Тягово-эксплуатационные испытания с динамометрическим вагоном, страница 3

Режимы работы на частичных характеристиках и в переходных про­цессах оказывают большое влияние на степень использования мощно­сти и экономичности тепловозов. Например, расход топлива на частич­ных характеристиках и переходных процессах составляет в совокуп­ности около 85% общего расхода.

Таким образом, нагрузки и режимы тяги неразрывно взаимосвяза­ны. Режим работы дизеля характеризуется нагрузкой, частотой враще­ния вала, параметрами теплового состояния и удельным расходом топ­лива. Нагрузку дизеля количественно оценивают крутящим моментом Ме или эквивалентным ему эффективным давлением ре.

Режим работы тяговой передачи оценивают током нагрузки Ir, и напряжением Ur тягового генератора, степенью ослабления возбужде­ния тяговых двигателей, к.п.д. передачи и скоростью движения тепловоза.

Учесть фактические нагрузки в эксплуатации, изменяющиеся под влиянием множества факторов, имеющих случайный характер возник­новения, не представляется возможным. Поэтому фактические нагруз­ки, а значит, и режимы работы тепловозов в эксплуатации могут су­щественно отличаться от расчетных. Чтобы не допустить возникнове­ния неисправностей локомотивов от перегрузок, параметры рабочих режимов дизеля не должны выходить за пределы ограничительной ха­рактеристики.

Режим максимальной нагрузки определяется установленными для каждого типа дизеля максимальными частотой вращения коленчатого вала и эффективной мощностью, устанавливается заводом-изготовите­лем и фиксируется пломбированием рейки топливного насоса на упоре. Зависимость мощности от частоты вращения коленчатого вала ди­зеля при наибольшей цикловой подаче топлива называется внеш­ней характеристикой, которая служит верхней ограничительной границей допускаемых режимов.

Максимальное давление газов рабочего цикла рr принимается в рас­четах механической напряженности деталей и также является ограни­чительным параметром.

Минимальная и максимальная частоты вращения вала являются предельными и устанавливаются заводом-изготовителем с учетом на­дежности воспламенения горючей смеси, устойчивости горения и воз­можности трогания с места поезда заданной массы.

Работа дизель-генератора в диапазоне допустимых нагрузок не гарантирует надежной работы в условиях эксплуатации потому, что пере­ходные режимы сопровождаются ухудшением состояния и рабочего процесса, а также рассогласованием параметров. Например, установ­лено, что износ гильз и поршневых колец возрастает в 3–5 раз по срав­нению с износом при работе в установившихся режимах. Рассогласо­вания возникают из-за различной приемистости дизеля, топливоподающей аппаратуры и турбонагнетателя. При увеличении нагрузки изме­нение давления наддува и коэффициента избытка воздуха отстает от цикловой подачи топлива вследствие инерционности турбонагнетате­ля. Нарушается также ранее установившийся процесс теплообмена между газовой смесью и стенками камеры сгорания. В результате топливо сгорает неполностью, возникают дымление и нагарообразование, повышается температура выпускных газов, возникает перегрузка дизеля по тепловой напряженности.

Таким образом, у тепловозных дизелей с наддувом перегрузки мо­гут произойти и при работе на частичных характеристиках в процессе резкого повышения нагрузки, особенно при разгоне поезда. Задержи­вание рукоятки контроллера на каждой позиции в течение 3 с хотя и увеличивает продолжительность переходных процессов, но улучшает качество рабочего процесса дизеля.

Смена режимов и атмосферных параметров в эксплуатации оказы­вает влияние также на работу электрических передач, что в свою оче­редь влияет на мощность, силу тяги и надежность тепловозов. Изменение температуры обмоток независимого возбуждения тягового генератора на 1 °С изменяет его мощность на 2–2,5 кВт. А так как тем­пература обмоток в эксплуатации может повышаться до 100 °С, то мощность генератора будет отклоняться от нормативной на 150 – 250 кВт.

При повышении температуры обмоток возбудителя снижаются ток возбуждения, напряжение и мощность тягового генератора, недоис­пользуется мощность дизеля. При низкой температуре обмоток возрас­тают ток возбуждения, напряжение и мощность генератора, снижается частота вращения и мощность дизеля. При изменении напряжения вспомогательного генератора на 1 В мощность тягового генератора из­меняется на 20 кВт. С повышением температуры обмоток добавочных полюсов возрастает размагничивающее действие дифференциальных обмоток возбудителя, снижается мощность генератора.

Расхождение температуры электрических машин в эксплуатации и при настройке достигает 20–30 °С, что вызывает снижение мощности генератора на 8–12 %, а касательной силы тяги расчетного режима – на 32–48 кН. В результате гистерезисных явлений в магнитной цепи возбудителя напряжение тягового генератора изменяется на 5,5 %, а мощность – на 100–180 кВт.

Для защиты от перегрузок и полного использования мощности ди­зеля при колебаниях нагрузки применяется узел автоматического ре­гулирования мощности (АРМ) дизель-генератора. Однако узел АРМ не обес­печивает поддержания заданной мощности и силы тяги при изменении параметров внешней среды и требует точной настройки. Работа узла АРМ на нижней части гистерезисной петли является при­чиной невысокой точности настройки.

Для ограничения тока генератора и полного использования силы тяги по сцеплению при трогании с места и разгоне поезда служит сис­тема автоматического регулирования пускового тока (APT). Однако ограниченный ток может иметь значительные колебания вследствие зависимости его от температуры обмоток тяговых электродвигателей и добавочных полюсов тягового генератора.

У тепловозов 2ТЭ10Л система регулирования возбуждения тягово­го генератора и возбудителя обеспечивает ограничение тока и напряже­ния тягового генератора и не допускает его перегрузки, переключает на тягу свободную мощность дизеля и таким образом обеспечивает пол­ное использование мощности дизеля при переменных нагрузках. У теп­ловозов серии 2ТЭ10Л (постройки 1968–1970 гг.), 2ТЭ10В и 2ТЭ10М благодаря замкнутой системе регулирования тягового генератора по току нагрузки на его мощность не оказывают влияния температура об­моток и гистерезис магнитной цепи, а напряжение не изменяется при боксовании, чем снижается склонность к боксованию.