RU2419565C1

RU2419565C1 - Diesel locomotive

Info

Publication number: RU2419565C1
Application number: RU2010111051/11A
Authority: RU
Inventors: Владимир Степанович Григорчук (RU); Владимир Степанович Григорчук
Original assignee: Владимир Степанович Григорчук
Priority date: 2010-03-23
Filing date: 2010-03-23
Publication date: 2011-05-27

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: invention relates to railway transport. Diesel locomotive comprises frame with bogies and suspensions, body, power plant, traction generator, traction motors, two-machine assembly, compressor, power supply, cooling and lubing, starting, electrical and pneumatic systems, and control mechanisms. Power plant is made up of several identical units. Each unit is made up of hollow vertical torus accommodating valve in its top section and with its bottom section communicated with the inlet and outlet chambers of screw propulsor. Rotors of all propulsors are fitted on common shaft. Tor opposite side is provided with water-tune cooler communicated with cooling system that comprises compressor, cooling radiator, drying filter, capillary nozzle opened inside evaporator case and drive motor. Cooling system is filled with Freon. Power plant control mechanisms are connected with tubular water heater fuel and air feed control system and tubular water heater cooling control system.

EFFECT: simplified design of power plant, reduced heat losses and fuel savings.

8 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к области железнодорожного транспорта и может найти применение в качестве тепловоза.The present invention relates to the field of railway transport and may find application as a locomotive.

Известен маневровый тепловоз ТГМ-6А, содержащий рану с ходовыми тележками и подвесками, кузов, имеющий водительское и моторное отделения, дизельный двигатель, размещенный внутри моторного отделения, гидропередачу, которая соединена с дизельным двигателем, а посредством валов и осевых редукторов связана с колесными парами, трехцилиндровый компрессор, который посредством гидромуфты связан с гидропередачей, холодильник, вентилятор которого через редуктор соединен с дизельным двигателем, системы: тормозную, электрическую, охлаждения, смазки и запуска, песочную, механизмы управления.Known shunting locomotive TGM-6A, containing a wound with running trolleys and suspensions, a body having a driver and engine compartment, a diesel engine located inside the engine compartment, a hydraulic transmission that is connected to a diesel engine, and through shafts and axial gearboxes connected with wheel pairs, a three-cylinder compressor, which is connected to a hydraulic transmission via a fluid coupling, a refrigerator, whose fan is connected to a diesel engine through a gearbox, systems: brake, electric, cooling, sma ki and running, sand, control mechanisms.

/Г.Я.Белобаев, В.И. Бурьяница, М.К.Гавриленко и др. Маневровые тепловозы, ред. Л.С.Назаров. М.: Транспорт, 1977, с.5-30, рис.7, табл.2, 4/./ G.Ya. Belobaev, V.I. Burianitsa, M.K. Gavrilenko et al. Shunting diesel locomotives, ed. L.S. Nazarov. M .: Transport, 1977, pp. 5-30, Fig. 7, Table 2, 4 /.

Недостатками известного маневрового тепловоза являются: большой расход топлива, значительная вибрация и большой шум дизельного двигателя, большие тепловые потери, сложность конструкции дизельного двигателя.The disadvantages of the well-known shunting diesel locomotive are: high fuel consumption, significant vibration and large noise of the diesel engine, large heat losses, the complexity of the design of the diesel engine.

Указанные недостатки обусловлены работой дизельного двигателя, инерцией подвижных частей, трением в кривошипно-шатунном механизме, процессами, протекающими в двигателе.These shortcomings are caused by the operation of the diesel engine, the inertia of the moving parts, friction in the crank mechanism, processes occurring in the engine.

Известен также двухсекционный тепловоз ТЭ-3, каждая секция которого содержит раму с ходовыми тележками и подводками, кузов, установленный на раме и имеющий водительское и моторное отделения, десятицилиндровый бескомпрессорный дизельный двигатель 2Д-100 с вертикальными встречно движущимися поршнями, установленный в моторном отделении и имеющий муфту сцепления, тяговый генератор, связанный с дизельным двигателем, тяговые электродвигатели, механически соединенные с колесными парами, а электрически через контроллер подключены к выходу тягового генератора, двухмашинный агрегат, содержащий возбудитель тягового генератора и генератор для зарядки аккумуляторов, механически соединенный с дизельным двигателем, трехцилиндровый двухступенчатый компрессор, механически соединенный с дизельным двигателем, системы: питания, охлаждения, смазки, электрическую, пневматическую, запуска, механизмы управления. /В.А.Раков. Локомотивы отечественных железных дорог, 1845-1955, изд. 2, М.: Транспорт, с.382-384/.Also known is a two-section diesel locomotive TE-3, each section of which contains a frame with running trolleys and inlets, a body mounted on the frame and having a driver and engine compartment, a two-cylinder diesel engine 2D-100 with vertical counter-moving pistons installed in the engine compartment and having a clutch, a traction generator associated with a diesel engine, traction motors mechanically connected to the wheel pairs, and electrically connected through the controller to the output of the rods a new generator, a two-machine unit containing a traction generator exciter and a battery charging generator, mechanically connected to a diesel engine, a three-cylinder two-stage compressor, mechanically connected to a diesel engine, systems: power, cooling, lubrication, electric, pneumatic, starting, control mechanisms. / V.A. Rakov. Locomotives of domestic railways, 1845-1955, ed. 2, M.: Transport, p. 382-384 /.

Одна секция тепловоза ТЭ-3, как наиболее близкая по технической сущности и достигаемому полезному результату, принята за прототип.One section of the TE-3 locomotive, as the closest in technical essence and achieved useful result, is taken as a prototype.

Недостатки секции тепловоза ТЭ-3, принятой за прототип, те же.The disadvantages of the diesel locomotive TE-3, adopted as a prototype, are the same.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией дизельного двигателя.These disadvantages are due to the design of the diesel engine.

Целью настоящего изобретения является повышение технических характеристик тепловоза.The aim of the present invention is to improve the technical characteristics of the locomotive.

Указанная цель согласно изобретению обеспечивается тем, что дизельный двигатель 2Д-100 заменен силовой энергетической установкой, выполненной в форме нескольких одинаковых по конструкции блоков, каждый из которых представляет собой пустотелый тор, установленный вертикально, имеющий внутри верхней части клапан, а в нижней части соединенный с впускной и выпускной полостями лопастного двигателя, причем ротора всех лопастных двигателей закреплены на общем валу, который соединен с тяговым генератором, кроме того, в средней части каждый тор имеет с одной стороны водотрубный нагреватель, топка которого имеет выпускную трубу и связана с насосным узлом, включающим в себя воздухонагнетатель, форсунку, насос подачи жидкого топлива, приводимые в движение электродвигателем, питаемым от аккумулятора или генератора двухмашинного агрегата, воспламеняющее устройство, с другой стороны - водотрубный охладитель, связанный с системой охлаждения, имеющей компрессор, приводимый в движение электродвигателем, питаемым от аккумулятора или генератора двухмашинного агрегата, радиатор охлаждения, фильтр-осушитель, капиллярную насадку, открывающуюся внутрь корпуса-испарителя, соединенных между собой трубопроводами, терморегулятор, включенный в цепь электродвигателя привода компрессора, причем система охлаждения заполнена фреоном, кроме того, внутренняя полость каждого тора заполнена низкокипящей жидкостью, являющейся рабочим телом силовой энергетической установки, механизмы управления которой связаны с системой регулирования подачи топлива и воздуха водотрубного нагревателя и системой регулирования степени охлаждения водотрубного охладителя.The specified goal according to the invention is ensured by the fact that the 2D-100 diesel engine is replaced by a power power plant made in the form of several identical blocks in design, each of which is a hollow torus mounted vertically, having a valve inside the upper part and connected to the lower part the inlet and outlet cavities of the vane engine, and the rotors of all vane engines are mounted on a common shaft that is connected to the traction generator, in addition, in the middle part, each torus and on the one hand there is a water-tube heater, the furnace of which has an exhaust pipe and is connected to a pump assembly including an air blower, nozzle, liquid fuel supply pump driven by an electric motor powered by a battery or a generator of a two-machine unit, an ignition device, on the other hand - water-tube cooler associated with a cooling system having a compressor driven by an electric motor powered by a battery or a generator of a two-machine unit, a radiator is cooled filter drier, capillary nozzle that opens inside the evaporator body, connected by pipelines, a temperature regulator included in the compressor motor circuit, the cooling system is filled with freon, in addition, the internal cavity of each torus is filled with low-boiling liquid, which is a working fluid power power plant, the control mechanisms of which are associated with a system for regulating the supply of fuel and air to a water tube heater and a system for regulating the degree of cooling water pipe cooler.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фигуре 1 изображен общий вид тепловоза, на фигуре 2 - расположение силовой энергетической установки в моторном отделении, на фигуре 3 - блок-схема силовой передачи, на фигуре 4 - общий вид силовой энергетической установки, на фигуре 5 - вид спереди на силовую энергетическую установку, на фигуре 6 - разрез но АА фигуры 5, на фигуре 7 - разрез по ББ фигуры 5, на фигуре 8 - принципиальная схема блока силовой энергетической установки.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a General view of the locomotive, figure 2 - the location of the power plant in the engine compartment, figure 3 - a block diagram of the power transmission, figure 4 - general view of the power plant, figure 5 - front view of the power plant, in figure 6 is a section but AA of figure 5, in figure 7 is a section along the BB of figure 5, in figure 8 is a schematic diagram of a block of a power plant.

Тепловоз содержит раму 1 с ходовыми тележками 2 и подвесками, кузов 3, установленный на раме и имеющий водительское 4 и моторное 5 отделения, силовую энергетическую установку 6, размещенную в моторном отделении, тяговый генератор 7, связанный с силовой энергетической установкой, тяговые электродвигатели 8, механически соединенные с колесными парами, а электрически через контроллер 9 подключенные к выходу тягового генератора, двухмашинный агрегат 10, содержащий возбудитель тягового генератора и генератор для зарядки аккумуляторов и питания электродвигателей вспомогательных агрегатов, соединенный с силовой энергетической установкой, трехцилиндровый двухступенчатый компрессор. Тепловоз содержит системы: питания с топливным баком 11, охлаждения, смазки, запуска, электрическую, пневматическую, баллоны сжатого воздуха 12 которой расположены на верхней части кузова. Внутри кузова размещены вентиляторы 13 охлаждения тяговых электродвигателей. Силовая энергетическая установка выполнена в форме нескольких одинаковых по конструкции блоков 14. Каждый блок представляет собой пустотелый тор 15, установленный вертикально, имеющий внутри верхней части клапан 16, а в нижней части соединенный с впускной 17 и выпускной 18 полостями лопастного двигателя 19, имеющего корпус 20, ротор 21, продольная ось которого смещена относительно продольной оси корпуса, имеющего подпружиненные лопасти 22. Ротора всех лопастных двигателей закреплены на общем валу 23, который соединен с тяговым генератором. В средней части каждый тор имеет с одной стороны водотрубный нагреватель, а с другой стороны - водотрубный охладитель. Водотрубный нагреватель содержит корпус 24, оканчивающийся выпускной трубой 25, внутренняя полость которого соединена с корпусом 26 топки, которая соединена с насосным узлом 27, содержащим воздухонагнетатель 28, топливный насос (не показан), трубопроводом соединенный с топливным баком, форсунку 29 и воспламеняющее устройство 30. Насосный узел приводится в движение электродвигателем 31, питаемым от аккумуляторов 32 или генератора двухмашинного агрегата. Водотрубный охладитель содержит корпус-испаритель 33, внутри которого размещены трубы тора, компрессор 34, приводимый в движение электродвигателем 35, питаемым от аккумулятора или генератора двухмашинного агрегата, радиатор охлаждения 36, фильтр-осушитель 37, капиллярную насадку 38, открывающуюся внутрь корпуса-испарителя, терморегулятор 39, пускатель 40, включенные в цепь электродвигателя привода компрессора. Все агрегаты системы охлаждения соединены между собой трубопроводами и размещены в шкафу 41. Система охлаждения заполнена фреоном. Внутрь каждого тора залита низкокипящая жидкость, являющаяся рабочим телом силовой энергетической установки. Состав низкокипящих жидкостей может быть: этиловый эфир 50%, углеводород низкокипящий 45%, изопропилиитрат 5%; CH₄, Ar, СЗНВ в воде, спирт технический 70%, вода 30% и др. Механизмы управления 42 силовой энергетической установкой связаны с системой регулирования подачи топлива и воздуха водотрубного нагревателя и системой регулирования степени охлаждения водотрубного охладителя.The locomotive contains a frame 1 with running trolleys 2 and suspensions, a body 3 mounted on the frame and having a driver 4 and engine 5 compartment, a power power plant 6 located in the engine compartment, a traction generator 7 connected to the power power plant, traction motors 8, mechanically connected to the wheel pairs, and electrically connected through the controller 9 to the output of the traction generator, a two-machine assembly 10 comprising a traction generator exciter and a generator for charging batteries and powering ektrodvigateley auxiliary units connected to a power propulsion unit, a three-cylinder two-stage compressor. The locomotive contains the following systems: power supply with a fuel tank 11, cooling, lubrication, start-up, electric, pneumatic, compressed air cylinders 12 of which are located on the upper part of the body. Inside the body placed fans 13 cooling traction motors. The power power plant is made in the form of several identical blocks in design 14. Each block is a hollow torus 15 mounted vertically, having a valve 16 inside the upper part, and connected to the inlet 17 and the outlet 18 cavities of the vane engine 19 having a housing 20 , a rotor 21, the longitudinal axis of which is offset relative to the longitudinal axis of the housing having spring-loaded blades 22. The rotors of all blade motors are mounted on a common shaft 23, which is connected to the traction generator. In the middle part, each torus has a water pipe heater on one side and a water pipe cooler on the other. The water tube heater comprises a housing 24, ending with an exhaust pipe 25, the inner cavity of which is connected to the furnace body 26, which is connected to a pump assembly 27 containing an air blower 28, a fuel pump (not shown), a pipe connected to the fuel tank, an injector 29, and an ignition device 30 The pump unit is driven by an electric motor 31 powered by batteries 32 or a generator of a two-machine unit. The water-tube cooler comprises an evaporator case 33, inside which there are torus tubes, a compressor 34, driven by an electric motor 35 powered by a battery or a generator of a two-machine unit, a cooling radiator 36, a filter dryer, 37, a capillary nozzle 38, which opens inside the evaporator case, temperature controller 39, starter 40, included in the compressor motor drive circuit. All units of the cooling system are interconnected by pipelines and are located in the cabinet 41. The cooling system is filled with freon. Inside each torus, a low-boiling liquid is poured, which is the working fluid of the power plant. The composition of low-boiling liquids can be: ethyl ether 50%, low-boiling hydrocarbon 45%, isopropylitrate 5%; CH ₄ , Ar, СЗНВ in water, industrial alcohol 70%, water 30%, etc. The control mechanisms of the 42 power plant are connected with the fuel and air supply control system of the water tube heater and the system for regulating the degree of cooling of the water tube cooler.

Работа тепловозаDiesel locomotive

После проверки исправности всех систем производился запуск силовой энергетической установки. К аккумуляторам 32 через механизмы управления 42 подключаются электродвигатели 31 и 35 привода насосных узлов 27 водотрубных нагревателей и компрессоров 34 систем охлаждения. Тяговый генератор 7 отключен от силовой энергетической установки. Газообразный фреон засасывается компрессором 34 из корпуса-испарителя 33, сжимается, нагревается и в жидком виде поступает в радиатор охлаждения 36. Охлажденный жидкий фреон проходит через фильтр-осушитель 37 и далее поступает в капиллярную насадку 38, где и распыляется внутрь корпуса-испарителя 33, отбирая тепло от стенок водяных тpyб и охлаждая низкокипящую жидкость, находящуюся в правой части тора 15. В то же время в корпус 26 топки воздухонагнетателем 28 подает воздух, впрыскивается через форсунку 29 топливо, которое смешивается с воздухом и зажигается воспламеняющим устройством 30. Горячие газы поднимаются вверх, обтекают трубы тора и выходят в трубу 25. Нагретая до небольшой температуры низкокипящая жидкость закипает, испаряется, ее давление увеличивается, клапан 16 закрывается. Сильно увеличивающаяся в объеме низкокипящая жидкость производит давление на лопасти 22 лопастного двигателя, заставляя вал 23 вращаться. Пройдя через лопастной двигатель, низкокипящая жидкость охлаждается, уменьшается в объеме и через клапан 16 снова возвращается в зону нагрева (на фиг.8 показано стрелками). Клапан 16 обеспечивает однонаправленное движение низкокипящей жидкости и, соответственно, вращение вала 23 в одну и ту же сторону. Остальные блоки 14 работают также. Скорость перемещения низкокипящей жидкости внутри тора и, следовательно, частота вращения вала 23 регулируются изменением степени нагрева и охлаждения путем увеличения или уменьшения подачи воздуха и топлива и увеличением или уменьшением степени охлаждения посредством терморегулятора 39. Для ускорения запуска силовой энергетической установки возможно прокручивание вала 23 путем подачи напряжения от аккумуляторов на генератор двухмашинного агрегата 10. Мощность на валу 23 может регулироваться количеством работающих блоков 14. Как только вал 23 наберет необходимую частоту вращения, электродвигатели 31, 35 отключаются от аккумуляторов 32 и подключаются к выходу генератора двухмашинного агрегата 10. Затем посредством муфты тяговый генератор 7 соединяется с силовой энергетической установкой 6 и начинает вырабатывать электрический ток, который через контроллер 9 поступает на тяговые электродвигатели 8, заставляя тепловоз двигаться в нужном направлении. Для остановки силовой энергетической установки она отключается от тягового генератора 7, и затем выключается питание электродвигателей 31, 35, в результате чего прекращается подача топлива, воздуха, а также циркуляция фреона в системе охлаждения. Через некоторое время вал 23 останавливается. Остальные системы тепловоза работают в штатном режиме.After checking the serviceability of all systems, the power plant was launched. To the batteries 32 through the control mechanisms 42 are connected to the electric motors 31 and 35 of the drive of the pumping units 27 of the water tube heaters and compressors 34 of the cooling systems. Traction generator 7 is disconnected from the power power plant. Gaseous freon is sucked in by the compressor 34 from the evaporator body 33, is compressed, heated and in liquid form enters the cooling radiator 36. The cooled liquid freon passes through the filter dryer 37 and then enters the capillary nozzle 38, where it is sprayed inside the evaporator body 33, taking heat from the walls of the water tubes and cooling the low-boiling liquid located on the right side of the torus 15. At the same time, air is supplied to the furnace body 26 by the air blower 28, fuel is injected through the nozzle 29, which is mixed with air and ignited Gaeta ignition device 30. The hot gases rise up the pipe flow around the torus and are located on the pipe 25. The heated until a small low boiling temperature liquid boils, evaporates and its pressure increases, the valve 16 closes. Strongly increasing in volume low-boiling liquid generates pressure on the blades 22 of the vane engine, causing the shaft 23 to rotate. After passing through the vane engine, the low-boiling liquid cools, decreases in volume, and returns through the valve 16 to the heating zone (shown in Fig. 8 by arrows). The valve 16 provides unidirectional movement of low-boiling liquid and, accordingly, the rotation of the shaft 23 in the same direction. The remaining blocks 14 work as well. The speed of movement of the low-boiling liquid inside the torus and, consequently, the rotational speed of the shaft 23 are controlled by changing the degree of heating and cooling by increasing or decreasing the air and fuel supply and by increasing or decreasing the degree of cooling by means of the temperature controller 39. To accelerate the start of the power plant, it is possible to scroll the shaft 23 by feeding voltage from the batteries to the generator of the two-machine unit 10. The power on the shaft 23 can be controlled by the number of working units 14. As soon as the shaft 23 will pick up the necessary speed, the electric motors 31, 35 are disconnected from the batteries 32 and connected to the output of the generator of the two-machine unit 10. Then, through the clutch, the traction generator 7 is connected to the power power plant 6 and starts to generate an electric current, which through the controller 9 is supplied to the traction motors 8, forcing the locomotive to move in the right direction. To stop the power power plant, it is disconnected from the traction generator 7, and then the power of the electric motors 31, 35 is turned off, as a result of which the supply of fuel, air, and also the circulation of freon in the cooling system are stopped. After some time, the shaft 23 stops. The remaining systems of the locomotive are operating normally.

Положительный эффект: простота конструкции, меньшие потери на трение, уменьшение тепловых потерь, вибрации, шума.Positive effect: simplicity of design, less friction loss, reduction of heat loss, vibration, noise.

Claims

A locomotive comprising a frame with running trolleys and suspensions, a body mounted on the frame and having driver and engine compartments, a power power plant located in the engine compartment, a traction generator connected to a power power plant, traction motors mechanically connected to the wheel pairs, and electrically through the controller connected to the traction generator, a two-machine unit containing a generator for powering the field windings of the traction generator and a generator for charging the battery secondary batteries and power supply of electric motors of auxiliary units, mechanically connected to the power power plant, three-cylinder two-stage compressor, mechanically connected to the power power plant, power supply, cooling, lubrication, start-up, electric, pneumatic control mechanisms, characterized in that the power power plant is made in the form of several blocks of identical construction, each of which is a hollow torus mounted vertically, the valve inside the upper part, and in the lower part connected to the inlet and outlet cavities of the vane engine, and the rotors of all vane engines are mounted on a common shaft that is connected to the traction generator, in addition, in the middle part, each torus has a tube heater on one side, the firebox of which has an exhaust pipe and is connected to a pump assembly including an air blower, nozzle, and liquid fuel feed pump driven by an electric motor powered by a battery or a two-generator of another unit, an igniting device, on the other hand, a water pipe cooler associated with a cooling system having a compressor driven by an electric motor powered by a battery or a generator of a two-machine unit, a cooling radiator, a filter drier, a capillary nozzle opening inside the evaporator body, connected between each other by pipelines, a thermostat included in the circuit of the compressor drive electric motor, and the cooling system is filled with freon, in addition, the internal cavity th torus is filled with the low-boiling liquid is a working body energy power plant, which control mechanisms are connected to a fuel supply control system and the air heater and the water tube system controlling the degree of cooling water tube cooler.