RU2345908C1

RU2345908C1 - Воздухоподогреватель салона электротранспорта

Info

Publication number: RU2345908C1
Application number: RU2008102712/11A
Authority: RU
Inventors: Виктор Яковлевич Явчуновский (RU); Виктор Яковлевич Явчуновский; Владимир Викторович Явчуновский (RU); Владимир Викторович Явчуновский; Андрей Владимирович Козлов (RU); Андрей Владимирович Козлов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "ЭТНА-Т"
Priority date: 2008-01-29
Filing date: 2008-01-29
Publication date: 2009-02-10

Abstract

Изобретение относится к области электроотопительной техники, в частности к тепловентиляторам, и может быть использовано для отопления салонов городского электротранспорта. Воздухоподогреватель содержит полый корпус (1) с входом и выходом воздушного потока и с крепящей арматурой, нагревательный элемент, собранный и уложенный в виде спиралеобразного элемента на опоре вдоль корпуса (1), вентилятор, включающий помещенный в обечайку (6) электродвигатель (7) и вынесенную за обечайку (6) крыльчатку (15). Воздухоподогреватель также содержит помещенный между корпусом (1) и обечайкой (6) электродвигателя (7), установленный коаксиально обечайке (6) металлический цилиндрический разъемный кожух (4). Между кожухом (4) и обечайкой (6) расположены вытянутые вдоль кожуха (4) пластины (5) с отверстиями вдоль их протяженности. Спиралеобразный нагревательный элемент образован из сориентированных параллельно друг другу между соседними пластинами (5) и электрически соединенных последовательно участков спиралей (3), концы которых закреплены на изоляторах (12). Технический результат заключается в миниатюризации устройства при сохранении надежности его работы, увеличении расхода воздушного потока, снижении уровня создаваемого воздухоподогревателем акустического давления и уменьшении времени выхода на требуемую температуру подогрева воздушного потока. 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Заявляемое изобретение относится к области электроотопительной техники, конкретно к тепловентиляторам, и может быть использовано для отопления салонов городского электротранспорта.

Известен нагреватель воздуха [патент RU №2122689 на изобретение], содержащий корпус с сетчатыми входом и выходом и кожухом, образующим с корпусом теплозащитную полость, размещенный внутри корпуса на стойках осевой вентилятор с электродвигателем, соосные вентилятору первый и второй теплоэлектронагревательные элементы (ТЭНы), выполненные в виде спиралей, закрепленных на кронштейнах, установленных в кольцевой теплозащитной полости, где размещена также и система управления, снабженная тремя клавишами-выключателями, связывающими электрически с источником питания соответственно электродвигатель вентилятора, ТЭНы. Кронштейны смещены по базовой поверхности с образованием зазора в радиальном направлении между ТЭНами не более чем на 0,25 от внутреннего диаметра корпуса. Это приводит к повышению равномерности нагрева воздуха по сечению потока.

Известна также электрическая горелка [патент RU №2057016 на изобретение], содержащая корпус, нагреватель, выполненный в виде трубчатого корпуса с выходными окнами на образующей поверхности, на которой размещена нагревательная спираль с большим омическим сопротивлением, заглушка, установленная на торце трубчатого корпуса нагревателя, расположенный концентрично нагревателю патрубок с фланцем, защитный кожух, источник сжатого воздуха в виде электродвигателя с крыльчаткой и сопло, отличающаяся тем, что она снабжена установленным между патрубком и корпусом переходником из теплоизоляционного материала, выполненным с внутренним каналом, и радиатором, расположенным между корпусом и переходником, а патрубок в задней части выполнен с центрирующим пояском, размещенным в канале переходника, и с окнами, перемычки между которыми связаны с центрирующим пояском, при этом заглушка на торце трубчатого корпуса нагревателя расположена со стороны сопла, а выходные окна выполнены на участке трубчатого корпуса, прилегающем к заглушке, причем переходник, фланец патрубка и защитный кожух соединены между собой через теплоизолирующие прокладки.

Известен также электрокалорифер [патент RU №56988 на полезную модель], содержащий корпус, выполненный в виде цилиндрической трубы с открытыми концами, электродвигатель вентилятора с лопастями, смонтированный внутри корпуса у одного из его концов, и электронагревательные элементы, расположенные в нескольких поперечных сечениях внутри корпуса, отличающийся тем, внутри корпуса соосно жестко установлен стабилизатор воздушного потока, выполненный в виде полой трубы, при этом срез трубы стабилизатора расположен вблизи вентилятора, на противоположном конце стабилизатора в радиальных направлениях жестко установлены крепящиеся к стабилизатору и корпусу направляющие элементы, выполненные в виде пластин, ориентированных параллельно воздушному потоку, а электронагревательные элементы расположены в зазоре между корпусом и стабилизатором потока. Форма электронагревательных элементов представляет собой плоскую спираль.

Известен также воздухоподогреватель [авторское свидетельство SU №1149109], в котором с целью расширения возможности его использования в кожухе между электродвигателем и вентилятором дополнительно установлены кольцевой электрод, закрепленный с помощью изолятора на кожухе, щетки, часть которых электрически соединена с кожухом, а остальные - с электродом, и диэлектрические кольца, взаимодействующие со щетками, жестко закрепленные на валу электродвигателя и расположенные с образованием кольцевого зазора с кожухом. Между нагревателем и кожухом соосно установлена дополнительная перфорированная диэлектрическая обечайка.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является воздухоподогреватель [авторское свидетельство SU №620755], содержащий кожух с размешенными в нем нагревателем и вентилятором с электродвигателем, в котором с целью повышения эксплуатационной надежности и уменьшения габаритов электродвигатель помещен в установленную соосно ему обечайку с отверстиями для прохода воздуха, а нагреватель размещен между обечайкой и корпусом и представляет собой трубчатый электронагреватель. Последний закреплен на обечайке винтами через теплоизолирующие втулки и пружинящие планки посредством скоб.

Недостатками наиболее близкого аналога является малая пригодность для использования в салонах электротранспорта для отопления по причине низкой эксплуатационной надежности, т.к. в нем нагрев воздуха осуществляется с помощью трубчатых электронагревателей, внутри которых находится раскаленная спираль с температурой до 1000°С. Кроме того, трубчатые электронагреватели характеризуются высокой тепловой инерционностью - медленным разогревом и остыванием, что приводит, в частности, к длительному времени разогрева салонов трамваев и троллейбусов перед их выходом на линию. Высокое аэродинамическое сопротивление, создаваемое трубчатыми электронагревателями, приводит к необходимости увеличения оборотов электродвигателя, снижая тем самым его долговечность и повышая уровень акустического давления.

Задачей заявляемого изобретения является миниатюризация устройства при сохранении надежности его работы, увеличении расхода воздушного потока (за счет снижения аэродинамического сопротивления), снижении уровня создаваемого воздухоподогревателем акустического давления и уменьшении времени выхода на требуемую температуру подогрева воздушного потока.

Сущность заявляемого изобретения характеризуется тем, что воздухоподогреватель салона электротранспорта, содержащий полый корпус с входом и выходом воздушного потока и с крепящей арматурой, нагревательный элемент, собранный и уложенный в виде спиралеобразного элемента на опоре вдоль корпуса, вентилятор, включающий помещенный в обечайку электродвигатель и вынесенную за обечайку крыльчатку, содержит помещенный между корпусом и обечайкой электродвигателя установленный коаксиально обечайке металлический цилиндрический разъемный кожух, между кожухом и обечайкой расположены вытянутые вдоль кожуха пластины с отверстиями вдоль их протяженности; спиралеобразный нагревательный элемент образован из сориентированных параллельно друг другу между соседними пластинами и электрически соединенных последовательно участков спиралей, концы которых закреплены на изоляторах.

Кроме того, заявляется воздухоподогреватель с изложенными выше признаками, в котором пластины с рядом отверстий имеют форму полосы с четырьмя выступами, два из которых соединены с обечайкой, а два других соединены с кожухом.

Заявляется также воздухоподогреватель с изложенными выше признаками, в котором размеры полосы и выступов каждой из пластин подчинены соотношению:

0.12(d_k-d₀)≤h≤0.25(d_k-d₀),

где h - ширина полосы,

d₀ - внешний диаметр обечайки,

d_k - внутренний диаметр кожуха.

Заявляется также воздухоподогреватель с изложенными выше признаками, который имеет выполненные со стороны крыльчатки прочно соединенные крепящий элемент и заслонку воздушного потока, установленные соосно кожуху и обечайке в поперечном сечении кожуха; крепящий элемент закреплен в своей периферийной части на пластинах и имеет форму треугольника, заслонка закреплена в торцевой части обечайки и имеет форму уплощенного цилиндра, диаметр которого подчинен соотношению:

0.9≤d_з/d≤0.98,

где d_з - внешний диаметр заслонки,

d - внутренний диаметр обечайки.

Заявляется также воздухоподогреватель с изложенными выше признаками, в котором крепящий элемент и заслонка воздушного потока имеют соосные близкого размера центральные отверстия для прохода вала электродвигателя при его торцевом креплении к ним.

Заявляется также воздухоподогреватель с изложенными выше признаками, который имеет со стороны крыльчатки толстостенное кольцо, служащее формирователем воздушного потока, внешний диаметр которого равен внутреннему диаметру разъемного цилиндрического кожуха, установленного на кольце.

Заявляется также воздухоподогреватель с изложенными выше признаками, в котором крепление крыльчатки к валу электродвигателя выполнено с помощью диэлектрической ступицы цилиндрической формы.

Заявляется также воздухоподогреватель с изложенными выше признаками, в котором со стороны выхода воздушного потока, противоположной крыльчатке, размещен плоский сетчатый экран, перекрывающий сечение кожуха у выхода воздушного потока.

Заявляется также воздухоподогреватель с изложенными выше признаками, который имеет, по крайней мере, на двух стенках с внутренней стороны изоляционные элементы корпуса, размеры которых подчинены соотношениям:

l≥1.15 l₀,

b≥0.55 d_k,

где l - длина изоляционных элементов вдоль корпуса,

l₀ - длина обечайки,

b - ширина изоляционных элементов,

d_k - внутренний диаметр кожуха.

Заявляется также воздухоподогреватель с изложенными выше признаками, который имеет делитель напряжения, выполненный в виде выводов, по крайней мере, одного участка в виде отрезка спирали, электрически соединенного с выводами электродвигателя постоянного тока.

Заявляется также воздухоподогреватель с изложенными выше признаками, который имеет защитное устройство от переполюсовки в виде диодного моста, вход которого соединен, по крайней мере, с одним участком в виде отрезка спирали, а выход - с вводами питания электродвигателя.

Технический результат заявляемой конструкции заключается в достижении предельной компактности деталей и узлов без ухудшения остальных эксплуатационных характеристик, а в ряде случаев их улучшения - например, снижения уровня акустического давления, увеличения гарантированной долговечности (средней наработки на отказ) и уменьшения времени выхода на требуемую температуру подогрева воздушного потока. Это достигается рядом технических приемов, приводящих к возможности максимального сближения узлов и нетипичной их компоновке. Выполнение нагревательного элемента - «спирали из спирали» - технический прием, не нашедший пока распространения, позволяет разместить нагревательный элемент в минимальном объеме, наиболее компактно сочетаемом с электродвигателем и крыльчаткой вентилятора, и сформировать внутренний делитель напряжения, с которого подается питание на электродвигатель.

Набор разнообразных диэлектрических пластин и других диэлектрических деталей (ступицы и т.д.), установленных в зонах раздела предельно приближенных разнопотенциальных металлических поверхностей, имеющих в рабочем режиме разные электрические потенциалы, позволил миниатюризировать общую конструкцию.

Использование спирального нагревательного элемента, составленного из совокупности участков, в том числе отрезков спиралей, в качестве делителя напряжения для формирования напряжения питания электродвигателя, обеспечив при этом возможность подачи на него напряжения значительно меньше его номинального значения, позволило снизить уровень акустического давления, повысить наработку на отказ, стабилизировать температуру выходящего нагретого воздуха при высоких нестабильностях питающего напряжения нагревательного элемента, а также обеспечить защиту от возможных ошибок переполюсовки. При мощностях порядка 5-10 кВт не известны изделия подобного назначения столь малых габаритов (300 мм × 320 мм × 250 мм).

Заявляемое изобретение поясняется с помощью чертежей, на которых представлены: на фиг.1 - общий вид заявляемого воздухоподогревателя салона электротранспорта, на фиг.2 - заявляемое устройство в поперечном сечении, на фиг.3 - вид со стороны торца электродвигателя, на которых позициями 1-20 обозначены:

1 - корпус изделия;

2 - изоляционные элементы корпуса;

3 - участки спиралей;

4 - части кожуха (верхняя и нижняя);

5 - пластины;

6 - обечайка;

7 - электродвигатель;

8 - соединительные элементы;

9 - крепящий элемент;

10 - заслонка воздушного потока;

11 - стойки;

12 - керамические изоляторы;

13 - кронштейны для крепления защитного сетчатого экрана;

14 - диэлектрическая ступица;

15 - крыльчатка вентилятора;

16 - формирователь воздушного потока;

17 - термопредохранители;

18 - сетчатый экран;

19 - вал электродвигателя;

20 - отверстия в пластинах.

Заявляемый воздухоподогреватель салона электротранспорта включает ряд деталей и узлов, помещенных в корпус 1 изделия. Основной из них - спиральный нагревательный элемент. Он выполнен в виде ряда электрически соединенных последовательно участков спиралей 3, закрепленных через керамические изоляторы 12 на радиальных вытянутых вдоль корпуса пластинах 5, служащих опорами нагревательного элемента. Практически весь создаваемый вентилятором воздушный поток направляется на съем тепла с участков в виде отрезков спиралей 3 нагревательного элемента, и лишь несколько процентов этого потока проходят в зазор между обечайкой 6 и заслонкой 10 для охлаждения электродвигателя 7 вентилятора. При этом достигается наиболее компактное размещение этих элементов, позволяющее достичь максимальной концентрации выделяемой тепловой мощности, а соответственно и предельной миниатюризации предлагаемого воздухоподогревателя.

Спиральный нагревательный элемент размещен в наиболее интенсивной части воздушного потока, создаваемого вентилятором. Фиг.1-3 позволяют представить себе конфигурацию формируемого воздухоподогревателем воздушного потока. Основная часть воздуха должна проходить через кольцевое поперечное сечение, ограниченное с одной стороны обечайкой 6, являющейся защитным экраном электродвигателя 7. Она предохраняет электродвигатель 7 от теплового потока, создаваемого спиральным нагревательным элементом, от высокого потенциала при возможном разрыве отрезка спирали 3 и касании его электродвигателя 7. С другой стороны указанное поперечное сечение воздушного потока ограничивается разъемным кожухом, состоящим из верхней и нижней частей 4.

Для создания второго контура электрической изоляции собранная конструкция на стойках 11 устанавливается на дно корпуса 1 воздухоподогревателя через керамические изоляторы 12. Для дополнительной изоляции конструкции от дна, верхней крышки и стенок корпуса 1 воздухоподогревателя на последние дополнительно устанавливаются изоляционные 2 элементы корпуса, выполненные в виде диэлектрических пластин. Это позволяет минимизировать воздушные промежутки между кожухом и корпусом 1 и существенно уменьшить габариты (в данном случае, высоту) воздухоподогревателя.

Важным элементом конструкции, служащей для подачи и нагрева воздушного потока, является каркас, состоящий из цилиндрического разъемного кожуха, обечайки 6 и жестко закрепленных на ней (например, с помощью сварки) радиально расходящихся пластин 5, вытянутых вдоль кожуха. Эти пластины 5 имеют неоднородную форму и представляют собой полосы с четырьмя металлическими прямоугольными выступами, два из которых соединены с обечайкой 6, а два других соединены с кожухом. Пластины 5 имеют отверстия 20 вдоль своей протяженности для установки керамических изоляторов 12. Выступы, с одной стороны, минимизированы по ширине, с целью создания минимального аэродинамического сопротивления для азимутальной составляющей скорости воздушного потока, создаваемого вентилятором и проходящего в образуемые между данными выступами зазоры. С другой стороны, они обеспечивают требуемую жесткость всей конструкции опоры и воздухоподогревателя в целом. По результатам экспериментов установлено, что ширина этих прямоугольных выступов должна быть примерно равна ширине пластины с отверстиями для установки керамических изоляторов.

Для крепления вентилятора на торцы трех из шести вытянутых вдоль кожуха пластин 5 устанавливаются специальные соединительные элементы 8. На них, в свою очередь, устанавливаются крепящий элемент 9 и заслонка 10 воздушного потока для установки и электрической изоляции электродвигателя 7 вентилятора. При этом крепящий элемент 9 выполнен в виде диэлектрической пластины треугольной формы и предназначен непосредственно для установки электродвигателя 7 и электрической изоляции его от крыльчатки 15 и спирального нагревательного элемента. Заслонка 10 закреплена в торцевой части обечайки 6 и предназначена для того, чтобы совместно с крепящим 9 элементом обеспечивать более жесткое крепление и электрическую изоляцию электродвигателя 7, а также для минимизации потока воздуха в зазоре между электродвигателем 7 и обечайкой 6. Заслонка 10 воздушного потока выполнена в виде диэлектрической пластины формы уплощенного цилиндра, диаметр которого подчинен соотношению:

0.9≤d_з/d≤0.98,

где d_з - внешний диаметр заслонки 10, d - внутренний диаметр обечайки 6. Выполнение этого соотношения позволяет решить компромиссную техническую задачу. При наличии обеспечиваемого этим соотношением зазора между обечайкой 6 и заслонкой 10 большая часть холодного воздушного потока от вентилятора попадет в кольцевой промежуток между электродвигателем 7 вентилятора и обечайкой 6 и будет защищать электродвигатель 7 от теплового потока, идущего от включенного нагревательного элемента, обеспечивая тем самым повышение его надежности и долговечности. Как удалось установить эмпирически, при выполнении соотношения 0,98≤d_з/d электродвигатель 7 начинает перегреваться, а при увеличении зазора (d_з/d≤0,98) температура электродвигателя 7 в рабочем режиме снижается. Однако при дальнейшем увеличении зазора и соответственно расхода воздуха, проходящего между электродвигателем 7 вентилятора и обечайкой 6, снижается расход воздуха, поступающего на нагревательный элемент, что приводит к ухудшению съема тепла с него и перегреву отрезков спиралей 3, а также к появлению струй холодного воздуха в центральной части сечения воздушного потока на выходе воздухоподогревателя. Это существенно снижает его эксплуатационные характеристики. Для избежания этого служит вторая часть соотношения: 0,9≤d_p/d, ограничивающая величину зазора (площадь кольцевого промежутка) между двигателем вентилятора и обечайкой и расход проходящего через него воздушного потока.

Крыльчатка 15 вентилятора установлена на валу 19 электродвигателя через диэлектрическую ступицу 14 цилиндрической формы с целью создания еще одного дополнительного контура электрической изоляции. Наличие данного дополнительного контура электрической изоляции позволяет обеспечить между крыльчаткой 15 и формирователем воздушного потока 16 малый воздушный зазор, увеличение которого привело бы к уменьшению потока воздуха через спиральный нагревательный элемент. Формирователь воздушного потока 16 в виде толстостенного кольца одновременно выполняет функцию арматурного элемента, на котором крепятся верхняя и нижняя части 4 разъемного кожуха.

С противоположной от формирователя воздушного потока 16 стороны на верхней части 4 кожуха установлены два дублирующих друг друга термопредохранителя 17, обеспечивающих отключение питания нагревательного элемента при его перегреве выше заданной температуры.

С той же стороны попарно на верхней и нижней частях 4 кожуха установлены кронштейны 13. На них через керамические изоляторы 12 крепится защитный плоский сетчатый экран 18, перекрывающий сечение кожуха у выхода воздушного потока. Он предназначен для защиты корпуса 1 воздухоподогревателя от высокого потенциала при возможном разрыве спирального нагревательного элемента и появлении опасности касания им кожуха.

Пластины 5 с рядом отверстий 20 имеют форму полосы с четырьмя выступами, два из которых соединены с обечайкой 6, а два других соединены с кожухом. Выполнение пластин 5 в виде полос с выступами обусловлено аэродинамическими особенностями данной системы. Выходящий из крыльчатки 15 и формирователя воздушного потока 16 воздушный поток кроме аксиальной имеет еще и большую по величине азимутальную составляющую скорости. Поэтому если пластины 5 с отверстиями 20 будут выполнены в виде сплошных пластин прямоугольной формы, то они уже на очень небольшом расстоянии от вентилятора полностью погасят азимутальную составляющую скорости и уменьшат суммарную скорость прохода воздуха у поверхности отрезков спиралей 3 нагревательного элемента. Это приведет к уменьшению скорости теплопередачи от отрезков спиралей 3 к воздушному потоку, к ужесточению температурного режима нагревательного элемента и к снижению его надежности и долговечности при заданном уровне мощности.

Для избежания указанных негативных явлений выбрана и рассчитана форма пластин 5 с отверстиями 20 в виде полос с выступами для крепления на обечайке 6 и на кожухе. Размеры полосы и выступов каждой из пластин 5 подчинены соотношению:

0.12(d_k-d₀)≤h≤0.25(d_k-d₀),

где h - ширина полосы,

d₀ - внешний диаметр обечайки,

d_k - внутренний диаметр кожуха.

При минимальной ширине полосы и ширине (вдоль протяженности пластин 5) выступов имеет место минимальное снижение величины азимутальной составляющей скорости воздушного потока и суммарной скорости прохода воздуха у поверхности отрезков спиралей 3. Для этого размеры полосы и выступов каждой из пластин 5 подчинены соотношению:

h≤0.25(d_k-d_o),

где h - ширина полосы и выступов пластин 5, d₀ - внешний диаметр обечайки 6, d_k - внутренний диаметр кожуха. Необходимость же выполнения второй же части соотношения:

h≥0.12(d_k-d₀)

связана с обеспечением механической прочности системы и возможности выполнения в полосе отверстий 20 для установки керамических изоляторов 12 нагревательного элемента.

Крепление крыльчатки 15 к валу электродвигателя выполнено с помощью диэлектрической ступицы цилиндрической формы. Наличие диэлектрической ступицы 14 обеспечивает дополнительный контур электрической изоляции и повышает уровень электробезопасности воздухоподогревателя, что имеет большое значение для горэлектротранспорта, использующего высокие напряжения контактной сети, достигающие 800 В и более постоянного напряжения. Особенно это важно для троллейбусов, корпус которых не имеет заземления.

Со стороны выхода воздушного потока, противоположной крыльчатке 15, размещен плоский сетчатый экран 18, перекрывающий сечение кожуха у выхода воздушного потока. Наличие электрически отделенного от опоры нагревательного элемента плоского сетчатого экрана 18 повышает уровень электробезопасности воздухоподогревателя. В случае возможной аварийной ситуации, например обрыва одного из отрезков спиралей 3, этот отрезок, находящийся под электрическим потенциалом, не будет соприкасаться с корпусом изделия, а только с электрически отделенным от опоры нагревательного элемента и от корпуса 1 изделия плоским сетчатым экраном.

При миниатюризации корпуса 1 изделия уменьшаются воздушные зазоры между корпусом 1 и нагревательным элементом. Для электрической изоляции последних с внутренней стороны корпуса 1, по крайней мере, на двух его стенках установлены изоляционные элементы 2 корпуса, которые обеспечивают в любом промежутке внутри воздухонагревателя расстояние между нагревательным элементом и корпусом 1 не менее определяемой ГОСТом величины 16 мм. Эмпирически установлено, что это достигается при выполнении соотношений:

l≥1.15 l_о,

b≥0.55 d_k,

l₀ - длина обечайки,

b - ширина изоляционных элементов.

В известных электрических схемах включения воздухоподогревателя в средствах городского электротранспорта на нагревательный элемент подается высокое нестабилизированное напряжение 550 В (изменяющееся в пределах 400÷750 В), а на электродвигатель 7 вентилятора подается стабилизированное напряжение 28 В. При ошибках монтажа воздухоподогревателей в средствах городского электротранспорта возможна ситуация, при которой напряжение 28 В на вентилятор не подается, а высокое напряжение на нагревательный элемент поступает. В таком режиме работающий без воздушного охлаждения нагревательный блок может быстро выйти из строя.

В заявляемом техническом решении вводы питания вентилятора соединены с внутренним делителем, выполненным в виде электрического отвода от одного-двух-трех (в различных модификациях воздухоподогревателей) участков в виде отрезков спиралей 3 на вводы питания электродвигателя 7 постоянного тока, вращающего крыльчатку 15 вентилятора. При этом на электродвигатель 7 подается напряжение не 28 В, а как правило, 12÷15 В. Скорость вращения вала 19 электродвигателя при таком напряжении снижается. В связи с высокой аэродинамической прозрачностью нагревательного элемента скорости вращения вала 19 электродвигателя и крыльчатки 15 в предлагаемой конструкции достаточно для съема теплового потока с нагревательного элемента, при этом долговечность электродвигателя 7 в таком режиме выше, а уровень создаваемого им акустического давления ниже, чем при подаваемом напряжении 28 В.

При выборе данного технического приема отпадает необходимость использования стабилизированного напряжения 28 В. В городском электротранспорте мощность стабилизированного источника питания с выходным напряжением 28 В ограничена, поэтому снижение его потребления за счет исключения его подачи на воздухоподогреватель является также положительным эффектом, обеспечиваемым данным техническим решением. Кроме того, температура выходящего из воздухоподогревателя воздушного потока остается стабильной при высокой нестабильности высокого напряжения (400÷720 В). Такой эффект имеет место, поскольку увеличение или снижение напряжения, подаваемого на нагревательный блок, и сопутствующее этому изменение выделяемой на нагревательном элементе тепловой мощности приводит к одновременному изменению напряжения питания и скорости вращения вентилятора.

В воздухоподогревателе установлено защитное устройство от переполюсовки в виде диодного моста, вход которого соединен, по крайней мере, с одним участком в виде отрезка спирали, а выход - с вводами питания электродвигателя 7. Использование в системе диодного моста позволяет всегда подавать на нагревательный элемент и на вентилятор напряжение требуемой полярности независимо от полярности напряжения, поступающего на вводы питания воздухоподогревателя. Это защищает все устройство в целом от ошибок электромонтажа и переполюсовки в контактной сети горэлектротранспорта.

Заявляемая конструкция позволяет сконцентрировать воздушный поток в относительно небольшом по поперечному сечению воздушном зазоре. При этом его скорость увеличивается по сравнению со случаем, когда он не ограничен изнутри поперечными размерами электродвигателя 7, повысить теплосъем с нагревательного элемента. Это позволяет существенно увеличить концентрацию выделяемой тепловой мощности и максимально миниатюризировать конструкцию воздухоподогревателя.

В заявляемой конструкции используется электрическое соединение выводов питания электродвигателя 7 вентилятора с концами одного - двух - трех последовательно соединенных отрезков спиралей 3, осуществляемое конструктивно в местах их крепления через керамические изоляторы 12 на пластинах, на которых собран спиральный нагревательный элемент. Это, с одной стороны, обеспечивает подачу на них требуемого напряжения питания при подаче высокого напряжения на нагревательный элемент и гарантированную работу при этом вентилятора одновременно с нагревом отрезков спиралей 3 независимо от ошибок внешнего электромонтажа при подключении воздухоподогревателя к электрическим цепям транспортного средства (троллейбуса, трамвая). С другой стороны, это обеспечивает постоянство температуры выходящего из воздухоподогревателя воздушного потока, поскольку напряжение питания электродвигателя 7 вентилятора (используемого двигателя постоянного тока), его обороты и величина обеспечиваемого им воздушного потока пропорциональны высокому напряжению, подаваемому на спиральный нагревательный элемент. В транспортных средствах это напряжение характеризуется очень высокой нестабильностью и может изменяться от 400 до 750 В.

Работа заявляемого воздухоподогревателя салона электротранспорта осуществляется следующим образом. При включении воздухоподогревателя указанной конструкции в схему электропитания транспортного средства (трамвая, троллейбуса, вагонов электропоезда и т.п.) на высоковольтные вводы питания воздухоподогревателя подается постоянное напряжение 550 В.

При этом с выводов питания электродвигателя 7 вентилятора, соединенных с концами одного - двух - трех последовательно соединенных участков в виде отрезков спиралей 3 на обмотку якоря электродвигателя 7 подается в номинальном электрическом режиме напряжение, составляющее примерно 12÷14 В (при номинальном его напряжении 28 В). При допустимых колебаниях высокого напряжения (от 400 до 750 В) напряжение питания вентилятора будет составлять от 10 до 20 В. При таких напряжениях снижаются (относительно номинального режима) обороты электродвигателя 7, существенно повышается его ресурс и снижается уровень создаваемого им акустического давления.

Вращая крыльчатку 15 вентилятора, электродвигатель 7 обеспечивает создание необходимого расхода воздуха, причем формирователем воздушного потока 16 обеспечиваются требуемые параметры воздушного потока. Этот воздушный поток попадает в зазор между обечайкой 6 и кожухом на спиральный нагревательный элемент и снимает с него выделяемую им тепловую энергию.

При подаче на высоковольтные вводы воздухоподогревателя постоянного напряжение 550 В от сети транспортного средства отрезки спиралей 3 нагревательного элемента нагреваются и создаваемое ими тепло уносится из воздухоподогревателя воздушным потоком, создаваемым крыльчаткой 15 и формирователем воздушного потока 16.

С противоположной от формирователя воздушного потока 16 стороны на верхней части 4 разъемного кожуха установлены два последовательно включенных (дублирующих друг друга) термопредохранителя 17 системы защиты, обеспечивающих отключение питания нагревательного элемента при его перегреве выше заданной температуры. Они включаются через выводы воздухоподогревателя в цепь пусковой обмотки контактора транспортного средства, подающего высокое напряжение на спиральный нагревательный элемент. При наличии воздушного потока их температура не превышает критической, они находятся в нормально замкнутом состоянии и высокое напряжение поступает на спиральные нагревательные элементы. При отключении напряжения электродвигателя 7 либо при выходе его из строя, температура термопредохранителей 17 поднимается выше критического значения, контакты термопредохранителей 17 (или хотя бы одного из них) размыкаются, цепь пусковой обмотки контактора размыкается и подача высокого напряжения на нагревательный элемент прекращается.

В одном из вариантов предлагаемой конструкции на вводах напряжения питания (12÷14 В), снимаемого с одного - двух - трех последовательно соединенных участков в виде отрезков спиралей 3 на обмотку якоря электродвигателя 7 устанавливается защитное устройство от переполюсовки в виде диодного моста. Включение в электрическую схему и в конструкцию воздухоподогревателя этого устройства обеспечивает защиту нагревательного элемента от варианта отсутствия потока охлаждающего его воздуха, что, как правило, имеет место при подаче на вращающий крыльчатку 15 электродвигатель 7 постоянного тока напряжения противоположной полярности. Последнее принципиально возможно при встречающихся ошибках внешнего электромонтажа - при подключении воздухоподогревателя к электрическим цепям транспортного средства (троллейбуса, трамвая), а также при так называемой переполюсовке на линиях движения троллейбусов.

Claims

1. Воздухоподогреватель салона электротранспорта, содержащий полый корпус с входом и выходом воздушного потока и с крепящей арматурой, нагревательный элемент, собранный и уложенный в виде спиралеобразного элемента на опоре вдоль корпуса, вентилятор, включающий помещенный в обечайку электродвигатель и вынесенную за обечайку крыльчатку, отличающийся тем, что он содержит помещенный между корпусом и обечайкой электродвигателя, установленный коаксиально обечайке металлический цилиндрический разъемный кожух, между кожухом и обечайкой расположены вытянутые вдоль кожуха пластины с отверстиями вдоль их протяженности; спиралеобразный нагревательный элемент образован из сориентированных параллельно друг другу между соседними пластинами и электрически соединенных последовательно участков спиралей, концы которых закреплены на изоляторах.

2. Воздухоподогреватель по п.1, отличающийся тем, что пластины с рядом отверстий имеют форму полосы с четырьмя выступами, два из которых соединены с обечайкой, а два других соединены с кожухом.

3. Воздухоподогреватель по п.2, отличающийся тем, что размеры полосы и выступов каждой из пластин подчинены соотношению:
0,12(d_k-d₀)≤h≤0,25(d_k-d₀),
где h - ширина полосы,
d₀ - внешний диаметр обечайки,
d_k - внутренний диаметр кожуха.

4. Воздухоподогреватель по п.1, отличающийся тем, что он имеет выполненные со стороны крыльчатки прочно соединенные крепящий элемент и заслонку воздушного потока, установленные соосно кожуху и обечайке в поперечном сечении кожуха; крепящий элемент закреплен в своей периферийной части на пластинах и имеет форму треугольника, заслонка закреплена в торцевой части обечайки и имеет форму уплощенного цилиндра, диаметр которого подчинен соотношению:
0,9≤d_з/d≤0,98,
где d_з - внешний диаметр заслонки,
d - внутренний диаметр обечайки.

5. Воздухоподогреватель по п.4, отличающийся тем, что крепящий элемент и заслонка воздушного потока имеют соосные близкого размера центральные отверстия для прохода вала электродвигателя при его торцевом креплении к ним.

6. Воздухоподогреватель по п.1, отличающийся тем, что он имеет со стороны крыльчатки толстостенное кольцо, служащее формирователем воздушного потока, внешний диаметр которого равен внутреннему диаметру разъемного цилиндрического кожуха, установленного на кольце.

7. Воздухоподогреватель по п.1, отличающийся тем, что крепление крыльчатки к валу электродвигателя выполнено с помощью диэлектрической ступицы цилиндрической формы.

8. Воздухоподогреватель по п.1, отличающийся тем, что со стороны выхода воздушного потока - противоположной крыльчатке, размещен плоский сетчатый экран, перекрывающий сечение кожуха у выхода воздушного потока.

9. Воздухоподогреватель по п.1, отличающийся тем, что он имеет, по крайней мере, на двух стенках с внутренней стороны изоляционные элементы корпуса, размеры которых подчинены соотношениям:
1≥1,15l₀,
b≥0,55 d_k,
где l - длина изоляционных элементов вдоль корпуса,
l₀ - длина обечайки,
b - ширина изоляционных элементов,
d_k - внутренний диаметр кожуха.

10. Воздухоподогреватель по п.1, отличающийся тем, что он имеет делитель напряжения, выполненный в виде выводов, по крайней мере, одного участка в виде отрезка спирали, электрически соединенного с выводами электродвигателя постоянного тока.

11. Воздухоподогреватель по п.1, отличающийся тем, что он имеет защитное устройство от переполюсовки в виде диодного моста, вход которого соединен, по крайней мере, с одним участком в виде отрезка спирали, а выход - с вводами питания электродвигателя.