Как устроен и работает тепловоз (часть 3)
Добро пожаловать в цикл статей об устройстве тепловозов, где изложение ведется простым и понятным языком. В материале я рассказываю о работе тех или иных узлов и агрегатов локомотивов. Чтобы начать с начала, или интересующего вопроса нет в этой статье, вот ссылка на первую часть.
Охлаждение дизеля
Поговорим теперь немного о водяной системе. Естественно водяная система на тепловозе служит для охлаждения дизеля. На дизеле установлены водяные насосы, как правило, два. Вода находится в расширительном баке, поступая из которого она и заполняет всю систему охлаждения. Водяная система делится на несколько контуров. В первом контуре вода заполняет корпус дизеля, так называемую «рубашку», циркулируя по всем полостям этой самой рубашки вода охлаждает непосредственно дизель, а нагревается он здорово, особенно под нагрузкой. Чем больше обороты вала, тем больше и нагрузка, соответственно увеличивается и подача воды водяными насосами.
Понятно, вода охладила дизель, очень хорошо нагрелась и поступает для охлаждения в холодильник, проходя с напором по щелевым секциям, которые находятся в специальной шахте, над этими шахтами вращается лопастное колесо самого вентилятора, который вращаясь создает сильный воздушный поток, хорошо охлаждающий бегущую по трубкам секций воду.
Снаружи водяные секции закрываются жалюзи, которые также работают в автоматическом режиме и находятся в открытом или закрытом состоянии, в зависимости от температуры окружающего воздуха и самой охлаждаемой воды. Ну так вот, по одной стороне секций в шахте холодильника проходит вода, охлаждающая сам дизель, а по другой, противоположной, охлаждается вода, поступающая из водомаслянного теплообменника, в котором она охлаждала проходящее по трубам горячее масло дизеля. Это и есть контуры охлаждения воды дизеля и воды охлаждения масла.
А теперь рассмотрим, как эта система работает. Система называется САРТ – система автоматического регулирования температуры. Она включает в себя датчики температуры, реле, сам вентилятор или вентиляторы, приводы вентилятора, водяные секции, жалюзи и их приводы. На тепловозах применяются разные приводы вентилятора, кратко рассмотрим некоторые.
Основной вид привода – гидравлический. Первый и самый распространенный – это вращение вала вентилятора через гидромуфту переменного наполнения. Гидромуфта позволяет поддерживать обороты вала бесступенчато и плавно. Привод гидромуфта получает от главного заднего редуктора отбора мощности, через небольшой вал, который вращает насосное колесо. В корпус муфты через штуцер поступает масло из картера дизеля. На валу турбинного колеса расположена шестерня, которая вращает небольшие шестеренки с прикрепленными к ним черпаковыми трубками. Главная шестерня соединена с зубчатой рейкой, а рейка в свою очередь работает в системе САРТ. Если требуется увеличить обороты вала вентилятора, рейка передвинется в сторону увеличения и повернет главную шестерню, а та в свою очередь шестеренки с черпаковыми трубками, которые переместятся ближе к валу и соответственно поток и давление масла в корпусе муфты будет больше, увеличатся и обороты вала вентилятора.
Вал вентилятора получает вращение от редуктора, расположенного на валу гидромуфты, через конические шестерни. Если необходимо уменьшить обороты вала вентилятора, то рейка переместится в противоположную сторону, поворачивая и шестерню на валу, ну а та через шестеренки начнет разворачивать черпаковые трубки, которые будут захватывать в свои полости больше масла, сливая его обратно в масляную систему. Соответственно поток и давление масла уменьшаться и вал вентилятора будет вращаться медленнее. Рейку передвигает шток небольшого цилиндра, в котором находится церезин — это вещество, активно реагирующее на изменение температуры воды. Если температура больше, то нагреваясь церезин увеличивается в объеме, толкая шток рейки на максимальные обороты, при уменьшении температуры происходит обратный процесс. В данной системе установлены и микропереключатели воздушных цилиндров жалюзи. Процесс такой-же, нагрелись – микропереключатель толкаемый небольшим рычажком подключает электрический вентиль пневмоцилиндра, а тот в свою очередь, открывает доступ воздуха из пневматической системы тепловоза в цилиндр. Поршень в цилиндре воздействует на тягу, а та, через рычажную систему на привод жалюзи. В основном в качестве привода используются звездочки с цепной передачей.
Аналогично работает датчик с приводом и на другом контуре. Остыли – рычажок отходит от микропереключателя и цепь на пневмоцилиндр прерывается, воздух из него выходит и поршень перемещаясь тянет за собой тягу и жалюзи закрываются. Жалюзи можно оставить принудительно в открытом или закрытом положении, на цилиндрах есть кулисная система с дырочками – фиксаторами, в них вставляется металлическая шпонка, закрепляя всю систему в фиксированном положении. Такое случается, если, например, сильный нагрев воды в жаркий летний день и жалюзи требуется постоянно держать открытыми.
При неполадках с системой САРТ температура может регулироваться вручную, тумблерами с пульта машиниста, посредством тумблеров открытия и закрытия жалюзи, включения вентилятора, но машинист теперь уже будет постоянно отвлекать свое внимание на приборы, показывающие температуру воды на пульте.
На других тепловозах применяется гидростатический привод вентилятора. Данный привод включает в себя гидронасосы и гидродвигатели. Гидронасосы вращаются от коленвала дизеля, вращаясь они забирают масло из специального бака и под давлением подают его в гидродвигатели, которые и вращают вентиляторное колесо. Вот главное отличие. Работа остальных устройств осуществляется также, посредством датчиков.
Еще на некоторых тепловозах вентиляторы вращаются электродвигателями. Масляная и водяная система надежно защищены от перегрева и падения давления масла посредством датчиков давления и температуры, которые подключены к соответствующим реле в цепях управления. Давление масла контролируется при запуске, на малых и больших позициях контроллера, и если давление недостаточное, то дизель не запустится, не соберется схема тяги, а на больших позициях при падении давления масла дизель будет остановлен. А вот с температурой масла и воды немного по-другому. Температура воды и масла также контролируется датчиками, стоящими в электроцепях соответствующих реле, но останавливать дизель при критическом повышении температуры воды или масла нельзя, водяные или масляные насосы остановятся и жидкость перестанет циркулировать в системе, не попадая в секции охлаждения и повинуясь законам физики просто закипит. Закипев она будет увеличиваться в объеме и будет выдавливаться через все возможные неплотности в системе и конечно через расширительный бак, крутым фонтаном.
Зрелище довольно фееричное, сам имел опыт на перегоне и на профессиональном языке называется – «выбросило воду». Дело в том, что выбросить из системы может всю воду, а ехать нужно дальше, а где-же ее на перегоне взять? Система охлаждения опустела и дизель не запустишь, вот и считай, брак в работе, с требованием резервного тепловоза. А за это по голове не погладят. Поэтому при повышении температуры остановки дизеля не произойдет, но реле разорвет электрическую цепь тяги и снимет нагрузку с дизеля, чтобы вода охлаждалась, циркулируя на холостых оборотах.
Давление, температуру воды и масла машинист видит на манометрах и термометрах на пульте управления, а давление масла по другим системам (редукторы, гидромуфты) выводится на манометры, которые располагаются на прибором щитке в дизельном помещении. Еще часть горячей воды поступает в калорифер, находящийся в кабине машиниста, калорифер обдувает кабину горячим воздухом в зимнее время, часть горячего воздуха подается на обдув лобовых стекол. Горячая вода поступает и в грелки, находящиеся под ногами машиниста и помощника.