RU180312U1

RU180312U1 - Diesel diesel heating system

Info

Publication number: RU180312U1
Application number: RU2016124786U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Яковлевич Носырев; Михаил Александрович Горсков
Priority date: 2016-06-21
Filing date: 2016-06-21
Publication date: 2018-06-08

Abstract

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, в частности к системам по поддержанию заданных температур теплоносителей (вода, масло) дизелей в условиях отрицательных температур и может быть использовано при оперативном отстое тепловозов в резерве.В систему обогрева тепловозного дизеля дополнительно введены два тепловых аккумулятора фазового перехода с саморегулируемыми устройствами электроподогрева, один из которых установлен на линии масляного контура, другой - на линии водяной системы охлаждения, датчик температуры топлива, который соединен с блоком управления, а тепловые аккумуляторы фазового перехода с саморегулируемыми устройствами электроподогрева подключены к штатной аккумуляторной батарее.Предлагаемая система обогрева стабилизирует тепловой режим работы дизеля, позволяет сократить энергозатраты на обогрев тепловозного дизеля в условиях низких температур и сократить расходы топлива и масла на 4-6%.The utility model relates to railway transport, in particular, to systems for maintaining preset temperatures of coolants (water, oil) of diesel engines at negative temperatures and can be used for operational storage of diesel locomotives in reserve. Two phase transition heat accumulators with self-regulating electric heating devices, one of which is installed on the line of the oil circuit, the other on the line of the water cooling system, the temperature sensor then It is connected to the control unit, and phase-transfer heat accumulators with self-regulating electric heating devices are connected to a standard battery. 4-6%.

Description

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, в частности к системам по поддержанию заданных температур теплоносителей (вода, масло) дизелей в условиях отрицательных температур и может быть использовано при оперативном отстое тепловозов в резерве.The utility model relates to railway transport, in particular, to systems for maintaining preset temperatures of coolants (water, oil) of diesel engines at low temperatures and can be used for operational storage of diesel locomotives in reserve.

Известна система подогрева двигателя внутреннего сгорания, состоящая из теплового аккумулятора фазового перехода, имеющего теплообменник, соединяемый при помощи запорно-регулирующей арматуры как с системой выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания (при накоплении теплоты), так и с воздушной магистралью, состоящей из воздуховодов, воздушного фильтра и вентилятора, подающего горячий воздух в картерное пространство двигателя (при отдаче накопленной теплоты), газовых трубопроводов с установленной на них запорно-регулирующей арматурой [Патент РФ №2170851, МПК F02N 17/00, опубл. 20.07.2001 автор Шульгин В.В., и др. «Система подогрева двигателя внутреннего сгорания»].A known system for heating an internal combustion engine, consisting of a phase-transfer heat accumulator having a heat exchanger connected using shut-off and control valves to both the exhaust system of the internal combustion engine (with heat accumulation) and the air line, consisting of air ducts, air a filter and a fan supplying hot air to the crankcase of the engine (when returning the stored heat), gas pipelines with a shut-off regulator installed on them fittings [RF Patent No. 2170851, IPC F02N 17/00, publ. 07/20/2001 author Shulgin VV, and others. "The heating system of the internal combustion engine"].

Недостатком данного технического решения является отсутствие обогрева как масляной, так и водной систем дизеля.The disadvantage of this technical solution is the lack of heating of both oil and water diesel systems.

Известна система обогрева тепловозного дизеля, состоящая из многосекционного теплового аккумулятора фазового перехода, имеющего теплообменники, соединенные как с системой выпуска отработавших газов ДВС (при накоплении теплоты), так и с воздушной магистралью, состоящей из воздуховодов, воздушного фильтра и вентилятора, подающего горячий воздух в картерное пространство двигателя (при отдаче накопленной теплоты), блок управления, датчики температуры воды и масла, шесть электроклапанов, которые установлены - первый клапан - на выходе второй секции теплового аккумулятора, второй клапан - между выходом из второй секции и входом в третью секцию теплового аккумулятора, третий - на выходе из третьей секции, четвертый, пятый и шестой электроклапаны установлены на дополнительном контуре водяной системы дизеля, причем все электроклапаны и датчики температуры воды и масла соединены с блоком управления, а секции теплового аккумулятора фазового перехода расположены в порядке уменьшения интервала рабочих температур теплоаккумулирующего материала. [Полезная модель РФ №70552, МПК F02N 17/02, C09K 5/06, опубл. 27.01.2008 авторы Носырев Д.Я., Чертыковцева Н.В. «Система обогрева тепловозного дизеля»].A known heating system for a diesel diesel engine, consisting of a multi-sectional phase transition heat accumulator, having heat exchangers connected to both the exhaust gas exhaust system of the internal combustion engine (when heat is stored) and the air line, consisting of air ducts, an air filter and a fan that supplies hot air to crankcase of the engine (when returning the stored heat), control unit, water and oil temperature sensors, six solenoid valves that are installed - the first valve - at the outlet of the second th section of the heat accumulator, the second valve is between the outlet of the second section and the entrance to the third section of the heat accumulator, the third is at the outlet of the third section, the fourth, fifth and sixth electrovalves are installed on an additional circuit of the diesel engine water system, and all electrovalves and water temperature sensors and oils are connected to the control unit, and the phase transition heat accumulator sections are arranged in order to reduce the operating temperature range of the heat storage material. [Utility model of the Russian Federation No. 70552, IPC F02N 17/02, C09K 5/06, publ. 01/27/2008 authors Nosyrev D.Ya., Chertykovtseva N.V. "The heating system of diesel diesel"].

Недостатком данной системы обогрева является низкая функциональная возможность при неработающем (выключенном) дизеле в условиях низких температур окружающей среды.The disadvantage of this heating system is its low functionality when the diesel engine is idle (off) at low ambient temperatures.

Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.This technical solution is selected by the authors as a prototype.

Техническим результатом является расширение функциональных возможностей, за счет накопления в условиях низких температур окружающей среды выделенного тепла при работающем и выключенном двигателе.The technical result is the expansion of functionality, due to the accumulation in conditions of low ambient temperatures of the generated heat with the engine running and off.

Технический результат достигается тем, что в систему обогрева тепловозного дизеля, состоящую из многосекционного теплового аккумулятора фазового перехода, секции которого расположены в порядке уменьшения интервала рабочих температур теплоаккумулирующего материала, контуров дизеля - топливной системы, водяной системы охлаждения и масляной, и на них установлены датчики температуры воды, масла и электроуправляемые клапана, соединенные с блоком управления, согласно полезной модели дополнительно введены датчик температуры топлива и два тепловых аккумулятора фазового перехода с саморегулирующими устройствами электроподогрева, один из которых установлен на линии масляного контура, другой - на линии водяной системы охлаждения, датчик температуры топлива соединен с блоком управления, а тепловые аккумуляторы фазового перехода с саморегулирующими устройствами соединены с аккумуляторной батареей.The technical result is achieved by the fact that in the heating system of a diesel diesel engine, consisting of a multi-sectional heat accumulator of a phase transition, the sections of which are arranged in order to reduce the operating temperature range of the heat storage material, the circuits of the diesel fuel system, water cooling system and oil, and temperature sensors are installed on them water, oil and electrically controlled valves connected to the control unit, according to a utility model, an additional fuel temperature sensor and two thermal phase transition batteries with self-regulating electric heating devices, one of which is installed on the oil circuit line, the other on the water cooling system line, the fuel temperature sensor is connected to the control unit, and phase transition thermal batteries with self-regulating devices are connected to the battery.

Введение в систему дополнительных тепловых аккумуляторов фазового перехода с саморегулирующими устройствами электроподогрева позволяет получить дополнительную тепловую энергию, используя ее в условиях низких температур окружающей среды для подогрева топлива, масла и воды для охлаждения дизеля.Introduction to the system of additional thermal accumulators of a phase transition with self-regulating electric heating devices allows you to get additional thermal energy, using it at low ambient temperatures to heat fuel, oil and water for cooling the diesel engine.

На фиг. представлена система обогрева тепловозного дизеля.In FIG. The heating system of a diesel diesel engine is presented.

Система обогрева состоит из дизеля 1, аккумуляторной батареи 2, генератора 3, теплового аккумулятора фазового перехода с саморегулирующим устройством электроподогрева 4, теплового аккумулятора фазового перехода с саморегулирующим устройством электроподогрева 5, трехходового электроуправляемого крана 6, трехходового электроуправляемого крана 7, топливного трубопровода 8, трубопровода системы охлаждения 9, масляного трубопровода 10, датчика температуры масла 11, датчика температуры воды 12, датчика температуры топлива 13, водотопливного теплообменника 14, водяных секций 15, масляных секций 16, блока управления с программатором 17, электромагнитного контактора 18, электромагнитного контактора 19, электромагнитного контактора 20, топливо-подкачивающего насоса 21, водяного насоса 22, маслопрокачивающего насоса 23, расширительного бака 24, воздухопровода обогрева картера 25, воздухопровода нагрева трехсекционного теплового аккумулятора 26, выхлопного коллектора 27, многоходового газового крана 28, трехсекционного теплового аккумулятора фазового перехода 29, электроуправляемых клапанов 30, 31, 32, 33, 34, 35, многоходового газового крана 36, газовых трубопроводов 37, 38, выхлопной трубы 39, фильтра 40, центробежного вентилятора 41, электромагнитного контактора 42, картера 43.The heating system consists of a diesel 1, a battery 2, a generator 3, a phase transition heat accumulator with a self-regulating electric heating device 4, a phase transition heat accumulator with a self-regulating electric heating device 5, a three-way electrically operated valve 6, a three-way electrically controlled valve 7, a fuel pipeline 8, a system pipeline cooling 9, oil pipe 10, oil temperature sensor 11, water temperature sensor 12, fuel temperature sensor 13, fuel oil heat exchanger 14, water sections 15, oil sections 16, control unit with programmer 17, electromagnetic contactor 18, electromagnetic contactor 19, electromagnetic contactor 20, fuel boost pump 21, water pump 22, oil pump 23, expansion tank 24, crankcase heating duct 25, air ducts for heating a three-section heat accumulator 26, an exhaust manifold 27, a multi-way gas valve 28, a three-section heat accumulator of a phase transition 29, electrically operated valves 30, 31 , 32, 33, 34, 35, multi-way gas valve 36, gas pipelines 37, 38, exhaust pipe 39, filter 40, centrifugal fan 41, electromagnetic contactor 42, crankcase 43.

Система обогрева работает следующим образом.The heating system operates as follows.

При отсутствии необходимости заряжать тепловые аккумуляторы фазового перехода 4, 5, 29 (например, в летний период) заслонка многоходового газового крана 28 и положение трехходовых электроуправляемых кранов 6, 7 устанавливается в положение 1, при котором перекрывается вход в тепловые аккумуляторы. Поток выхлопных газов из дизеля 1 направляется по коллектору 27, газовому трубопроводу 38 и через выхлопную трубу 39 выбрасывается в атмосферу.If there is no need to charge the thermal batteries of the phase transition 4, 5, 29 (for example, in summer), the shutter of the multi-way gas valve 28 and the position of the three-way electrically operated valves 6, 7 are set to position 1, at which the entrance to the thermal batteries is blocked. The flow of exhaust gases from the diesel 1 is directed through the collector 27, the gas pipe 38 and through the exhaust pipe 39 is released into the atmosphere.

В период снижения температур окружающей среды до отрицательных значений для накопления теплоты трехсекционным тепловым аккумулятором, заслонка многоходового газового крана 28 устанавливается в положение, при котором перекрываются входы в газовый трубопровод 38 и воздуховод 26, а заслонка многоходового крана 36 - в положение, перекрывающее вход в воздухопровод 25.During the period of lowering ambient temperatures to negative values for heat accumulation by a three-section heat accumulator, the shutter of the multi-way gas valve 28 is set to the position at which the entrances to the gas pipeline 38 and duct 26 are blocked, and the shutter of the multi-way valve 36 to the position that closes the entrance to the duct 25.

Поток выхлопных газов из дизеля 1 направляется по выхлопному коллектору 27 в секции трехсекционного теплового аккумулятора фазового перехода 29, затем по газовому трубопроводу 37 в выхлопную трубу 39. Трехходовые электроуправляемые краны 6, 7, устанавливаются в открытое положение, при котором открывается вход в трехсекционный тепловой аккумулятор фазового перехода 29 и закрывается прямой проток по трубопроводу. Масло и вода, циркулируя по своим контурам 10 и 9, направляются через дополнительно установленные тепловые аккумуляторы фазового перехода для обогрева масла 5 и обогрева воды 4.The exhaust gas flow from diesel 1 is directed through the exhaust manifold 27 to the section of the three-section heat accumulator of the phase transition 29, then through the gas pipeline 37 to the exhaust pipe 39. Three-way electrically operated taps 6, 7 are installed in the open position, which opens the entrance to the three-section heat accumulator phase transition 29 and closes the direct duct through the pipeline. Oil and water, circulating along their circuits 10 and 9, are routed through additionally installed phase transition heat accumulators for heating oil 5 and heating water 4.

При этом происходит теплообмен между выхлопными газами, водой, маслом и теплоаккумулирующим материалом тепловых аккумуляторов фазового перехода, в результате которого последний нагревается до температуры плавления твердой фазы, плавится, а затем в жидкой фазе нагревается до температуры теплового равновесия с взаимодействующим веществом.In this case, heat exchange occurs between the exhaust gases, water, oil and the heat-accumulating material of the phase transition heat accumulators, as a result of which the latter is heated to the melting point of the solid phase, melts, and then is heated to the temperature of thermal equilibrium with the interacting substance in the liquid phase.

В процессе хранения тепловой энергии вакуумированный корпус теплового аккумулятора препятствует ее диссипации.During the storage of thermal energy, the evacuated housing of the thermal accumulator prevents its dissipation.

Отдача теплоты осуществляется в следующих режимах.Heat transfer is carried out in the following modes.

Режим работы системы обогрева тепловозного дизеля 1. При необходимости прогрева дизеля 1 при оперативном отстое тепловоза в «горячем» резерве заслонку многоходового крана 28 устанавливают в положение, при котором перекрываются входы в выхлопной коллектор 27 и газовый трубопровод 38, а заслонку многоходового крана 36 устанавливают в положение, при котором закрывается вход в газовый трубопровод 37.The operating mode of the heating system for diesel diesel 1. If it is necessary to warm up diesel 1 with operational standstill of the diesel locomotive in the “hot” reserve, the shutter of the multi-way valve 28 is set to the position where the entrances to the exhaust manifold 27 and the gas pipe 38 are blocked, and the shutter of the multi-way valve 36 is installed in the position at which the entrance to the gas pipeline 37 is closed.

При включении центробежного вентилятора 41 от аккумуляторной батареи 2 электромагнитным контактором 42, создаем вынужденную циркуляциию воздуха по замкнутому контуру: вентилятор 41 - воздуховод 25 - картерное пространство дизеля 43 - воздуховод 26 - многоходовой газовый кран 28 - первая и вторая секции трехсекционного теплового аккумулятора фазового перехода 29 - многоходовой газовый кран 36 - воздуховод 25 - фильтр 40 - вентилятор 41, при этом электроклапан 30 открыт, а электроклапаны 31, 32 закрыты. Воздух нагревается в процессе прохождения его потока по первой и второй секциям трехсекционного теплового аккумулятора фазового перехода 29, а теплоаккумулирующий материал остывает и претерпевает обратимый фазовый переход из жидкого состояния в твердое, выделяя при этом скрытую теплоту кристаллизации. Горячий воздух очищается от механических примесей в фильтре 41 и поступает в картерное пространство дизеля, где отдает часть своей тепловой энергии коренным и шатунным подшипникам коленчатого вала, а они передают тепло моторному маслу, циркулирующему по масляному трубопроводу штатной масляной системы дизеля. При понижении температуры масла до 40°С датчик температуры масла 12 подает сигнал на блок управления 17 и с помощью дополнительного аккумулятора 2 через замкнутый электромагнитный контактор 20 включается маслопрокачивающий насос 23, масло начинает циркулировать по масляному трубопроводу 10, электроуправляемый кран 6, дополнительно установленный тепловой аккумулятор фазового перехода 5, масляные секции 16, масло нагревается, а теплоаккумулирующий материал теплового аккумулятора 5 остывает и претерпевает обратимый фазовый переход из жидкого состояния в твердое, выделяя при этом скрытую теплоту кристаллизации. При достижении температуры 70°С датчик температуры масла 12 передает сигнал на отключение масляного насоса 23 и циркуляция масла прекращается.When you turn on the centrifugal fan 41 from the battery 2 by an electromagnetic contactor 42, create a forced air circulation in a closed circuit: fan 41 - duct 25 - crankcase of the diesel engine 43 - duct 26 - multi-way gas valve 28 - the first and second sections of a three-section thermal battery phase transition 29 - multi-way gas valve 36 - duct 25 - filter 40 - fan 41, while the solenoid valve 30 is open, and the solenoid valves 31, 32 are closed. The air heats up as it flows through the first and second sections of the three-sectional heat accumulator of the phase transition 29, and the heat-accumulating material cools and undergoes a reversible phase transition from the liquid state to the solid state, releasing the latent heat of crystallization. Hot air is cleaned of mechanical impurities in the filter 41 and enters the crankcase of the diesel engine, where it transfers part of its thermal energy to the crankshaft main and connecting rod bearings, and they transfer heat to the engine oil circulating through the oil pipe of the standard diesel oil system. When lowering the oil temperature to 40 ° C, the oil temperature sensor 12 sends a signal to the control unit 17 and, using an additional battery 2, the oil pump 23 is turned on via an electromagnetic contactor 20, the oil starts to circulate through the oil pipe 10, an electrically operated valve 6, and an additional heat accumulator phase transition 5, oil sections 16, the oil heats up, and the heat storage material of the heat accumulator 5 cools and undergoes a reversible phase transition from liquid TATUS in solid, while stressing the latent heat of crystallization. When the temperature reaches 70 ° C, the oil temperature sensor 12 transmits a signal to turn off the oil pump 23 and the oil circulation stops.

Режим работы системы обогрева тепловозного дизеля 2. При необходимости подогрева воды водяной системы тепловозного дизеля электроклапаны 33, 34 устанавливают в положение «открыто», 30, 31, 32 и 35 в положение «закрыто», трехходовой электроуправляемый кран 35 во 2-ое положение. При включении водяного насоса 22 штатной водяной системы дизеля возникает вынужденная циркуляция воды по замкнутому контуру: дизель 1 - трубопровод штатной водяной системы дизеля 9 - электроуправляемый кран 7 - дополнительный тепловой аккумулятор фазового перехода 4 - расширительный бак 24 - водяные секции 15 - третья секция трехсекционного теплового аккумулятора фазового перехода 29 - водяной насос 22 - дизель 1. Начинается процесс обогрева штатной водяной системы охлаждения основного дизеля 1 за счет прохождения потока воды по третьей секции трехсекционного теплового аккумулятора фазового перехода 29 и секции дополнительного теплового аккумулятора фазового перехода 4 (вода нагревается, а теплоаккумулирующий материал остывает - процесс отдачи тепла повторяется).The operating mode of the heating system of diesel diesel 2. If necessary, heat the water of the water system of the diesel diesel solenoid valves 33, 34 are set to the "open" position, 30, 31, 32 and 35 to the "closed" position, three-way electrically operated valve 35 to the 2nd position. When the water pump 22 of the regular diesel water system is turned on, forced circulation of water occurs in a closed circuit: diesel 1 - pipeline of the standard diesel water system 9 - electrically operated valve 7 - additional phase transfer heat accumulator 4 - expansion tank 24 - water sections 15 - third section of the three-section thermal phase transition accumulator 29 - water pump 22 - diesel 1. The process of heating a standard water cooling system of the main diesel 1 begins due to the flow of water through the third section Exectional heat accumulator of phase transition 29 and sections of additional heat accumulator of phase transition 4 (water is heated, and heat-accumulating material cools down - the process of heat transfer is repeated).

Режим работы системы обогрева тепловозного дизеля 3 (комбинированный). Циркуляция теплоносителей осуществляется одновременно по описанным выше траекториям, при этом электроклапаны 30, 34, 33 находятся в положении «открыто», а клапаны 31, 32 и 35 - в положении «закрыто».The operating mode of the heating system of diesel diesel 3 (combined). The coolants are circulated simultaneously along the trajectories described above, while the electrovalves 30, 34, 33 are in the “open” position, and the valves 31, 32 and 35 are in the “closed” position.

При температуре наружного воздуха ниже - 10°С будет наблюдаться парафинирование дизельного топлива, в связи с чем топливо подогревается в водо-топливном теплообменнике 14, электропривод топливо-подкачивающего насоса 21 подключается через электромагнитные контакторы 18 к блоку управления 17, питающегося от аккумуляторной батареи 2.When the outside temperature is below -10 ° C, diesel fuel will be waxed, in connection with which the fuel is heated in a water-fuel heat exchanger 14, the electric drive of the fuel-priming pump 21 is connected through electromagnetic contactors 18 to the control unit 17, powered by a battery 2.

Предлагаемое устройство позволяет накапливать теплоту при работающем и выключенном ДВС и отдавать ее теплоносителю (охлаждающей жидкости - системы охлаждения, или маслу - системы смазки), с целью поддержания их требуемой температуры, необходимой для подготовки пуска двигателя в условиях низких температур окружающей среды, используя энергию электросети самой машины, с минимальными затратами электроэнергии.The proposed device allows you to accumulate heat when the engine is on and off and give it to the coolant (coolant - cooling system, or oil - lubrication system), in order to maintain their required temperature, necessary for preparing the engine to start at low ambient temperatures, using the energy of the mains the machine itself, with minimal energy consumption.

Съем температурных показаний теплоносителей осуществляется датчиками температуры масла 11, воды 12, топлива 13. Управление электроклапанами 30, 31, 32, 33, 34, 35 и электромагнитными контакторами 18, 19, 20, 42 осуществляет блок управления 17. Аккумуляторная батарея 2 обеспечивает питание электроуправляемых клапанов 30, 31, 32, 33, 34, 35 и электроприводов топливоподкачивающего насоса 21, водяного насоса 22, маслопрокачивающего насоса 23, через электромагнитные контакторы 18, 19, 20, трехходовых электроуправляемых кранов 6, 7. Генератор 3 обеспечивает зарядку аккумуляторной батареи 2.The temperature readings of the coolants are measured by the temperature sensors of oil 11, water 12, fuel 13. The electrovalves 30, 31, 32, 33, 34, 35 and the electromagnetic contactors 18, 19, 20, 42 are controlled by the control unit 17. The battery 2 provides power to the electrically controlled valves 30, 31, 32, 33, 34, 35 and electric drives of the fuel priming pump 21, water pump 22, oil pump 23, through electromagnetic contactors 18, 19, 20, three-way electrically operated taps 6, 7. Generator 3 provides battery charging Battery 2.

Предлагаемая система обогрева стабилизирует тепловой режим работы дизеля, позволяет сократить энергозатраты на обогрев тепловозного дизеля в условиях низких температур и сократить расходы топлива и масла на 4-6%.The proposed heating system stabilizes the thermal mode of the diesel engine, allows you to reduce energy consumption for heating a diesel diesel engine at low temperatures and reduce fuel and oil consumption by 4-6%.

Claims

A heating system for a diesel diesel engine, consisting of a multi-sectional phase-transfer heat accumulator, sections of which are arranged in order to reduce the operating temperature range of the heat-accumulating material, diesel-fuel circuit, water cooling system and oil circuits, and they are equipped with water, oil temperature sensors and electrically operated valves, connected to the control unit, characterized in that an additional fuel temperature sensor and two heat accumulators of phase transition from with electric heating control devices, one heat accumulator is installed on the oil circuit line, the other is on the water cooling system line, the fuel temperature sensor is connected to the control unit, and phase transition heat accumulators with self-regulating devices are connected to the battery.