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.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.