стороны с выходным отверстием для осушенного сжатого воздуха, а с другой стороны с входным отверстием для продувочного воздуха мембранного осушителя.

Дросселирующий элемент возвращает под давлением осушенный сжатый воздух обратно в мембранный осушитель для принудительного удаления пермеата из его внутреннего объема, который под давлением выталкивается наружу в атмосферу за пределы устройства через выходное отверстие мембранного осушителя.

Недостатком данного прототипа является то, что из-за применения масляного компрессора в сжатом воздухе всегда присутствует масло, которое при попадании в мембранный осушитель приводит к фатальному выходу его из строя из-за забивания мембран в полимерных волокнах молекулами масла.

Для предотвращения попадания масла в мембранный осушитель в прототипе производят тщательную очистку сжатого воздуха от масла до его попадания в мембранный осушитель. Очистка сжатого воздуха от масла производится маслоотделителем и четырьмя фильтрами. Маслоотделитель и четыре фильтра представляют собой дополнительное громоздкое оборудования, которое необходимо устанавливать в ограниченное подвагонное пространство железнодорожного вагона или вагона метро, где обычно устанавливается устройство подготовки воздуха для пневматической системы вагона.

Кроме того, недостатком прототипа является то, что в прототипе отсутствует регулирование температуры сжатого воздуха перед его подачей в блок осушки сжатого воздуха, что не позволяет проводить максимально эффективную осушку сжатого воздуха во всем диапазоне возможных эксплуатационных температур наружного воздуха, в которых может работать подвижный состав железнодорожного транспорта (от - 50°C до +50°C).

Отсутствие в прототипе регулирования температуры сжатого воздуха перед его подачей в блок осушки сжатого воздуха может привести к тому, что при низких температурах наружного воздуха в пневмосистеме прототипа может произойти замерзание конденсата, что может привести к снижению производительности устройства, а также его возможному полному выходу из строя, что прямым образом влияет на безопасность движения.

Отсутствие в прототипе возможности сброса конденсата из основного охладителя может привести к замерзанию конденсата при низких эксплуатационных температурах наружного воздуха, что, в свою очередь, может привести к снижению производительности устройства, а также его возможному полному выходу из строя.

Отсутствие в прототипе дополнительного принудительного охлаждения основного охладителя не позволяет произвести рациональную компоновку устройства подготовки воздуха для пневматических систем в ограниченном объеме вагона железнодорожного транспорта.

Задачей заявляемой полезной модели является создание устройства подготовки воздуха для пневматической системы вагона железнодорожного транспорта, лишенное недостатков прототипа и способное обеспечить высокое качество осушки сжатого воздуха и бесперебойную работу пневматического оборудования железнодорожного вагона в широком диапазоне эксплуатационных температур наружного воздуха.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве подготовки воздуха для пневматической системы вагона железнодорожного транспорта в качестве компрессора используют безмасленный поршневой компрессор, а основной охладитель дополнительно снабжен термостатом, имеющим возможность регулирования температуры сжатого воздуха, поступающего в блок осушки сжатого воздуха, а также средством удаления конденсата из основного охладителя.

Кроме того, новым в заявляемом устройстве является то, что безмасленный поршневой компрессор выполнен с двумя ступенями сжатия воздуха и снабжен межступенчатым охладителем сжатого воздуха.

Кроме того, межступенчатый охладитель имеет дополнительный принудительный обдув с помощью крыльчатки, установленной на выходном валу компрессора.

Кроме того, основной охладитель имеет принудительный обдув с помощью второй крыльчатки, установленной на втором электродвигателе.

Кроме того, заявляемое устройство снабжено предохранительным клапаном, установленным на пневматическом выходе компрессора.

Кроме того, на выходном отверстии мембранного осушителя установлена защитная сетка.

Заявляемая полезная модель поясняется чертежами.

На Фиг. 1 - приведена схема расположения пневматического оборудования вагона метрополитена с заявляемым устройством.

На Фиг. 2 - приведена принципиальная схема заявляемого устройства.

На Фиг. 3 «а» - приведена конструкция термостата в исходном холодном состоянии термоэлемента.

На Фиг. 3 «б» - приведена конструкция термостата в горячем состоянии термоэлемента.

На Фиг. 4 «а» - приведена конструкция мембранного осушителя в аксонометрии в разрезе.

На Фиг. 4 «б» - приведен внешний вид мембранного осушителя.

На Фиг. 4 «в» - приведена конструкция мембранного осушителя в разрезе.

На Фиг. 5 «а» - приведена конструкция заявляемого устройства в аксонометрии.

На Фиг. 5 «б» - приведен вид спереди конструкции заявляемого устройства.

На Фиг. 5 «в» - приведен вид сбоку справа конструкции заявляемого устройства.

На Фиг. 5 «г» - приведен вид сверху конструкции заявляемого устройства.

Основными потребителями сжатого осушенного воздуха в вагонах железнодорожного транспорта, в том числе в вагонах метро, являются: пневмопривод дверей для входа/выхода пассажиров, пневмопривод автосцепки вагона, пневмопривод тормозной системы вагона, пневмопривод подвески вагона, пневмопривод кресла машиниста, пневмопривод токоприемника.

Рассмотрим схему расположения пневматического оборудования вагона метрополитена с заявляемым устройством, приведенную на Фиг. 1.

Вагон 1 метро имеет двери 2 для входа/выхода пассажиров, снабженные пневмоприводом 3 для открывания и закрывания дверей 2. В головной части вагона 1 находится кабина машиниста 4. В кабине машиниста 4 установлено кресло машиниста 5, которое снабжено пневмоприводом 6. Вагон 1 установлен на колесах 7, движущихся по рельсам железнодорожного полотна 8. Питание электрооборудования вагона 1 постоянным напряжением =750 В осуществляется через контактную сеть, так называемый «третий рельс» 9, представляющий собой шину электропитания, установленную в туннеле метрополитена. Под днищем вагона 1 установлены токоприемники 10, снабженные пневмоприводом токоприемника 11. Токоприемники 10 имеют устойчивый электрический контакт с третьим рельсом 9 и скользят по нему в течение всего времени движения вагона 1 по рельсам железнодорожного полотна 8, передавая, таким образом, напряжение электропитания =750 В с неподвижного третьего рельса 9 на движущийся вагон 1 метрополитена. Состав метрополитена состоит из нескольких вагонов 1, соединенных между собой посредством автосцепки 12 вагонов 1. Автосцепки 12 вагонов 1 также снабжены пневмоприводом автосцепки вагонов 13.

Вагон 1 метрополитена снабжен пневматической тормозной системой 14. Пневматическая тормозная система 14 вагона 1 снабжена пневмоприводом тормозной системы вагона 15. Вагон 1 метрополитена может осуществлять торможение двумя способами: электродинамическим, так называемое торможение двигателем, и пневматическим.

При электродинамическом торможении торможение вагона 1 осуществляется за счет замедления вращения приводного вала тягового двигателя (не показан) вагона 1, в результате которого происходит замедление вращения колес 7.

При пневматическом торможении торможение вагона 1 осуществляется за счет плавного сброса (обычное торможение) или резкого сброса (аварийное торможение) воздуха из пневмопривода тормозной системы вагона 15, в результате чего происходит прижатие тормозных колодок к колесам 7 и, как следствие, замедление их вращения.

Связь колес 7 с вагоном 1 осуществляется с помощью подвески 16, снабженной пневмоприводом подвески 17.

Под днищем вагона 1 метрополитена установлен преобразователь напряжения электропитания для собственных нужд вагона 18 (=750 В / ~380 В), который электрически связан с токоприемником 10 и устройством подготовки воздуха для пневматической системы вагона железнодорожного транспорта 19, которая в свою очередь пневматически связана с ресивером 20.

С токоприемника 10 напряжение постоянного тока =750 В поступает в преобразователь напряжения электропитания для собственных нужд вагона 18, который преобразует его в переменное напряжение ~380 В, которое предназначено для электропитания заявляемого устройства подготовки воздуха для пневматической системы вагона железнодорожного транспорта 19.

Устройство подготовки воздуха для пневматической системы вагона железнодорожного транспорта 19 предназначено для подготовки воздуха для пневматической системы вагона 1 и последующей его раздачи через ресивер 20 конечным потребителям, входящим в пневмооборудование вагона 1.

Устройство подготовки воздуха для пневматической системы вагона железнодорожного транспорта 19 производит забор наружного атмосферного воздуха и осуществляет его последующую обработку, заключающуюся в очистке забранного воздуха, его сжатии и осушки до требуемых параметров для бесперебойной и безотказной работы пневматического оборудования вагона, а также удаление за пределы устройства конденсата и пермеата, образовавшихся в процессе обработки воздуха.

Обработанный воздух поступает через ресивер 20 в пневмосистему вагона 1 и раздается конечным потребителям: пневмоприводу токоприемников 11, пневмоприводу 3 для открывания и закрывания дверей для входа/выхода пассажиров, пневмоприводу автосцепки вагонов 13, пневмоприводу тормозной системы вагона 15, пневмоприводу подвески 17, пневмоприводу 6 кресла машиниста 5.

Заявляемое устройство подготовки воздуха для пневматической системы вагона железнодорожного транспорта должно обеспечить бесперебойную работу пневматического оборудования железнодорожного вагона, например, вагона метро, для чего оно должно обеспечивать заданное давление в ресивере 20 не ниже 0,9 МПа. В процессе эксплуатации пневматического оборудования вагона происходит расход сжатого и осушенного воздуха, а также его утечки, что приводит к снижению заданного давления в ресивере 20.

При снижении заданного давления в ресивере 20 ниже 0,9 МПа, система управления вагона (не показана) подает управляющий сигнал в преобразователь напряжения электропитания для собственных нужд вагона 18 о необходимости подачи напряжения питания ~380 В в электродвигатель 21 (D1). Входной вал компрессора 23 механически соединен с электродвигателем 21 через приводную муфту 22. При подаче напряжения в электродвигатель 21 начинает вращаться выходной вал электродвигателя 21, который через приводную муфту 22 передает вращение входному валу компрессора 23.

Компрессор 23 осуществляет забор атмосферного наружного воздуха во внутрь заявляемого устройства и осуществляет его двухступенчатое сжатие до рабочего избыточного давления 1,0 МПа с промежуточным охлаждением между ступенями сжатия и осуществляет подачу этого воздуха для последующего основного охлаждения и осушки для подачи конечным потребителям через ресивер 20. Примером реализации компрессора 23 в заявляемом устройстве может являться, компрессор марки F75P-14.JGB (Блок поршневой), производства японской компании «ANEST IWATA», реализуемый на территории России с марта 2014 г. Компрессор 23 имеет пневматический вход и выход, и входной вал, а также выходной вал.

При вращении входного вала компрессора 23 происходит забор атмосферного наружного воздуха в компрессор 23, который осуществляется через воздушный фильтр 24, установленный на пневматическом входе компрессора 23. В воздушном фильтре 24 происходит очистка забранного воздуха от твердых частиц размером более 5 мкм. Примером реализации воздушного фильтра 24 в заявляемом устройстве может являться воздушный фильтр марки 29/31 LE AD производства финской компании «Ahlstrom», реализуемый на территории России с февраля 2014 г.

Затем внутри компрессора 23 происходит сжатие забранного воздуха, которое осуществляется в две ступени.

В блоке первой ступени сжатия воздуха 25 в компрессоре 23 забранный воздух сжимается до давления 0,25 МПа посредством первого цилиндра 26 и второго цилиндра 27. При сжатии воздуха на первой ступени происходит его значительный нагрев. Далее необходимо произвести второе, окончательное сжатия воздуха до заданного избыточного давления 1,0 МПа с помощью блока второй ступени сжатия воздуха 28, который включает в себя третий цилиндр 29.

Перед поступлением сжатого на первой ступени воздуха в блок второй ступени сжатия воздуха 28 его необходимо предварительно охладить в межступенчатом охладителе 30 для предотвращения перегрева третьего цилиндра 29.

Межступенчатый охладитель 30 представляет собой оребренный теплообменник. Для увеличения эффективности работы межступенчатого охладителя 30 он принудительно обдувается атмосферным воздухом с помощью крыльчатки 31, установленной на выходном валу компрессора 23. Вращение крыльчатки 31 происходит при включенном электродвигателе 21 (D1). Крыльчатка 31 закрыта защитным кожухом.

Для защиты пневматического контура заявляемого устройства от повышенного давления, которое может привести к выходу из строя всего устройства, после второй ступени сжатия воздуха установлен предохранительный клапан 32.

Примером реализации предохранительного клапана 32 в заявляемом устройстве может являться предохранительный клапан марки 1/4” 11AT.CE. производства итальянской компании «AIR TEK», реализуемый на территории России с января 2014 г.

Повышение давления в пневматическом контуре заявляемого устройства может быть вызвано сбоями в системе управления вагона, в результате которого будет отсутствовать сигнал на отключение электродвигателя 21 и, соответственно, не произойдет в нужный момент остановка компрессора 23, в результате чего компрессор 23 будет продолжать работать и, соответственно, повышать давление в пневматическом контуре, что может привести к выходу из строя заявляемого устройства, а также пневматического оборудования вагона.

Другой возможной причиной повышения давления в пневматическом контуре заявляемого устройства является механическое повреждение (пережатие) пневматического трубопровода. В результате возможного механического повреждения пневматического трубопровода происходит повышение давления в пневмосистеме, что может привести к выходу из строя заявляемого устройства, а также пневматического оборудования вагона.

При повышении давления в пневматическом контуре заявляемого устройства по любой из описанных выше причин происходит срабатывание предохранительного клапана 32 и сброс сжатого воздуха в атмосферу с последующим понижением давления сжатого воздуха в пневматической системе заявляемого устройства до рабочего давления.

На выходе из компрессора 23 после второй ступени сжатия температура сжатого воздуха может достигать +160°C, а на входе в блок осушки сжатого воздуха 33 температура сжатого воздуха должна находиться в диапазоне от +35°C до +55°C, так как экспериментальным путем заявителем было установлено, что именно в этом диапазоне температур происходит максимально эффективная осушка сжатого воздуха мембранным осушителем.

Таким образом, для обеспечения заданной температуры сжатого воздуха на входе в блок осушки сжатого воздуха 33, необходимо поддерживать температуру сжатого воздуха, выходящего из компрессора 23, в диапазоне от +35°C до +55°C путем его охлаждения или исключения охлаждения.

Эту функцию в заявляемом устройстве выполняют два блока: основной охладитель 34 и термостат 35. Основной охладитель 34 представляет собой оребренный теплообменник. Вход основного охладителя 34 соединен с пневматическим выходом компрессора 23, а выход основного охладителя 34 пневматически соединен со входом блока осушки сжатого воздуха 33.

Примером реализации основного охладителя 34 в заявляемом устройстве может являться охладитель воздушный марки ВТ 2926 производства белорусской компании «ТАСПО-радиатор» ТУ BY 100152790.002-2005, реализуемый на территории России с марта 2014.

При этом, способность основного охладителя 34 отводить тепло от сжатого воздуха выше, чем у межступенчатого охладителя 30, поскольку возможный перепад температур сжатого воздуха на выходе из компрессора 23 (+160°C) до входа в блок осушки сжатого воздуха 33 (в диапазоне от +35°C до +55°C) значительно выше, чем перепад температур сжатого воздуха между блоком первой ступени сжатия воздуха 25 и блоком второй ступени сжатия воздуха 28.

Термостат 35 представляет собой стандартное изделие. Примером реализации термостата 35 в заявляемом устройстве может являться клапан термостат марки VTS 27/55° - 3/4″ производства итальянской компании «VMC», реализуемый на территории России с января 2014 г.

Термостат 35 подобран таким образом, чтобы температура сжатого воздуха в выходном канале 36 термостата 35 находилась в диапазоне от +35°C до +55°C. Конструкция термостата 35 приведена на Фиг. 3 «а» и 3 «б».

Помимо выходного канала 36 термостат 35 имеет входной канал для горячего сжатого воздуха 37 и входной канал для холодного сжатого воздуха 38. Внутри термостата 35 между входными отверстиями для горячего и холодного сжатого воздуха 37 и 38 установлен золотник 39 с пружиной 40, один конец которой упирается в первый упор 41, а другой конец упирается в бортик 42 золотника 39. Внутри золотника 39 установлен термоэлемент 43, который выполнен из материала, обладающего способностью изменять свои геометрические размеры в зависимости от изменения температуры. Термоэлемент 43 одним концом упирается в бортик 42 золотника 39, а другим концом упирается через шток 44 во второй упор 45.

Термостат 35 работает следующим образом. При выключенном электродвигателе 21 компрессора 23 температура воздуха, находящегося в пневматической системе заявляемого устройства, равна температуре атмосферного наружного воздуха, которая не превышает верхнюю границу диапазона от +35°C до+55°C. При этом, температура термоэлемента 43 равна температуре атмосферного наружного воздуха и термоэлемент 43 имеет минимальные геометрические размеры. При этом, пружина 40 максимальна разжата и золотник 39 перекрывает входной канал для холодного сжатого воздуха 38 (Фиг. 3 «а» - исходное холодное состояние термоэлемента 43).

При запуске электродвигателя 21 компрессора 23 происходит двухступенчатое сжатие атмосферного наружного воздуха и его нагрев на выходе из компрессора 23 до возможной температуры +160°C. Горячий сжатый воздух на выходе из компрессора 23 разделяется в точке «А» на два потока, один из которых проходит через основной охладитель 34, где охлаждается до температуры на пять градусов выше, чем температура атмосферного наружного воздуха, и далее поступает в термостат 35 через входной канал для холодного сжатого воздуха 38 и упирается в стенку золотника 39, который перекрывает входной канал 38. При этом, холодный сжатый воздух не имеет возможности поступать далее в термостат 35.

Второй поток горячего сжатого воздуха из точки «А» поступает через входной канал для горячего сжатого воздуха 37 во внутрь термостата 35, при этом температура этого потока горячего сжатого воздуха может достигать +160°C. При поступлении в термостат 35 через входной канал 37 горячего сжатого воздуха такой высокой температуры, термоэлемент 43 начинает быстро нагреваться и увеличиваться в геометрических размерах, и упираясь с одной стороны в неподвижный шток 44, а с другой стороны в бортик 42 золотника 39, начинает сдвигать золотник 39 в направлении первого упора 41, сжимая при этом пружину 40 и открывая входной канал 38. При этом, через входной канал 38 в термостат 35 начинает поступать холодный сжатый воздух из основного охладителя (Фиг. 3 «б» - горячее состояние термоэлемента 43). Внутри термостата 35 происходит смешение горячего сжатого воздуха, поступившего из входного канала 37, и холодного сжатого воздуха, поступившего из входного канала 38, в результате чего из выходного канала термостата 36 поступает сжатый воздух с температурой, не превышающей диапазон от +35°C до +55°C, что необходимо для максимально эффективной осушки воздуха, безотказной работы заявляемого устройства и всего пневматического оборудования вагона во всем диапазоне эксплуатационных температур наружного воздуха.

Однако, в процессе работы основного охладителя 34 при охлаждении проходящего через него горячего сжатого воздуха, происходит конденсация находящейся в нем влаги с оседанием образовавшегося конденсата внутри основного охладителя. По условиям эксплуатации заявляемого устройства и пневматического оборудования вагона, наличие конденсата в пневматических системах недопустимо, так как наличие конденсата в пневматических системах может привести к замерзанию конденсата при отрицательных температурах атмосферного наружного воздуха и, как следствие, выход из строя пневматического оборудования вагона, например, к отказу тормозной системы вагона, или к отказу оборудования заявляемого устройства.

Для безотказной работы пневматического оборудования вагона и заявляемого устройства, необходимо удалить конденсат из основного охладителя 34. Для этого основной охладитель 34 снабжен дополнительным каналом для отвода конденсата 46. Для отвода конденсата из основного охладителя 34 в канале для отвода конденсата 46 установлены последовательно пневматически соединенные: защитный фильтр 47, электромагнитный клапан 48, подогреватель электромагнитного клапана 49, глушитель 50.

Для увеличения эффективности работы основного охладителя 34 он принудительно обдувается атмосферным воздухом с помощью второй крыльчатки 51, установленной на выходном валу второго электродвигателя 52 (D2), электрически соединенного с преобразователем напряжения электропитания для собственных нужд вагона 18. Вращение второй крыльчатки 51 происходит при включенном втором электродвигателе 52 (D2). При поступлении напряжения от преобразователя напряжения электропитания для собственных нужд вагона 18 одновременно включаются электродвигатель 21 (D1) и второй электродвигатель 52 (D2) и одновременно начинают работать компрессор 23, крыльчатка 31, принудительно обдувающая межступенчатый охладитель 30, и вторая крыльчатка 51, принудительно обдувающая основной охладитель 34.

Электромагнитный клапан 48 электрически соединен с трансформатором 53, преобразующим напряжение питания, поступающее от преобразователя напряжения электропитания для собственных нужд вагона 18 в напряжение постоянного тока 24 В, необходимое для работы электромагнитного клапана 48.

Примером реализации электромагнитного клапана 48 в заявляемом устройстве может являться клапан электромагнитный модели E206A, производства итальянской компании «Pneumax», реализуемый на территории России с февраля 2014 г.

Во время работы заявляемого устройства отвод конденсата из основного охладителя 34 за пределы заявляемого устройства (в атмосферу) не производится, так как в электрическую цепь подается переменное напряжение ~380 В от преобразователя напряжения электропитания для собственных нужд вагона 18, которое с помощью трансформатора 53 преобразуется в постоянное напряжение =24 В и подается на электромагнитный клапан 48. При подаче постоянного напряжения =24 В на электромагнитный клапан 48 он находится в состоянии «закрыт». При этом дополнительный канал для отвода конденсата 46 механически перекрывается электромагнитным клапаном 48 и образовавшийся конденсат не имеет возможности сбрасываться в атмосферу за пределы заявляемого устройства.

Образовавшийся во время работы заявляемого устройства конденсат в основном охладителе 34 отводится за пределы заявляемого устройства (в атмосферу) только тогда, когда электродвигатель 21 отключен и компрессор 23 не работает. Компрессор 23 отключается тогда, когда система управления вагоном (не показана) отключает преобразователь напряжения электропитания для собственных нужд вагона 18 и напряжение ~380 В не подается в устройство подготовки воздуха для пневматической системы вагона железнодорожного транспорта 19. Система управления вагоном отключает преобразователь напряжения электропитания для собственных нужд вагона 18 тогда, когда заявляемое устройство подготовки воздуха для пневматической системы вагона железнодорожного транспорта 19 создаст требуемое давление в ресивере 20.

При отсутствии переменного напряжения ~380 В трансформатор 53 не может преобразовать его в постоянное напряжение =24 В, в результате чего при отсутствии данного напряжения электромагнитный клапан 48 переключается в положение «открыт». При этом дополнительный канал для отвода конденсата 46 механически открывается электромагнитным клапаном 48 и образовавшийся конденсат под давлением, имеющимся в пневматическом контуре устройства, сбрасывается в атмосферу за пределы заявляемого устройства 19.

Электромагнитный клапан 48 чувствителен к механическим примесям воздуха, проходящего через него, поэтому для защиты электромагнитного клапана 48 в дополнительном канале для отвода конденсата 46 перед клапаном 48 устанавливается защитный фильтр 47, который задерживает механические примеси в обрабатываемом воздухе.

Защитный фильтр 47 состоит из катышков спеченной бронзы, образующих пористую структуру. Такая конструкция глушителя позволяет использовать его не по прямому назначению, а в качестве защитного фильтра для защиты электромагнитного клапана 48, поскольку катышки спеченной бронзы, имеющие пористую структуру, прекрасно выполняют функцию фильтра и задерживают твердые частицы из сжатого воздуха с конденсатом, предохраняя, таким образом, электромагнитный клапан 48 от выхода из строя.

Примером реализации защитного фильтра 47 в заявляемом устройстве может являться глушитель модели 2921 1/8 производства итальянской компании «CAMOZZI», реализуемый на территории России с февраля 2014 г.

Для предотвращения замерзания удаляемого конденсата в холодное время года в канале для отвода конденсата 46 установлен подогреватель электромагнитного клапана 49, который предотвращает его замерзание и, как следствие, выход его из строя.

Примером реализации подогревателя электромагнитного клапана 49 в заявляемом устройстве может являться терморезистор РТС-Д, 6,8 Ом, производства белорусской компании «Sever-S», ТУ BY 300050407.004-2006, реализуемый на территории России с марта 2014 г.

Сброс конденсата в атмосферу за пределы заявляемого устройства 19 производится через глушитель 50. Установка глушителя 50 в канале для отвода конденсата 46 необходима для того, чтобы обезопасить пассажиров и машиниста от акустического удара во время сброса конденсата в атмосферу, поскольку сброс конденсата производится под высоким давлением и сопровождается значительным шумом.

Примером реализации глушителя 50 в заявляемом устройстве может являться глушитель модели 2921 1/8 производства итальянской компании «CAMOZZI», реализуемый на территории России с февраля 2014 г.

Таким образом, из выходного канала термостата 36 поступает сжатый воздух с температурой, не превышающей диапазон от +35°C до +55°C, который далее поступает в блок осушки сжатого воздуха 33 для окончательной обработки (осушки).

Блок осушки сжатого воздуха 33 включает в себя стандартный мембранный осушитель 54.

Конструкция мембранного осушителя 54 приведена на Фиг. 4 «а», 4 «б», 4 «в».

Мембранный осушитель 54 состоит из корпуса 55, внутри которого установлен патрон 56, вдоль продольной оси которого расположены полые мембранные волокна 57 из полимерного материала - мембрана, обладающие способностью пропускать через стенки водяной пар лучше, чем воздух.

В корпусе 55 мембранного осушителя 54, имеются: входное отверстие для сжатого воздуха, подлежащего осушке 58, входное отверстие для продувочного воздуха 59, выходное отверстие для осушенного сжатого воздуха 60 и выходное отверстие для сброса пермеата 61.

Из выходного канала 36 термостата 35 сжатый воздух, подлежащий осушке, поступает через входное отверстие 58 в мембранный осушитель 54. В состав сжатого воздуха, подлежащего осушке входят различные компоненты, а, именно, кислород, азот, водяной пар и т.д.. При этом, перечисленные компоненты сжатого воздуха, подлежащего осушке, обладают различной удельной проницаемостью, то есть способностью проникать через мембрану (полых мембранных волокон 57).

Сжатый воздух, содержащий значительное количество водяного пара проходит через полые мембранные волокна 57, при этом содержащийся в воздухе водяной пар проходит через стенки волокон и попадает во внутренний объем 62 корпуса 55 и представляет собой отфильтрованную влагу - пермеат. Пермеат удаляется из внутреннего объема 62 корпуса 55 принудительно через выходное отверстие для сброса пермеата 61.

Выбор конкретной модели осушителя 54 по каталогам производителя осуществляется с учетом заданной точки росы обрабатываемого воздуха, производительностью компрессора 23, с учетом наименьших потерь давления на возврат осушенного воздуха для принудительного удаления пермеата и имеющих место потерь обрабатываемого воздуха в самом осушителе 54 при его прохождении через полые мембранные волокна 57.

Примером реализации мембранного осушителя 54 в заявляемом устройстве может являться осушитель мембранный PE 2020-E1-4B-00 (BSPP ½″) производства американской компании «Air Products», реализуемый на территории России с января 2014 г.

Оставшийся сжатый воздух, из которого был удален водяной пар, остается во внутреннем объеме 64 полых мембранных волокнах 57 и под давлением, создаваемым компрессором 23 выходит через выходное отверстие 60 и попадает в ресивер 20, из которого распределяется между потребителями 3, 6, 11, 13, 15, 17 сжатого осушенного воздуха в вагоне 1.

Для принудительного удаления пермеата из внутреннего объема 62 корпуса 55 мембранного осушителя 54 используется отдельный поток осушенного воздуха, специально отбираемый из выходного отверстия 60 мембранного осушителя 54 и возвращаемый через дросселирующий элемент 63 во внутренний объем 62 корпуса 55 мембранного осушителя 54.

Возвращенный через дросселирующий элемент 63 осушенный воздух под давлением принудительно удаляет пермеат, выталкивая его наружу в атмосферу за пределы заявляемого устройства 19 через выходное отверстие 61 и защитную сетку 65, установленную на выходном отверстии 61 мембранного осушителя 54.

Установка защитной сетки 65 на выходном отверстии 61 необходима для того, чтобы защитить мембранный осушитель 54 от попадания пыли и грязи.

Таким образом, блок осушки сжатого воздуха 33 состоит из стандартного мембранного осушителя 54, дросселирующего элемента 63, пневматически соединенного с одной стороны с входным отверстием для продувочного воздуха 59, а с другой стороны с выходным отверстием 60 для осушенного сжатого воздуха мембранного осушителя 54 для возврата части осушенного сжатого воздуха обратно в мембранный осушитель 54 для удаления из него пермеата, а также защитной сетки 65, установленной на выходном отверстии 61 для сброса пермеата из мембранного осушителя 54. Входное отверстие 58 мембранного осушителя 54 для сжатого воздуха, подлежащего осушке, одновременно является входом блока осушки сжатого воздуха 33, а выходное отверстие 60 для осушенного сжатого воздуха мембранного осушителя 54 одновременно является выходом блока осушки сжатого воздуха мембранного осушителя 54.

Все узлы, детали и блоки заявляемого устройства подготовки воздуха для пневматической системы вагона железнодорожного транспорта устанавливаются внутри рамной конструкции 66, которая посредством кронштейна 67 с амортизаторами 68, соединенного с рамной конструкцией 66, крепится к днищу вагона 1 или в любом другом месте вагона 1. Все перечисленные выше узлы, детали, блоки, рамная конструкция 66, кронштейн 67 с амортизаторами 68 являются неотъемлемой частью заявляемого устройства и находятся в функциональном и конструктивном единстве.

Конструктивная компоновочная схема заявляемого устройства приведена на Фиг. 5 «а», 5 «б», 5 «в», 5 «г».

Заявляемое устройство работает следующим образом.

Приведем два примера работы устройства при различных температурах наружного атмосферного воздуха - низких отрицательных температурах и высоких положительных температурах.

Приведем пример работы устройства при низких отрицательных температурах наружного атмосферного воздуха, например, минус 30°C.

При вращении входного вала двухступенчатого поршневого безмасленного компрессора 23 происходит забор атмосферного наружного воздуха через воздушный фильтр 24 в компрессор 23, затем внутри компрессора 23 происходит сжатие забранного воздуха, которое осуществляется в две ступени.

В блоке первой ступени сжатия воздуха 25 в компрессоре 23 забранный воздух сжимается до давления 0,25 МПа посредством первого цилиндра 26 и второго цилиндра 27. При сжатии воздуха на первой ступени происходит его значительный нагрев. Далее необходимо произвести второе, окончательное сжатие воздуха до заданного избыточного давления 1,0 МПа с помощью блока второй ступени сжатия воздуха 28, который включает в себя третий цилиндр 29.

Перед поступлением сжатого на первой ступени воздуха в блок второй ступени сжатия воздуха 28 его охлаждают в межступенчатом охладителе 30 для предотвращения перегрева третьего цилиндра 29. Для увеличения эффективности работы межступенчатого охладителя 30 он принудительно обдувается атмосферным воздухом с помощью крыльчатки 31, установленной на выходном валу компрессора 23.

После проведения двухступенчатого сжатия воздуха в компрессоре 23 на пневматическом выходе компрессора 23 температура сжатого воздуха при выше указанных низких отрицательных температурах наружного атмосферного воздуха будет находиться в диапазоне от +35°C до +55°C.

Таким образом, температура на пневматическом выходе компрессора 23 (в диапазоне от +35°C до +55°C) соответствует требуемой температуре сжатого воздуха на входе в блок осушки 33 сжатого воздуха (в диапазоне от +35°C до +55°C), при которой происходит максимально эффективная осушка сжатого воздуха, то есть не требуется охлаждения сжатого воздуха на пути его движения от пневматического выхода компрессора 23 до входа в блок осушки сжатого воздуха 33.

При низких отрицательных температурах наружного атмосферного воздуха термоэлемент 43 имеет минимальные габаритные размеры, пружина 40 максимально разжата и золотник 39 термостата 35 находится в таком положении, что он перекрывает входной канал 38 для подачи сжатого воздуха, и поэтому сжатый воздух не имеет возможности проходить от пневматического выхода компрессора 23 через основной охладитель 34.

При такой ситуации весь объем сжатого воздуха после выхода из компрессора 23, продолжает движение через разветвление в точке «А» в трубопроводе пневматической системы к термостату 35, минуя основной охладитель 34, и далее, пройдя через термостат 35, направляется к блоку осушки сжатого воздуха 33 и поступает во входное отверстие 58 мембранного осушителя 54.

Далее в мембранном осушителе 54 происходит его осушка, часть осушенного воздуха через дросселирующий элемент 63 возвращается обратно через входное отверстие 59 мембранного осушителя 54 для принудительного удаления под давлением пермеата из внутреннего объема мембранного осушителя 54 через выходное отверстие 61 с защитной сеткой 65 в атмосферу за пределы заявляемого устройства. Осушенный таким образом сжатый воздух поступает в ресивер 20 и далее к потребителям сжатого осушенного воздуха в вагоне 1.

Приведем пример работы устройства при высоких положительных температурах наружного атмосферного воздуха, например, +30°C.

При высоких положительных температурах наружного атмосферного воздуха, например, +30°C подготовка воздуха для пневматической системы вагона железнодорожного транспорта происходит следующим образом.

При вращении входного вала двухступенчатого поршневого безмасленного компрессора 23 происходит забор атмосферного наружного воздуха через воздушный фильтр 24 в компрессор 23, затем внутри компрессора 23 происходит сжатие забранного воздуха, которое осуществляется в две ступени.

В блоке первой ступени сжатия воздуха 25 в компрессоре 23 забранный воздух сжимается до давления 0,25 МПа посредством первого цилиндра 26 и второго цилиндра 27. При сжатии воздуха на первой ступени происходит его значительный нагрев. Далее необходимо произвести второе, окончательное сжатие воздуха до заданного избыточного давления 1,0 МПа с помощью блока второй ступени сжатия воздуха 28, который включает в себя третий цилиндр 29.

Перед поступлением сжатого на первой ступени воздуха в блок второй ступени сжатия воздуха 28 его охлаждают в межступенчатом охладителе 30 для предотвращения перегрева третьего цилиндра 29. Для увеличения эффективности работы межступенчатого охладителя 30 он принудительно обдувается атмосферным воздухом с помощью крыльчатки 31, установленной на выходном валу компрессора 23.

После проведения двухступенчатого сжатия воздуха в компрессоре 23 на пневматическом выходе компрессора 23 температура сжатого воздуха при выше указанных высоких положительных температурах наружного атмосферного воздуха будет находиться в диапазоне от +60°C до +160°C.

Таким образом, температура на пневматическом выходе компрессора 23 (в диапазоне от +60°C до +160°C) не соответствует требуемой температуре сжатого воздуха на входе в блок осушки 33 сжатого воздуха (в диапазоне от +35°C до +55°C), при которой происходит максимально эффективная осушка сжатого воздуха, то есть необходимо обязательное охлаждение сжатого воздуха на пути его движения от пневматического выхода компрессора 23 до входа в блок осушки сжатого воздуха 33.

Для обязательного охлаждения весь объем горячего сжатого воздуха из пневматического выхода компрессора 23 должен направляться непосредственно в основной охладитель 34. Однако, в первые секунды работы компрессора 23, после его включения при высоких положительных температурах наружного атмосферного воздуха, сжатый горячий воздух, имеющий температуру в диапазоне от +60°C до +160°C, с пневматического выхода компрессора 23 попадает во входной канал 37 для горячего сжатого воздуха термостата 35 и не проходит через основной охладитель 34, потому что температура термостата и его элементов в момент начала работы компрессора 23 равна температуре наружного атмосферного воздуха и составляет примерно +30°C.

При такой температуре термоэлемент 43 термостата 35 имеет минимальные габаритные размеры, пружина 40 максимально разжата и золотник 39 термостата 35 находится в таком положении, что он перекрывает входной канал 38 для подачи сжатого воздуха, и поэтому сжатый воздух не имеет возможности проходить от пневматического выхода компрессора 23 через основной охладитель 34. При дальнейшей работе включенного компрессора 23 горячий сжатый воздух на выходе компрессора 23, имеющий температуру в диапазоне от +60°C до +160°C, начинает нагревать термостат 35 и его элементы.

При этом термоэлемент 43 начинает нагреваться, его габаритные размеры увеличиваются, пружина 40 сжимается и золотник 39 термостата 35 начинает перемещаться и открывает входной канал 38 для подачи холодного сжатого воздуха, при этом входной канал 37 термостата 35 для поступления горячего сжатого воздуха начинает закрываться.

В результате чего, горячий сжатый воздух с пневматического выхода компрессора 23 через точку «А» начинает в полном объеме поступать на вход основного охладителя 34 для последующего охлаждения до температуры в диапазоне +35°C до +55°C, то есть до оптимальной температуры, необходимой для наиболее эффективной работы блока осушки сжатого воздуха 33, и одновременно горячий сжатый воздух перестает поступать во входной канал 37 термостата 35 и далее направляется к блоку осушки сжатого воздуха 33 и поступает во входное отверстие 58 мембранного осушителя 54.

Для увеличения эффективности охлаждения горячего сжатого воздуха в основном охладителе 34, основной охладитель 34 дополнительно принудительно обдувается с помощью второй крыльчатки 51, установленной на втором электродвигателе 52.

Далее в мембранном осушителе 54 происходит осушка поступившего в него сжатого воздуха, часть осушенного воздуха через дросселирующий элемент 63 возвращается обратно через входное отверстие 59 мембранного осушителя 54 для принудительного удаления под давлением пермеата из внутреннего объема мембранного осушителя 54 через выходное отверстие 61 с защитной сеткой 65 в атмосферу за пределы заявляемого устройства. Осушенный таким образом сжатый воздух поступает в ресивер 20 и далее к потребителям сжатого осушенного воздуха в вагоне 1.

Однако в реальных условиях эксплуатации заявленного устройства, например, при его установке в вагоне метро, возможен значительный перепад, температур наружного атмосферного воздуха в диапазоне от -30°C до +30°C за достаточно короткий промежуток времени.

Например, заявляемое устройство эксплуатируется в вагоне метро зимой, при этом температура воздуха в туннеле составляет около +20°C, а на открытых участках пути или в месте отстоя вагона в ночное время, температура наружного атмосферного воздуха может составлять -20°C.

При таком перепаде температур золотник 39 термостата 35 находится в промежуточном положении и не перекрывает полностью ни один из входных каналов 37 или 38 термостата 35.

Когда золотник 39 находится в промежуточном положении и входные каналы 37 и 38 только частично перекрыты, в термостат 35 одновременно поступает горячий сжатый воздух через входной канал 37 и сжатый воздух, охлажденный основным охладителем 34, через входной канал 38, в результате чего внутри термостата 35 происходит смешение горячего и охлажденного сжатого воздуха и на выходном канале 36 термостата 35 температура сжатого воздуха находится в диапазоне +35°C до +55°C, что и требуется для наиболее эффективной работы блока осушки сжатого воздуха 33.

При работе заявляемого устройства при резком перепаде температур наружного атмосферного воздуха в диапазоне от -30°C до +30°C за достаточно короткий промежуток времени происходит интенсивное образование конденсата в основном охладителе 34. Образовавшийся в основном охладителе 34 конденсат необходимо отвести в атмосферу за пределы заявляемого устройства. При снятии напряжения питания в заявляемом устройстве открывается электромагнитный клапан 48 и накопившийся в основном охладителе конденсат под действием избыточного воздуха выталкивается в атмосферу, последовательно проходя через защитный фильтр 47, электромагнитный клапан 48, подогреватель электромагнитного клапана 49 и глушитель 50.

Заявляемое устройство по своей конструкции и техническим характеристикам является современным и высокотехнологичным прибором, практически не требующим обслуживания в эксплуатации и обеспечивающим высокое качество подготовки сжатого воздуха в пневматической системе вагона железнодорожного транспорта в широком диапазоне температур наружного атмосферного воздуха, в том числе, при резком перепаде температур наружного атмосферного воздуха.

Claims (12)

1. Устройство подготовки воздуха для пневматической системы вагона железнодорожного транспорта, содержащее компрессор, имеющий пневматические вход и выход, и входной вал, на пневматическом входе компрессора установлен воздушный фильтр, через который происходит забор наружного атмосферного воздуха в компрессор, входной вал компрессора механически соединён с электродвигателем, пневматический выход компрессора пневматически связан со входом основного охладителя, выход которого пневматически связан со входом блока осушки сжатого воздуха, состоящим из мембранного осушителя и дросселирующего элемента, в мембранном осушителе выполнены входное отверстие для поступления сжатого воздуха из компрессора, выходное отверстие для осушенного сжатого воздуха, входное отверстие для продувочного воздуха, выходное отверстие для сброса пермеата, а дросселирующий элемент пневматически соединён с одной стороны с выходным отверстием для осушенного сжатого воздуха, а с другой стороны - с входным отверстием для продувочного воздуха мембранного осушителя для возврата части осушенного сжатого воздуха обратно в мембранный осушитель для удаления из него пермеата, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит термостат, имеющий входной канал для горячего сжатого воздуха, входной канал для холодного сжатого воздуха, выходной канал, при этом входной канал термостата для горячего сжатого воздуха пневматически соединён с пневматическим выходом компрессора в месте подсоединения к нему входа основного охладителя, входной канал термостата для холодного сжатого воздуха пневматически соединён с выходом основного охладителя, выходной канал термостата пневматически соединён с входным отверстием для сжатого воздуха мембранного осушителя, в основном охладителе выполнено выходное отверстие для сброса конденсата, а компрессор выполнен безмасленным.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что безмасленный компрессор выполнен двухступенчатым поршневым.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что двухступенчатым поршневой безмасленный компрессор дополнительно снабжён межступенчатый охладителем.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что двухступенчатый поршневой безмасленный компрессор имеет выходной вал, на котором установлена крыльчатка для обдува атмосферным воздухом межступенчатого охладителя.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что к выходному отверстию для сброса конденсата основного охладителя пневматически подключен электромагнитный клапан.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что электромагнитный клапан подключён к отверстию для сброса конденсата основного охладителя через защитный фильтр, последовательно пневматически соединенный с электромагнитным клапаном.

7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что электромагнитный клапан дополнительно снабжён подогревателем, последовательно пневматически подключённым к электромагнитному клапану снизу по направлению выхода конденсата.

8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что на выходе подогревателя электромагнитного клапана установлен пневматически соединённый с ним глушитель.

9. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно дополнительно соединено трансформатором, электрически соединённым с электромагнитным клапаном, подогревателем электромагнитного клапана и электропитанием вагона.

10. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено вторым электродвигателем, на выходном валу которого установлена вторая крыльчатка для принудительного обдува атмосферным воздухом основного охладителя.

11. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на выходном отверстии для сброса пермеата мембранного осушителя дополнительно установлена защитная сетка.

12. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено рамной конструкцией для установки внутри неё всех узлов, деталей и блоков заявляемого устройства, при этом рамная конструкция соединена с кронштейном с амортизаторами для обеспечения возможности её крепления к вагону железнодорожного транспорта.

Images