Рис. 13.9. Схема системы охлаждения дизеля:
1, 2 — водяные секции холодильника; 3 — верхние коллекторы; 4 — трубопровод; 5 — водяной (расширительный) бак; 6 — электро-термометр; 7 — дизель; 8 — коллектор горячей воды; 9 — выпускные коллекторы; 10 — пространство между двойными стенками двух выхлопных патрубков; 11 — водяной насос; 12 — выхлопные патрубки; 13 — нижние коллекторы; 14, 15 — трубы
Горячую воду на тепловозах используют для обогрева кабины машиниста. Она поступает в калорифер, установленный в кабине. В зимнее время воду используют также для подогрева топлива с помощью топливоподогревателей.
На некоторых тепловозах применен и второй круг циркуляции для охлаждения наддувочного воздуха. В каждом круге циркуляции имеется отдельный водяной насос.
13.5. Передачи тепловозов
Любой дизель работает более экономично при постоянном режиме. Этозначит, чтопривсехскоростяхдвижениятепловозамощность двигателядолжнаоставатьсянеизменной. Дляэтогонатепловозахустанавливают специальную передачу между коленчатым валом дизеля и колесами локомотива, которая соответствующим образом транс-
221
формирует вращающий момент дизеля. Применяются передачи трех видов: электрическая, гидравлическая, механическая.
Примеханическойпередачеколенчатыйвалдизелясоединенсколесными парами муфтами сцепления и зубчатой передачей (коробкой передач), позволяющей получать три или четыре ступени скоростей. Муфта сцепления, фрикционная или магнитная, позволяет плавно включать ступени скорости. Механическая передача проста по устройству, легкая, дешевая в изготовлении, имеет высокий коэффициент полезного действия. Однако при переключении скоростей возникает резкое падение и последующее возрастание силы тяги, что вызывает сильные рывки в составе. Поэтому механическая передача применяется лишь в мотовозах, автомотрисах и дизельных поездах сравнительно небольшой мощности.
Гидравлическаяпередачанеимеетнедостатков, присущихмеханической передаче, она дешевле и проще электрической. Гидравлическая передача (гидропередача) состоит из гидротрансформаторов, гидромуфт, коробкискоростей, реверсивного механизма, осевыхредукторов и карданного привода к ним. Силовыми элементами гидравлических передач являются гидротрансформаторы и гидромуфты. Оба эти агрегата представляют собой сочетание центробежного насоса, соединенного с валом двигателя и гидравлической турбины, работающей за счет энергии струи жидкости, нагнетаемой насосом. Принцип работы гидравлической передачи основан на использовании кинетической энергии жидкости, т.е. передача энергии осуществляется за счет динамического напора рабочей жидкости.
Гидротрансформаторосуществляетпреобразованиевращающегомомента, т.е. можетизменятьвращающиймоментведущеговала по отношению к моменту ведомого. Изменяя момент, он изменяет
исилу тяги тепловоза в зависимости от скорости его движения.
Внекоторых гидропередачах нашли применение комплексные гидротрансформаторы, у которых направляющие аппараты укрепленыспомощьюмуфтсвободногохода(автологи). Притакомкреплениигидротрансформаторприопределенныхмоментахможетработать как гидромуфта.
Гидромуфтами называют устройства, передающие энергию от ведущего вала к ведомому через жидкость, заключенную в замкну-
222
томобъеме, безизменениявращающегомомента. Принципдействия гидромуфты заключается в следующем. Рабочая жидкость (масло), поступившая от насосного колеса, действует на лопатки турбинного колеса и приводит его и ведомый вал во вращение, причем значение вращающего момента не изменяется.
Гидромуфты,следовательно,используютвгидропередачахтолькодля соединенияведущегоиведомоговалов.Насовременныхтепловозахприменяются гидравлические передачи различных типов, рассчитанные на передачу как малых, так и больших мощностей. Однако широкого применениявтепловозостроениигидропередачапокаещененашла.
Электрическая передача получила самое широкое распространениевтепловозостроении. Онаудовлетворяетэксплуатационнымтребованиям, предъявляемым к локомотивам, и сохраняет постоянство мощности при изменении силы тяги и скорости движения. Это достигается путем изменения режима работы входящих в нее электрических машин. Электрическая передача даетвозможность сочленять несколько тепловозов (секций) для управления с одного пульта, т.е. обеспечивает работу по системе многих единиц.
На тепловозах применяют электрические передачи трех видов.
Передача постоянного тока (рис. 13.10), в которой и тяговый гене-
ратор Г и тяговые электродвигатели М выполнены в виде машин постоянного тока, наиболее проста, не имеет промежуточных звеньев, обладает высоким КПД и хорошими регулировочными качествами. Однако в связи с увеличением секционной мощности тепловозов генераторы постоянного тока (более 3000 кВт)
не всегда обеспечивают нормальную работу узла щеткаколлектор, т.е. нормальную коммутацию. Поэтому в последнее время получила широкое распространение передача пе-
ременно-постоянного тока
(рис. 13.11), в которой применен тяговыйсинхронныйгенераторГ
223
переменного тока и тяговые двигатели М постоянного тока. Дляпреобразованияпеременного тока в постоянный между генераторомидвигателямивключена выпрямительная установка ВУ. При дальнейшем увеличении мощности лимитирующимстановитсятяговыйдвига-
тель. Поэтому в перспективе намечается применение передач переменного тока (рис. 13.12), в которых и тяговые двигатели выполнены в виде машин переменного тока. Для нормальной работы таких двигателейтребуетсяодновременнорегулироватьнапряжениеичастоту переменного тока. Поэтому в цепь включается преобразователь частоты ПЧ.
13.6. Электрические машины тепловоза
На тепловозах применяют электрические машины различных видов: тяговые (главные) генераторы, вспомогательные и стар- теры-генераторы для питания вспомогательных агрегатов, тяговые электродвигатели, возбудители и подвозбудители, электродвигатели привода различных механизмов (насосов, вентиляторов и т.п.). Тяговые генераторы и тяговые электродвигатели относятся к основным электрическим машинам тепловозов с электропередачей, а остальные машины — к вспомогательным.
Тяговый генератор. Он превращает механическую энергию дизеля в электрическую для питания тяговых электродвигателей. При запуске дизеля тяговый генератор выполняет роль стартера, т.е. раскручивает коленчатый вал до наименьшей частоты вращения, при которой обеспечивается самовоспламенение поданного в цилиндры дизеля топлива.
На тепловозах применяют генераторы самовентилирующиеся и с принудительной вентиляцией. В первом случае вентилятор крепят к валуиликорпусуякорягенератора, авовторомприводвентилятора осуществляется от коленчатого вала дизеля или от электродвигателя. Генераторы сравнительно малой мощности (до 1300 кВт) имеют самовентиляцию, воздух для охлаждения всасывается из-под капота
224
или дизельного помещения. Тяговые генераторы большой мощности имеют принудительную вентиляцию. Охлаждающий воздух засасываетсячерезлюкивбоковыхстенкахкузоватепловозаипроходит через специальные фильтры.
Устройство тяговых генераторов различных типов имеет свои особенности. Наиболее типичными являются генераторы ГП311Б постоянного тока и ГС501А переменного тока.
Тяговый генератор типа ГП-311Б постоянного тока установлен на тепловозах серии ТЭ10. Основные части генератора — станина
иякорь. Встанинеразмещеныглавныеидобавочныеполюсы. Якорь включает вал, корпус якоря, сердечник, обмотку, коллектор и детали крепления. Генератор имеет один подшипниковый щит со стороны коллектора, в котором смонтирован роликовый подшипник
иустановлены щеткодержатели. Современные тяговые генераторы тепловозов имеют якоря с укороченным валом.
Тяговый синхронный генератор типа ГС501А является двенадца-
типолюсноймашинойсактивноймощностью2190 кВт. Онимеетпринудительную осевую вентиляцию с забором воздуха извне и очисткой его специальными фильтрами. Вход воздуха — со стороны привода, выброс — со стороны токосъемных колец через боковые патрубки щита.
Для перспективных магистральных тепловозов и газотурбовозов, чтобы уменьшить общие габаритные размеры и массу, упростить привод и улучшить компоновку оборудования, тяговые и вспомогательные синхронные генераторы выполняют в виде единого электрогенераторного агрегата.
Тяговые электродвигатели. Все тяговые электродвигатели по конструкциипринципиальноодинаковы. Различияихвосновномзаключаются в способе закрепления (подвески) на тележке, размещении и способе подачи смазки в моторно-осевые подшипники. Наиболее типичнымиизвыпускаемыхиосваиваемыхнаперспективуявляютсяэлектродвигатели ЭД-118Б и ЭД-125Б. Они представляют собой четырехполюсныереверсивныеэлектрическиемашиныпостоянноготокапоследовательного возбуждения с независимой принудительной вентиляцией, работают с номинальной мощностью в широком диапазоне частоты вращения якоря. По конструкции тепловозные электродвигатели аналогичны электровозным (см. рис. 12.16).
225
Некоторыепринципиальныеотличиясвойственнышестиполюсным тяговым электродвигателям ЭД126 тепловозов 2ТЭ121: они имеют рамное подвешивание; вал их якоря полый.
Существенныеотличияпоконструкцииипринципуработыимеет создаваемыйдляопытныхтепловозовсэлектропередачейпеременного тока тяговый асинхронный электродвигатель ЭД900. Он проще по конструкции.
Возбудители и вспомогательные генераторы. Возбудители пред-
назначены для питания постоянным током обмотки независимого возбуждения тягового генератора непосредственно или через выпрямительную установку (синхронные), а вспомогательные генераторы — для питания различных нагрузок собственных нужд тепловоза (заряд аккумуляторной батареи, питание цепей управления и освещения, электродвигателей привода насосов, вентиляторов и др.). На тепловозах применяют возбудители постоянного тока с продольно-расщепленными (ТЭ1, ТЭ2, ТЭМ1, ТЭМ2) или с попе- речно-расщепленнымиполюсами(ТЭ3), синхронныевысокочастотные возбудители трехфазного тока (ТЭ10 первых выпусков) и генераторы постоянного тока нормального исполнения, имеющие две обмотки возбуждения (ТЭ10, 2ТЭ10Л, ТЭП60, ТЭ40). На тепловозах с передачей переменно-постоянного тока в качестве возбудителяиспользуютсинхронныегенераторыоднофазноготокаповышенной частоты с независимым возбуждением. Вспомогательные генераторыявляютсямашинамипостоянноготокаспараллельнымвозбуждением. Частовозбудительивспомогательныйгенераторобъединяют в одну электрическую машину, имеющую общий вал якорей, — это двухмашинный агрегат. Он имеет разъемную станину, шесть главных и пять добавочных полюсов.
Якоря возбудителя и вспомогательного генератора различаются только длиной. В средней части вала якорей установлено вентиляторное колесо, прогоняющее воздух для охлаждения машины.
Синхронный подвозбудитель ВС 652. Он предназначен для пита-
ния через амплистат и выпрямитель обмотки независимого возбуждения, представляет собой четырехполюсную синхронную машину.
Стартер-генератор ПСГ. В режиме двигателя его используют для пуска дизеля на некоторых тепловозах при питании от аккумуляторной батареи, затем — в качестве вспомогательного генерато-
226