Тяга поездов: Учебное пособие. Часть 1, страница 29

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 /,, 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 (см. рис. 3.2).

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 рг 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.

72

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, топливопода-ющей 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 нагарообразова-ние, 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. Напри­мер, тахометрическая система автоматического управления тепловозов ТЭЗ не обеспечивает устойчивого поддержания мощности дизель-гене­ратора при переменных нагрузках и колебаниях температуры воздуха. 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, напряженней 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

73

возбудителя   напряжение тягового генератора изменяется  на 5,5%v 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 регулирует мощность только на 15 позиции контроллера. Он не обес­печивает поддержания заданной мощности и силы тяги на промежуточ­ных позициях контроллера при изменении режимов, вспомогательных нагрузок, 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.