Установка для снижения приземной концентрации отработавших газов тепловозного дизеля (варианты)

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТАНОВКА ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ПРИЗЕМНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ТЕПЛОВОЗНОГО ДИЗЕЛЯ (ВАРИАНТЫ)(71) Заявитель Овчинников Вячеслав Михайлович Скрежендевский Виктор Владимирович Халиманчик Валерий Ананьевич(72) Авторы Овчинников Вячеслав Михайлович Скрежендевский Виктор Владимирович Халиманчик Валерий Ананьевич(73) Патентообладатель Овчинников Вячеслав Михайлович Скрежендевский Виктор Владимирович Халиманчик Валерий Ананьевич(57) 1. Установка для снижения приземной концентрации отработавших газов тепловозного дизеля, преимущественно при проведении испытаний тепловозов в пунктах реостатных испытаний, включающая устройство смешения отработавших газов с чистым воздухом,поступающим от вентилятора охлаждающего устройства тепловоза, расположенное над тепловозом и состоящее из газохода, воздуховода, камеры смешения, причем входные патрубки газохода и воздуховода соосны с устьем выхлопной трубы тепловоза и отверстием для выхода охлаждающего воздуха тепловоза соответственно, отличающаяся тем,что камера смешения образована коаксиально соединенными выходными патрубками газохода и воздуховода, причем диаметр выходного патрубка газоходаменьше диаметра выходного патрубка воздуховода , а верхний край выходного патрубка газохода расположен ниже верхнего края выходного патрубка воздуховода, на входных патрубках газохода 34422007.04.30 и воздуховода устройства смешения установлены телескопические насадки, в рабочем положении плотно контактирующие с устьем выхлопной трубы тепловоза и отверстием для выхода охлаждающего воздуха тепловоза соответственно. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что выходные патрубки газохода и воздуховода содержат турбулизирующие элементы. 3. Установка по любому из пп. 1, 2, отличающаяся тем, что патрубки выполнены из тонкого металлического листа. 4. Установка для снижения приземной концентрации отработавших газов тепловозного дизеля, преимущественно при проведении испытаний тепловозов в пунктах реостатных испытаний, включающая устройство смешения отработавших газов с чистым воздухом,поступающим от вентилятора охлаждающего устройства тепловоза, расположенное над тепловозом и состоящее из газохода, воздуховода, камеры смешения, причем входные патрубки газохода и воздуховода соосны с устьем выхлопной трубы тепловоза и отверстием для выхода охлаждающего воздуха тепловоза соответственно, отличающаяся тем,что камера смешения образована коаксиально соединенными выходными патрубками газохода и воздуховода, причем диаметр выходного патрубка газоходаменьше диаметра выходного патрубка воздуховода , а верхний край выходного патрубка газохода расположен ниже верхнего края выходного патрубка воздуховода, на входных патрубках газохода и воздуховода устройства смешения установлены телескопические насадки, в рабочем положении плотно контактирующие с устьем выхлопной трубы тепловоза и отверстием для выхода охлаждающего воздуха тепловоза соответственно, и снабжена системой предупреждения и/или предотвращения повреждения устройства смешения и элементов конструкции тепловоза, расположенных на его крыше, при маневрах тепловоза на железнодорожных путях пункта реостатных испытаний. 5. Установка по п. 4, отличающаяся тем, что выходные патрубки газохода и воздуховода содержат турбулизирующие элементы. 6. Установка по любому из пп. 4, 5, отличающаяся тем, что система предупреждения и/или предотвращения повреждения выполнена в виде системы сигнализации. 7. Установка по любому из пп. 4-6, отличающаяся тем, что патрубки выполнены из тонкого металлического листа.(56) 1.2000108990 А, МПК 01 3/00, 2002. 2.2190767, МПК 01 3/20, 2002. 3.2001104330 А, МПК 01 3/34, 2003. 4. Скрежендевский В.В. Уменьшение вредного воздействия отработавших газов грузовых тепловозов на окружающую среду Автореф. дис.канд. тех. наук. - Гомель, 2005. Полезная модель относится к машиностроению (ремонт и эксплуатация тепловозов) и может быть использована для снижения приземных концентраций вредных веществ, выбрасываемых с отработавшими газами, например двигателей внутреннего сгорания тепловозов при проведении реостатных испытаниях в депо. При реостатных испытаниях тепловоз представляет собой мощный стационарный источник выброса вредных веществ. Во многих локомотивных депо за пределами санитарно-защитной зоны во время реостатных испытаний наблюдается превышение предельнодопустимых концентраций (ПДК) сажи и оксидов азота, поэтому снижение приземных концентраций вредных веществ является важным природоохранным мероприятием. Снизить приземную концентрацию вредных веществ можно одним из следующих способов либо их сочетанием увеличение высоты устья выхлопной трубы тепловоза, разбав 2 34422007.04.30 ление потока отработавших газов тепловоза чистым воздухом, использование улавливающих или каталитических фильтров. Реостатные испытания проводятся эпизодически (от одного до трех-четырех раз в неделю), поэтому нецелесообразно вкладывать значительные средства в оснащение пункта реостатных испытаний улавливающими или каталитическими фильтрами. Известно устройство для обезвреживания выхлопных газов тепловозного двигателя 1, преимущественно при проведении испытаний и горячем отстое тепловозов в депо,снабженное газожидкостным эжектором и всасывающим и выхлопным патрубками. На выхлопном патрубке эжектора установлен вытяжной конус, подсоединенный к трубопроводу, выход которого размещен в топочной камере котла или печи. Внутри трубопровода установлен конфузор с размещенными в нем соосно соплом, вход в которое связан с ресивером тепловозного компрессора. Недостатком данного устройства является то, что необходимо располагать пункт реостатных испытаний в непосредственной близости от котельной и (или) прокладывать длинные газоходы сложной конфигурации при условии обеспечения пожарной безопасности и безопасности маневров на близлежащих железнодорожных путях. Кроме этого, газожидкостный эжектор потребует дополнительных капитальных и эксплуатационных затрат. Известно также устройство, снижающее приземную концентрацию вредных веществ от отработавших газов (ОГ) 2 за счет выпуска части неочищенных ОГ в окружающую среду, увеличения скорости выпуска очищенных и неочищенных ОГ в окружающую среду и управления расходами газов. Устройство содержит корпус с блоками нейтрализации,входной и выпускной каналы, сообщающие корпус соответственно с источником ОГ и с окружающей средой, байпасный канал, размещенный внутри корпуса. Байпасный канал соединен с одной стороны с входным каналом, а с другой стороны связан с окружающей средой, в байпасном канале размещено сопло, которое расположено со стороны выхода байпасного канала в окружающую среду. Устройство снабжено регулятором расхода,размещенным в байпасном канале, выпускной канал снабжен вторым соплом, размещенным на выходе выходного канала в окружающую среду, а первое и второе сопла выполнены в виде усеченных конусов. Недостатком данного устройства является его сложность, необходимость ручного или автоматического управления в процессе эксплуатации и высокая стоимость из-за наличия блока нейтрализации. Устройство, реализующее способ нейтрализации отработавших газов двигателя внутреннего сгорания 3, содержит теплоизолированную реакторную камеру, в которую поступают по теплоизолированной выхлопной трубе горячие отработавшие газы из двигателя и атмосферный воздух, подаваемый за счет энергии потока отработавших газов. В камере создаются условия нейтрализации (доокисления) токсичных продуктов неполного сгорания топлива. Недостатками устройства являются недопустимое для тепловозного дизеля повышение противодавления в выхлопном тракте, возникающего при использовании энергии потока отработавших газов, а также высокая стоимость из-за наличия в реакторной камере каталитического фильтра. Наиболее близким к заявляемым вариантам полезной модели является устройство для снижения приземных концентраций вредных веществ в приземном слое воздуха при реостатных испытаниях тепловозов 4, представляющее собой эжекционное устройство смешения отработавших газов с чистым воздухом, поступающим от вентилятора охлаждающего устройства тепловоза, расположенное над тепловозом и состоящее из газохода,воздуховода, камеры смешения, причем входные патрубки газохода и воздуховода соосны с устьем выхлопной трубы тепловоза и отверстием для выхода охлаждающего воздуха тепловоза соответственно. Недостатком данного устройства является то, что конструкцией не предусмотрено плотное соединение входных отверстий газохода и воздуховода с выхлопной трубой теп 3 34422007.04.30 ловоза и выходным отверстием охлаждающего устройства соответственно. При изменении позиции контроллера машиниста во время реостатных испытаний расходы отработавших газов и охлаждающего воздуха изменяются в широких пределах, что может привести к неустойчивой работе эжектора. Задачей вариантов полезной модели является создание эффективных, безопасных, обладающих низкой стоимостью и простых в эксплуатации установок для снижения приземной концентрации отработавших газов тепловозного дизеля. Поставленная задача по первому варианту решается за счет того, что в установке для снижения приземной концентрации отработавших газов тепловозного дизеля, преимущественно при проведении испытаний тепловозов в пунктах реостатных испытаний, включающей устройство смешения отработавших газов с чистым воздухом, поступающим от вентилятора охлаждающего устройства тепловоза, расположенное над тепловозом и состоящее из газохода, воздуховода, камеры смешения, причем входные патрубки газохода и воздуховода соосны с устьем выхлопной трубы тепловоза и отверстием для выхода охлаждающего воздуха тепловоза соответственно, камера смешения образована коаксиально соединенными выходными патрубками газохода и воздуховода, причем диаметр выходного патрубка газоходаменьше диаметра выходного патрубка воздуховода , а верхний край выходного патрубка газохода расположен ниже верхнего края выходного патрубка воздуховода, на входных патрубках газохода и воздуховода устройства смешения установлены телескопические насадки, в рабочем положении плотно контактирующие с устьем выхлопной трубы тепловоза и отверстием для выхода охлаждающего воздуха тепловоза соответственно. Поставленная задача по второму варианту достигается за счет того, что в установке для снижения приземной концентрации отработавших газов тепловозного дизеля, преимущественно при проведении испытаний тепловозов в пунктах реостатных испытаний,включающей устройство смешения отработавших газов с чистым воздухом, поступающим от вентилятора охлаждающего устройства тепловоза, расположенное над тепловозом и состоящее из газохода, воздуховода, камеры смешения, причем входные патрубки газохода и воздуховода соосны с устьем выхлопной трубы тепловоза и отверстием для выхода охлаждающего воздуха тепловоза соответственно, камера смешения образована коаксиально соединенными выходными патрубками газохода и воздуховода, причем диаметр выходного патрубка газоходаменьше диаметра выходного патрубка воздуховода , а верхний край выходного патрубка газохода расположен ниже верхнего края выходного патрубка воздуховода, на входных патрубках газохода и воздуховода устройства смешения установлены телескопические насадки, в рабочем положении плотно контактирующие с устьем выхлопной трубы тепловоза и отверстием для выхода охлаждающего воздуха тепловоза соответственно, и снабжена системой предупреждения и/или предотвращения повреждения устройства смешения и элементов конструкции тепловоза, расположенных на его крыше, при маневрах тепловоза на железнодорожных путях пункта реостатных испытаний. Кроме этого, система предупреждения и/или предотвращения повреждения может быть выполнена в виде системы сигнализации. В установке по любому из вариантов выходные патрубки газохода и воздуховода могут содержать турбулизирующие элементы, а предпочтительным материалом для изготовления телескопических насадок является тонкий металлический лист. Варианты полезной модели поясняются следующими чертежами на фиг. 1 изображен продольный разрез установки на фиг. 2 - установка в аксонометрии на фиг. 3 - электрическая схема системы сигнализации. Установка для снижения приземной концентрации отработавших газов тепловозного дизеля по первому варианту включает в себя устройство смешения 1 отработавших газов с чистым воздухом (фиг. 1), расположенное в пункте реостатных испытаний, например де 4 34422007.04.30 по, стационарно над тепловозом 2 и состоящее из газохода 3, воздуховода 4 и камеры смешения 5, образованной коаксиально соединенными выходными патрубками 6 и 7 газохода 3 и воздуховода 4 соответственно. Диаметрвыходного патрубка 6 газохода 3 меньше диаметравыходного патрубка 7 воздуховода 4, а верхний край выходного патрубка 6 газохода 3 расположен ниже верхнего края выходного патрубка 7 воздуховода 4. При таком соотношении диаметровипоток чистого воздуха охватывает поток отработавших газов, что способствует дополнительному смешиванию отработавших газов с чистым воздухом за пределами камеры смешения. Верхний край выходного патрубка 6 газохода 3 расположен ниже верхнего края выходного патрубка 7 воздуховода 4 для того,чтобы стенка выходного патрубка 7 образовала объем камеры смешения. Выходные патрубки 6 и 7 содержат турбулизирующие элементы 8, 9 соответственно. Турбулизирующие элементы увеличивают турбулентность потоков отработавших газов и воздуха, что способствует их лучшему смешиванию в камере смешения 5. Для минимизации утечек отработавших газов и воздуха при их входе в устройство смешения 1 предусмотрены телескопические насадки 10, 11, установленные соответственно на входных патрубках 12, 13 газохода 3 и воздуховода 4. Телескопические насадки 10, 11 могут перемещаться вверх и вниз по направлениям, указанным на фиг. 1 стрелками. Нижняя часть телескопических насадок 10, 11 имеет форму, позволяющую обеспечить как можно более плотное соединение с устьем выхлопной трубы 14 тепловоза 2 и отверстием 15 для выхода охлаждающего воздуха из тепловоза 2 соответственно. Второй вариант установки отличается от первого варианта тем, что дополнительно содержит систему предупреждения и/или предотвращения повреждения устройства смешения 1 и элементов конструкции тепловоза 2, расположенных на его крыше, при маневрах тепловоза на железнодорожных путях депо, выполненную в виде системы блокировки (на фигуре не показана) и(или) системы сигнализации. Блокировка должна предотвращать движение тепловоза под устройством смешения 1 в том случае, если телескопические насадки 10, 11 не находятся в крайнем верхнем положении, сигнализация - информировать персонал депо световым, звуковым или другим сигналами о том, что телескопические насадки 10, 11 не находятся в крайнем верхнем положении. Система сигнализации может быть реализована по следующей схеме. На элементах конструкции устройства смешения 1 устанавливаются два концевых выключателя. Один выключатель приводится в действие телескопической насадкой 10, а другой - насадкой 11. Контакты концевых выключателей К 1 и К 2 включены в схему, показанную на фиг. 3. Когда телескопические насадки 10 и 11 не находятся в крайнем верхнем положении, контакты К 1 и К 2 замкнуты и сигнальная лампа ЛН 1 светофора 16 горит. Светофор 16 оборудован светофильтром красного цвета и табличкой с надписью Перед началом маневров поднять телескопические насадки. На случай ошибки персонала депо в обоих вариантах установки телескопические насадки 10, 11 необходимо изготовить из тонкого металлического листа, что предотвратит деформацию и(или) разрушение элементов устройства смешения 1 и тепловоза 2. В случае аварийного движения тепловоза 2 произойдет смятие металла телескопических насадок 10, 11, которые будет относительно нетрудно восстановить. Устройство смешения 1 и светофор(ы) 16 располагаются на территории депо с соблюдением габаритов приближения строений и обслуживающих устройств. Необходимо обеспечить видимость светофоров для любого случая выполнения маневров на железнодорожных путях пункта реостатных испытаний. Устройство смешения 1 следует расположить на опорах 17 (фиг. 2) с помощью кронштейнов 18 таким образом, чтобы тепловоз 2 (фиг. 1) при постановке на реостатные испытания располагался под устройством смешения 1. Причем ось устья (устьев) выхлопной трубы 14 должна совпадать с осью газохода 3, а ось отверстия 15 для выхода охлаждающего воздуха - с осью воздуховода 4. Работа установки происходит следующим образом. 5 34422007.04.30 При поднятых в крайнее верхнее положение телескопических насадках 10, 11 тепловоз 2 заезжает под устройство смешения 1 так, чтобы устье выхлопной трубы 14 находилось соосно с газоходом 3, а отверстие 15 для выхода охлаждающего воздуха - соосно с входным отверстием воздуховода 4. Затем с помощью лебедки или другого механизма перемещают вниз (в рабочее положение) телескопические насадки 10, 11. При работе тепловозного дизеля под нагрузкой, когда происходит существенный выброс вредных веществ с отработавшими газами, начинает интенсивно вращаться вентилятор 19 охлаждающего устройства тепловоза 2. В результате этого значительное количество чистого воздуха под напором, создаваемым вентилятором 19, поступает через телескопическую насадку 11 воздуховода 4 в камеру смешения 5, чистый воздух смешивается с потоком отработавших газов, которые поступают в камеру смешения 5 через телескопическую насадку 10 и газоход 3. Благодаря наличию турбулизирующих элементов 8, 9 создается завихрение потока отработавших газов и воздуха соответственно, что способствует их лучшему перемешиванию. Перемешивание чистого воздуха и отработавших газов приводит к значительному снижению концентраций вредных веществ в выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси. В результате разбавления отработавших газов чистым воздухом и увеличения высоты выброса газовоздушной смеси на величину вертикального габарита устройства смешения 1 существенно снижаются приземные концентрации вредных веществ на территории, прилегающей к пункту реостатных испытаний. Таким образом, в отличие от прототипа, наличие телескопических насадок и отсутствие эжекции отработавших газов повышает стабильность работы устройства смешения во всем диапазоне нагрузочных режимов работы тепловозного двигателя при реостатных испытаниях, а наличие системы предупреждения и(или) предотвращения повреждения устройства смешения и элементов конструкции тепловоза повышает безопасность эксплуатации установки. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6