Приборы пирания и хранения сжарого воздуха

Глава 3

ПРИБОРЫ ПИРАНИЯ  И ХРАНЕНИЯ СЖАРОГО ВОЗДУХА

3.1. Компрессоры.  Общие положения и основные  показатели работы

Компрессоры предназначены для обеспечения сжатый Еоздухом тормозной сети поезда н пневматической сети Еспомогательных аппаратоЕ: электропневматических контакгороЕ, реверсороЁ, песочниц и др. Применяемые на подёижиом состаЕе компрессоры классифицируются по следующим признакам:

по числу  цилиндров (одноцилиндровые, двухцилиндровые и трёхцилиндровые);

по расположению цилиндров (горизонтальные, вертикальные, V - образные и W - образные);

по числу  ступеней сжатия (одноступенчатые и  двухступенчатые);

по типу привода (с приводом от электродвигателя или от двигателя внутреннего  сгорания).

По назначению локомотивные компрессоры делятся  на основные и вспомогательные.

Вспомогательные компрессоры применяются на электроподвижном составе и предназначены для  наполнения сжатым воздухом пневматических магистралей, например, главного воздушного выключателя, блокирования щитов высоковольтной камеры и токоприемника при отсутствии сжатого воздуха в главных резервуарах (ГР) и резервуаре токоприемника.

Компрессоры должны полностью обеспечивать потребность  в сжатом воздухе при максимальных расходах и утечках его в поезде. Во избежание перегрева режим работы компрессора устанавливается повторно-кратковременным. При этом продолжительность включения (ИВ) компрессора под нагрузкой допускается не более 50%, а продолжительность цикла до 10 мин.

Основные  компрессоры, применяемые на подвижном  составе, как правило являются двухступенчатыми. Сжатие воздуха в них происходит последовательно в двух цилиндрах с промежуточным охлаждением между ступенями. Схема такого компрессора и теоретическая индикаторная диаграмма его работы в координатах (р - V) показаны на рис. 3.1.

При первом ходе вниз поршня 1 открывается всасывающий клапан 3, и в цилиндр 2 первой ступени поступает воздух из атмосферы (Ат) при постоянном давлении. Линия всасывания АС (Рис. 3.1, б) располагается ниже пунктирной линии атмосферного барометрического давления на величину потерь на преодоление сопротивления всасывающего клапана. При ходе поршня 1 вверх всасывающий клапан 3 закрывается, обьем рабочего пространства цилиндра 2 уменьшается и воздух сжимается по линии CD до давления в холодильнике 4, после чего открывается нагнетательный клапан 5 и происходит выталкивание сжатого воздуха в холодильник по линии нагнетания DF с постоянным противодавлением.

В процессе последующего хода поршня 1 вниз происходит расширение оставшегося во вредном  пространстве (объем пространства над поршнем в его верхнем положении) сжатого воздуха по линии FB до тех пор, пока давление в рабочей полости не понизится до определенной величины и всасывающий клапан 3 откроется атмосферным давлением. Далее процесс повторяется. На первой ступени воздух сжимается до давления 2,0 — 4,0

кгс/смС

Аналогично  работает вторая ступень компрессора  со всасыванием воздуха из холодильника 4 по линии FE, сжатием по линии EG, нагнетанием в главные резервуары по линии GH, расширением во вредном пространстве цилиндра второй ступени по линии HF'. Заштрихованная площадь индикаторной диаграммы характеризует уменьшение работы сжатия за счет охлаждения воздуха между ступенями.

Сжатие воздуха  сопровождается выделением тепла. В  зависимости от интенсивности охлаждения и количества тепла, отбираемого от сжимаемого воздуха, линия сжатия может быть изотермой, когда отводится все выделяющееся тепло и температура остается постоянной, адиабатой, когда процесс сжатия идет без отвода тепла, или политропой при частичном отводе выделяющегося тепла.

Адиабатический  и изотермический процессы сжатия являются теоретическими. Действительный процесс  сжатия является политропным.

Основными показателями работы компрессора являются производительность (подача), объемный, изотермический и механический кпд.

Производительностью компрессора называется объем воздуха, нагнетаемый компрессором в резервуар  в единицу времени, замеренный на выходе из компрессора, но пересчитанный на условия всасывания.

В практической деятельности с достаточной точностью  для определения производительности можно пользоваться следующей формулой:

Производительность  компрессора локомотива определяют по времени повышения давления в  ГР с 7,0 до 8,0 кгс/см².

Объемный  к.п.д. характеризует уменьшение производительности компрессора под влиянием вредного пространства; он зависит от величины вредного пространства и давления. Объемный к.п.д. одной ступени определяется по формуле:

где   V- объем всасываемого воздуха;

Vj, - полный объем, описываемый поршнем при ходе их одного крайнего положения в другое

Двухступенчатое сжатие позволяет понизить температуру  воздуха в конце сжатия, улучшить условия смазки компрессора и уменьшить потребляемую компрессором мощность за счет работы, сэкономленной благодаря охлаждению воздуха в промежуточном холодильнике, а также повысить объемный кпд. за счет уменьшения соотношения давлений нагнетания и всасывания.

Совершенство  компрессора оценивается изотермическим к.п.д.:

где   N_m - мощность, затрачиваемая теоретически при изотермическом сжатии; N_R - мощность, необходимая для привода компрессора.

Механический  кпд. компрессора учитывает потери на трение в самом компрессоре  и потери на привод вспомогательных  механизмов - вентилятора и масляного  насоса.

где    N - индикаторная мащность (мощность, которая  затрачивается на сжатие воздуха, определяемая по

реальной  индикаторной диаграммедиаграмме).

Для транспортных двухступенчатых компрессоров т)₀б = 0,7 - 0,75; ti_ra = 0,40 — 0,55; т)_м = 0,79 - 0,82,

Основные  характеристики компрессоров, применяющихся  на подвижном составе железных дорог России приведены в таблице 3.1.

3.2. Компрессоры  КТ-6, КТ-7, КТ-6 Эл.

Компрессоры КТ-6, КТ-7 и КТ-6Эл широко применяются на тепловозах и электровозах. Компрессоры КТ-6 и КТ-7 приводятся в действие либо от коленчатого вала дизеля, либо от электродвигателя, как например, на тепловозах 2ТЭ116. Компрессоры КТ-6Эл приводятся в действие от электродвигателя.

Общее устройство компрессора КТ-6 показано на рис. 3.2.

    Компрессор  КТ-6 двухступенчатый, трехцилиндровый, поршневой с W- образный расположением цилиндров. Состоит из корпуса (картера) 18, двух цилиндров 29 низкого давления (ЦНД), имеющих угол развала 120°, одного цилиндра 6 высокого давления (ЦВД), холодильника 8 радиаторного типа с предохранительным клапаном 10, узла шатунов 7 и поршней 2,5.

    Корпус 18 имеет три привалочных фланца для установки цилиндров и два люка для доступа к деталям, находящимся внутри. Сбоку к корпусу прикреплен масляный насос 20 с редукционным клапаном 21, а в нижней части корпуса помещен сетчатый масляный фильтр 25. Передняя часть корпуса (со стороны привода) закрыта съёмной крышкой, в которой расположен один из двух шарикоподшипников коленчатого вала 19. Второй шарикоподшипник расположен в корпусе со стороны масляного насоса.

    Все три цилиндра имеют ребра: ЦВД выполнен с горизонтальным оребрением для лучшей теплоотдачи, а ЦНД имеют вертикальные ребра для придания цилиндрам большей жесткости. В верхней части цилиндров расположены клапанные коробки 1 и 4.

Коленчатый  вал 19 компрессора — стальной, штампованный с двумя противовесами, имеет две коренные шейки и одну шатунную. Для уменьшения амплитуды собственных колебаний к противовесам винтами 23 прикреплены дополнительные балансиры 22. Для подвода масла к шатунным подшипникам коленчатый вал снабжен системой каналов, показанных на рис. 3.2 пунктиром.

    Узел  шатунов (рис. 3.3.) состоит из главного 1 и двух прицепных 5 шатунов, соединенных пальцами 14, застопоренными винтами 13.

    Главный шатун выполнен из двух частей - собственно шатуна 1 и разъемной головки 4, жестко соединенных между собой пальцем 2 со штифтом 3 и пальцем 14. В верхние головки шатунов запрессованы бронзовые втулки 6. Съемная крышка 15 прикреплена к головке 4 четырьмя шпильками 7, гайки которых стопорятся замковой шайбой 8. В расточке головки 4 главного шатуна установлены два стальных вкладыша 11 и 12, залитые баббитом. Вкладыши удерживаются в головке за счет натяга и стопорения штифтом 10. Зазор между шейкой вала и подшипником шатуна регулируется прокладками 16. Каналы 9 служат для подачи смазки к верхним головкам шатунов и к поршневым пальцам.

    Основным  преимуществом данной системы шатунов  является значительное уменьшение износа вкладышей и шатунной шейки коленчатого вала, которое обеспечивается передачей усилий от поршней через головку сразу на всю поверхность шейки.

    Поршни 2 и 5 (рис. 3.2) - литые чугунные. Они присоединяются к верхним головкам шатунов поршневыми пальцами 30 плавающего типа. Для предотвращения осевого перемещения пальцев поршни снабжены стопорными кольцами Поршневые пальцы ЦНД - стальные, пустотелые, поршневые пальцы ЦВД сплошные. На каждом поршне установлены по четыре поршневых кольца: два верхних - компрессионные (уплотнительные), два нижних - маслосъёмные. Кольца имеют радиальные пазы для прохода масла, снятого с зеркала цилиндра.

    Клапанные коробки внутренней перегородкой разделены  на две полости: всасывающую (В) и нагнетательную (Н) (рис.3.4).

    В клапанной коробке ЦНД со стороны  всасывающей полости прикреплен всасывающий воздушный фильтр 9 (рис. 3.2), а со стороны нагнетательной полости - холодильник 8. Корпус 6 клапанной коробки (рис. 3.4) снаружи имеет оребрение и закрыт крышками 3 и 15. В нагнетательной полости помещен нагнетательный клапан 4, который прижат к гнезду в корпусе с помощью упора 5 и винта 2 с контргайкой 1. Во всасывающей полости расположен всасывающий клапан 8 и разгрузочное устройство, необходимое для переключения компрессора в режим холостого хода при вращающемся коленчатом вале. Разгрузочное устройство включает в себя упор 9 с тремя пальцами, стержень и поршень 13 с резиновой диафрагмой 14 и две пружины 10 и 12.

    Крышка 3 и седла клапанов уплотнены прокладками 18 и 7, а фланец стакана 16 асбестовым шнуром 17.

    Всасывающие и нагнетательные клапаны (рис. 3.5) состоят из седла 1, обоймы (упора) 5, большой клапанной пластины 2, малой клапанной пластины 3, конических ленточных пружин 4, шпильки 7 и корончатой гайки 6. Седла 1 по окружности имеют по два ряда окон для прохода воздуха. Нормальный ход клапанных пластин 2,5-2,7 мм.

    Разгрузочные  устройства компрессора КТ-6 работают следующим образом: как только давление в ГР достигнет 8,5 кгс/см² регулятор давления открывает доступ воздуха из резервуара в полость над диафрагмой 14 (рис. 3.4) разгрузочных устройств клапанных коробок ЦНД и ЦВД. При этом поршень 13 переместится вниз. Вместе с ним после сжатия пружины 10 опустится вниз и упор 9, который своими пальцами отожмет малую и большую клапанные пластины от седла всасывающего клапана. Компрессор перейдет в режим холостого хода, при котором ЦВД будет всасывать и сжимать воздух, находящийся в холодильнике, а ЦНД будут засасывать воздух из атмосферы и выталкивать его обратно через воздушный фильтр. Это будет продолжаться до тех пор, пока в ГР не установится давление 7,5 кгс/см², на которое отрегулирован регулятор. При этом регулятор давления сообщит полость над диафрагмой 14 с атмосферой, пружина 10 поднимет упор 9 вверх и клапанные пластины прижмутся к седлу своими коническими пружинами. Компрессор перейдет в рабочий режим.

    Компрессор  КТ-6Эл при достижении в ГР определенного давления в режим холостого хода не переводится, а отключается регулятором давления.

    В процессе работы компрессора воздух между ступенями сжатия охлаждается  в холодильнике радиаторного типа (рис. 3.6)

    Холодильник состоит из верхнего 9 и двух нижних коллекторов и двух радиаторных секций 1 и 3, Верхний коллектор перегородками и 14 разделен на три отсека. Секции радиаторов крепятся к верхнему коллектору на прокладках. Каждая секция состоит из 22 медных трубок 8, развальцованных вместе с латунными втулками в двух фланцах 6 и 10. На трубках навиты и припаяны латунные ленты, образующие ребра для увеличения поверхности теплоотдачи.

    Для ограничения величины давления в  холодильнике на верхнем коллекторе установлен предохранительный клапан 13, отрегулированный на давление 4,5 кгс/см². Фланцами патрубков 7 и 15 холодильник прикреплен к клапанным коробкам первой ступени сжатия, а фланцем 12 — к клапанной коробке второй ступени. Нижние коллекторы снабжены спускными краниками 16 для продувки радиаторных секций и нижних коллекторов и удаления скапливающихся в них масла и влаги.