Патент на изобретение №2398695

(54) РЕЛЬСОВОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО С ОХЛАЖДАЮЩИМ УСТРОЙСТВОМ ДЛЯ РАСПОЛОЖЕННЫХ В ПОДКУЗОВНОМ ПРОСТРАНСТВЕ КОМПОНЕНТОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к рельсовым транспортным средствам с охлаждающими устройствами для расположенных в подкузовном пространстве компонентов. Такими компонентами могут быть блок энергоснабжения, выпрямитель тока, трансформатор или тяговый двигатель, охлаждаемые либо непосредственно, либо посредством соответствующего охладителя. Охлаждающее устройство имеет первое входное отверстие для свежего воздуха, используемого в качестве охлаждающего воздуха, и, по меньшей мере, один вентилятор для подачи охлаждающего воздуха в направлении, по меньшей мере, одного из компонентов. При этом охлаждающее устройство имеет второе, аэродинамически связанное с вентилятором входное отверстие для свежего воздуха, используемого в качестве охлаждающего воздуха, которое расположено над боковыми фартуками рельсового транспортного средства и посредством воздушного канала связано с подкузовным пространством. Технический результат заключается в повышении эксплуатационной надежности системы охлаждения, особенно в зимнем режиме 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к рельсовому транспортному средству с охлаждающим устройством для расположенных в подкузовном пространстве компонентов, таких как блок энергоснабжения, выпрямитель тока, трансформатор или тяговый двигатель, причем охлаждающее устройство содержит первое входное отверстие для свежего воздуха, используемого в качестве охлаждающего воздуха, и, по меньшей мере, один вентилятор для подачи охлаждающего воздуха в направлении, по меньшей мере, одного из компонентов. Перечисленные в качестве примера компоненты или агрегаты рельсового транспортного средства требуют охлаждения. Для этой цели известные рельсовые транспортные средства имеют обычно в нижней зоне боковой стенки, т.е. вблизи охлаждаемых компонентов, входные отверстия для свежего воздуха, который затем в качестве охлаждающего воздуха подается с помощью вентилятора к соответствующим компонентам. Эти компоненты могут быть снабжены, например, охлаждающими ребрами, так что их эффективное охлаждение обеспечивается охлаждающим воздухом. Примерами являются масляные или водяные охлаждающие контуры.

Выбранное расположение благоприятно, с аэродинамической точки зрения, поскольку охлаждающему воздуху требуется пройти лишь короткие пути, чтобы направить поступающий через входное отверстие свежий воздух к тому месту, где должен быть достигнут охлаждающий эффект.

Однако в зимнем режиме эксплуатации рельсового транспортного средства при движении во время снегопада или через заснеженные области в подкузовном пространстве возникает та проблема, что вместе с охлаждающим воздухом для охлаждения оборудования всасывается снег, который осаждается в зоне всасывания и/или лежащих за ней воздушных каналах и находящихся в них конструктивных элементах, таких как пылеуловители и грязезащитные решетки, мешает потоку охлаждающего воздуха или даже перекрывает его и может привести также к шунтированию напряжения между электрическими выводами. Следовательно, в зимнем режиме эксплуатации возникает опасность того, что электрические узлы компонентов могут выйти из строя либо вследствие перегрева, либо в результате коротких замыканий.

Исходя из этого, в основе изобретения лежит задача создания рельсового транспортного средства, которое в зимнем режиме эксплуатации имело бы повышенную эксплуатационную надежность в отношении охлаждения расположенных в подкузовном пространстве компонентов.

Эта задача решается за счет того, что охлаждающее устройство имеет второе, аэродинамически связанное с вентилятором входное отверстие для свежего воздуха, используемого в качестве охлаждающего воздуха, которое расположено над боковыми фартуками рельсового транспортного средства и посредством воздушного канала связано с подкузовным пространством.

За счет возвышенного расположения второго входного отверстия достигается то, что оно в зимнем режиме эксплуатации заметно меньше забивается снегом, благодаря чему подача охлаждающего воздуха через второе входное отверстие может надежно происходить также в зимнем режиме эксплуатации.

Второе входное отверстие может быть расположено в зоне крыши рельсового транспортного средства, так что оно полностью защищено от снежных вихрей. Возможно также расположение второго входного отверстия в зоне боковой стенки над боковыми фартуками рельсового транспортного средства. Здесь специалист может найти подходящий компромисс между протяженностью проточного канала от второго входного отверстия до, по меньшей мере, одного вентилятора и связанным с этим аэродинамическим сопротивлением и забиванием второго входного отверстия снегом.

Второе входное отверстие может быть снабжено впускной решеткой и расположенной за ней по потоку осадительной решеткой. Это обеспечивает защиту второго входного отверстия во время снегопада от снега, проникающего в воздушный канал к вентилятору.

Осадительная решетка может быть выполнена из двух частей, причем каждая часть расположена наискось в направлении входа воздушного канала. Ориентацию частей решетки можно выбрать как в поперечном к продольной оси моторного вагона направлении, так и в его продольном направлении. В обоих случаях происходит однородное распределение скорости воздуха.

В другом варианте, касающемся осадительной решетки, она также выполнена из двух частей и обдувается снизу, что эффективно уменьшает осаждение снега и грязи. Особенно благоприятным представляется вариант, в котором осадительная решетка расположена на расстоянии от верхней стороны крыши моторного вагона и обдувается встречным ветром снизу, что также уменьшает осаждение снега. В этом варианте можно, при необходимости, отказаться от опорного вентилятора для транспортировки охлаждающего воздуха в направлении подкузовного пространства.

В альтернативных вариантах осадительная решетка может быть выполнена также цельной.

Второе входное отверстие может быть связано с подкузовным пространством одним или несколькими проточными каналами. Эти проточные каналы расположены друг за другом в продольном направлении рельсового транспортного средства, причем в этом примере проточные каналы проходят от второго входного отверстия, в основном, вертикально в направлении подкузовного пространства. Это обеспечивает небольшую потребность в площади, а пассажирский салон не слишком ограничен.

Первое входное отверстие может содержать закрываемую впускную решетку. Она дает возможность частично или полностью закрыть первое входное отверстие в зимнем режиме эксплуатации, так что подача охлаждающего воздуха для компонентов в подкузовном пространстве доходит до 100% охлаждающего воздуха от второго входного отверстия.

При этом охлаждающим устройством можно управлять с помощью управляющего модуля, который определяет доли охлаждающего воздуха от первого и второго входных отверстий в используемом в подкузовном пространстве охлаждающем воздухе. Эти доли могут различаться в зависимости от летнего или зимнего режима эксплуатации. Следовательно, управляющий модуль может быть рассчитан таким образом, что в летнем режиме эксплуатации доля охлаждающего воздуха от первого входного отверстия лежит в диапазоне 30-100%, а доля охлаждающего воздуха от второго входного отверстия – в диапазоне 0-70%. В зимнем режиме эксплуатации первое входное отверстие обычно закрывается, так что охлаждающий воздух подается исключительно от второго входного отверстия.

Первое входное отверстие может быть расположено обычно в зоне боковых фартуков рельсового транспортного средства, чтобы образовать оптимальный, с аэродинамической точки зрения, путь для охлаждающего воздуха к охлаждаемым компонентам.

В другом примере управляющий модуль может быть рассчитан таким образом, что между летним и зимним режимами эксплуатации можно выбирать различные плотности потока охлаждающего воздуха. Это может осуществляться, в частности, в зависимости от температуры, так что в зимнем режиме эксплуатации, по меньшей мере, один вентилятор может эксплуатироваться с меньшей частотой вращения, поскольку поступающий свежий воздух имеет заметно более низкую температуру по сравнению с летним периодом.

В качестве альтернативы отдельные агрегатные или компонентные вентиляторы могут быть снабжены байпасным каналом, который ведет обратно к стороне всасывания агрегатного вентилятора. В этом случае частота вращения вентилятора может оставаться постоянной, уровень давления в днищевой ванне рельсового транспортного средства в подкузовном пространстве остается высоким, поскольку предотвращается холостое всасывание днищевой ванны, а рабочая точка агрегатного вентилятора остается идеальной. Это обеспечивает высокий КПД агрегатного вентилятора, причем возникает меньше шума.

Изобретение более подробно поясняется ниже на примере его осуществления со ссылкой на чертежи, на которых изображают:

– фиг.1: вид сбоку моторного вагона, частично в разрезе;

– фиг.2: сечение зоны крыши моторного вагона из фиг.1;

– фиг.3: сечение другого варианта зоны крыши моторного вагона из фиг.1;

– фиг.4: продольный разрез зоны крыши моторного вагона из фиг.1 в другом варианте;

– фиг.5: продольный разрез подкузовного пространства моторного вагона из фиг.1.

На фиг.1 в подкузовном пространстве 2 моторного вагона 1 размещены различные электрические компоненты, которые при работе должны охлаждаться. Тележки 3 оснащены соответствующими тяговыми двигателями 4, которые охлаждаются с помощью соответствующих вентиляторов 5. Нижняя сторона моторного вагона 1 аэродинамически герметизирована с помощью днищевой ванны 6, так что над ней могут направляться потоки охлаждающего воздуха.

Над днищевой ванной 6 находится дополнительный электрический агрегат 7, который может представлять собой блок энергоснабжения, выпрямитель тока или трансформатор, точнее, охлаждаемые блоки данных агрегатов. Днищевая ванна 6 продолжается своими наружными кромками в боковые фартуки 8 моторного вагона 1. В зоне этих боковых фартуков 8 расположены первые закрываемые впускные решетки 9 для свежего воздуха, используемого в качестве охлаждающего воздуха. Поступающий через эти впускные решетки 9 свежий воздух используется вентиляторами 5, например, для охлаждения тяговых двигателей 4. Охлаждающая установка 10, расположенная над днищевой ванной 6 и приблизительно посередине продольного направления моторного вагона 1, гонит охлаждающий воздух в направлении вентиляторов 5 и охлаждаемого агрегата 7.

В зоне крыши моторного вагона 1 находятся вторые впускные решетки 11. Поступающий через них свежий воздух попадает сначала к соответствующим осадительным решеткам 12, которые, если смотреть в продольном направлении моторного вагона 1, наклонены вниз в направлении вертикально проходящего воздушного канала 13. Опорный вентилятор 14 гонит охлаждающий воздух из зоны крыши в направлении охлаждающей установки 10. Могут быть предусмотрены дополнительные воздушные каналы, которые расположены друг за другом в продольном направлении моторного вагона 1 и гонят охлаждающий воздух в подкузовное пространство 2, причем в этом случае все воздушные каналы начинаются от вторых входных отверстий.

Охлаждающее устройство для подкузовного пространства моторного вагона 1 состоит, следовательно, из двух входных отверстий со вторыми впускными решетками 11 в зоне крыши и двумя впускными отверстиями первых впускных решеток 9 в зоне боковых фартуков моторного вагона 1, воздушного канала 13 и охлаждающей установки 10, которая может содержать несколько вентиляторов. Под охлаждающей установкой 10 в герметизированной днищевой ванне 6 выполнено воздуховыпускное отверстие 15, которое служит для выпуска потока охлаждающего воздуха охлаждающей установки.

Охлаждающее устройство может переключаться между летним и зимним режимами эксплуатации вручную или автоматически. Этому служит управляющий модуль (не показан), который может быть рассчитан таким образом, что в летнем режиме эксплуатации доля охлаждающего воздуха от первых впускных решеток 9 лежит в диапазоне 30-100%, а доля охлаждающего воздуха от вторых впускных решеток 11 – в диапазоне 0-70%. В зимнем режиме эксплуатации первые впускные решетки закрываются вручную или автоматически, так что охлаждающий воздух подается исключительно от вторых впускных решеток 11. Это имеет то преимущество, что в зимнем режиме эксплуатации используемый в качестве охлаждающего воздуха свежий воздух, в основном, лишен снега. За счет расположения вторых впускных решеток 11 в зоне крыши сильно завихренный снег не может попадать на эти вторые впускные решетки 11. При снегопаде осадительные решетки 12 работают таким образом, что присутствующий в воздухе снег отфильтровывается прежде, чем поток свежего воздуха с помощью опорного вентилятора 14 будет транспортироваться дальше по воздушному каналу 13.

На фиг.1 наглядно показан первый вариант размещения осадительных решеток 12, тогда как на фиг.2 показано альтернативное размещение осадительных решеток 12А, которые располагаются горизонтально на некотором расстоянии от поверхности крыши моторного вагона 1. Осадительные решетки 12А воспринимают поток исключительно снизу, так что оседанию снега и грязи может воспрепятствовать сила тяжести.

Другая альтернатива расположению осадительных решеток 12В показана на фиг.3. Здесь осадительные решетки 12В расположены также под наклоном, причем они понижаются снаружи внутрь в направлении впускного отверстия воздушного канала 13. Это вызывает оптимальное распределение скорости свежего воздуха, используемого в качестве охлаждающего воздуха. Такое оптимальное распределение возникает также в случае расположения осадительных решеток на фиг.1.

На фиг.4 расположение осадительных решеток 12С выбрано так, что они постоянно обдуваются снизу свежим воздухом, так что именно при высокой скорости движения на осадительных решетках 12С не может осаждаться снег, поскольку отсутствует стоячая вода. Осажденный снег имеет, тем самым, очень небольшую продолжительность пребывания на осадительных решетках 12С, поскольку он из-за нижнего обдува при высокой скорости движения немедленно удаляется. Промежуток между верхней стороной крыши моторного вагона 1 и осадительными решетками 12С имеет такую оптимальную, с аэродинамической точки зрения, форму, что это эффективно препятствует скоплению снега в этом промежутке.

На фиг.5 изображен фрагмент подкузовного пространства моторного вагона 1. Выходящий из воздушного канала 13 охлаждающий воздух отклоняется в направлении тягового двигателя 4 в качестве примера потребителя охлаждающего воздуха. Вентилятор 5 находится на входной стороне канала 16, который гонит охлаждающий воздух к тяговому двигателю 4. Непосредственно за вентилятором 5 по потоку канал 16 сужается, причем в зоне этого сужения расположена байпасная заслонка 17. Когда она закрыта, весь поток охлаждающего воздуха подается вентилятором 5 из тягового двигателя 4. Когда байпасная заслонка 17 открыта, определяемая ею доля потока охлаждающего воздуха отклоняется вниз в направлении днищевой ванны 6 и возвращается мимо вентилятора 5 обратно к его входной стороне.

Байпасное регулирование вентилятора 5, замещающего здесь вентиляторы, предназначенные для определенных охлаждаемых агрегатов, служит для уменьшения подаваемого к тяговым двигателям 4 объемного потока в зимнем режиме эксплуатации. Если частота вращения вентилятора 5 остается постоянной, когда байпасная заслонка 17 открыта для зимнего режима эксплуатации, то уровень давления в днищевой ванне 6 повышается, а рабочая точка агрегатного вентилятора 5 остается идеальной, так что достигается высокий КПД и возникает меньше шума. Байпасный объемный поток соответствует тогда разности между объемным потоком V_s для летнего режима эксплуатации и объемным потоком V_w для зимнего режима эксплуатации. При этом используется тот факт, что подаваемый зимой свежий воздух имеет более низкую температуру, благодаря чему для охлаждения агрегатов, например тягового двигателя 4, достаточно меньшего объемного потока.

Формула изобретения

1. Рельсовое транспортное средство с охлаждающим устройством для расположенных в подкузовном пространстве компонентов, таких как блок энергоснабжения, выпрямитель тока, трансформатор или тяговый двигатель, охлаждаемых либо непосредственно, либо посредством соответствующего охладителя, причем охлаждающее устройство имеет первое входное отверстие для свежего воздуха, используемого в качестве охлаждающего воздуха, и, по меньшей мере, один вентилятор для подачи охлаждающего воздуха в направлении, по меньшей мере, одного из компонентов, отличающееся тем, что охлаждающее устройство имеет второе аэродинамически связанное с вентилятором входное отверстие для свежего воздуха, используемого в качестве охлаждающего воздуха, которое расположено над боковыми фартуками рельсового транспортного средства и посредством воздушного канала связано с подкузовным пространством.

2. Транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что первое входное отверстие расположено в зоне боковых фартуков рельсового транспортного средства.

3. Транспортное средство по любому из пп.1 или 2, отличающееся тем, что первое входное отверстие содержит закрываемую впускную решетку.

4. Транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что второе входное отверстие расположено в зоне крыши рельсового транспортного средства.

5. Транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что второе входное отверстие расположено в зоне боковой стенки рельсового транспортного средства.

6. Транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что второе входное отверстие снабжено впускной решеткой и расположенной за ней по потоку осадительной решеткой.

7. Транспортное средство по п.6, отличающееся тем, что предусмотрены одна или две осадительные решетки, расположенные наискось в направлении входа воздушного канала.

8. Транспортное средство по п.6, отличающееся тем, что предусмотрены одна или две расположенные, в основном, горизонтально и обдуваемые снизу свежим воздухом осадительные решетки.

9. Транспортное средство по п.6, отличающееся тем, что осадительная решетка расположена на расстоянии от верхней стороны крыши моторного вагона с возможностью обдува снизу встречным ветром при движении рельсового транспортного средства.

10. Транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что в его продольном направлении расположены более двух проточных каналов, которые проходят от второго входного отверстия, в основном, вертикально в направлении подкузовного пространства.

11. Транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что охлаждающее устройство выполнено с возможностью управления с помощью управляющего модуля, который выполнен с возможностью определения долей охлаждающего воздуха от первого и второго входных отверстий в используемом в подкузовном пространстве охлаждающем воздухе.

12. Транспортное средство по п.11, отличающееся тем, что управляющий модуль рассчитан таким образом, что в летнем режиме эксплуатации доля охлаждающего воздуха от первого входного отверстия лежит в диапазоне 30-100%, а доля охлаждающего воздуха от второго входного отверстия – в диапазоне 0-70%.

13. Транспортное средство по п.11 или 12, отличающееся тем, что управляющий модуль рассчитан таким образом, что в зимнем режиме эксплуатации доля охлаждающего воздуха от второго входного отверстия составляет 100%.

РИСУНКИ