4.1.1. От каких факторов зависит подача компрессоров локомотивов и как ее проверяют?

Подача компрессора — это количество атмосферного воздуха в литрах или в метрах кубических, поданных компрессором в напорную магистраль в единицу времени (в минутах или часах). Подача компрессора, м3/мин, зависит от ряда факторов, взаимосвязь которых выражается следующей формулой:

Коэффициент подачи отражает влияние некоторых конструктивных особенностей поршневого компрессора и термодинамических параметров воздуха, участвующего в рабочем процессе, на подачу компрессора. К этим особенностям относятся: наличие объема в зазоре между поршнями и крышкой цилиндра и клапанными каналами; снижение давления всасываемого воздуха вследствие сопротивления всасывающего трубопровода, фильтра и клапанов; подогрев всасываемого воздуха из-за теплообмена с нагретыми стенками трубопровода, цилиндра и поршня; утечки сжимаемого воздуха через неплотно прилегающие клапаны, зазоры между цилиндрами, поршнем и поршневыми кольцами. Для хорошо выполненных и правильно эксплуатируемых компрессоров коэффициент подачи равен 0,85—0,90. Подача каждого компрессора, м³/мин, в эксплуатации с достаточной точностью может быть определена по формуле

где V_p —объем главных резервуаров, сборников и трубопроводов локомотива, куда нагнетается воздух при включенном компрессоре, м³;
т — время повышения давления в главных резервуарах (по манометру на пульте управления) с 7,0 до 8,0 кгс/см², с Это время должно быть не более указанного в правилах ремонта и испытаний компрессоров.

4.1.2. Для какой цели на двухсекционных локомотивах, а также на локомотивах, работающих по системе многих единиц, ставят блокировку работы компрессоров?

На двухсекционных локомотивах и на локомотивах, работающих по системе многих единиц, а также на электропоездах сжатый воздух нагнетается в главные резервуары несколькими одновременно работающими компрессорами. Все они должны работать в заданном режиме давлений. Так, на электровозе включение компрессоров происходит при давлении в главных резервуарах 7,5 кгс/см², а выключение при 9 кгс/см².

Если каждый компрессор на локомотиве, работающем по системе многих единиц, будет оборудован собственным регулятором давления, то включаться и работать будет тот компрессор, у которого регулятор раньше отреагирует на изменение давления в главных резервуарах. Повышение давления в резервуарах исключает действие регуляторов давления и соответственно включение других компрессоров. В этих условиях один включенный компрессор будет длительно работать в недопустимом тепловом режиме.

Испытания показали, что даже точно настроенные на одно значение давления регуляторы срабатывают при разных давлениях из-за различной чувствительности, упругости пружин, диафрагм, длины и конфигурации воздухопроводов и ряда других причин. Поэтому на локомотивах, работающих по системе многих единиц, осуществляется блокировка (синхронизация) работы компрессоров.

4.1.3. Почему в компрессорах локомотивов применяют специальные масла и какие их марки?

Компрессорные масла обеспечивают уменьшение износа трущихся поверхностей и их охлаждение, а также снижают трение и повышают уплотняющие способности поршневых колец. Определяющими параметрами для выбора марки масла являются температура и давление нагнетаемого компрессором воздуха в рабочей полости цилиндра, а также температура окружающего воздуха.

Таблица 9

Наименование показателей	Марка компрессорного масла и норма
	К12	К19	КС19
Вязкость кинематическая при температуре 100°C, сСт	11 — 14	17—21	18 20
Температура вспышки в открытом тигле, °C, не ниже	216	245	270
Стабильность против окисления (осадок после окисления), % не более	0.3	0,02
Зольность, %, не более	0,015	0,01	—
Содержание механических примесей, %, не более	0,007	0,007
Температура застывания, °C, не выше	25	—5	-15

Компрессоры локомотивов работают в напряженном тепловом режиме. Температура воздуха, сжимаемого до давления 9 кгс/см², в клапанной коробке электровозного компрессора достигает зимой 150 170 °C и летом 180 – 210 °C. На тепловозах, где температура около компрессоров не бывает ниже 20 °C, сжатый воздух нагревается до 170—200°C, а на дорогах Средней Азии, когда температура рядом с компрессором достигает летом 50—70 °C, сжатый воздух нагревается до 230 °C.

При высоких температурах и давлениях сжатого воздуха масло должно сохранять необходимую вязкость и аптиокисли-тельную способность. Вязкость обусловливает смазывающие свойства масла и его способность уплотнять зазоры между поршневыми кольцами и стенками цилиндра, а антиокислительная способность — динамику нагарообразования на поршневых кольцах, клапанах и в трубопроводе.

Нагар, представляющий собой продукты окисления масла — асфальтены и карбиды, обладает способностью к воспламенению. Скопление нагара на клапанах становится причиной повышения температуры сжимаемого воздуха и прогрессирующего нагарообразования. Содержащиеся в нагаре растворы кислот вызывают коррозию цилиндров, клапанов и трубопроводов, а карбиды, представляющие собой частицы с высокой твердостью, способствуют повышенному износу деталей. Поэтому к маслам, применяемым для смазки компрессоров, предъявляются особые требования: температура вспышки должна быть на 20—40 °C выше конечной температуры сжатого воздуха, отсутствие в составе кислот, воды, и посторонних примесей, а также способность обеспечивать нормальный запуск компрессоров при низких температурах. Этим требованиям удовлетворяют компрессорные масла марок К 12 (зимние) и К19, КС19 (летние), основные показатели которых приведены в табл. 9.

Как следует из табл. 9, для компрессоров рекомендуются сезонные компрессорные масла марки К12 в зимнее время и марки К19 или КС19 — в летнее.

При температуре воздуха ниже минус 25 °C упомянутые компрессорные масла непригодны (из-за возможных затруднений запуска компрессора). Поэтому при более низких температурах можно применять в порядке исключения масло марки АСЗп-10 (до температуры минус 40 °C), а также смесей 80% масла марки К12 и 20% трансформаторного масла (до температуры минус 30 °C) или 60% масла марки К12 и 40% кремнийорганической жидкости ПЭС-5 (до температуры минус 40°C). Смешение компрессорных масел с другими маслами недопустимо в связи с резким ухудшением их физико-химических свойств.

4.1.4. Где устанавливают предохранительные клапаны в компрессорных установках на локомотивах, какие причины срабатывания клапанов и каковы пределы их регулирования?

Предохранительные клапаны устанавливают на нагнетательном трубопроводе между компрессором и главным резервуаром, а также на междуступенчатом холодильнике компрессора. Первые клапаны предназначены для предохранения главных резервуаров локомотива от превышения в них допустимого давления и срабатывают при неправильной регулировке, закупорке льдом нагнетательного трубопровода или патрубка к регулятору давления, отказе регулятора давления.

Клапаны на холодильнике предотвращают повышение давления сжатия в цилиндре первой ступени. Причина их срабатывания — выход из строя второй ступени сжатия из-за поломки или пропуска всасывающих или нагнетательных клапанов. Клапаны должны срабатывать при превышении давления в главных резервуарах и междуступенчатом холодильнике выше допустимого на 1 кгс/см².

На давление срабатывания клапана, установленного на нагнетательном трубопроводе, влияет ряд факторов. С повышением подачи компрессора (рис. 16), например, при переводе ручки контроллера на тепловозе увеличивается пульсация потока сжатого воздуха и разность его давлений под клапаном и в главном резервуаре. При подаче Q = 5,3 м³/мин эта разность достигает 2 кгс/см².

Чем ближе установлен клапан к компрессору, тем больше разность давлений под клапаном и в главном резервуаре (рис. 17). Для клапанов, установленных на расстоянии /пк= 1 4-2 м от компрессора, это значение составляет 0,6 — 1 кгс/см² в зависимости от подачи компрессора.

Разность давления в месте установки клапана и в резервуаре может составлять от 2 до 4 кгс/см². Это является одной из причин неудовлетворительной работы клапанов (максимальное усилие сжатия пружины рассчитано на 10 кгс/см²) и их отказа. Для повышения надежности предохранительных клапанов на Первомайском заводе Минтрансмаша начато производство новых клапанов с усилием нажатия пружины, рассчитанным на 12 кгс/см².

Если при включении и работе компрессора срабатывает предохранительный клапан на междуступенчатом холодильнике, что свидетельствует о неисправности или отказе клапана второй ступени, компрессор следует отключить. При неисправном всасывающем клапане второй ступени всасываемый компрессором воздух сжимается до максимального рабочего давления 9 кгс/см² в одной первой ступени, что может привести к перегреву компрессора и его отказу.

4.1.5. Почему в локомотивных компрессорах применяется двухступенчатый процесс сжатия воздуха, для чего между цилиндрами низкого и высокого давления устанавливают холодильник?

В локомотивных компрессорах конечное давление сжатия равно 9 кгс/см². Реализация такого давления одной ступенью сжатия в компрессорах с подачей более 1 м³/мин может стать причиной значительного возрастания температуры нагнетаемого воздуха. Так, при температуре всасывания воздуха Т = 20°С (293 К) и отношении конечного и начального абсолютных давлений в рабочей полости одноступенчатого компрессора р₂/p_t = 10 температура воздуха в конце нагнетания по адиабатической характеристике (с показателем сжатия К= 1,4) будет

Высокая температура весьма отрицательно сказывается на работе нагнетательных клапанов. Кроме того, уменьшается подача компрессора из-за заполнения расширившимся из «мертвого» пространства воздухом большого объема рабочей полости цилиндра.

В одноступенчатом компрессоре конечное давление, действуя на поршень большего диаметра, создает значительную противодействующую силу. Высокая температура вызывает разложение масла, нагарообразование и повышенный износ трущихся поверхностей. Возникает также опасность воспламенения нагара на клапанных пластинах и в трубопроводе. Вот почему для снижения конечной температуры сжатие делят на две ступени таким образом, чтобы конечные температуры воздуха в каждой ступени не превышали допустимых значений температуры вспышки компрессорного масла.

Двухступенчатое сжатие представляет собой совокупность одноступенчатых, а работа в нем равна сумме работ в одноступенчатых циклах с промежуточным охлаждением воздуха. Идеальным процессом сжатия является сжатие по изотерме, т. е. с полным отводом тепла от сжимаемого воздуха. Однако такой процесс осуществить невозможно. Реальные процессы сжатия происходят по политропе с показателем сжатия п— 1,34÷ 1,4.

Диаграмма двухступенчатого сжатия в координатах р—V изображена на рис. 18. В первой ступени воздух с давлением р₀ сжимается по политропе 1—2 до давления р₁. Затем воздух направляется в междуступенчатый холодильник, где он охлаждается при постоянном давлении до температуры, близкой к первоначальной при р₀.

Вследствие охлаждения объем воздуха уменьшается на величину 2—3 и точка начала сжатия во второй ступени начнется с исходной изотермы 1—3 и будет происходить по политропе 3—4 до конечного давления р₂. Одноступенчатый процесс сжатия воздуха до давления р₂ проходил бы по политропе 1—2—5. Экономия работы от перехода с одноступенчатого сжатия на двухступенчатое определяется заштрихованной площадью 2—3—4—5 Необходимо, чтобы температуры воздуха в конце процесса сжатия были одинаковыми в каждой ступени, что достигается равенством отношений давлений по ступеням. Это благоприятно сказывается и на потребляемой компрессором мощности, и на его подаче, так как с увеличением ступеней сжатия отношение давлений в каждой из них снижается. Улучшаются, кроме того, условия для наполнения цилиндра свежим воздухом за счет уменьшения давления, остающегося в «мертвом» пространстве воздуха.

Для локомотивных компрессоров с конечным абсолютным давлением 10 кгс/см² приняты две ступени сжатия с отношением давления в каждой ступени 3,3. При таком отношении давлений температура сжатого воздуха в первой и второй ступенях при наличии междуступенчатого холодильника находится в пределах допустимых значений 180—200 °C. Это обеспечивает нормальный тепловой режим работы компрессора, а отсюда и условия надежной его работы.

4.1.6. Какие существуют сроки проверки и испытания главных резервуаров, тормозных цилиндров, предохранительных клапанов, манометров и соединительных рукавов на локомотивах?

Все проверки и испытания тормозных приборов и арматуры приурочивают к очередным текущим и капитальным ремонтам локомотивов в депо и на заводах. Главные резервуары подвергают наружному осмотру не реже одного раза в 2 года, а с гидравлическим испытанием и снятием с подвижного состава — не реже одного раза в 4 года.

При выполнении текущих ремонтов проверяют плотность тормозных цилиндров. Они подлежат обязательному вскрытию не реже одного раза в 8 месяцев с маркировкой депо и даты на корпусе цилиндра, а также независимо от срока в случаях выявления повышенной утечки сжатого воздуха. Осмотр и регулировку предохранительных клапанов производят не реже одного раза в 3 месяца, а также при поступлении локомотива на текущий ремонт ТР-3.

Воздушные тормозные манометры подвергают периодическим проверкам через 6 месяцев (досрочно при сомнениях в правильности их показания), а через 1 год с их разборкой, ремонтом и пломбированием. Соединительные рукава испытывают на прочность и герметичность на текущих ремонтах ТР-2, ТР-3, а после эксплуатации более пяти лет заменяют новыми.