Урок №1 Классификация компрессоров
Питание тормозной сети и различных вспомогательных пневматических механизмов (песочницы, электропневматические контакторы» сигнальные устройства и др.) сжатым воздухом обеспечивается компрессорами, которые устанавливаются на локомотивах, электро и дизель-поездах. При самых неблагоприятных условиях работы локомотива, наличии наибольших допускаемых утечек и расхода воздуха компрессор должен полностью обеспечивать потребность в сжатом воздухе.
Применяемые на подвижном составе компрессоры имеют сравнительно слабое охлаждение цилиндров, поэтому во избежание их перегрева предусматриваются периодические перерывы в работе. Каждый компрессор снабжен регулятором давления, который при достижении рабочего давления в главных резервуарах выключает его (на электровозах) или переводит на холостой режим (на тепловозах) и вновь включает при уменьшении давления в главных резервуарах на заданную величину.
В зависимости от способа приведения в действие компрессоры разделяются на мотор-компрессоры с приводом от электродвигателя и дизель-компрессоры с приводом от дизеля. Первые устанавливаются на электровозах и электропоездах, вторые — на тепловозах и дизель-поездах. По числу ступеней сжатия компрессоры бывают одно- и двухступенчатые.
По расположению цилиндров различают компрессоры горизонтальные, вертикальные, V- и W-образные; бывают компрессоры с расположением одного цилиндра в вертикальной плоскости, другого — в горизонтальной.
На подвижном составе железнодорожного транспорта наиболее распространены поршневые одно-, двух- и трехцилиндровые компрессоры.
В поршневом компрессоре одноступенчатого сжатия всасывание атмосферного воздуха и сжатие его до заданного давления происходит в одном цилиндре за два хода поршня. Рассмотрим процесс одноступенчатого сжатия, который в координатах давление р — объем V теоретической индикаторной диаграммы может быть разделен на четыре участка(рис. 13, а, б).
Рис. 13. Принципиальная схема одноступенчатого компрессора (а) и теоретическая индикаторная диаграмма его работы (б)
При движении поршня 4 вправо (точкаВ диаграммы) открывается всасывающий клапан 2 и атмосферный воздух через фильтр 5 всасывается в рабочее пространство цилиндра 3 при постоянном давлении р1 по линии АВС. Разность давлений в точкахВ' и В, равная ро — р1, вызвана сопротивлением всасывающего клапана (здесь ро — атмосферное барометрическое давление).
Во время движения поршня 4 влево закрывается всасывающий клапан 2 и в точкеС начинается процесс сжатия воздуха по линии СD. В точке D открывается нагнетательный клапан 1 и воздух выталкивается поршнем при постоянном давлении рК в главный резервуар ГР по линии DF (практически при несколько большем давлении, определяемом сопротивлением нагнетательного клапана). При обратном движении поршня оставшийся во вредном пространстве объемом Voвоздух будет расширяться по линии FВ. В точке B снова открывается всасывающий клапан 2 и воздух при давлении р1 всасывается в цилиндр 3 компрессора по линии ВС. После этого опять начинается процесс сжатия и цикл повторяется.
Сжатие воздуха в двухступенчатом компрессоре производится последовательно в двух цилиндрах с промежуточным охлаждением между ступенями. Рассмотрим работу такого компрессора (рис. 14, а, б).
При первом ходе вниз поршня 1 открывается клапан 3 и в цилиндр 2 первой ступени всасывается атмосферный воздух при постоянном давлении. Линия всасывания АВС, так же как и в компрессоре одноступенчатого сжатия, располагается ниже линии атмосферного барометрического давления на величину потерь на преодоление сопротивления всасывающего клапана. При ходе поршня вверх клапан 3 закрывается, объем рабочего пространства уменьшается, и воздух сжимается по линии СD до давления в холодильнике 5, после чего открывается клапан 4 и происходит выталкивание сжатого воздуха в холодильник по линии нагнетания ОF с постоянным противодавлением.
Рис. 14. Принципиальная схема двухступенчатого компрессора(а) и теоретическая диаграмма его работы (б)
Рис. 15. Действительная индикаторная диаграмма компрессора:
а, б—в цилиндрах первой и второй ступеней сжатия; 4— всасывание соответственно из атмосферы и холодильника; 2 — сжатие; 3, 5 — нагнетание соответственно в цилиндр второй ступени и главные резервуары
В процессе последующего хода поршня 1 вниз происходит расширение оставшегося, во вредном пространстве объемом Vo сжатого воздуха по линии FВ до тех пор, когда давление в рабочей полости понизится и всасывающий клапан откроется под действием атмосферного давления. Далее процесс повторяется,
Аналогично, работает, вторая ступень компрессора со всасыванием.воздуха из холодильника 5, по линии FЕ, сжатием по линии ЕG, нагнетанием в главный резервуар ГР по линии GН, расширением во вредном пространстве второй ступени по линии НF'. Заштрихованная площадь характеризует уменьшение работы сжатия за счет промежуточного (межступенчатого) охлаждения
воздуха.
Разделение процесса сжатия воздуха на две ступени вызвано тем, что при сжатии воздуха до давления более 0,5 МПа его температура значительно повышается, что затрудняет нормальное смазывание цилиндров. С нагревом воздуха увеличивается расход энергии на работу компрессора. Поэтому в полостях цилиндров первой ступени осуществляется сжатие воздуха до давления 0,2—0,4 МПа. Затем сжатый до этого давления воздух поступает в холодильник, из которого засасывается в полость цилиндра второй ступени, где он сжимается до конечного давления 0,75—0,9 МПа.
Действительная индикаторная диаграмма давление p—ход поршня s-компрессора (рис. 15) отличается от теоретической, что объясняется потерями давления на дросселирование воздуха в клапанах и фильтре, наличием теплообмена со стенками цилиндра и поршнем и утечек через неплотности колец и клапанов. Минимальные затраты энергии на сжатие воздуха достигаются при равенстве соотношений абсолютных значений давления нагнетания и всасывания в первой и второй ступенях. С этой целью в транспортных компрессорах соотношение объемов цилиндров первой и второй ступеней сжатия принято примерно 3/1, благодаря чему достигается повышение давления в каждой ступени при соблюдении допускаемых температур нагнетаемого воздуха.
Рис. 16. Принципиальная схема W-образного компрессора.
Применяемые на подвижном составе железных дорог Украины компрессоры еще не в полной мере соответствуют современным и перспективным требованиям по надежности, а также по своим размерам, массе и энергетическим показателям. Основные направления, по которым ведется усовершенствование современных транспортных компрессоров, - увеличение частоты вращения коленчатого вала с целью повышения подачи воздуха, уменьшение массы и габаритных размеровс доведением удельной массы компрессора (без двигателя) до 55—70 кг на 1 м3/мин его подачи. Потребляемая мощность на сжатие 1 м3/мин воздуха должна быть снижена до 7 - 8,5 кВт. Температура сжатого воздуха не должна превышать 180о С внутри компрессора по условиям сохранения смазочных свойств масла.
На перспективу, помимо компрессоров с существующей подачей сжатого воздуха, предусмотрено изготовлять транспортные компрессоры с увеличенной подачей - 7 и 10,5 м3/мин, частотой вращения коленчатого вала 1450 об/мин и номинальным избыточным давлением 1 МПа. Рекомендуется следующий ряд показателей технической характеристики транспортных компрессоров:
Подача, м3/мин……..0,8 1,0 1,75 3,5 3,5 4,0 5,5 6,0 7,0 10,5
Частота вращения
коленчатого вала,
об/мин …………….1000 1000 1100 1100 1450 1000 850 1000 1450 1450
Номинальное избы-
точное давление,
МПа ………………..0,8 0,8 0,9 0,9 1,0 1,0 0,9 1,0 1,0 1,0
Высокие требования предъявляются к надежности компрессоров: на 1 тыс. ч работы 1 тыс. компрессоров допускается не более трех отказов. Для этого большое внимание уделяется улучшению конструкции клапанного узла, применению новых материалов и повышению качества изготовления компрессоров.
Урок №2 Устройство компрессора КТ-7
Компрессоры типов КТ6, КТ7 применяются на тепловозах ТЭЗ, ТЭ7, 2ТЭП60, ТЭМ1 и ТЭМ2, типа КТб-Эл — на электровозах ВЛ8, ВЛ10 и ВЛ80, тепловозах 2ТЭ116.
Компрессор типа КТ6 (рис. 17) имеет три цилиндра, которые прикреплены к корпусу (картеру) 1 шпильками и находятся в одной вертикальной плоскости. Два одинаковых цилиндра 2 ступени низкого сжатия расположены наклонно, цилиндр 6 меньшего диаметра ступени высокого сжатия установлен вертикально. Цилиндры закрыты крышками 9 и 4, на которых имеется по два однотипных всасывающих клапана 19 и по одному нагнетательному клапану 23, Всасывающие клапаны снабжены разгружающим устройством для удержания их в открытом положении при холостой работе компрессора. Действием этих устройств управляет регулятор давления.
Рис. 17.Компрессор типа КТ6:
а — разрезнотремцилиндрам; б — разрез по вертикальному цилиндру
Крышки и цилиндры выполнены с продольными охлаждающими ребрами. На каждый из поршней 11 и 5 надеты два чугунных уплотнительных (компрессионных) кольца и два маслосъемных. Шатуны 12 одним концом соединены с поршнями при помощи пальцев 10, а другим - с общей для всех трех шатунов головкой 13, насаженной на, шатунную шейку коленчатого вала 14. На коренные шейки вала напрессованы шариковые подшипники 16, опорами которым служат гнезда в крышке и корпусе компрессора.
Холодильник 8, выполненный из ребристых трубок, предназначен для промежуточного охлаждения воздуха между первой и второй ступенями сжатия. Он разделен на две секции, каждая из которых присоединена к одному из цилиндров ступени низкого сжатия. Для охлаждения компрессора предусмотрен четырехлопастной вентилятор 24 с приводом от коленчатого вала.
Система смазывания компрессора комбинированная. Шейки коленчатого вала, втулки шатунов и другие детали смазываются под давлением, которое создается масляным насосом 16. Валик насоса соединен с коленчатым валом. Для регулирования подачи масла в каналы коленчатого вала и шатунов в зависимости от частоты вращения имеется редуктор 17. Давление масла определяется по манометру 20; при наибольшей частоте вращения коленчатого вала 850 об/мин оно должно быть не ниже 0,25 МПа.
Цилиндры, поршневые кольца и шариковые подшипники смазываются путем разбрызгивания масла вращающимися и поступательно движущимися частями компрессора.
В картере имеется сапун, состоящий из волосяного фильтра и обратного клапана, для выпуска воздуха при повышении давления в полости компрессора из-за неплотности поршневых колец.
На верхних фланцах цилиндров закреплены клапанные коробки. Корпус 10 коробки (рис. 19) отлит из чугуна и имеет охлаждающие ребра. Внутри корпуса устроены две полости, в которых располагаются нагнетательный 9 и всасывающий 7 кольцевые пластинчатые клапаны одинаковой конструкции, отличающиеся монтажом и направлением открытия пластин. Каждая пластина клапана прижата к седлу тремя пружинами. Высота подъема пластин ограничена упором, соединенным с седлом шпилькой и корончатой гайкой. Нагнетательный клапан крепится упором 11, который удерживается ввернутым в крышку 12 болтом 13 с гайкой. Всасывающий клапан второй ступени крепится стаканом, который зажат тремя болтами, ввернутыми в корпус коробки. Всасывающий клапан первой ступени прижимается непосредственно нижней частью крышки 1. Каждая крышка закреплена четырьмя шпильками с гайками с постановкой паронитовой прокладки.
Рис. 18. Установка привода компрессора КТ6-Эл:
1—компрессор; 2—шкив; 3—опора компрессора; 4, 11 — фланцы; 5, 10—пластинчатые муфты; 6, 9 — ограждения; 7 — редуктор; 8 — опора редуктора; 12 — электродвигатель
Разгрузочное устройство всасывающего клапана состоит из поршня 2, уплотненного резиновой диафрагмой 14, стяжного болта 4 и упора Ш с тремя пальцами 8, взаимодействующими с клапанной пластиной. Пружины 8 и 6 отжимают упор с поршнем вверх.
Рассмотрим действие компрессора. При ходе поршня 11 (см. рис. 17) вниз атмосферный воздух всасывается через фильтр 3 и всасывающие клапаны 19 в цилиндр ступени низкого сжатия (ЦНС). Поршень другого ЦНС в это время движется вверх, поэтому одновременно происходит всасывание воздуха в одном ЦНС и сжатие в другом. При обратном ходе поршня воздух сжимается (первая ступень сжатия) и через клапан 23 нагнетается по трубам в верхний коллектор Шхолодильника, откуда перетекает в нижний коллектор 18 и затем поднимается в камеру 21, общую для обеих секций холодильника. Из этой камеры воздух всасывается через клапаны 19 в цилиндр ступени высокого сжатия (ЦВС) при ходе его поршня вниз. При обратном ходе поршня этого цилиндра воздух сжимается (вторая ступень сжатия) и через нагнетательный и обратный клапаны по охлаждающему петлеобразному воздухопроводу нагнетается в главные резервуары до установленного давления, определяемого регулятором.
Рис. 19. Клапанная коробка первой ступени сжатия
Рабочий режим компрессора протекает при атмосферном давлении над диафрагмой 14 (см. рис. 19) разгрузочного устройства. При этом упор 5 с пальцами 8 отжат пружиной 6 вверх от всасывающего клапана, который свободно опирается на седло.
Когда в главных резервуарах достигается заданное предельное давление, регулятор сообщает полость над диафрагмой 14 с питательной магистралью, поршень 2 опускается вниз и, преодолевая усилие пружины 6, отжимает пружиной 3 упор 5, который пальцами 8 удерживает всасывающий клапан в открытом положении. Компрессор при этом не сжимает воздух, так как в его цилиндрах не создается замкнутого пространства. Воздух свободно прокачивается через открытые всасывающие клапаны всех трех цилиндров (из цилиндров первой ступени в атмосферу, из цилиндра второй ступени в холодильник), что способствует охлаждению компрессора.
Компрессор работает вхолостую до тех пор, пока в главных резервуарах не снизится давление на установленную величину. После этого разгружающие устройства выключаются и компрессор снова начнет нагнетать воздух в главные резервуары.
В корпус камеры 21 (см. рис. 17) ввернут предохранительный клапан 22, отрегулированный на 0,45 МПа, который предупреждает черезмерное повышение давления в холодильнике при неисправности клапанов ЦВС.
Компрессоры КТ6 и КТ7 имеют привод от коленчатого вала дизеля через распределительный редуктор и муфту; разгружающее устройство обеспечивает переход на холостой режим работы при вращающемся коленчатом вале. Оба эти типа компрессоров КТ7 различаются лишь направлением вращения коленчатого вала: у КТ6 вал вращается по часовой стрелке, если смотреть со стороны привода, у КТ7 - наоборот. Привод масляного насоса и вентилятора смонтирован в соответствии с направлением вращения коленчатого вала.
Компрессор типа КТб-Эл представляет собой несколько конструктивно измененный компрессор КТ6. Он снабжен приводом от электродвигателя, вал которого связан с валом компрессора через муфту и редуктор (или без редуктора). В картере компрессора установлен трубчатый электроподогреватель для предотвращения замерзания смазочного масла зимой.
Урок №3 Устройство регулятора давления ЗРД
Урок №4 Устройство регулятора давления АК-11Б
Урок №5 Устройство главных резервуаров
Главные резервуары предназначены для создания запаса сжатого воздуха, необходимого для работы тормозов. Наличие в главных резервуарах давления, превышающего зарядное давление в тормозной магистрали, позволяет обеспечить необходимую периодичность включения компрессоров при их работе, а также способствует понижению относительной влажности воздуха в магистрали. Кроме того, в самих главных резервуарах происходит охлаждение сжатого воздуха и выделение из него влаги и масла.
Количество резервуаров выбирают в зависимости от назначения подвижного состава. На локомотивах, вагонах электропоездов и дизель-поездах устанавливают от одного-двух до десяти главных резервуаров общим объемом от 250 до 2160 л с учетом подачи компрессоров и обеспечения оптимальных условий отпуска и зарядки тормозов.
Объем главных резервуаров (м3) можно определить по формуле
(19)
где V — объем тормозной сети поезда, м3;
рм,р’мдавление в тормозной сети соответственно до и после торможения, МПа;
А — утечка воздуха, МПа в 1 мин;
QК—подача компрессора, м3/мин;
рат— атмосферное давление, 0,1 МПа;
t — время отпуска тормозов поезда, мин;
р1—давление воздуха в главных резервуарах до начала отпуска, МПа;
р2 — минимальное давление воздуха в главных резервуарах в процессе отпуска, МПа.
В первоначальный период отпуска и зарядки, когда ручка крана машиниста выдерживается в I положении и происходит прямое сообщение главных резервуаров с тормозной магистралью, расход сжатого воздуха достигает 6 - 7,8 м3/мин и значительно превышает подачу компрессора. Поэтому питание тормозной магистрали происходит как от работающего компрессора, так и запасом сжатого воздуха, аккумулированного в главных резервуарах. После зарядки тормозной сети расход сжатого воздуха уменьшается и определяется только расходом на компенсирование утечек из тормозной системы.
Главный резервуар (рис. 20) состоит из цилиндрической части (обечайки) 1 и двух выпуклых днищ 2, изготовленных из листовой стали толщиной соответственно 5 и 8 мм. На резервуарах имеются бобышки для присоединения трубопроводов и водоспускных кранов. На металлической паспортной табличке указываются наименование завода изготовителя, заводской номер резервуара, дата его изготовления, рабочее давление и срок освидетельствования.
Рис. Главный резервуар тепловоза
Урок №6 Назначение и положения ручки КМ№394
Управление автотормозами поезда осуществляется при помощи крана машиниста, к конструкции которого предъявляются следующие основные технические требования:
при зарядке тормозной сети и отпуске тормозов должна осуществляться интенсивная подача сжатого воздуха;
при отпущенных тормозах в поездном положении крана в тормозной магистрали должно поддерживаться установленное зарядное давление при наличии в главном резервуаре рабочего давления, а в поездной сети - допускаемых утечек воздуха;
должно обеспечиваться регулирование тормозной силы бесступенчатым либо ступенчатым снижением давления в магистрали и таким же повышением его при отпуске тормозов (ступенчатым или бесступенчатым);
при управлении прямодействующими тормозами должно поддерживаться на одном уровне желаемое давление воздуха в тормозной магистрали независимо от допускаемых утечек воздуха из нее и расхода на зарядку истощающихся запасных резервуаров при длительных торможениях на затяжных и крутых спусках;
для выполнения экстренного торможения кран должен обеспечивать интенсивную разрядку тормозной магистрали прямым сообщением с атмосферой;
выполнение машинистом любой манипуляции по установке ручки крана в необходимое положение при управлении тормозами поезда не должно требовать затраты времени более нескольких долей секунды и отвлекать машиниста от наблюдения за показаниями путевых сигналов;
струйное движение воздуха в тормозной магистрали, вызванное ее разрядкой при служебном торможении, должно прекращаться без пневматического удара и последующего скачка давления в головной части поезда;
для обеспечения надежного отпуска тормозов в длинносоставных грузовых поездах кран машиниста должен обладать свойством, позволяющим создавать в тормозной магистрали сверхзарядное давление с последующим переходом на нормальное зарядное медленным темпом, не вызывающим самопроизвольного срабатывания воздухораспределителей на торможение.
Основным органом крана машиниста является золотник, который в зависимости от положения ручки крана имеет семь рабочих положений, изображенных на рис. 27:
I—зарядка и отпуск для сообщения питательной магистрали с тормозным каналом сечением около 200 мм2;
II — поездное для поддержания в тормозной магистрали зарядного давления, установленного регулировкой редуктора с колебаниями ±0,01 МПа. Сообщение питательной магистрали с тормозной происходит каналами минимальным сечением около 80 мм2;
III -перекрыша без питания тормозной магистрали, применяется при управлении непрямодействующими тормозами;
IV—перекрыша с питанием тормозной магистрали и поддержанием установившегося в магистрали давления;
IVА - служебное торможение медленным темпом, применяется для торможения длинносоставных грузовых поездов для замедления наполнения тормозных цилиндров в головной части поезда;
V - служебное торможение с разрядкой тормозной магистрали темпом 0,1 МПа за 4—6 с,
VI - экстренное торможение для быстрой разрядки тормозной магистрали при аварийной, ситуации.
Рис. 27. Положения ручки крана машиниста № 394-000-2
Урок №7 Устройство верхней и средней частей КМ№394
Кран машиниста № 394 (394-000-2) (рис. 23) собран из пяти основных частей: верхней 1 (золотниковой), средней 3 (промежуточной), нижней 6 (уравнительной), редуктора 5 (питательного клапана) и стабилизатора 4 (дросселирующего выпускного клапана). Пробка 2 предназначена для смазки золотника без разборки крана. На фланце верхней части 1 выбиты порядковый номер крана с начала года 8, а также две последние цифры года и месяц выпуска 7 крана.
Штуцером УР кран машиниста соединяется с уравнительным резервуаром, а к отросткам ПМ и ТМ присоединяются трубы от питательной и тормозной магистралей.
Верхняя часть крана состоит из золотника 16 (рис. 24), крышки 18, стержня 19 и ручки 20, закрепленной на квадрате винтом и гайкой 21. Стержень 19 в крышке уплотнен манжетой 17 и нижним концом входит в выступ золотника 16, обеспечивая правильное соединение деталей в определенном положении. Золотник к зеркалу прижат пружиной 22. Стержень 19 и манжета 17 смазываются через осевое отверстие в стержне.
Средняя часть 13 крана является зеркалом для золотника 16. Втулка 26 служит седлом для обратного клапана 25.
Верхняя, средняя и нижняя части соединены между собой через резиновые прокладки 14 и 12 с помощью четырех шпилек и гаек. Положение крышки 15 на средней части 13 фиксируется контрольным штифтом 23. С трубами от питательной и тормозной магистралей кран машиниста соединяют гайками 1.
Кран машиниста № 394 и 394-000-2 (внешний вид)
Рис. 24. Кран, машиниста № 394 и 394-0.00-2 (разрез без редуктора)