Как устроен и работает тепловоз (часть 2)
Добро пожаловать в цикл статей об устройстве тепловозов, где изложение ведется простым и понятным языком. В материале я рассказываю о работе тех или иных узлов и агрегатов локомотивов. Чтобы начать с начала, или интересующего вопроса нет в этой статье, вот ссылка на первую часть.
Генераторы
Теперь о самом главном – генераторе. Ведь на его обмотку возбуждения необходимо подать ток, а какой агрегат это делает? Такой агрегат называется – возбудитель, это также генератор постоянного тока, только поменьше и работает он чисто на обмотку возбуждения главного генератора. Располагается он совместно на одном валу с другим генератором – вспомогательным, который служит для питания цепей управления тепловоза постоянным током, напряжением 75 вольт, зарядки АБ и питает обмотку возбуждения самого возбудителя. И называется этот тандем – двухмашинный агрегат.
Вал двухмашинного агрегата соединен с карданным валом, выходящим из редуктора отбора мощности, через который и передается вращающий момент.
Всего на тепловозе установлено четыре генератора:
- главный;
- возбудитель главного генератора;
- вспомогательный генератор;
- синхронный подвозбудитель (СПВ).
Так вот СПВ это небольшой генератор но переменного тока и работает он в системе автоматического управления электропередачей, намагничивая сердечник амплистата переменным током. Ведь из курса физики мы знаем, что для трансформации тока в трансформаторах необходим ток переменный, а амплистат и является таким трансформатором, вокруг сердечника которого имеется четыре обмотки: задающая, управляющая, регулировочная и стабилизирующая. Именно в них и наводится ЭДС, так необходимая для работы этой системы управления.
Вал СПВ приводится во вращение либо карданной либо ременной передачей, в зависимости от конструкции тепловоза.
А как запускается дизель?
На тепловозах с генератором постоянного тока это делается просто: он сам и вращает вал дизеля, только специальными электромагнитными контакторами создается цепь от аккумуляторной батареи на обмотку возбуждения и якорь, которые соединяются последовательно и уже генератор работает в качестве сериесного электродвигателя. После раскрутки вала и запуска дизеля схема разбирается и все становится на свои места. На других тепловозах для запуска применяются электродвигатели – стартеры.
Ну вот дизель у нас запущен, надо ехать, все цепи собраны, электропневматический реверсор изменил направление тока в обмотках возбуждения ТЭД, чтобы мы поехали в нужную нам сторону, все в общем в работе. Машинист переводит контроллер в 1-ю позицию и … Подключаются тяговые электродвигатели к силовой цепи посредством включения электропневматических контакторов, называемых «поездными», также электромагнитные подключают возбуждение возбудителя (ВВ) и возбуждение главного генератора (КВ). Все, схема собрана – возбудитель индуцирует обмотку возбуждения, ток вырабатывается и подается на ТЭД.
В процессе движения вся эта система работает слаженно, умно и толково, изменяя ток в обмотке возбуждения возбудителя и соответственно в обмотке возбуждения главного генератора, автоматически изменяя режимы его нагрузки ну и обороты вала дизеля через наш объединенный регулятор мощности, не меняя позиции контроллера машиниста, а машинист, имея в своем запасе 15 позиций уже сам контроллером увеличивает или уменьшает обороты вала дизеля, соответственно и его мощность.
Есть еще одна небольшая деталь в работе ТЭД из области электротехники: при трогании поезда с места ток на якорях ТЭД достигает максимальной величины, в процессе разгона и увеличения скорости ток падает, но растет напряжение, а нам так необходима полная мощность генератора на всех скоростях движения. Поэтому нужно ток нагрузки увеличивать принудительно. Все делается просто, путем ослабления магнитного поля в обмотках возбуждения ТЭД, то есть параллельно обмотке возбуждения подключены два сопротивления, вот на них и переключается часть тока, это называется – ослабление поля. Практически на всех тепловозах применяется две ступени ослабления поля и работает эта система автоматически, сопротивления подключаются соответствующими контакторами, называемыми ВШ. Отступлю, а вот на электровозах это делается вручную машинистом, но там и ступеней ослабления побольше. Все электрические аппараты находятся в высоковольтной камере (ВВК), которая закрывается и имеет на двери блокировки, если дверь в ВВК не закрыта, то схема тяги не соберется и тепловоз не тронется с места.
Дизель
Ну конечно-же наш дизель, со всеми своими системами и заморочками. На тепловозах устанавливаются дизели разных конструкций и мощностей, в зависимости от рода службы тепловоза. Дизели по расположению шатунов с поршнями делятся на однорядные, V-образные и однорядные с раздвигающимися поршнями. Если с первыми двумя все понятно, то в третьем случае в гильзе одного цилиндра движется два поршня, один сверху, другой снизу, встречаются они одновременно в одной точке, где происходит вспышка топлива, затем один поршень идет вверх, а другой вниз. Своими шатунами они соединены с коленчатыми валами дизеля, вала два, один вверху, другой внизу, соединяются они вместе вертикальной передачей. Вот такая мощная штука.
Яркий пример – дизель 10Д100, но сейчас эта схема уже не применяется на тепловозных дизелях. Дизели бывают двухтактные и четырехтактные. Двухтактные дизели уже не применяются, практически на всех тепловозах устанавливаются дизели четырехтактные и конечно-же с турбонаддувом. Турбонаддув воздуха в цилиндры дизеля обеспечивается турбиной турбокомпрессора, установленного на дизеле, турбина вращается энергией выхлопных газов. Принудительный наддув воздуха в цилиндры дизеля существенно повышает его к.п.д., топливо хорошо сгорает, отдавая всю энергию сгорания в работу, а не на выхлоп, а мощность дизеля вырастает в разы.
Для примера, на тепловозах ТЭ3 применялся дизель с расходящимися поршнями, но без турбонаддува типа 2Д100 и его мощность составляла 2000 л.с.,хотя на нем была установлена механическая воздуходувка, но стоило конструкторам установить на этом дизеле два турбокомпрессора и его мощность поднялась до 3000 л.с., и стал известный нам дизель 10Д100, который славно потрудился на тепловозах серии 2ТЭ10. Также на многих типах дизелей воздух от турбокомпрессоров перед подачей в цилиндры еще и охлаждается, проходя через специальные воздухоохладители, в общем получается здорово.
Как было сказано выше тепловозные дизели работают в очень тяжелых условиях, они сильно нагружаются, работают и в жару, и в холод, поэтому требуют основательной смазки, охлаждения ну и конечно защиты от ненормальных всяких сбоев в работе.
Топливная система
Топливная система дизелей включает в себя топливоподкачивающий насос (ТН), который прокачивает топливо из бака, дополнительно подогретое в топливоподогревателе. Топливо пропускается по трубопроводам через фильтры грубой и тонкой очистки и поступает к топливному насосу высокого давления (ТНВД), там к специальным плунжерным парам, плунжер – это небольшой поршень, который сжимает порцию топлива до 200 и выше атмосфер, оно, проходя далее через форсунку превращается в туман, который и воспламеняется под сжимающим действием поршня. Разворот плунжеров на большую или меньшую подачу топлива посредством топливных реек осуществляет нам знакомый регулятор мощности, а очередность срабатывания плунжеров определяется кулачковым распределительным валом, находящимся в корпусе дизеля.
После каждого такта продукты сгорания топлива (дым) удаляются из цилиндра через клапаны или щели в цилиндровой втулке, повторюсь, все зависит от конструкции дизеля, а порция свежего холодного воздуха, подгоняемого турбокомпрессором уже поступает в цилиндр, ведь без кислорода сгорания не будет. С топливом все понятно, но все трущиеся части дизеля должны непрерывно под хорошим давлением смазываться маслом, а также им смазываются и охлаждаются втулки цилиндров, где происходит грандиозный процесс вспышек топлива.
Масляная система
На тепловозах масляные системы имеют несколько контуров и насосов. Вся работа и запуск дизеля начинается с работы маслопрокачивающего насоса (МН), который подключается электрическим контактором (КМН) с подключением реле времени (РВ), чтобы за 30-40 секунд он поднял масло из картера дизеля и прогнал его по всем системам. Затем происходит запуск, и данная схема разбирается. На дизеле есть шестеренчатый главный масляный насос, который обеспечивает доставку смазки ко всем деталям дизеля, есть свой насос и у центробежного фильтра, также масло поступает к фильтрам грубой и тонкой очистки. Существует контур на охлаждение.
На всех современных тепловозах масло проходит через водомаслянный теплообменник, в котором охлаждается водой, после чего поступает обратно в систему, ну а вода из теплообменника охлаждается в обычных секциях радиатора в холодильнике. На первых типах тепловозов масло охлаждалось также, как и вода в секциях, но потом стало понятно (система постоянно подтекала, лопалась, приводя к большим потерям), что водомаслянный теплообменник это лучшее, что можно придумать. По совершению своего рабочего цикла масло стекает обратно в картер дизеля.
Продолжение следует… водяная система, система вентиляции и охлаждения, система защиты дизеля.