Защита оборудования
Защита оборудования
Защита от буксования колес. Одной из главных задач усовершенствования локомотивов заключается в увеличении их удельной мощности, т. е. отношения номинальной мощности теплового двигателя к весу локомотива. При этом, как правило, увеличивается коэффициент тяги при номинальном (длительном) режиме (отношение длительной силы тяги к сцепному весу) и номинальная (длительная) скорость движения. В тепловозе ТЭ2 номинальный коэффициент тяги равен 0,128, в тепловозе ТЭ3 – 0,16, в тепловозах ТЭ10 и ТЭ40 – 0,2…0,206. Предельная сила тяги по сцеплению колёс с рельсами в номинальном режиме уменьшается вследствие увеличения скорости движения. Поэтому практически реализуемые силы тяги современных локомотивов становятся все более близкими к предельным силам тяги по сцеплению, что вызывает более частое и интенсивное буксование колес.
Как известно, при буксовании колесной пары возможно резкое увеличение скорости ее вращения, что представляет опасность для тягового двигателя, соединенного с буксующей колесной парой, приводит к снижению силы тяги локомотива, вызывает повышенный износ бандажей колес и т. п. Поэтому при создании новых локомотивов предусматривают меры по повышению коэффициента использования сцепного веса: конструктивные решения по снижению разности статических и динамических давлений отдельных колесных пар на рельс, применение электрических схем, обеспечивающих лучшее использование сцепного веса, и т. д. Вместе с тем ведутся работы по совершенствованию систем защиты от буксования.
Задача системы защиты от буксования заключается в том, чтобы при возникновении буксования одной или нескольких колесных пар уменьшить момент, передаваемый на них, до величины, при которой скольжение их относительно рельсов прекращается и восстанавливается нормальное сцепление. При этом сила тяги локомотива должна снижаться на возможно меньшую величину в течение минимального промежутка времени и повышаться после прекращения действия защиты только после восстановления нормального сцепления.
Следует отметить, что реализация сил сцепления связана с некоторым скольжением колес относительно рельсов. Кроме того, скольжение неизбежно вследствие разницы в диаметрах бандажей отдельных колес, конической формы бандажей и продольных колебаний локомотива при движении. Скольжение колес при отсутствии бок сования составляет 1…1,5% скорости движения, и оно не должно приводить в действие защиту.
В любой схеме защиты от буксования можно выделить узел обнаружения буксования и узел прекращения его. Первый должен тем или иным способом измерять скорость или ускорение колесных пар и при ненормальном превышении их посылать сигнал в узел прекращения буксования. Последний, получив сигнал, должен действовать в направлении уменьшения момента тяговых двигателей, и после прекращения сигнала восстановить начальную величину момента. Узел обнаружения должен иметь достаточно высокую чувствительность в целях повышения быстродействия системы.
Наиболее распространенной схемой защиты от буксования на тепловозах является схема с реле буксования, реагирующим на разность токов или напряжений тяговых двигателей. При параллельном соединении тяговых электродвигателей к реле буксования К (рис. 10.9а) включается между отрицательными зажимами якорей каждой пары двигателей. При отсутствии буксования в катушке реле протекает незначительный ток, зависящий от неравенства сопротивлений обмоток возбуждения, расхождения скоростных характеристик двигателей или разности диаметров бандажей колес. Если колёсная пара, которая соединена, например, с валом двигателя М1, начинает буксовать, скорость ее быстро возрастает и ток двигателя М2 уменьшается. Ток в катушке РБ
Рекомендуемые материалы
,
где Rвэ1, Rвэ2 – эквивалентные сопротивления обмоток возбуждения и шунтирующих сопротивлений;
I1, I2 токи двигателей M1 и M 2; Rб – сопротивление катушки реле.
При некотором токе реле включается, одна пара его контактов (рис. 10,9в) отключает катушку контактора К3, другая – включает звуковой сигнал Z, а блок-контакты К3 включают сигнальную лампу Н.
Вследствие снижения напряжения возбудителя и генератора ток генератора и сила тяги обоих электродвигателей уменьшаются, пока не восстановится сцепление буксующей колесной пары с рельсами. В результате этого ток электродвигателя M1 станет приблизительно равным току электродвигателя M 2 и реле отпадает, вновь включив контактор К3 и отключив сигналы. Если условия для буксования сохранились, оно вновь возобновится, и описанный процесс будет повторяться, пока не изменятся условия сцепления или машинист не прекратит буксования подачей песка или снижением мощности дизеля и тока генератора.
На рис. 10.96 изображена схема включения катушки реле буксования при последовательном соединении электродвигателей. Параллельно с цепью двигателей включены сопротивления R1 и R2 подобранные так, чтобы при нормальной работе двигателей потенциалы точек а и б были одинаковы (при двух последовательно соединенных двигателях ветви R1 и R2 одинаковы). Между точками а и б включена катушка реле буксования К. При возникновении буксования одной из движущих осей напряжение на двигателях перераспределяется, потенциал точки а изменяется. Под действием возникшей разности потенциалов через катушку реле протекает ток и реле К срабатывает.
Дальше процесс протекает, как и в предыдущем случае. После прекращения буксования восстанавливается приблизительно одинаковое распределение напряжения между двигателями и реле буксования отпадает.
Оба рассмотренных варианта весьма просты, но обладают существенными недостатками. Главным из них является низкая чувствительность защиты. В качестве сигнала о буксовании используется разность токов или напряжений двигателей, которая может быть значительной и при отсутствии буксования. При варианте схемы (см. рис. 10.96) напряжения двигателей могут быть различны из-за неравенства их угловых скоростей вследствие различия диаметров бандажей колес, расхождения характеристик тяговых двигателей, неравенства сопротивлений R1 и R2 по причине производственных допусков.
При ослаблении поля тяговых двигателей разность напряжений увеличивается вследствие неравенства сопротивлений обмоток возбуждения, шунтирующих сопротивлений и проводов, соединяющих сопротивления с двигателями и контакторами ослабления поля.
Обе схемы защиты не действуют, если одновременно буксуют две колесные пары, к двигателям которых присоединено реле буксования, или все колёсные пары, что нередко наблюдается в эксплуатации.
Более надёжными являются схемы с индукторными тахогенераторами, встраиваемыми в буксовые узлы, и электронными узлами обработки сигналов.
Защита от заземления силовой цепи. Соединение токоведущих частей силовой цепи с корпусом тепловоза может быть результатом пробоя изоляции от атмосферных или коммутационных перенапряжений, от случайного соприкосновения контактов или выводных зажимов с металлическими частями, от повреждения изоляции и т. п.
Если силовая цепь не соединена с корпусом при монтаже, то случайное заземление не нарушает работу силовой цепи и не обнаруживается. Однако при этом потенциалы в некоторых узлах сило вой цепи по отношению к земле могут оказаться выше тех, на которые они рассчитаны, и повышается опасность их замыкания на землю. При отсутствии защиты второе заземление вызовет тяжелые повреждения электрооборудования.
Поэтому в тепловозах предусматривается включение реле заземления К, катушка которого вместе с добавочным сопротивлением присоединена между отрицательным полюсом силовой цепи и корпусом (рис. 10.10а). При случайном заземлении цепи на стороне положительного полюса ток от генератора протекает через место заземления, корпус, катушку К и сопротивление к отрицательному полюсу. Реле срабатывает и отключает контактор К3 (рис. 10.10б), вследствие чего снимается возбуждение с генератора и возбудителя. Для того чтобы реле после этого не включило вновь контакторы, в нем предусмотрена механическая защелка К (см. рис. 10.10б), удерживающая контакты в разомкнутом) положении.
Для устранения неисправности машинист освобождает защелку и производит пуск тепловоза. Если в пути не удается устранить заземление, защелку освобождают, но цепь катушки реле заземления раз мыкают выключателем ВРЗ, чтобы избежать повторного срабатывания после пуска тепловоза. движение со случайным заземлением и разомкнутой цепью защиты считается аварийным и допускается до ближайшего пункта, где может быть произведен ремонт или смена тепловоза.
При возникновении электрической дуги на коллекторе генератора или электродвигателях, как правило, происходит переброс дуги на корпус машины и реле заземления срабатывает. Таким образом, реле практически служит защитой и от переброса дуги по коллектору.
В случае повреждения электродвигателя, препятствующего его работе, размыкается соответствующий отключатель ОМ1 или ОМ2 (при шести параллельно соединенных электродвигателях имеется 6 отключателей). При этом размыкается цепь катушки силового контактора (К1, К2, ...) электродвигателя и уменьшается мощность генератора путем введения ступени сопротивления в цепь возбуждения возбудителя или задающей обмотки магнитного усилителя в цепи возбуждения главным образом для того, чтобы при одновременной работе двух секций выровнять распределение тока между их электродвигателями. Нормально разомкнутые контакты ОМ шунтируют блок-контакты соответствующего контактора Кi в цепи катушек К, чтобы обеспечить возможность включения контакторов К при отключенном двигателе. Режим движения тепловоза при отключении одного электродвигателя также является аварийным, так как остальные электродвигатели перегружаются по току.
Защита тепловых двигателей от превышения допустимой угловой скорости. В дизелях и газотурбинных установках максимальную угловую скорость ограничивают регуляторы. Однако, если они вы полнены с гидравлическим или другим приводом, время движения которого относительно велико, при внезапной разгрузке угловая скорость в переходном процессе может достигать опасных значений. Поэтому часто используются для защиты более простые и быстро действующие дополнительные регуляторы прямого действия, называемые предельными регуляторами, или регуляторами безопасности. Предельные регуляторы дизелей при достижении угловой скорости, на которую они настроены, как правило, действуют на механизм быстрого выключения подачи топлива, вследствие чего дизель останавливается. для того чтобы избежать частой остановки дизеля при случайных повышениях угловой скорости, не опасных для него, предельный регулятор настраивают на скорость, превышающую на 10—15% максимальную рабочую скорость дизеля.
Защита от падения давления смазочного масла. Коленчатый вал дизеля представляет сложную дорогостоящую деталь, обрабатываемую с высокой точностью и работающую при резко переменной нагрузке. Выемка поврежденного вала связана с практически полной разборкой дизеля. Поэтому очень важно, чтобы трущиеся поверхности вала имели надежную смазку. для дизелей применяются специальные дизельные масла высокого качества. для обеспечения требуемого слоя смазки между трущимися поверхностями необходима определенная вязкость масла и подача его под определенным давлением. При повышении температуры масла вследствие повышения температуры окружающей среды или увеличения потерь на трение вязкость масла и давление в маслопроводе падают. давление масла может снизиться и по другим причинам. для защиты дизеля от снижения давления масла в маслопроводе на выходе из дизеля установлено реле давления масла.
В лекции "Реалистический вариант темы маленького человека в творчестве Ханса Фаллады" также много полезной информации.
В корпусе 1 реле (рис. 10.11) укреплена упругая трубка (сильфон) 2, к днищу которой прикреплен стержень З, шарнирно соединенный с рычагом 8. На стержень надета пружина 4, на опору которой опирается конец коленчатого рычага 9. Масло подводится в корпус через нижнее отверстие. При нормальном давлении его сильфон сжимается и стержень, поднимаясь, замыкает подвижный контакт 7 с неподвижным контактом 6. При снижении давления до некоторой величины сила пружины 4 становится больше силы давления масла на днище сильфона, стержень опускается и размыкает контакты. Для быстрого размыкания контактов установлен постоянный магнит 5, который удерживает рычаг 8 в притянутом положении, пока не создастся достаточная избыточная сила пружины, после чего рычаг отрывается и сила притяжения резко падает. Давление, при котором контакты размыкаются, можно регулировать изменением положения рычага 9 при помощи регулировочного винта 10.
Контакты реле давления масла обычно включаются в цепь катушки блокировочного электромагнита БМ. Электромагнит БМ соединен с золотником 3 выключения регулятора (рис. 10.12) на гидравлическом сервомоторе СМ регулятора.
При нормальной работе регулятора катушка электромагнита включена, золотник 3 опущен и сила сжатия пружины уравновешена силой давления масла под поршнем П. При выключении катушки золотник поднимается, открывается отверстие, соединяющее пространства над и под поршнем П, и пружина опускает его, прекращая подачу топлива.
В некоторых тепловозах минимальное давление масла, необходимое для нормальной работы дизеля при больших угловых скоростях, не удается получить при малых скоростях дизеля. В таком случае применяют два реле давления масла: одно настраивают на отключение при давлении 0,5…0,6 атм и оно действует, как описано выше; контакты второго реле включены в цепь катушки контактора возбуждения и при малых угловых скоростях дизеля они шунтированы контактами какого-либо реле управления. При больших скоростях они разомкнуты и, если давление масла становится меньше 1…1,2 атм, возбуждение генератора выключается, т.е. с дизеля снимается нагрузка, но он не останавливается.
Защита от превышения температуры и снижения давления охлаждающей воды. Температура охлаждающей воды дизеля не должна быть слишком близкой к температуре парообразования, так как это может нарушить ее циркуляцию и привести к аварийному повышению температуры деталей дизеля. Поэтому часто в системе охлаждения устанавливают термореле, контакты которых обычно включают в цепь катушки контактора цепи возбуждения, так что при превышении допустимой температуры воды нагрузка с дизеля снимается. Подобным же образом устанавливают реле давления воды и включают их контакты. При снижении давления воды, что может быть результатом повреждения трубопроводов, кранов, остановки водяного насоса и т. п., контакты реле давления выключают возбуждение генератора.
