Сущность рассматриваемого способа прогрева заключается в том, что при подаче электроэнергии на тяговый генератор прогреваемого дизеля, обеспечения системы возбуждения и отключения топливных насосов высокого давления (ТНВД), генератор переходит в режим электродвигателя постоянного тока, и тем самым производится прокрутка дизель-генераторной установки тепловоза.
Достоверность такого способа прогрева систем дизеля поясняется эквивалентным равенством, кВт [1]:
(1)
где Pм.с.д.i — механическое сопротивление дизеля при первой частоте вращения коленчатого вала, кВт;
Рм.с.вспд.i — механическое сопротивление вспомогательного оборудования при i-й частоте вращения коленчатого вала, кВт.
Из выражения (1) видно, что энергия, развиваемая в цилиндрах при прокрутке дизеля, расходуется на преодоление механических сопротивлений дизеля и вспомогательного оборудования.
При прокрутке дизель-генераторной установке прогрев систем будет обеспечиваться не только за счет механических сопротивлений, но и за счет теплоотдачи в циклах сжатия воздуха в цилиндрах дизеля, которая зависит от ряда факторов и определяется по выражению, кВт·ч:
(2)
где 1,163·10–3 — переводной коэффициент;
mвз — масса воздуха в цилиндре дизеля, кг;
свз — теплоемкость воздуха, кДж/(кг·K);
Tср.сж.і — средняя температура сжатия воздуха при і-м режиме прокрутки дизеля, K;
Tср.расш.і — средняя температура расширения воздуха при і-м режиме прокрутки дизеля, K;
Z — количество цилиндров;
ni, — і-я частота прокрутки коленчатого вала дизеля, мин-1;
nн — номинальная частота прокрутки коленчатого вала дизеля, мин-1;
τ — длительность прогрева систем дизеля, ч.
Прогрев от дизель-генераторной установки другого тепловоза.Схема подключения тепловозных тяговых генераторов для прогрева систем одного и более дизелей (на примере ТЭМ2) приведена на рисунке 1.
Особенность подключения тяговых генераторов и перевода тепловоза в режим прогрева заключается в том, что посредством дополнительных кабелей соединяют одноименные полярности, обеспечивают по схеме возбуждение тягового генератора прокручиваемого дизеля и только после подачи электроэнергии производят отключение топливных насосов высокого давления (ТНВД). С этого момента тяговые генераторы на тепловозах с отключенными топливными насосами высокого давления (ТНВД) автоматически переходят в режим электродвигателей постоянного тока и тем самым обеспечивается прокрутка дизелей от внешнего источника электроэнергии. При этом режим прокрутки прогреваемых дизелей следует корректировать в зависимости от температуры окружающей среды. Для этого, на тепловозе с работающей дизель-генераторной установкой, посредством контроллера машиниста меняется частота вращения коленчатого вала дизеля. Этим достигается изменение частоты вращения коленчатых валов прокручиваемых дизелей, что естественно, отражается на мощности механических потерь дизеля и вспомогательного оборудования. За счет Рм.сд и Рм.с.всп корректируется степень теплоотвода в системы дизеля, и тем самым достигается прогрев систем в допустимых уровнях при различных условиях окружающей среды.
Рис. 1. Принципиальная электрическая схема подключения тяговых генераторов к работающей дизель-генераторной установки другого тепловоза
В общем, для предотвращения короткого замыкания в силовой цепи по другим причинам, предусматривается установка предохранителей на 500 А.
Без особых затруднений изложенный способ прогрева реализуется на различных сериях маневровых и магистральных тепловозах. В частности, при прогреве систем дизелей маневровых тепловозов серии ТЭМ2 соединение силовых цепей предусматривается путем использования клемм, предназначенных для подключения генераторов к нагружающему реостату и дополнительно предусматривается установка в силовой цепи прокрутки коммутирующего аппарата (см. рис. 1). При этом отключение топливного насоса высокого давления на прокручиваемых дизелях осуществляется посредством аварийной рукоятки остановки дизеля. Соединение цепей прокрутки на магистральных тепловозах серии 2ТЭ10М также осуществляется через предохранители на 500 А, коммутирующий аппарат КНИ и дополнительные кабели сечением 75–100 мм2.
Подогрев топлива и подзарядка аккумуляторной батареи обеспечивается по штатным схемам, то есть топливо подогревается за счет его циркуляции через водотопливный теплообменник, а подзарядка аккумуляторной батареи от цепи вспомогательного генератора. С целью оповещения о снижении температуры воды ниже допустимого уровня в системах неработающих (подогреваемых) дизелей, предусматривается установка температурных реле (APT) и звуковых зуммеров.
Посредством включения пусковой обмотки П в якорную цепь тягового генератора прокручиваемого дизеля достигается две цели: во-первых, пусковая обмотка будет являться сериесной, когда тяговый генератор переходит в режим двигателя; во-вторых, посредством ее предотвращается короткое замыкание через цепь якоря прокручиваемого дизеля, в случаях обрыва цепи независимой обмотки возбуждения генератора. Перегрев пусковой обмотки генератора исключается, так как длительный ток при прокрутке не превышает 300 А (сечение пусковой обмотки составляет 180 мм2).
К отличительному моменту следует отнести только то, что ввиду отсутствия на указанных тепловозах внешней розетки, предусматривается подключение кабелей к клеммам силовых цепей тяговых генераторов в удобном месте.
Прогрев от электровоза переменного тока, или стационарного источника электроэнергии. Использование дизель-генераторной установки тепловоза в качестве внешнего источника электроэнергии рекомендуется только в тех депо, где исключается или ограничено использование электроэнергии от промышленной сети. Естественно, наибольшая эффективность прогрева систем дизелей путем их прокрутки достигается при использовании источника электроэнергии от промышленной сети.
Возможно подключение тяговых генераторов (ТГ) различных серий тепловозов к выпрямительной установке (ВУ) промышленного трансформатора (рисунок 2), или к выпрямительной установке силового трансформатора электровоза переменного тока (рисунок 3). В первом случае, регулировка потребляемой электроэнергии прогреваемых дизель-генераторных установок (ДГУ) предусматривается посредством тиристорного выпрямительного блока (БУ), а во втором — путем изменения положения рукоятки контроллера машиниста (КМ).
Эффективность прогрева систем тепловозных дизелей в значительной степени будет зависеть от оперативности подключения дизель-генераторной установки к источнику электроэнергии, от затрат, связанных с монтажом силовых цепей и от сооружений, предотвращающих влияние воздушного потока на тепловые потери в окружающую среду. В частности, необходимо предусмотреть участок длительного отстоя тепловозов. Вдоль такого участка предусматривается размещение воздушной линии с сечением проводки не менее чем 500 мм2, электроколонок, укладка кабелей в трубах и ограждение участка железобетонным забором — экраном.
Рис. 2. Принципиальная электрическая схема подключения тяговых генераторов к стационарному источнику электроэнергии
Рис. 3. Принципиальная электрическая схема подключения тяговых генераторов к электровозу переменного тока: ХА — пантограф; QF — главный выключатель; TV — тяговый трансформатор; QS — вторичная секционированная обмотка тягового трансформатора; VD1, VD2 — диодные мосты; LI, L2 — сглаживающие реакторы; 3 — зуммер тепловозный; Ml — М4 — тяговые электродвигатели; КМ1, КМ2 — главные пусковые контакторы тяговых электродвигателей электровоза; APT — автоматическое реле температуры; П1 — П6 — пусковые контакторы тяговых электродвигателей тепловоза; ТГ — тяговый генератор; П — пусковая обмотка тягового генератора; ДП — дополнительная обмотка тягового генератора
В локомотивных депо, имеющих парк электровозов переменного тока, экономически рационально применять электроэнергию для прогрева от выпрямительной установки (ВУ) силового трансформатора электровоза. При ограничении по электроснабжению, рекомендуется в качестве источника использовать один из прогреваемых тепловозов, при этом потенциалы его тягового генератора следует подключить к общей силовой линии. Одновременно можно прогревать несколько тепловозов. При наличии развитого путевого хозяйства, рекомендуется организовывать участки для простоя локомотивов. При этом участки простоя следует планировать в зонах наименьшего воздействия воздушного потока, или путем ограждения их забором — экраном.
С целью сокращения материальных затрат рекомендуется монтировать силовую линию в виде воздушной проводки с использованием железобетонных опор. На участках простоя устанавливать стационарные источники электроэнергии с тиристорными системами управления. Подключение, отключение, контроль и управление должен осуществлять машинист, занятый на прогреве тепловозов («прогревальщик»).
Способ прогрева силовых установок тепловозов методом прокрутки дизель-генераторной установки от внешнего источника электроэнергии позволяет:
‒ оперативно, в местах длительного отстоя тепловозов, производить прогрев водяной системы дизеля, картерного масла, дизельного топлива, кабины локомотива, а также обеспечивать подзарядку аккумуляторной батареи по штатной схеме;
‒ в аварийных ситуациях обеспечивать автоматическое отключение схемы от энергосети и оповещение в виде звукового сигнала;
‒ путем закольцовывания выпускного тракта с всасывающим патрубком турбокомпрессора снизить тепловые потери в окружающую среду и, тем самым, существенно повысить эффективность прогрева систем дизеля.
Литература:
- Пат. 2003954. Российская Федерация, G 01 L 3/24. Способ определения индикаторной мощности компрессора / В. Т. Данковцев. — № 4927596/10. Бюл. № 43–44, 1993.
