Admin

Электрические машины и система вентиляции электровоза 2ЭС6 «СИНАРА»

И.А. ОСИНЦЕВ, преподаватель Тайгинского подразделения Западно-Сибирского учебного центра профессиональных квалификаций


СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН И АППАРАТОВ
В систему охлаждения электрических машин и аппаратов электровоза 2ЭС6 входят вентиляторы, устройства для забора и очистки воздуха, а также устройства для распределения и подачи к потребителям нагнетаемого воздуха. К оборудованию секции электровоза, которое подлежит принудительному охлаждению воздухом, относятся тяговые двигатели и пускотормозные резисторы. Модуль охлаждения тяговых электродвигателей также используется для создания избыточного давления в машинном отделении электровоза.

В систему охлаждения тяговых электродвигателей (ТЭД) каждой из секций электровоза входят модули съемных крыш (форкамеры) со встроенной системой очистки воздуха, осевые вентиляторы и сеть воздуховодов (рис. 12). Один осевой вентилятор нагнетает воздух по каналам воздуховодов к двум тяговым двигателям.
Система вентиляции тяговых двигателей работает следующим образом. Воздух, засасываемый осевым вентилятором охлаждения ТЭД, проходит через механические центробежные отделители осаждений, где происходит его очистка от влаги и пыли. Очищенный воздух поступает в форкамеры вентиляторов охлаждения тяговых двигателей. Из форкамеры воздух засасывается вентилятором охлаждения, на выходе из которого разделяется на три потока. Два потока направляются по раздельным каналам к тяговым двигателям, а третий — в кузов электровоза. Охлаждающий воздух, поступающий в тяговый двигатель, необходимо очистить. Должна быть обеспечена следующая степень очистки:

• от пыли при удельной поверхности 2800 см2/г — не менее 75 %;
• от капель влаги — не менее 80 %;
• от снега — не менее 80 %.

Для электровоза 2ЭС6 была разработана система очистки воздуха на основе циклонных фильтров. В нее входят блоки циклонов, установленные на боковых поверхностях передних и задних форкамер, центробежный вентилятор и каналы выброса загрязнений, выделяемых при очистке воздуха. Эта система обеспечивает необходимые параметры по очистке воздуха, но при этом обладает и некоторыми недостатками. Среди них — необходимость установки дополнительного оборудования, кроме фильтров, а именно, вентилятора и каналов выброса загрязнений, что снижает надежность системы. Также происходит ухудшение качества очистки при уменьшении скорости воздуха, проходящего через циклонные фильтры, что потребовало установить дополнительные фильтры грубой очистки, в которых используется вазопрон.
В результате было принято решение перейти на систему фильтрации на основе центробежных механических отделителей осаждений, принцип действия которых показан на рис. 13. Использование этих фильтров позволило значительно упростить форкамеры — исключить вентилятор и каналы выброса загрязнений. Данную систему фильтрации устанавливают, начиная с электровоза № 294. Поток воздуха задерживается таким фильтром и отклоняется отделителями.
Под действием инерционных сил частицы попадают в полые профили, где улавливаемые частицы осаждаются под действием сил тяжести. Затем эти частицы попадают в находящийся под полыми профилями поддон, препятствующий всасыванию вторичного воздуха. В оптимизированных профилях создан контур для прохода потока воздуха, не допускающий его разрыва. В результате потери энергии сводятся к минимуму.
Фильтры, в которых используется этот принцип действия, обладают следующими преимуществами:

• ❖ малое энергопотребление благодаря низкому падению давления;
• ❖ невысокий уровень шума;
• ❖ малая потребность в обслуживании при максимальной нагрузке;
• ❖ небольшой вес благодаря использованию алюминиевых профилей;
• ❖ многовариантность конструкционных форм и габаритов;
• ❖ виброустойчивость;
• ❖ универсальность применения (возможна установка в зоне крыши, боковых стенок и в нижней части конструкции).

В профили воздух, подлежащий очистке, поступает практически независимо от направления движения.
Третий поток, направляемый в кузов, создает в нем избыточное давление, благодаря чему происходит циркуляция воздуха. Нагретый работающим оборудованием воздух поднимается вверх, где засасывается вентилятором в форкамеру через окно в ее боковой стенке. Здесь он смешивается с воздухом, поступающим снаружи через жалюзи, и снова выбрасывается в кузов. При этом количество воздуха, выбрасываемого в кузов, больше, чем засасываемого в форкамеру. Этим достигается снижение температуры воздуха и поддержание избыточного давления внутри кузова.
Необходимость в циркуляции воздуха в кузове является сезонной, те. в летнее время, когда требуется снизить температуру в кузове, заслонки на форкамере находятся в положении «Открыто», а в зимнее время, когда температуру в кузове необходимо поднять, заслонка установлена в положение «Закрыто» или в промежуточное положение. Возможно оптимизировать систему охлаждения тяговых двигателей, снизив аэродинамические потери в каналах.


Совершенствование очистки воздуха позволило уменьшить потери в фильтрах. В настоящее время ведутся работы по оптимизации воздуховодов для дальнейшего уменьшения потерь, что позволит использовать менее мощный вентилятор охлаждения тяговых электродвигателей.


Модуль охлаждения тяговых электродвигателей состоит из фор-камер, осевого вентилятора, воздуховодов и механизмов регулирования подачи воздуха к ТЭД. Он предназначен для перемещения воздуха и других газовых смесей, агрессивность которых по отношению к углеродистым сталям обыкновенного качества не выше агрессивности воздуха с температурой от -50 до +50 °C, не содержащих пыли и других примесей в количестве более 10 мг/м3, а также липких веществ и волокнистых материалов.
Для охлаждения тяговых двигателей на электровозе 2ЭС6 принят индивидуальный принцип охлаждения. От нижнего переходника отведены воздуховоды к тяговым двигателям, на выходе из воздуховодов установлен механизм регулирования подачи воздуха к тяговым двигателям, который включает в себя лопатки, зафиксированные на стержнях стопорными гайками. Путем установки определенного угла лопаток выравнивается давление на паре двигателей и выбирается рабочая точка на характеристике вентилятора, после чего механизм фиксируется стопорными гайками.
На электровозах 2ЭС6 первых выпусков устанавливался осевой вентилятор с двумя рабочими колесами (рис. 14), технические данные которого приведены в табл. 4.


В 2014 г. был разработан и применен вентилятор охлаждения ТЭД с диагональным рабочим колесом (рис. 15), технические данные которого приведены в табл. 5. Этот вентилятор смешанного типа по сравнению с осевым имеет более низкий уровень шума, меньший вес, больший КПД.
Устанавливаемые на электровозы 2ЭС6 осевой и диагональный вентиляторы имеют одинаковые габаритные размеры, что позволяет при необходимости использовать любой из них. И в осевом, и в диагональном вентиляторе использован электродвигатель рДМ 180М2 (рис. 16).
Асинхронный трехфазный с короткозамкнутым ротором электродвигатель рДМ180М2У1 установлен в приводе вентилятора для воздушного охлаждения тяговых двигателей. В каждой секции электровоза установлено по два осевых вентилятора охлаждения ТЭД. Переменное трехфазное напряжение электродвигатели получают по регулируемому каналу от трансформатора собственных нужд.

Осевые вентиляторы ТЭД предназначены для перемещения воздуха, не содержащего пыли и других твердых примесей при температуре окружающего воздуха от -50 до +60 °C. Производительность установки — не менее 200 м3/мин, напор воздуха — не менее 3000 Па. Направление вращения со стороны всасывания — левое. Технические характеристики электродвигателя рДМ180М2 приведены в табл. 6.
Сопротивление изоляции (измеряется мегомметром на 500 В, измерение мегомметром выше 1000 В не допускается!) составляет в холодном состоянии — не менее 50 МОм; в нагретом — не менее 5 МОм.
Двигатель рДМ180М2У1 (см. рис. 16) состоит из статора, ротора, подшипниковых щитов, подшипников и деталей стопорения. Сердечник статора 5 собран из шихтованных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Обмотка статора 8 — всыпная, двухслойная. Ротор двигателя вращается на двух подшипниках качения, установленных в щитах 3 и 7. В двигателе применены подшипники качения со смазкой ЦИАТИМ-221 ГОСТ 9433-80. Конструкция подшипниковых узлов позволяет выполнять замену смазки без разборки и демонтажа двигателя. Дублирующая смазка — ВНИИ НП-207 ГОСТ 19774-74, применение других смазок не допускается.


Вывод состоит из трех проводников с маркировкой Cl, С2, СЗ. Для заземления металлической оболочки токопроводящего кабеля на гайке сальника коробки выводов имеется винт, а для заземления двигателя — винт на фланцевом подшипниковом щите.
Все работы по осмотру и ремонту двигателей должны выполняться при отключенном от сети двигателе и его полной остановке. Включение двигателя запрещается при отсутствии заземления, открытой коробке выводов, снятом кожухе вентилятора.
При вводе в эксплуатацию и после длительных перерывов в работе (более 3 месяцев) необходимо проверять сопротивление изоляции обмоток двигателя относительно корпуса и между собой, которое должно быть не менее 50 МОм.
Необходимо также:

• периодически проверять состояние сварных соединений, производить протяжку болтов;
• проверять надежность заземления корпуса электродвигателя;
• периодически прослушивать вентилятор, следить за уровнем вибрации (вибрация может быть вызвана износом подшипников двигателя, налипанием на лопатки колеса частиц, ослаблением колес на валу двигателя и др.). При обнаружении повышенной вибрации ее необходимо замерить. Допустимая средняя квадратичная виброскорость вентилятора в сборе не должна превышать 6,3 мм/с;
• не реже одного раза в год следует выполнять тщательный осмотр колеса для определения износа и повреждения лопаток, прочности соединения колеса с двигателем, состояния антикоррозийного покрытия. Особое внимание необходимо обращать на зазор между рабочим колесом и корпусом вентилятора. Двигатель должен быть проверен на наличие смазки в подшипниках.

В процессе эксплуатации вентилятор должен быть немедленно остановлен в случае появления стуков, ударов в вентиляторе или двигателе, превышения допустимой температуры узлов вентилятора и двигателя.
На электровозе 2ЭС6 установлены пускотормозные резисторы, которые служат для поглощения электроэнергии при пуске электровоза, а также энергии, вырабатываемой тяговыми двигателями в генераторном режиме при реостатном торможении. Резисторы во время работы нуждаются в принудительном охлаждении. Воздух, используемый для охлаждения резисторов, не требует очистки. Чтобы предотвратить попадание влаги и снега в вентилятор при неработающих резисторах, на боковых поверхностях каркаса модуля пускотормозных резисторов (рис. 17) установлены жалюзи.
Жалюзи снабжены пневматическим приводом. Также предусмотрен ручной привод, позволяющий открыть или закрыть жалюзи при отказе пневматического привода. Для удаления влаги, попадающей в корпус модуля, предусмотрены дренажные отверстия, а листы днища расположены под углом к стене кузова. Влага, попадающая внутрь модуля, способствует его очистке от загрязнений, вносимых неочищенным воздухом.

Каждый модуль содержит блок резисторов 2, представляющий собой комплект из нескольких соединенных резисторов ленточного типа на основе фехралевой ленты. Для охлаждения резисторов установлен осевой вентилятор 1 с коллекторным электродвигателем, который находится в одной электрической цепи с резисторами, благодаря чему осуществляется регулирование скорости вращения вентилятора в зависимости от нагрузки на резисторах. Распределение и регулирование потоков воздуха осуществляется диффузором, внутри которого находятся лопасти, позволяющие корректировать поток и распределение воздуха. На входе в вентилятор установлен датчик потока воздуха, который контролирует наличие потока воздуха при подаче питания на двигатель вентилятора.
Электродвигатель постоянного
тока последовательного возбуждения 4ПНЖ200МАУХЛ2 (рис. 18) предназначен для привода вентилятора обдува пускотормозных резисторов (ПТР). На электровозе 2ЭС6 двигатель является составной частью модуля ПТР, его технические характеристики приведены в табл. 7.
Двигатель 4ПНЖ200МАУХЛ2 состоит из магнитной системы, включающей остов 8, главные 11 и дополнительные 13 полюсы; якоря, включающего сердечник 12, обмотку якоря 14, коллектор 9; подшипниковые щиты б и 16 с подшипниками качения 2 и 19; траверсы 5 с установленными на ней щеткодержателями.
Магнитная система состоит из остова и расположенных на ней главных и дополнительных полюсов. Главные полюсы предназначены для создания основного магнитного потока в машине, который поступает через зазор в якорь, разветвляется в сердечнике якоря, подходит к соседним полюсам и замыкается через остов. Остов двигателя, являющийся одновременно магнитопроводом, выполнен сварным из стали.
Полюс состоит из сердечника 11 и катушек последовательного возбуждения 10. Полюсы крепятся к остову болтами. Сердечник главного полюса — шихтованный, набранный из штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Катушка последовательного возбуждения намотана из медной ленты сечением 1,56x25 мм2 плашмя.
Дополнительные полюсы предназначены для уменьшения искрения при коммутации. Они установлены между главными полюсами и закреплены на остове болтами. Дополнительный полюс также состоит из сердечника и катушки, которая намотана из провода ПСДКТ-Л сечением 4,5x7,1 мм2 плашмя. Катушки дополнительных полюсов соединяются последовательно между собой и с обмоткой якоря и питаются током якоря.

В корпусе двигателя установлены два подшипниковых щита с подшипниками качения, в которых вращается якорь. Подшипниковые щиты выполняют функцию звена, связывающего якорь с магнитной системой, и определяют положение оси двигателя. Сборка подшипникового щита с остовом осуществляется по принципу центрирующего посадочного замка, а именно — с помощью посадки центрирующего выступа внешнего кольца щита на посадочную поверхность остова. Соединение фиксируется болтами. Для пополнения смазки подшипниковых узлов установлены масленки 17.
Якорь состоит из вала 20, сердечника 12, обмотки 14, коллектора 9 и вентилятора 15. Вал якоря — стальной, свободный конец вала имеет конусность 1:10. Сердечник якоря 12 — шихтованный, набранный из листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм, спрессован на валу кольцом из стального проката. Обмотка якоря 14 — волновая, уложенная в прямоугольные пазы сердечника и закреплена в них изоляционными клиньями, лобовые части обмотки закреплены бандажами из стеклобандажной ленты класса F.


Коллектор 9 предназначен для преобразования тока и изготавливается из пластин трехвалентного оксида твердотянутой обожженной меди. Изоляционные прокладки выполняются из слюдопласта. Со стороны, противоположной коллектору, на валу установлен центробежный вентилятор 15, служащий для самовентиляции двигателя. Вентилятор выполнен литым из силуминового сплава. Вход и выход охлаждающего воздуха осуществляются через отверстия в остове, на которых установлены защитные шторки.
Траверса 5 состоит из основания с бракетами и установленными на них латунными щеткодержателями. Присоединение питающих проводов к двигателю должно производиться в соответствии с маркировкой выводных болтов и схемой электрических соединений.
Включение вентиляторов охлаждения тяговых двигателей осуществляется тумблером «Вентиляторы» на пульте управления, имеющим два положения — «Вкл.» и «Откл.». При переводе тумблера «Вентиляторы» в положение «Вкл.» и наличии сигнала о включении преобразователя собственных нужд (ПСН) преобразователи частоты (ПЧ) ПСН для двигателей М14, М15 вентиляторов охлаждения задают требуемую частоту тока в диапазоне от 12 до 50 Гц летом (с 7 апреля по 20 октября) и от 25 до 50 Гц зимой (с 21 октября по б апреля).
Работой трехфазных асинхронных электродвигателей М14 и М15 управляет микропроцессорная система управления и диагностики (МПСУиД). Требуемая частота тока определяется в зависимости от максимального тока якоря или возбуждения тяговых двигателей (в зависимости от того, какой из них больше). Это обеспечивается регулированием частоты питающего тока преобразователей ПСН. При работе тяговых двигателей в режиме независимого возбуждения и токах возбуждения больше 600 А на период пуска компрессорного агрегата (в течение 25 с от момента запуска компрессора) максимальное значение частоты тока вентиляторов ограничивается значением 25 Гц. При переводе тумблера «Вентиляторы» в положение «Откл.» частота тока задается равной нулю.


При следовании электровоза на реостатных позициях управления в режимах тяги и реостатного торможения осуществляется принудительное охлаждение пускотормозных резисторов вентиляторами. Электродвигатели постоянного тока последовательного возбуждения М11 и М12 вентиляторов охлаждения ПТР включены в цепь самих пускотормозных резисторов R3 и R4 (рис. 19). Двигатели М11 и М12 получают питание от напряжения с части пускового резистора при протекании тока якоря тягового двигателя. Управление срабатыванием контакторов для подключения двигателей вентиляторов осуществляет МПСУиД по двум вариантам:

• вариант 1 — включены контакторы К7 и К8, выполняется подсоединение к полностью введенным резисторам R3 и R4;
• вариант 2 — включены контакторы К5 и Кб, осуществляется подсоединение к цепям, обходящим резисторы R3 и R4.

Переключение двигателей вентиляторов со схемы по варианту 1 на схему по варианту 2 выполняется с задержкой не более 2 с, а со схемы по варианту 2 на схему по варианту 1 — без задержки. В тестовом режиме (при отсутствии напряжения контактной сети) на позиции 1 тягового привода включаются контакторы К7 и К8, а на позициях 2 и выше — К5 и Кб. При токах более 300 А в цепях двигателей вентиляторов микропроцессорная система управления МПСУиД вырабатывает сигнал аварийного режима и выдает информацию на монитор. На ходовых позициях 23,44,65 управления ТЭД контакторы КЗ и К4 шунтируют пускотормозные резисторы R3 и R4 и цепи питания двигателей М11, М12.

__________________
Телеграм-канал ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИК