RU222040U1 - Компрессорный агрегат для пневматической системы железнодорожного транспортного средства - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к устройствам подготовки очищенного, сжатого и осушенного воздуха, устанавливаемым на подвижном составе железных дорог. Компрессорный агрегат для пневматической системы железнодорожного транспортного средства содержит компрессор с приводным двигателем и установленным на входе впускным клапаном; воздушный выносной фильтр, размещенный на линии подачи воздуха в компрессор; последовательно размещенные на нагнетательной магистрали компрессора блок охлаждения, влагомаслоотделитель, фильтры сжатого воздуха, блок осушки сжатого воздуха, содержащий мембранный осушитель, снабженный продувочным дросселем и обратным клапаном. При этом компрессор выполнен роторно-пластинчатым маслонаполненным и содержит масляный теплообменник, выполненный с возможностью обдува закрепленным на валу компрессора радиальным вентилятором. Блок охлаждения содержит воздушный теплообменник, выполненный с возможностью обдува осевым вентилятором. На выходе воздушного теплообменника установлен терморегулятор, выполненный с возможностью автоматического включения или выключения осевого вентилятора. Технический результат – повышение надежности и эксплуатационного ресурса компрессорного агрегата. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Полезная модель относится к подвижному составу железнодорожного транспорта, а именно к устройствам подготовки очищенного, сжатого и осушенного воздуха, устанавливаемым на подвижном составе железных дорог и предназначенным для снабжения сухим сжатым воздухом пневматических устройств железнодорожных транспортных средств, в частности вагонов метрополитена.

Уровень техники

Из уровня техники известен компрессорный агрегат для пневматических систем железнодорожного транспортного средства (патент RU №106197, МПК B60T 13/26, B60T 17/02, опубл. 10.07.2011), содержащий приводной двигатель, винтовой масляный компрессор, на линии подачи воздуха которого размещен воздушный фильтр и впускной клапан, а также последовательно размещенные на нагнетательной магистрали компрессора блок охлаждения, устройство осушки сжатого воздуха, содержащее два адсорбера, подсоединенных параллельно и установленных вертикально, с комплектом входных и выходных клапанов продувки, управляемых электромагнитными клапанами, маслоотделитель, снабженный маслоохладителем.

Недостатком известного компрессорного агрегата является громоздкость конструкции за счет применения адсорбционной системы осушки сжатого воздуха, использующую в качестве осушителей сжатого воздуха адсорбционные колонны, установленные вертикально, что усложняет техническое обслуживание устройства (периодическая настройка регуляторов давления, переключателей клапанов, периодическая полная замена адсорбента и др.). После адсорбционного осушителя осушенный воздух содержит частицы пыли адсорбента, вследствие чего требуется установка дополнительного фильтра для его очистки на линии подачи осушенного воздуха потребителю. Кроме того, вертикальное расположение адсорберов минимизирует вариантность компоновки агрегата на раме.

Из уровня техники известен компрессорный агрегат для пневматических систем подвижного состава железнодорожного транспорта (патент RU №158083 U1, МПК B60T 13/26, В60Т 17/02, опубл. 20.12.2015), содержащий безмасленный компрессор, механически связанный с приводным электродвигателем, на линии подачи воздуха которого размещены воздушный фильтр, через который происходит забор наружного атмосферного воздуха в компрессор. На выходе компрессора размещен воздушный блок охлаждения с отверстием для сброса конденсата, на котором может быть установлен электромагнитный клапан. Выход воздушного блока охлаждения пневматически связан со входом блока осушки сжатого воздуха, состоящего из мембранного осушителя и дроссельного клапана, выполненного с возможностью возврата части осушенного сжатого воздуха обратно в мембранный осушитель для удаления из него пермеата. При этом агрегат содержит термостат, имеющий входной канал для горячего сжатого воздуха, входной канал для холодного сжатого воздуха, выходной канал. Входной канал термостата для горячего сжатого воздуха пневматически соединён с пневматическим выходом компрессора в месте подсоединения к нему входа блока охлаждения, входной канал термостата для холодного сжатого воздуха пневматически соединён с выходом блока охлаждения, выходной канал термостата пневматически соединён с входным отверстием для сжатого воздуха мембранного осушителя.

Основным недостатком устройства является низкие надежность и эксплуатационный ресурс. Сухое сжатие в известном поршневом агрегате обеспечивается нанесением тефлонового покрытия на компрессионные кольца, при этом поршни изготавливаются из специального композита. Это покрытие со временем стирается и компрессору требуется в таком случае дорогостоящий ремонт (замена поршней, и т.д.), который может наступить уже на 5-7 году эксплуатации. Кроме того, безмасляный поршневой компрессор является двухступенчатым. Наличие второй ступени с другим ходом поршня на одном валу ведет к появлению значительных вибраций, которые достаточно трудно гасить на вагоне.

Еще одним недостатком известного агрегата является высокая температура сжатого воздуха на выходе из компрессора после второй ступени сжатия, которая может достигать +160°C. Нагретый до высокой температуры воздух проблематично охлаждать перед подачей в блок осушки, что приводит к снижению эффективности процесса осушки и даже к выходу из строя мембранного осушителя. 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 эффективной осушки температура перед подачей в мембранный осушитель должна быть в пределах от +35°C до +55°C, в противном случае мембрана осушителя придет в негодность. Причем в процессе эксплуатации на подвижном составе метрополитена из-за большого количества грязи, копоти производительность теплообменных аппаратов (в особенности в подвагонном пространстве) может значительно снижаться, вследствие чего еще больше увеличивается риск превышения нормативно заданной температуры на входе в мембранный осушитель.

Большинство компрессорных агрегатов, используемых на железнодорожном транспорте, содержат маслозаполненные компрессоры, где масло используется для смазки, уплотнения и охлаждения сжатого воздуха. Главное достоинство таких компрессоров - это длительный срок службы. Смазка позволяет существенно снизить коэффициент трения элементов, выступает в роли охладителя и улучшает отвод тепла. Масло обеспечивает дополнительную защиту от коррозии. Маслонаполненный компрессор отличается высокой производительностью и эффективностью.

Из уровня техники известны компрессорные агрегаты для пневматических систем железнодорожного транспортного средства, в которых используются маслонаполненные компрессоры в сочетании с мембранными осушителями. Например, известен винтовой компрессорный агрегат для тормозных систем подвижного состава железнодорожного транспорта (патент RU № 146791 U1, МПК B60T 13/26, В60Т 17/02, опубл. 20.10.2014), содержащий винтовой компрессор, приводной двигатель, маслоотделитель, установленный на нагнетательной магистрали компрессора блок охлаждения, содержащий мембранный осушитель, а также клапан поддержания давления, с функцией обратного клапана, установленный на линии подачи сжатого воздуха потребителю.

Также известен компрессорный агрегат для пневматических систем подвижного состава железнодорожного транспорта (патент RU №144444 U1, МПК B60T 13/26, В60Т 17/02, опубл. 20.08.2014), который принят за прототип, содержащий винтовой маслозаполненный компрессор с приводным двигателем, на линии подачи воздуха которого размещены воздушный фильтр и впускной клапан, а также последовательно размещенные на нагнетательной магистрали компрессора блок охлаждения воздушно-масляный, маслоотделитель, фильтры сжатого воздуха и устройство осушки сжатого воздуха с мембранным осушителем.

Основным недостатком устройства является низкие надежность и эксплуатационный ресурс в связи с отсутствием в устройстве принудительного охлаждения воздушно-масляного охладителя и регулирования 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), и может привести в конечном счете к выходу мембраны осушителя из строя.

Кроме того, отсутствие возможности сброса конденсата из воздушного блока охлаждения может привести к замерзанию конденсата при низких эксплуатационных температурах наружного воздуха, что, в свою очередь, может привести к снижению производительности устройства, а также его выходу из строя.

Раскрытие сущности полезной модели

При создании полезной модели решалась задача создания компрессорного агрегата для пневматических систем железнодорожного транспортного средства с хорошими эксплуатационными характеристиками, лишенного недостатков известных аналогов, обеспечивающего высокое качество осушки сжатого воздуха и бесперебойную работу пневматического оборудования железнодорожного вагона в широком диапазоне эксплуатационных температур наружного воздуха.

Технический результат – повышение надежности и эксплуатационного ресурса компрессорного агрегата путем повышения качества подготовленного сжатого воздуха на входе в мембранный осушитель в соответствие с нормативными требованиями в широком диапазоне эксплуатационных температур наружного воздуха.

Указанный технический результат достигается тем, что компрессорный агрегат для пневматической системы железнодорожного транспортного средства содержит компрессор с приводным двигателем и установленным на входе впускным клапаном; воздушный выносной фильтр, размещенный на линии подачи воздуха в компрессор; последовательно размещенные на нагнетательной магистрали компрессора блок охлаждения, влагомаслоотделитель, фильтры сжатого воздуха, блок осушки сжатого воздуха, содержащий мембранный осушитель, снабженный продувочным дросселем и обратным клапаном; при этом, согласно полезной модели, компрессор выполнен роторно-пластинчатым маслонаполненным и содержит масляный теплообменник, выполненный с возможностью обдува закрепленным на валу компрессора радиальным вентилятором, а блок охлаждения содержит воздушный теплообменник, выполненный с возможностью обдува осевым вентилятором, при этом на выходе воздушного теплообменника установлен терморегулятор, выполненный с возможностью автоматического включения или выключения осевого вентилятора.

При этом, согласно полезной модели, блок охлаждения содержит канал для отвода конденсата, в котором установлен электромагнитный клапан сброса конденсата.

При этом, согласно полезной модели, воздушный теплообменник выполнен в виде алюминиевого микроканального радиатора в корпусе.

При этом, согласно полезной модели, на выходе воздушного теплообменника установлен терморегулятор, выполненный с возможностью сигнала об ошибке при перегреве компрессора.

При этом, согласно полезной модели, компрессор содержит многоступенчатую систему маслоотделения, включающую лабиринтный маслоотделитель и коалесцентный масляный фильтр-сепаратор с системой возврата масла в полость всасывания.

При этом, согласно полезной модели, упомянутые элементы компрессорного агрегата установлены на раме.

В предложенной конструкции компрессорного агрегата используется роторно-пластинчатый маслонаполненный компрессор. В отличие от винтового компрессора, используемого в прототипе, в роторном процесс сжатия происходит поперек оси, при этом скорость вращения существенно ниже. За счёт этого снижается нагрузка на элементы компрессора, что значительно увеличивает его надежность и эксплуатационный ресурс. Кроме того, низкая скорость вращения позволяет использовать для передачи крутящего момента от электродвигателя прямой привод и увеличить тем самым производительность компрессора. При этом уровень шума у тихоходных пластинчатых камер сжатия компрессора значительно ниже. Кроме того, применение динамически сбалансированного роторно-пластинчатого компрессора исключает излишнюю вибрацию агрегата, что позволило исключить тросовые виброгасители, влияющие на габариты компрессорного агрегата.

Вместе с тем, для обеспечения надежности и эксплуатационного ресурса компрессорного агрегата необходимо поддерживать температуру сжатого воздуха на входе в блок осушки в диапазоне от +35°C до +55°C путем его охлаждения или исключения охлаждения.

Особенностью полезной модели является использование воздушного и масляного теплообменников, обеспечивающих процессы охлаждения масла и сжатого воздуха одновременно и независимо друг от друга.

Масляный теплообменник, соединенный с масляным картером компрессора, выполнен с принудительным обдувом воздуха радиальным вентилятором. Из-за отвода тепла маслом температура на выходе компрессора составляет до 95°С, что существенно ниже по сравнению с известными аналогами.

Воздушный теплообменник выполнен в виде алюминиевого микроканального радиатора в корпусе с возможностью обдува осевым вентилятором и установлен на нагнетательной магистрали компрессора. При этом на выходе воздушного теплообменника установлен терморегулятор, выполненный с возможностью автоматического включения или выключения осевого вентилятора, что позволяет регулировать температуру сжатого воздуха перед его подачей в блок осушки сжатого воздуха и, тем самым, обеспечить максимально эффективную осушку сжатого воздуха и исключить риски выхода мембраны осушителя из строя во всем диапазоне возможных эксплуатационных температур наружного воздуха, в которых может работать подвижный состав железнодорожного транспорта (от - 50°C до +50°C).

Кроме того, для исключения замерзания конденсата при низких температурах наружного воздуха, приводящего к снижению производительности агрегата, а также к полному выходу его из строя, необходимо удалить конденсат из блока охлаждения. Для чего блок охлаждения снабжен отводом для сброса конденсата, на котором установлен электромагнитный клапан.

Кроме того, все компоненты компрессорного агрегата установлены на раме, что позволило произвести рациональную компоновку компрессорного агрегата в ограниченном объеме вагона железнодорожного транспорта.

Краткое описание чертежей

Полезная модель поясняется графическими материалами конкретного примера её осуществления, где на:

фиг. 1 представлен общий вид компрессорного агрегата;

фиг. 2 – схема компрессорного агрегата.

Осуществление полезной модели

Компрессорный агрегат для пневматической системы железнодорожного транспортного средства представляет собой моноблочную конструкцию, которая включает установленные на раме 1 компрессорный блок 2, блок охлаждения сжатого воздуха 3, блок осушки сжатого воздуха 4 (фиг. 1). Компрессорный блок 2 содержит роторно-пластинчатый маслонаполненный компрессор 5 (фиг. 2). Входной вал компрессора 5 механически соединен с приводным электродвигателем 6. На входе компрессора 5 установлен впускной клапан 7. При этом компрессор 5 содержит масляный теплообменник 8, соединенный с масляным картером компрессора 5, выполненный с возможностью обдува радиальным вентилятором 9, закрепленным на валу компрессора 5.

На линии 10 подачи воздуха в компрессор 5 установлен воздушный выносной фильтр 11, через который происходит забор наружного атмосферного воздуха в компрессор 5 для его последующего сжатия.

На выходе компрессора 5 установлены последовательно размещенные на нагнетательной магистрали 12 компрессора блок охлаждения 3, влагомаслоотделитель 13, фильтры сжатого воздуха 14, блок осушки сжатого воздуха 4 и предохранительные клапаны 15.

Блок охлаждения сжатого воздуха 3 содержит воздушный теплообменник 16, выполненный в виде алюминиевого микроканального радиатора в корпусе с возможностью обдува осевым вентилятором 17, а также канал для отвода конденсата, в котором установлен электромагнитный клапан 18 сброса конденсата. Для обеспечения регулировки обдува воздушного теплообменника 16 на его выходе последовательно установлены терморегулятор 19, выполненный с возможностью автоматического включения или выключения осевого вентилятора 17, и терморегулятор 20, выполненный с возможностью подачи управляющего или информирующего сигнала на систему управления верхнего уровня, например, на пульт машиниста, об ошибке при перегреве компрессора 5.

Блок осушки 4 сжатого воздуха содержит мембранный осушитель 21 с входным отверстием для поступления сжатого воздуха по нагнетательной магистрали 12 из компрессора 5, выходным отверстием для осушенного сжатого воздуха, связанным с линией 24 подачи сжатого воздуха потребителю, и выходным отверстием для сброса пермеата. Мембранный осушитель 21 снабжен продувочным дроссельным клапаном 22 и обратным клапаном 23. При этом дроссельный клапан 22 пневматически соединен с одной стороны с выходным отверстием для осушенного сжатого воздуха, а с другой стороны с входным отверстием для продувочного воздуха мембранного осушителя 21.

При изготовлении компрессорного агрегата монтируют на раме 1 компрессорный блок 2 (фиг. 1, 2), блок охлаждения сжатого воздуха 3, блок осушки сжатого воздуха 4, влагомаслоотделитель 13, фильтры сжатого воздуха 14, воздушный выносной фильтр 11. Все конструктивные элементы связывают между собой разъемными, в том числе трубопроводными соединениями.

Компрессорный агрегат работает следующим образом. Атмосферный воздух через воздушный выносной фильтр 11 поступает в компрессор 5, на входе которого располагается впускной клапан 7 с механической регулировкой максимального давления сжатия компрессора 5. Компрессор 5 приводится в действие приводным электродвигателем 6, и воздух сжимается. Затем сжатый воздух в смеси с маслом на линии нагнетания поступает многоступенчатую систему маслоотделения, где происходит отделение масла от воздуха. Первая ступень представляет собой лабиринтный маслоотделитель, где замедляется движение сжатого воздуха, за счет чего крупные капли масла оседают на стенках и стекают в картер компрессора 5. Вторая ступень – высокоэффективный коалесцентный масляный фильтр-сепаратор 25 с системой возврата масла в полость всасывания.

Охлаждение масла происходит в масляном теплообменнике 8. Подача масла в масляный теплообменник 8 осуществляется за счет разницы давлений в картере компрессора 5 и области подачи масла. Отвод тепла осуществляется через обдув масляного теплообменника 8 атмосферным воздухом посредством радиального вентилятора 9, закрепленным на валу компрессора 5.

Из компрессорного блока 2 воздух поступает в воздушный теплообменник 16 блока охлаждения сжатого воздуха 3. При обдуве воздушного теплообменника 16 осевым вентилятором 17 происходит необходимое падение температуры сжатого воздуха. Осевой вентилятор 17 управляется автоматически с помощью терморегуляторов 19 и 20. В случае отсутствия необходимости обдува теплообменника 16 для увеличения интенсивности охлаждения воздуха, например, при температуре окружающего воздуха ниже плюс 10°С, сигнал от терморегулятора 19 на включение осевого вентилятора 17 прекращается. С помощью терморегулятора 20 происходит замер температуры воздуха на выходе блока охлаждения сжатого воздуха 3. В аварийной ситуации, например, случае перегрева компрессора 5, терморегулятор 20 передает в кабину машиниста соответствующий сигнал. Образовавшийся во время работы конденсат в блоке охлаждения сжатого воздуха 3 отводится за пределы заявляемого устройства (в атмосферу) посредством электромагнитного клапана 18 сброса конденсата.

Далее сжатый воздух проходит по нагнетательной магистрали 12 через влагомаслоотделитель 13, фильтры сжатого воздуха 14 и подается в блок осушки сжатого воздуха 4, в котором воздух проходит через мембранный осушитель 21, а затем по линии подачи 24 через обратный клапан 23, который предотвращает обратный поток сжатого воздуха, очищенный и осушенный воздух подается в пневматическую систему потребителя. Дроссельный клапан 22 возвращает под давлением часть осушенного сжатого воздуха обратно в мембранный осушитель 21 для принудительного удаления пермеата из его внутреннего объема, который под давлением выталкивается наружу в атмосферу за пределы устройства через выходное отверстие мембранного осушителя 21.

Таким образом, на благодаря использованию роторно-пластинчатого компрессора, двух теплообменников (масляного и воздушного) независимо друг от друга и возможности регулирования обдува воздушного теплообменника сжатый воздух на входе мембранного осушителя соответствует нормативно-заданному температурному интервалу +35°C до +55°C независимо от температуры наружного воздуха, следовательно, обеспечивается эффективная осушка сжатого воздуха, исключается вероятность выхода мембранного осушителя из строя и увеличиваются надежность и срок эксплуатации компрессорного агрегата в целом.

Claims (6)

1. Компрессорный агрегат для пневматической системы железнодорожного транспортного средства, содержащий компрессор с приводным двигателем и установленным на входе впускным клапаном; воздушный выносной фильтр, размещенный на линии подачи воздуха в компрессор; последовательно размещенные на нагнетательной магистрали компрессора блок охлаждения, влагомаслоотделитель, фильтры сжатого воздуха, блок осушки сжатого воздуха, содержащий мембранный осушитель, снабженный продувочным дросселем и обратным клапаном, отличающийся тем, что компрессор выполнен роторно-пластинчатым маслонаполненным и содержит масляный теплообменник, выполненный с возможностью обдува закрепленным на валу компрессора радиальным вентилятором, а блок охлаждения содержит воздушный теплообменник, выполненный с возможностью обдува осевым вентилятором, при этом на выходе воздушного теплообменника установлен терморегулятор, выполненный с возможностью автоматического включения или выключения осевого вентилятора.

2. Компрессорный агрегат по п. 1, отличающийся тем, что блок охлаждения содержит канал для отвода конденсата, в котором установлен электромагнитный клапан сброса конденсата.

3. Компрессорный агрегат по п. 1, отличающийся тем, что воздушный теплообменник выполнен в виде алюминиевого микроканального радиатора в корпусе.

4. Компрессорный агрегат по п. 1, отличающийся тем, что на выходе воздушного теплообменника установлен терморегулятор, выполненный с возможностью сигнала об ошибке при перегреве компрессора.

5. Компрессорный агрегат по п. 1, отличающийся тем, что компрессор содержит многоступенчатую систему маслоотделения, включающую лабиринтный маслоотделитель и коалесцентный масляный фильтр-сепаратор с системой возврата масла в полость всасывания.

6. Компрессорный агрегат по п. 1, отличающийся тем, что упомянутые элементы компрессорного агрегата установлены на раме.