Admin

Утечки сжатого воздуха из тормозной системы грузового поезда

Э.И. ГАЛАИ,д-р техн, наук, заведующий Отраслевой научно-исследовательской лабораторией «Тормозные системы подвижного состава» Испытательного центра железнодорожного транспорта БелГУТа
(Белорусский государственный университет транспорта),
П.Г. ШТАНЮК, заместитель начальника локомотивного депо Гомель Белорусской железной дороги,
Е.Э. ГАЛАЙ, канд. техн, наук, старший научный сотрудник ОНИЛ ТСПС ИЦ ЖТ БелГУТа,
П.К. РУДОВ канд. техн, наук, ведущий научный сотрудник ОНИЛ ТСПС ИЦ ЖТ БелГУТа

Плотность тормозной магистрали является одной из количественных характеристик состояния тормозной системы, которая во многом определяет управляемость тормозами и эффективность их действия.
Технически очень сложно обеспечить абсолютную герметичность тормозных устройств. Утечки сжатого воздуха через неплотности в соединениях трубопроводов и тормозных приборов неизбежны, особенно при меняющихся погодных условиях в процессе движения поездов. Задача заключается в том, чтобы поддерживать их в пределах допустимых норм.
Нормативы плотности на железных дорогах для пассажирских и грузовых поездов установлены исходя из допускаемой утечки 20 л воздуха нормального (атмосферного) давления из общего объема тормозной сети 100 л (примерный объем тормозной системы 4-осного вагона). Это соответствует падению давления в тормозной магистрали темпом 0,02 МПа/мин.
В случае прекращения питания тормозной магистрали грузового поезда давление в ней снижается темпом около 0,1 МПа/мин, так как утечка воздуха происходит в основном только из объема примерно 20 л (воздухопровод, рабочая и золотниковая камеры воздухораспределителя) из-за того, что запасный резервуар отключен обратным клапаном. Поэтому проверку плотности тормозной магистрали грузового поезда производят по расходу воздуха из главных резервуаров на пополнение утечек при поездном положении ручки крана машиниста.

При проверке плотности после отключения компрессора дают выдержку для снижения давления в главных резервуарах на 0,04 — 0,05 МПа и контролируют время дальнейшего снижения еще на 0,05 МПа при неработающей компрессорной установке. Это время не должно быть меньше нормативного для поезда данной длины с локомотивом данной серии [1,2].
Первоначальная выдержка необходима для охлаждения сжатого воздуха, поступившего в главные резервуары из компрессора. Процесс сжатия воздуха в компрессоре идет с выделением значительного количества тепла, и его температура после второй ступени сжатия у поршневого компрессора может достигать 200 °C и выше (по нормативам не более 180 °C) в зависимости от продолжительности включенного состояния компрессорной установки. При последующем охлаждении воздуха в замкнутом пространстве главных резервуаров происходит уменьшение его объема и снижение давления, которое может быть принято за снижение давления из-за расхода на утечки [3].
В то же время за последние годы в результате различных организационных и конструктивных мер значительно улучшилась герметичность тормозной системы грузовых вагонов. Кроме того, увеличилась эффективность системы обеспечения сжатым воздухом локомотивов. Некоторые современные локомотивы имеют компрессорную установку с винтовым компрессором, в котором благодаря наличию масла уменьшается перетекание воздуха через внутренние зазоры, улучшается смазка винтового зацепления роторов и охлаждение сжатого воздуха, те. в тормозную систе
му поступает воздух с меньшей температурой, и при охлаждении меньше снижается давление (например, электровоз БКГ с компрессором SL24-11).

Винтовые компрессоры обладают почти изотермическим процессом сжатия, когда температура воздуха на выходе из компрессора не превышает 100 °C, и в тормозной магистрали при плотных соединениях снижение давления происходит медленно, поэтому при проверке плотности, когда требуется снижение давления в главных резервуарах на 0,05 МПа, фактически время опробования увеличивается до 15 мин и больше.
Очевидно, для сокращения времени простоя поезда при опробовании необходимо уменьшить норму снижения давления в главных резервуарах при проверке плотности тормозной сети с 0,05 МПа до 0,03 или 0,02 МПа.
Свойство воздуха уменьшать свой объем при охлаждении должно учитываться во время проверки плотности, особенно в длинносоставных поездах при низких температурах наружного воздуха.
Возможна, например, следующая ситуация. При проверке плотности тормозной магистрали в зимних условиях от станционной сети в грузовом поезде длиной 350 — 400 осей установлено, что утечки не превышают нормы. Однако проверка после прицепки поездного локомотива показала, что снижение давления в главных резервуарах происходит значительно быстрее, чем допускается по норме. То же самое было и после замены локомотива. Произошла задержка поезда по отправлению.
Конфликт между локомотивной бригадой и работниками вагонного хозяйства был урегулирован только после того, как разобрались, что в тормозную магистраль поезда от станционной сети поступал охлажденный воздух, а от локомотива — нагретый с температурой выше температуры окружающей среды на 15 — 20 °C и в процессе охлаждения его в магистрали происходило уменьшение объема, которое ошибочно было принято за увеличенный расход на утечки. Положение усугубилось тем, что из-за большой длины поезда на восполнение нормативных утечек расходовалось до 2 м3 воздуха в 1 мин. Как следствие, произошло увеличение продолжительности непрерывной работы компрессорной установки и повысилась температура воздуха на выходе из компрессора.
В настоящее время при полном опробовании тормозов проводится проверка давления в тормозной магистрали хвостового вагона длинносоставного поезда. Его величина в первую очередь зависит от плотности тормозной магистрали. Однако не в меньшей степени она зависит и от величины давления в тормозной магистрали локомотива. Как показывают проверки [4], у большинства локомотивов давление сжатого воздуха, подаваемого в тормозную магистраль поезда, во многих случаях значительно ниже давления на выходе из крана машиниста и в уравнительном резервуаре крана машиниста. Если на выходе из крана машиниста зарядное давление 0,55 МПа, то при подключении к тормозной магистрали первого вагона манометр может показывать 0,5 МПа и даже меньше. Это зависит в первую очередь от состояния тормозной системы локомотива и величины утечек в составе.
Давление в тормозной магистрали снижается от головы к хвосту поезда из-за утечек и сопротивления движению воздуха в магистральном трубопроводе. Разница в величине давления может быть значительной — 0,07 МПа и более. Иногда эта разница создает затруднения в управлении тормозами. На некоторых станциях при смене локомотива меняется и направление движения поезда, и локомотив из головы перегоняется в хвост. В таком случае при проверке действия тормозов неизбежно возникнут сложности с отпуском тормозов у вагонов хвостовой части поезда (бывшей головной), особенно при груженом режиме воздухораспределителя. Так как рабочие камеры воздухораспределителей у этих вагонов заряжены до величины зарядного давления, например, 0,55 МПа, то для отпуска тормозов необходимо повышение давления в магистрали и золотниковых камерах до величины примерно 0,53 — 0,54 МПа на горном режиме, что обеспечит перемещение главного поршня в отпускное положение.
Однако поднять давление в магистрали хвостовых вагонов до величины 0,53 МПа можно только при значительной перезарядке тормозной магистрали вагонов в головной части поезда (с последующим переходом на нормальное зарядное давление). На эти процессы требуется затратить не менее 15 — 20 мин, поэтому опытные машинисты рекомендуют в таком случае произвести торможение с полной разрядкой магистрали, а затем произвести отпуск и зарядку до нормального зарядного давления.
Отпуск после полной разрядки на равнинном режиме воздухораспределителя наступает при повышении давления в тормозной магистрали хвостовой части до 0,38 МПа.
Датчик № 418 достаточно надежно реагирует на повышенную утечку воздуха из тормозной магистрали, даже в том случае, если из-за питания ее через кран машиниста происходит отпуск тормозов в головной части поезда. Однако неоднократно отмечались случаи ложного срабатывания датчика при ликвидации сверхзарядки после отпуска I положением ручки крана машиниста. Грузовые воздухораспределители № 483 обеспечивают начальную нечувствительность к медленной разрядке (мягкость действия) до темпа 0,03 — 0,04 МПа/мин благодаря сообщению магистральной (МК) и золотниковой (ЗК) камер через отверстие диаметром 0,9 мм в клапане мягкости.
При большем темпе разрядки воздух из ЗК не успевает перетекать в МК, между ними возникает перепад давлений и магистральная диафрагма отклоняется в сторону ЗК, приоткрывая толкателем клапан дополнительной разрядки, через который воздух из ЗК поступает в канал дополнительной разрядки и через главную часть воздухораспределителя в атмосферу. В сочетании с динамическими силами при движении это может привести к срабатыванию на дополнительную разрядку наиболее чувствительного воздухораспределителя на одном из вагонов или локомотиве.

В результате происходит срабатывание воздухораспределителей по всей длине поезда, на локомотиве загорается сигнальная лампа и снимается тяга. Чаще всего это бывает в головной части поезда при повышенной нечувствительности уравнительного поршня (УП) и достаточно плотной тормозной магистрали от крана машиниста, когда УП не реагирует на образовавшийся в результате разрядки уравнительной камеры (УК) перепад давлений между УК и камерой под поршнем, связанной с тормозной магистралью.
Если ликвидация сверхзарядки (разрядка УК и уравнительного резервуара через стабилизатор) идет более быстрым темпом, чем снижение давления в тормозной магистрали из-за утечек, то при достаточном перепаде давлений «зависший» поршень резко перемещается вверх, открывая выпускной клапан. Это приводит к кратковременной разрядке тормозной магистрали и срабатыванию тормозов и датчика № 418. Поэтому при загорании контрольной лампы и снятии тяги следует обратить внимание на то, как быстро замедляется движение поезда и поставить ручку крана машиниста в III положение [5].
Если утечка из тормозной магистрали большая, то скорость поезда будет резко падать, и из-за отсутствия питания давление в тормозной магистрали будет непрерывно снижаться быстрым темпом. Прекращение снижения давления в тормозной магистрали через 3 — 5 с говорит о срабатывании тормозов в поезде. В этом случае нужно сделать минимальную ступень торможения, отпустить тормоза и продолжать движение, ограничившись проведенной проверкой.
Следует учитывать, что при III положении ручки крана машиниста давление в тормозной магистрали при нормальных утечках снижается темпом 0,1 МПа/мин и более, поэтому произойдет срабатывание тормозов в поезде. Однако при наличии дополнительной утечки, например, перекрыт встречный концевой кран или разъединились рукава, и торможение произойдет значительно быстрее и будет более эффективным.
Ухудшение проходимости тормозной магистрали чаще всего бывает следствием образования ледяных пробок в воздухопроводе. Полное или частичное перемерзание магистрали, в первую очередь, свидетельствует о ненормальной работе компрессорной установки локомотива, в частности, о ее перегрузке.
Нормальная продолжительность работы локомотивных компрессоров под нагрузкой — продолжительность включения (ПВ) должна составлять 15 — 25 %. Например, при цикле 10 мин компрессор должен работать 1,5 — 2,5 мин, а остальное время «отдыхать». Тогда будет обеспечен оптимальный температурный режим, и температура сжатого воздуха на выходе из компрессора не будет превышать 180 °C.
Таким образом, например, производительность компрессорной установки с двумя компрессорами КТб (подача 5,3 м3/мин) составляет 2-5,3-0,25 = 2,65 м3/мин. Однако такая подача компрессора обеспечивается только при частоте вращения коленчатого вала п = 880 об/мин и неизношенных поршневых кольцах. Фактически величина подачи, достигаемая компрессорами в поездных условиях, меньше. Соответственно меньше и производительность компрессорной установки.
В то же время расход воздуха только на восполнение нормативных утечек составляет 20 л/мин на один вагон, а для поезда длиной 400 осей — 2 м3/мин. С увеличением расхода возрастают продолжительность работы компрессоров под нагрузкой и температура воздуха, поступающего в главные резервуары и в тормозную систему.
Повышение температуры сжатого воздуха на выходе из компрессора может быть результатом неудовлетворительного технического состояния поршневой группы или системы клапанов, вентилятора, холодильника и др., а также ненормальных потерь в питательной сети локомотива.

Поэтому значительное количество влаги, содержащейся в сжатом воздухе в виде водяных паров, конденсируется при охлаждении в магистрали и в тормозных приборах. Особенно интенсивно происходит процесс конденсации в местах перепада давлений, при дросселировании через отверстия небольшого диаметра. Влага скапливается в местах перегибов и дополнительных сопротивлений, давлением сжатого воздуха перегоняется по воздухопроводу. При понижении наружной температуры скопившаяся влага замерзает.
Так как процесс расширения сжатого воздуха идет с отбором тепла, то при дросселировании возможно понижение температуры на 5 — 10 °C, поэтому отмечались случаи перемерзания блокировки тормоза № 367, находящейся в кабине локомотива. Полное перемерзание магистрали вызывает такие же последствия, как и перекрытие обоих концевых кранов междувагонного соединения, а приблизительное местонахождение пробки может быть установлено при сокращенном опробовании тормозов.
Гораздо сложнее прогнозировать последствия частичного перемерзания магистрали, поскольку они зависят не только от места расположения ледяной пробки, но и от степени перекрытия сечения воздухопровода.
Если оставшееся отверстие достаточно для прохождения такого количества воздуха, какое требуется на восполнение утечек из магистрали хвостовой части поезда, то установить факт перекрытия магистрали при поездном положении ручки крана машиниста практически невозможно, поскольку расход воздуха не изменяется. Однако при торможениях тормозной эффект хвостовой части поезда будет запоздалым, а тормозной путь поезда возрастёт. Еще более ощутимо проявится замедление отпуска у вагонов, находящихся за местом перемерзания магистрали. Конечно, в таких случаях очень сложно выявить причину ухудшения управляемости тормозами и снижения их эффективности.

Определить место частичного перемерзания можно только по косвенным признакам, например, по замедленному отпуску тормозов у группы вагонов, находящихся за ледяной пробкой, а при остукивании воздухопровода в месте нахождения пробки слышен глухой звук.
Если при частичном перемерзании сечения оставшегося отверстия недостаточно для пропуска воздуха, требующегося на восполнение утечек, то будет происходить постепенное истощение тормозов хвостовой части поезда. При этом в поездном положении расход воздуха через кран машиниста несколько уменьшится.
Факт перекрытия может быть установлен по уменьшению тормозного эффекта во время проверки тормозов в пути следования.

Библиография
1 Правила технического обслуживания тормозного оборудования и управления тормозами железнодорожного подвижного состава : утв. Советом по железнодорожному транспорту государств — участников Содружества. Протокол от 6-7.05.2014 № 60 (в ред. от 27.11. 2020) /. Екатеринбург: УралЮрИздат, 2020.240 с.
2 Галай Э.И. Методика расчета нормативов плотности тормозной сети грузового поезда / Э.И. Галай // Повышение эффективности технического обслуживания и ремонта вагонов: межвуз. сб. науч. тр. / Белорус, ин-т инженеров ж.-д. трансп. — Гомель, 1984. — С. 56 — 61.
3 Иноземцев, В.Г. Наша консультация / В.Г. Иноземцев, Э.И. Галай // Электрическая и тепловозная тяга. — 1984. — № 4. — С. 36 — 37.
4 Муртазин, В.Н. Поезда повышенной массы и длины. Контроль тормозов локомотива / В.Н. Муртазин, А.Э. Викулов // Электрическая и тепловозная тяга. — 1988. — № 2. — С. 18 — 19.
5 Иноземцев, В.Г. Аварии можно предупреждать / В.Г. Иноземцев И Электрическая и тепловозная тяга. — 1989. — № 4. — С. 15 — 17.

__________________
Если не можете скачать файл... / Наше приложение ВКонтакте / Какими программами открывать скачанное? | Распоряжения 1