Результат интеллектуальной деятельности: Система электропитания боевой машины

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано при эксплуатации боевых машин комплекса вооружения в широком диапазоне температур.

Известна система электропитания транспортного средства, (патент RU№2206784 от 04.07.2001, МПК F02N 17/06), выбранная нами в качестве аналога. Данное техническое решение описывает систему для поддержания в прогретом и безотказном предпусковом состоянии двигателя внутреннего сгорания. Она содержит систему прогрева воды посредством циркуляции ее через штатную систему охлаждения и параллельно через теплообменник, подключенный к постороннему источнику электроэнергии. Система дополнительно содержит автономный преобразователь электроэнергии, состоящий из понижающего трансформатора и выпрямительного блока, подключенного через выключатель к электродвигателю циркуляционного насоса топлива, обеспечивающего циркуляцию топлива, а также подключенного через рубильник к однополярным клеммам штатной аккумуляторной батареи, трубопроводе штатной системы циркуляции охлаждающей воды установлен промежуточный патрубок с поворотной дисковой заслонкой, кинематически связанной с электромагнитом, включенным в цепь электродвигателя привода водяного насоса.

Недостатками данной системы является необходимость в наличии постороннего источника электроэнергии для прогрева двигателя внутреннего сгорания и охлаждающей воды, а также то, что данная система не обеспечивает подогрев масла.

Наиболее близким к заявляемому устройству является система электропитания транспортного средства, (патент на полезную модель RU №69929 от 25.07.2007, МПК F02N 17/06), взятая нами в качестве прототипа.

Данная система содержит дизельный двигатель с системой жидкостного охлаждения и датчиком температуры охлаждающей жидкости, топливную систему, генератор, источник постоянного тока, аккумуляторную батарею, блок коммутации и блок управления. Также в состав системы входят электрический подогреватель воды, водотопливный теплообменник, подключенные к вспомогательному дизель-генератору малой мощности, дополнительно введенный в качестве источника электроэнергии вспомогательный дизель-генератор малой мощности, маслопрокачивающий насос, подогреватель масла, датчики температуры воды и масла, четыре запорных вентиля, шесть электромагнитных контакторов, два электроуправляемых клапана, блок управления, причем система охлаждения вспомогательного дизель-генератора через первый и второй запорные вентили подключена к штатной водяной системе охлаждения основного дизеля, система топливоподачи вспомогательного дизель-генератора подключена к топливной системе основного дизеля через третий и четвертый запорные вентили и первый и второй электроуправляемые клапаны, электроприводы топливоподкачивающего, маслопрокачивающего, водяного насосов и аккумуляторная батарея подключены через третий, четвертый, пятый и шестой электромагнитные контакторы к генератору вспомогательного дизель-генератора, к которому также подключены через первый и второй электромагнитные контакторы подогреватели воды и масла, при этом все выходы электромагнитных контакторов и электроуправляемых клапанов и выходы с датчиков температуры воды и масла соединены с блоком управления, а выхлопной коллектор вспомогательного дизель-генератора малой мощности соединен с подогревателем воды.

Данная конструкция системы электропитания позволяет уменьшить энергозатраты на обогрев дизеля в условиях низких температур (охлаждающей воды и масла), позволяет повысить надежности работы дизеля за счет безотказности в эксплуатации при низких температурах окружающей среды. Однако у нее имеются следующие недостатки - большие вес и габариты из-за использования электрических подогревателей теплоносителей дизелей (воды, масла), электроприводов насосов и питающего их вспомогательного дизель-генератора.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание системы электропитания боевой машины с учетом жестких требований по весу и габаритам, повышение надежности и безотказной работы системы при эксплуатации в широком диапазоне температур окружающей среды, а также сокращение времени запуска за счет поддержания дизельного двигателя в прогретом и предпусковом состоянии.

Данная задача решается системой электропитания боевой машины (БМ), содержащей дизельный двигатель с системой жидкостного охлаждения и датчиком температуры охлаждающей жидкости, связанный с топливной системой, генератор, источник постоянного тока, электрически связанный с блоком коммутации, который в свою очередь электрически связан с блоком управления и аккумуляторной батарей, при этом, новым является то, что составные части системы электропитания помещены в корпус, на котором размещены внешние стыковочные узлы механического крепления и электрические разъемы к корпусу БМ, корпус разделен на две части перегородкой, с одной стороны перегородки в корпус с образованием зазора между стенками корпуса и перегородкой помещены топливная система, преобразователь частоты статический, электрически связанный с блоками коммутации и управления, источник постоянного тока, электрически связанный с блоком управления, и блок коммутации, при этом преобразователь частоты статический, источник постоянного тока и блок коммутации размещены в верхней части корпуса над топливной системой, с другой стороны перегородки в корпус с образованием зазора между перегородкой и стенками корпуса помещены дизельный двигатель с системой жидкостного охлаждения и генератор, при этом генератор и система жидкостного охлаждения размещены с противоположных сторон от дизельного двигателя, кроме того дизельный двигатель через муфту механически связан с генератором, также над генератором и аккумуляторными батареями расположен щит управления, таким образом, что электрически щит связан с генератором, преобразователем частоты, источником постоянного тока, дизельным двигателем, блоками коммутации и управления, и датчиком температуры охлаждающей жидкости, который размещен в корпусе дизельного двигателя, также между дизельным двигателем и боковой стенкой корпуса установлен предпусковой подогреватель, электрически связанный с щитом управления, а также взаимодействующий с системой жидкостного охлаждения, а в зазоре между генератором и стенками корпуса в нижней его части размещена аккумуляторная батарея, а за перегородкой - блок управления, кроме того электрические разъемы к корпусу БМ электрически связаны с щитом управления и блоком коммутации.

Кроме того, в боковой стенке корпуса напротив аккумуляторной батареи выполнено окно для притока воздуха, а напротив системы жидкостного охлаждения выполнено окно для отвода воздуха. На этих окнах установлены жалюзи, электрически связанные с блоком коммутации.

Также генератор установлен в корпусе таким образом, что его вентилятор расположен со стороны дизельного двигателя, а система жидкостного охлаждения размещена в корпусе таким образом, что ее радиатор расположен между вентилятором дизельного двигателя и окном для отвода воздуха. Сбоку на корпусе, со стороны жалюзи для притока воздуха, выполнен лючок для доступа к элементам управления блока управления, на верхней и боковой, со стороны двигателя и генератора, стенках корпуса выполнены люки для доступа к блокам системы электропитания, при этом на внутренней поверхности стенок и люков корпуса закреплен теплоизоляционный материал.

Представленная система изображена на графических материалах - фиг.1-5, где на фиг.1 изображена функциональная схема системы электропитания, на фиг.2-5 - компоновочная схема.

Система содержит дизельный двигатель 1, генератор 2, преобразователь частоты статический 3, источник постоянного тока 4, блок коммутации 5, аккумуляторные батареи 6, блок управления 7, щит управления 8, датчик температуры охлаждающей жидкости 9, систему жидкостного охлаждения 10, систему смазки 11, топливную систему 12, предпусковой подогреватель 13, перегородку 14 и размещена в едином корпусе 15, на котором расположены внешние стыковочные узлы электрических разъемов к БМ 16, жалюзи притока воздуха 17, жалюзи отвода воздуха 18, лючок для доступа к элементам управления 19 и люки для доступа к блокам системы электропитания 20.

Дизельный двигатель 1 расположен в правой центральной части корпуса 15. Система смазки 11 расположена в дизельном двигателе 1. Справа от дизельного двигателя 1 расположена система жидкостного охлаждения 10, датчик температуры охлаждающей жидкости 9 расположен в дизельном двигателе 1. Слева от дизельного двигателя 1 расположен генератор 2. Слева от генератора 2 расположены аккумуляторные батареи 6. Над генератором 2 и аккумуляторными батареями 6 расположен щит управления 8. За генератором 2 расположен блок коммутации 5. Слева от блока коммутации 5 расположен блок управления 7. За щитом управления 8, над блоком коммутации 5 расположен источник постоянного тока 4. Топливная система 12 расположена за дизельным двигателем 1. Перегородка 14 отделяет дизельный двигатель 1, систему жидкостного охлаждения дизеля 10 и генератор 2 от топливной системы 12, преобразователя частоты статического 3 и блока коммутации 5. Все перечисленные элементы компактно расположены в корпусе 15. На корпусе 15 за блоком управления 7 расположены внешние стыковочные узлы электрических разъемов к БМ 16. На корпусе 15 слева расположены жалюзи притока воздуха 17 и лючок для доступа к элементам управления 19, справа жалюзи отвода воздуха 18. На верхней и боковой, со стороны двигателя 1 и генератора 2, стенках корпуса 15 расположены люки для доступа к блокам системы электропитания 20.

Дизельный двигатель 1 через муфту механически связан с генератором 2. Генератор 2 электрически связан с щитом управления 8. Преобразователь частоты статический 3 электрически связан с щитом управления 8, блоком управления 7 и блоком коммутации 5. Источник постоянного тока 4 электрически связан с щитом управления 8, блоком управления 7 и блоком коммутации 5. Блок коммутации 5 электрически связан с щитом управления 8, блоком управления 7, жалюзи притока воздуха 17 и жалюзи отвода воздуха 18. Аккумуляторные батареи 6 электрически связаны с блоком коммутации 5. Блок управления 7 электрически связан со щитом управления 8. Щит управления 8 электрически связан с дизельным двигателем 1, датчиком температуры охлаждающей жидкости 9, предпусковым подогревателем 13 и внешними стыковочными узлами электрических разъемов к БМ 16. Система жидкостного охлаждения дизеля 10 связана с дизельным двигателем 1 и предпусковым подогревателем 13 и датчиком температуры охлаждающей жидкости 9. Система смазки 11 связана с дизельным двигателем 1. Топливная система 12 связана с дизельным двигателем 1.

Система электропитания боевой машины работает следующим образом.

С блока управления 2, нажатием кнопки подачи оперативного питания, подается сигнал на аккумуляторные батареи 6 в сеть постоянного тока. Далее с аккумуляторных батарей 6 через блок коммутации 5 на блок управления 7 и щит управления 8 поступает питающее напряжение. Блок управления 7 запускает дизельный двигатель 1. Блок коммутации 5 подает питание на привод жалюзи притока воздуха 17, который затем открывает их. Через щит управления 8 запускается дизельный двигатель 1. Дизельный двигатель 1 начинает вращать вал генератора 2, который выдает на щит управления 8 трехфазное напряжение. Щит управления 8 подает трехфазное напряжение, полученное от генератора 2 на преобразователь частоты статический 3, источник постоянного тока 4. Источник постоянного тока 4 подает на блок управления 7 сигнал о успешном включении, а на блок коммутации 5 - питающее напряжение. Блок коммутации 5 объединяет линии питающего напряжения от источника постоянного тока 4 и аккумуляторных батарей 6 таким образом, что аккумуляторные батареи 6 находятся в буфере источника постоянного тока 4. Аккумуляторные батареи 6, подключенные в буфере к источнику постоянного тока 4, подзаряжаются и компенсируют просадку напряжения при включении мощных потребителей. Блок управления 7 подает сигнал на блок коммутации 5 о выдаче питающего напряжения и трехфазного напряжения потребителям БМ.

Далее блок коммутации 5 подает питающее напряжение от источника постоянного тока 4 и трехфазное напряжение от преобразователя частоты статического 3 на внешние стыковочные узлы электрических разъемов к БМ 16 для передачи к потребителям БМ. Включение источника постоянного тока 4 и преобразователя частоты статического 3, выдача питающего напряжения и трехфазного напряжения через блок коммутации 5 потребителям БМ до готовности дизельного двигателя 1 к приему полной нагрузки позволяет ускорить запуск систем БМ, работающих от постоянного тока и трехфазного напряжения, и позволяет дополнительно нагрузить дизельный двигатель 1, сократив время его прогрева и готовности к принятию полной нагрузки.

Щит управления 8, по получении от датчика температуры охлаждающей жидкости 9 сигнала о достижении охлаждающей жидкости в системе жидкостного охлаждения 10 температуры 40°С, подает на блок управления 7 сигнал о готовности дизельного двигателя 1 к принятию полной нагрузки. Далее щит управления 8 подает трехфазное напряжение от генератора 2 на внешние стыковочные узлы электрических разъемов к БМ 16 для передачи к потребителям БМ.

По получении от датчика температуры охлаждающей жидкости 9 через щит управления 8 сигнала о достижении охлаждающей жидкости в системе жидкостного охлаждения 10 температуры 65°С, блок управления 7 подает на блок коммутации 5 сигнал на открытие жалюзи отвода воздуха 18, и затем открывает их.

При повышенной температуре окружающей среды, до 60°С, система электропитания боевой машины работает следующим образом

По получении от датчика температуры охлаждающей жидкости 9 через щит управления 8 сигнала о достижении охлаждающей жидкости в системе жидкостного охлаждения 10 температуры 65°С, блок управления 7 подает на блок коммутации 5 сигнал на открытие жалюзи отвода воздуха 18 и затем открывает их. Вентиляторы генератора 2 и дизельного двигателя 1 протягивают воздух из внешней среды в направлении от жалюзи притока воздуха 17 до жалюзи отвода воздуха 18. Воздушный поток охлаждает генератор 1, дизельный двигатель 2 и радиатор системы жидкостного охлаждения 10. Вентиляторы источника постоянного тока 4 и преобразователя частоты статического 3 протягивают воздух из внешней среды в направлении от жалюзи притока воздуха 17 до жалюзи отвода воздуха 18. Воздушный поток охлаждает источник постоянного тока 4 и преобразователь частоты статический 3. Для предотвращения перегрева преобразователя статического 3, источника постоянного тока 4, блока коммутации 5 и топливной системы 12 они отделены перегородкой 14 от дизельного двигателя 1 и радиатора системы жидкостного охлаждения 10. Разогретый воздух и выхлопные газы дизельного двигателя 1 отводятся из системы электропитания боевой машины с обратной стороны от элементов управления блока управления 7, что повышает удобство и безопасность эксплуатации.

При пониженной температуре окружающей среды, ниже минус 20°С, система электропитания боевой машины работает следующим образом

С аккумуляторных батарей 6 через блок коммутации 5 на блок управления 7 и щит управления 8 поступает питающее напряжение. Щит управления 8, по получении от датчика температуры охлаждающей жидкости 9 сигнала температуре охлаждающей жидкости в системе жидкостного охлаждения 10 ниже минус 20°С, подает на блок управления 7 сигнал о рекомендации включения предпускового подогревателя 13. Далее предпусковой подогреватель 13 запускается. Щит управления 8, по получении от датчика температуры охлаждающей жидкости 9 сигнала о достижении температуры охлаждающей жидкости в системе жидкостного охлаждения 10 значения 40°С, подает на блок управления 7 сигнал о рекомендации запуска дизельного двигателя 1, на предпусковой подогреватель 13 сигнал о отключении и предпусковой подогреватель 13 отключается. Запуск дизельного двигателя 1 и работа системы электропитания боевой машины происходит штатным порядком. Предпусковой подогрев позволяет произвести безаварийный пуск при пониженной температуре окружающей среды, повысить срок службы и сохранить надежность дизельного двигателя 1.

Поддержание оптимальной температуры дизельного двигателя, путем самопрогрева, для быстрого включения системы электропитания, в том числе при пониженной температуре окружающей среды, осуществляется следующим образом.

Щит управления 8 подает на блок управления 7 информацию о температуре охлаждающей жидкости в системе жидкостного охлаждения 10, полученную с датчика температуры охлаждающей жидкости 9. При снижении температуры охлаждающей жидкости ниже 40°С блок управления 7 подает на щит управления 8 сигнал на запуск дизельного двигателя 1, на блок коммутации 5 сигнал на открытие жалюзи притока воздуха 17, и привод открывает жалюзи притока воздуха 17. Щит управления 8 подает питающее напряжение от аккумуляторных батарей 6 на стартер и запускает дизельный двигатель 1. Дизельный двигатель 1 подает на щит управления 8 сигнал об успешном запуске. Дизельный двигатель 1 вращает вал генератора 2, генератор 2 выдает на щит управления 8 трехфазное напряжение, а блок управления 7 подает на щит управления 8 сигнал на подключение в сеть трехфазного напряжения с генератора 2. Щит управления 8 подает трехфазное напряжение на преобразователь частоты статический 3, источник постоянного тока 4. Блок коммутации 5 объединяет линии питающего напряжения от источника постоянного тока 4 и аккумуляторных батарей 6 таким образом, что аккумуляторные батареи 6 находятся в буфере источника постоянного тока 4, что позволяет производить подзарядку аккумуляторных батарей 6. Питание элементов системы электропитания боевой машины осуществляется от источника постоянного тока 4. Дизельный двигатель 1 при работе осуществляет прямой нагрев масла в системе смазки 11 и охлаждающей жидкости в системе жидкостного охлаждения 10. За счет тепловых потерь дизельного двигателя 1, происходит нагрев воздуха во внутреннем объеме корпуса 15. Нагретый воздух принудительно циркулирует за счет работающих вентиляторов дизельного двигателя 1 и генератора 2 во внутреннем объеме корпуса 15 и передает тепловую энергию более холодным элементам системы электропитания боевой машины.

При повышении температуры охлаждающей жидкости до 60°С блок управления 7 подает на источник постоянного тока 4 сигнал о выключении. Блок управления 7 подает на щит управления 8 сигнал на отключение трехфазного напряжения, поступающего с генератора 2. Щит управления 8 отключает подачу трехфазного напряжения, полученное от генератора 2. Блок управления 7 подает на щит управления 8 сигнал на останов дизельного двигателя 1. Щит управления 8 останавливает дизельный двигатель 1 по заложенной циклограмме. Дизельный двигатель 1 подает на щит управления 8 сигнал об успешном останове. Щит управления 8 подает на блок управления 7 сигнал об успешном останове дизельного двигателя 1. Далее привод закрывает жалюзи притока воздуха 17. За счет остывания прогретого дизельного двигателя 1, происходит нагрев воздуха во внутреннем объеме корпуса 15. Нагретый воздух циркулирует естественным путем во внутреннем объеме корпуса 15 и передает тепловую энергию более холодным элементам системы электропитания боевой машины.

За счет утепления внутренней поверхности стенок и люков корпуса теплоизоляционным материалом снижены потери тепла в окружающую среду, что повышает эффективность прогрева и увеличивает время охлаждения внутреннего пространства системы электропитания боевой машины от нагретого дизельного двигателя 1.

Питание элементов системы электропитания боевой машины осуществляется от аккумуляторных батарей 6. Щит управления 8 подает на блок управления 7 информацию о температуре охлаждающей жидкости в системе жидкостного охлаждения 10, полученную с датчика температуры охлаждающей жидкости 9. При снижении температуры охлаждающей жидкости ниже 40°С цикл самопрогрева повторяется.

Самопрогрев позволяет подзаряжать аккумуляторные батареи 6 и поддерживать оптимальную для запуска температуру дизельного двигателя 1 и оптимальную рабочую температуру всех элементов системы электропитания боевой машины при пониженной температуре окружающей среды, что позволяет повысить их срок службы и сохранить надежность. Поддержание системы электропитания боевой машины в режиме самопрогрева позволяет в любой момент произвести быстрый запуск дизельного двигателя 1 в условиях пониженной температуры окружающей среды без длительного прогрева.