Результат интеллектуальной деятельности: ЭЛЕКТРОННАЯ ГАЗОВАЯ СИСТЕМА ГАЗОТЕПЛОВОЗА

Изобретение относится к области тепловозостроения и касается газовой системы газотепловоза.

Известна газовая система газотепловоза ТЭМ2У, состоящая из системы газоподготовки и системы газоподачи (см. «Локомотив», 1994, №11, с.37-39). Система газоподготовки включает в себя: газовые баллоны, отсечные (разрывные) клапаны, запорный электрогазовый клапан, газовые редукторы I и II ступеней, водогазовые теплообменники, расширительный бак, разгрузочный клапан и регулятор рабочего давления (III ступень понижения давления), который устанавливает рабочее давление в газовом коллекторе дизеля, в зависимости от режима работы последнего. Система газоподачи предназначена для регулирования количества и качества подаваемого в цилиндры газа с 4-й по 8-ю позиции контроллера машиниста и включает в себя: блок управления газовым регулятором, электропневматический вентиль, коллектор, газовые клапаны, механический привод которых осуществляется через рычаг впускных клапанов кулачкового вала и плунжерные дозаторы, контролирующие расход газа и расположенные перед газовыми клапанами. Имеется также газоанализатор, контролирующий концентрацию газа, и приборы, контролирующие температуру и давление газа в коллекторе.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому решению, является газовая система опытного газотепловоза ТЭМ18Г, в которой также имеются системы подготовки и подачи газа к газодизелю (см. «Локомотив», 1998, №6, с.11-13). Система газоподготовки включает в себя: газовые баллоны, отсечные (разрывные) клапаны, предохранительные клапаны, проходной и сливной вентили, газовый фильтр, электромагнитные вентили, редукторы давления I и II ступени, водяные нагреватели, расширительный бак, регулятор III ступени понижения давления, в котором давление газа преобразуется по величине в зависимости от величины сигналов, поступающих от управляющего регулятора. Заправка баллонов производится через заправочный штуцер, заправочный вентиль и обратный клапан. Давление и температура контролируется датчиками-реле температуры, датчиками-реле давления (сигнализаторами), термометрами, манометрами, индикатором давления.

Одним из недостатков данной газовой системы газотепловоза является наличие регулятора понижения давления III ступени и связанного с ним управляющего регулятора, требующих ручной настройки и непрерывной работы компрессора. Также регулятор понижения давления III ступени в процессе работы иногда заедает и дает величину давления на 0,5 атмосферы, отличающуюся от требуемой. Кроме того, из-за наличия в управляющем регуляторе нескольких воздушных редукторов, конструкция несколько громоздка и менее надежна.

Другим недостатком газовой системы газотепловоза является механический привод газовых клапанов, допускающий обратное перетекание газа по ширме клапана, вызванное некачественным обеспечением необходимой прецизионности пары: ширма - направляющая втулка, что вызывает увеличение угла опережения подачи газа в цилиндр и ухудшает процесс сгорания рабочей смеси, а также требующий периодической смазки.

Технической задачей данного изобретения является повышение надежности и компактности газовой системы газотепловоза, обеспечение более плавной регулировки давления и углов начала и конца подачи газа в цилиндры, и точного регулирования угла оптимального процесса, а значит повышение экономичности дизеля, а также снижение нагрузки на компрессор.

Поставленная техническая задача решается в электронной газовой системе газотепловоза, которая содержит газовые баллоны, отсечные (разрывные) клапаны, предохранительные клапаны, проходной и сливной вентили, газовый фильтр, электромагнитные вентили, редукторы давления I и II ступени, водяные нагреватели, расширительный бак, коллектор, дозаторы, газовые клапаны, заправочные вентили, штуцеры и обратные клапаны, а также датчики-реле температуры и давления, термометры, манометры и индикатор давления.

Отличия электронной газовой системы, согласно изобретению, состоят в том, что она снабжена параллельно присоединенными к газопроводу, после редуктора давления II ступени и водяного нагревателя, двумя или более электромагнитными клапанами III ступени понижения давления, с различным диаметром условного прохода, что позволяет избежать резкого увеличения потока газа, так как клапан с большим диаметром используется для грубой регулировки, а с меньшим диаметром для тонкой, и, чтобы при резком увеличении потока, была возможность через клапан с меньшим диаметром выпустить плавно порцию газа. При этом датчик клапанов установлен на коллекторе и показывает, какое давление поддерживается в клапанах.

Дополнительные отличия состоят в том, что для обеспечения обратной связи, путем регулировки углов начала и конца подачи газа в цилиндры, и точного регулирования угла оптимального процесса, препятствующего обратному перетеканию газа, на входе в дизель, перед каждым цилиндром, установлены электромагнитные газовые клапаны, снабженные микроконтроллерами.

На фиг.1 представлена схема электронной газовой системы газотепловоза; на фиг.2 - вариант установки электромагнитных клапанов III ступени понижения давления; на фиг.3 - вариант установки датчика на трубопроводе; на фиг.4 - вариант установки электромагнитного клапана на входе в дизель.

Схема заявленной электронной газовой системы газотепловоза приведена на фиг.1. При работе газотепловоза на газовом топливе, начиная с 4-й по 8-ю позиции контроллера машиниста включительно, сжатый газ поступает из баллонов 1 через отсечные (разрывные) клапаны 2, вентиль 3, газовый фильтр 4 и электромагнитный вентиль 5 к редуктору давления I ступени 6, где его давление понижается с 200 до 50 кгс/см². После редуцирования газ нагревается в двух водяных нагревателях 7 и поступает в редуктор давления II ступени 8, где его давление понижается с 50 до 16 кгс/см².

Затем редуцированный газ проходит в третий нагреватель 9 и поступает на электромагнитные клапаны III ступени понижения давления 10 и 11, датчик 12 которых установлен на коллекторе 13. В этих клапанах давление газа преобразуется по величине, путем изменения проходного сечения, в зависимости от величины сигналов, поступающих от датчика. Пройдя коллектор, газ через дозаторы 14 поступает на электромагнитные газовые клапаны 15, установленные на входе в цилиндры и позволяющие регулировать время начала и конца подачи газа в цилиндры газодизеля 16.

Температура газа, на его входе, контролируется при помощи термометра 17, измеритель которого находится на дополнительном пульте управления в кабине машиниста. С этой же целью служат датчики реле температуры 18, которые управляют работой перепускных электромагнитных вентилей 19, установленных в трубопроводе подвода воды из газодизеля 16 к водяным нагревателям газа 7 и 9. После подогрева газа, его температура замеряется с помощью термометров 20 и 21.

Для обеспечения защиты нагревателей газа от возможного повышения давления газа, на выходе из редуктора давления I ступени более 5,6 МПа (57 кгс/см²), в системе газоподачи, после редуктора давления I ступени, установлен предохранительный клапан 22, который сбрасывает избыток давления газа в атмосферу.

Для определения давления сжатого природного газа в баллонах 1 используется манометр 23. Давление после первой и второй ступеней редуцирования измеряется манометрами 24, установленными на редукторе II ступени понижения давления 8. Давление газа на входе в газодизель определяется индикатором давления 25, который имеет приемник давления, установленный в газовом трубопроводе, после электромагнитных клапанов III ступени понижения давления 10 и 11, а указатель давления - на дополнительном пульте управления в кабине машиниста.

Давление газа в системе газоподачи контролируется датчиками-реле давления (сигнализаторами): остаточного давления 26, повышения давления 27, понижения давления 28, которые прекращают работу газодизеля на газе при выработке его из баллонов, а также повышения или понижения давления газа на входе в газодизель, относительно заданных величин, подают сигнал на перевод работы газодизеля на дизельное топливо и открывают электромагнитный вентиль 29 для сбрасывания газа. Для защиты баллонов 1 от превышения рабочего давления, в системе газоподачи применяется предохранительный клапан 30, который снижает излишнее давление путем выброса газа «на свечу» в атмосферу.

Манометр высокого давления 23 подключается к трубопроводу через манометровый угловой вентиль 31, который автоматически перекрывает трубопровод, идущий к манометру, в случае разрыва чувствительного элемента манометра. Заправка газовой системы газотепловоза сжатым природным газом может производиться с обеих сторон газотепловоза через заправочный штуцер 32, заправочный вентиль 33 и обратный клапан 34. Для слива газа из баллонов служит вентиль 35.

Установка электромагнитных клапанов понижения давления III ступени представляет собой следующую конструкцию (фиг.2). В выходные резьбовые отверстия клапанов 10 и 11 двумя, различными по наружному диаметру резьбовыми концами, ввернут тройник 36, третий конец которого оканчивается фланцем 37 и посредством болтов 38 гаек 39 и шайб 40, через прокладку 41, присоединяется к фланцу 42, установленному на трубопроводе. Во входные же резьбовые отверстия клапанов 10 и 11 ввернуты резьбовые ниппели 43, 44, в которых, для лучшей затяжки, имеются шестигранные отверстия 45, 46 и на которые одеваются накидные гайки 47, 48. Накидные гайки через медные прокладки 49, 50 присоединяются к двум резьбовым концам тройника 51, третий конец которого также оканчивается фланцем 52 и посредством болтов 53, гаек 54 и шайб 55, через прокладку 56, также присоединяются к фланцу 57 установленному на трубопроводе. При этом для лучшей герметичности, между торцами клапанов 10, 11 и резьбовыми ниппелями 43, 44 находятся медные прокладки 58, 59, а между торцем клапана 11 и тройником 36 находится медная прокладка 60.

Установка датчика на коллектор показана на фиг.3. Датчик 12 своей резьбовой частью вкручивается в резьбовую втулку 61, которая приварена к коллектору 13.

Установка электромагнитного газового клапана показана на фиг.4. В резьбовые отверстия клапана 15 с двух сторон ввернуты резьбовые ниппели 62, в которых, для лучшей затяжки, имеются шестигранные отверстия 63 и на которые одеваются накидные гайки 64. Накидные гайки через медные прокладки 65 присоединяются к входному трубопроводу 66 и выходному угольнику 67, который оканчивается фланцем 68 и посредством болтовых соединений присоединяется к цилиндру дизеля. Для лучшей герметичности, между торцами клапана 15 и ниппелями 62 находятся медные прокладки 69.