Виды охлаждения силовых трансформаторов

Охлаждение трансформатора может быть естественным либо принудительным. В первом случае речь идет о циркуляции воздуха или масла под действием собственного веса, тогда как во втором для создания потока используются вентиляторы или насосы. Наибольший интерес представляет классификация, по которой выделяют следующие способы охлаждения силовых трансформаторов.

Используется наиболее часто ввиду долгой эксплуатации и низкой стоимости. Тепловая энергия, выделяемая трансформатором, поглощается специальным маслом. Оно циркулирует в системе естественным образом, постепенно отдавая тепло в окружающий воздух, нагревая поверхность баков. В установках большой мощности теплоотдающие покрытия трансформатора специально изготавливаются с ребристой структурой для увеличения площади теплообмена. Для этой же цели некоторые модификации комплектуются навесными либо выносными радиаторами охлаждения.

Системы типа «М» эксплуатируются в трансформаторах мощностью до 16 МВА. Максимальная температура масла не превышает +95°С, все что выше, приводит к срабатыванию защиты. Кроме дешевизны и долгого срока эксплуатации этот тип охлаждения отличается простым обслуживанием — нужно только контролировать нагрев масла и своевременно восполнять его запасы.

Стоит обратить внимание и на систему «МВ», которая отличается от «М» тем, что вместо естественного воздушного обдува используется принудительное водяное охлаждение.

Требования

Разговоры о необходимости нового промышленного тепловоза ведутся с 2016г., а в феврале 2019 г. ассоциация “Промжелдортранс” сформулировала требования к перспективному локомотиву промышленного назначения.

Эксперты “Промжелдортанса” считают, что промышленный тепловоз должен обладать низкой стоимостью владения (быть экономичным с точки зрения потребления топлива и расходных материалов, дешевым в техническом обслуживании и ремонте). Он должен сохранять работоспособность при отказе половины бортового оборудования и быть пригодным для ремонта без вывода из эксплуатации. Современный промышленный тепловоз должен уметь работать по системе многих единиц (когда несколько локомотивов управляются с пульта головного локомотива). Отдельно отмечается необходимость бортовой системы диагностики, которая будет выявлять проблемы в работе тепловоза и уведомлять о необходимости упреждающего ремонта.

Требования противоречивые и создать одну модель, которая их всем удовлетворит, невозможно. Поэтому инженеры СТМ пошли по пути создания унифицированной платформы, которая позволит конфигурировать тепловоз под потребности клиента.

Основные характеристики

Пассажирский тепловоз ТЭП70 имеет следующие технические характеристики:

• тип — пассажирский;
• осевая формула — 30-30;
• скорость — 160 км/ч;
• запас по топливу — 6т;
• запас песка — 0,8т;
• служебная масса — 129 т;
• самый малый радиус проходимых кривых — 125 м;
• нагрузка на рельсы (осевая) — 21т;
• вид передачи — электрическая. Ток — переменный-постоянный.

По осям автосцепки тепловоз имеет длину 2047 см. Максимальная ширина по выступающим элементам — 318,6 см. Наибольшая высота от рельсовой головки — 508 см.

Источник: Uragan

Недостатки тепловоза

Как и в любой технике, этот локомотив тоже имел определённые конструктивные особенности, относящиеся к недостаткам. В качестве основной претензии называлась причина, по которой дизельные агрегаты этого тепловоза давали сбои в период работы при неполной или переменной нагрузке, соответственно, силовая установка в таких ситуациях останавливалась, что было чревато последствиями.

Вызывали нарекания и работа системы охлаждения. При наступлении момента перегрева, дизельная установка производила самопроизвольный выброс применяемой воды для охлаждения. В районах, где имелся дефицит водных ресурсов, это особенно было опасно, ибо возникала высокая пожарная опасность. Имелись проблемы с техническим обслуживанием. В связи с чем, стали заменять имеющийся дизель на более мощный силовой агрегат марки «Д49». Но в то время на железных дорогах Советского Союза уже стали появляться локомотивы с мощной силовой установкой в три тысячи лошадиных сил и более, поэтому данную замену дизелей на ТЭ3 отменили.

Не прижились такие тепловозы и на БАМе. Тогда-то и стали искать возможности создания мощных локомотивов. Железные дороги южных регионов тоже имели свои претензии к подобным тепловозам. Массовый вывод из эксплуатации и списание «ТЭ3» начался в восьмидесятые годы, двадцатого столетия.

Приволжская железная дорога избавилась от таких локомотивов только в 1995 году. Азербайджанская железная дорога эксплуатирует такие тепловозы по сей день.

На базе данного локомотива было выпущено несколько новых модификаций, но массового выпуска они не получили, построено было всего несколько малых партий в количестве считанных единиц.

Долгое время, вплоть до 2000 годов, на космодроме Байконур работал локомотив в модификации «ПТЭ3», доставляя ракеты на стартовый комплекс.

Системы охлаждения силовых установок тепловозов

Аппаратно-программный комплекс для диагностирования и управления теплотехническим состоянием ДГУ тепловозов

Аппаратно-программный комплекс представляет собой микропроцессорный комплекс, устанавливаемый на тепловозе с комплектом датчиков состояния дизель-генераторной установки и системой передачи данных в локальную компьютерную сеть депо. Комплекс предназначен для диагностирования дизель-генераторных установок (ДГУ) тепловозов серии ТЭМ2, ТЭМ18, ТЭ10, ТЭ116, ЧМЭ3, ТЭМ7 , ТГМ4, ТГМ6 и контроля за их теплотехническим состоянием.

• Преимущества
• Технические характеристики
• Условия эксплуатации
• Комплектность
• Функциональные возможности

Что Вы получите, сотрудничая с нами?

Экономия бюджета. Благодаря установке АПК Вы сможете сэкономить финансовые средства, так как будет исключена возможность несанкционированного слива (кражи) топлива, налажен мониторинг технического состояния узлов локомотива, мониторинг режимов эксплуатации и оперативное информирование машиниста для предотвращения нарушений, которые в итоге приводят к дополнительным расходам.

Диагностика и мониторинг технического состояния локомотива и режимов его эксплуатации. АПК отслеживает параметры работы и техническое состояние узлов локомотива, выдаёт рекомендации для определения причин неисправностей и их и оперативного устранения, наблюдает за режимами эксплуатации тепловоза, при вероятности их нарушений быстро информирует машиниста.

Контроль над несанкционированным сливом топлива. АПК позволит Вам контролировать количество дизельного топлива в баке и по объему, и по массе. Он даёт возможность определить наличие подтоварной воды в топливных баках (при кражах топлива с одновременным доливанием в бак воды). Благодаря программе «Kontrol» Вы будете получать оповещения при подозрении кражи топлива с координатами локомотива.

Эффективная организация процесса учёта и анализа топлива. АПК обеспечивает автоматический контроль прихода и расхода топлива при эксплуатации локомотива, в том числе использования горючего системами подогрева дизеля. Осуществляет автоматическую синхронизацию с пунктом экипировки (если в нём соответствующее оборудование). Формирует статистическую базу данных о расходе топлива на тягу поездов.

Мобильность и надёжность передачи данных. Регистрация и передача данных происходит от АПК одним из способов: 1) на заданный сервер (происходит в режиме реального времени по беспроводному каналу GPRS); 2) на SD-карту, установленную в блок обработки данных АПК. Информация с неё периодически считывается, а карта используется как резервный канал передачи данных.

Мониторинг работы парка тепловозов в режиме online. Отследить интересующие Вас данные по парку тепловозов и совокупности смен можно с помощью Web-приложения «Борт».

Возможность организации новой системы нормирования по фактическому расходу топлива.

• *продолжительность непрерывной работы — круглосуточно;
• *время установления рабочего режима после включения не более 1 часа;
• передачу данных измерений с помощью переносного модуля памяти для анализа на ЭВМ;
• объём энергонезависимой памяти переносного модуля не менее 128 Мб;
• время хранения информации на переносном модуле памяти в отсутствие внешнего питания не менее 100 часов;
• количество перезаписей в переносной модуль памяти не менее 100000;
• Установленный ресурс до технического обслуживания и проверки настроечных характеристик — 1 год.
• Средняя наработка на отказ — не менее 10000 часов;
• Средний срок службы — не менее 10 лет.

Габаритные размеры не более:

• *основные блоки (КБС, КБ, БИ) — 255x185x85 мм;
• *преобразователи сигналов (датчики состояния ДГУ) — 222x135x80 мм;
• *датчики уровня топлива — 125x80x1200 мм;
• *длина кабелей — от 200 до 11000 мм.
• Общая масса комплекса (без упаковки) не более 50 кг.

Таблица параметров, контролируемых комплексом:

Температура топлива, ºС

Текущая плотность, кг/м3

Параметры, контролируемые комплексом, можно проанализировать с помощью программы Kontrol в любой момент времени в виде графического изображения в процессе экипировки, рис.3. , в тяговом режиме, рис.4 с получением отчета.

По данным комплекса можно построить сравнительную диаграмму удельного расхода топлива (рис.7) для тепловозов, с целью определения возможной неисправности топливной аппаратуры или проанализировать загруженность тепловозов в процессе эксплуатации (рис.8).

Рис.7. Диаграмма удельного расхода топлива

Рис.8. Диаграмма загрузки локомотивов

В случаях отправки тепловоза, оборудованного комплексом , на средний или капитальный ремонт, комплекс временно демонтируется на время проведения ремонтов, а рабочие отверстия в топливном баке закрываются технологическими заглушками.

Аппаратура комплекса, установленная на тепловозе, позволяет взаимодействовать с другими штатными технологическими системами ДГУ. В свою очередь, отказ аппаратуры комплекса по каким-то причинам не влияет на работоспособность систем тепловоза. В случае возникновения неполадок со стороны комплекса, машинисту достаточно выключить тумблер питания на коммутаторе бортовой сети, установленном в распределительном щите тепловоза.

В процессе эксплуатации комплекс непрерывно обеспечивает определение объема и массы топлива в баке тепловоза, скорости тепловоза, частоты вращения коленвала дизеля, позиции контроллера машиниста, тока и напряжения тягового генератора, времени работы силовой установки и тепловоза на разных режимах, давления масла и топлива в магистралях дизеля. Для воспроизведения любого из указанных текущих параметров машинисту необходимо нажать кнопку управления на индикаторном блоке.

Положительным эффектом от внедрения на тепловозах комплекса для машинистов является возможность контролировать параметры:

• Основные технические параметры ДГУ (давление масла и топлива, температура контура охлаждения дизеля, частота вращения коленчатого вала дизеля и ротора турбокомпрессора). Это позволит машинисту оперативно оценить техническое состояние ДГУ в начале смены и в процессе рабочей смены.
• Мощность тягового генератора — позволяет машинисту зафиксировать объем работ, проделанных тяговым генератором за смену.
• Пробег тепловоза за смену, км.
• Удельный расход топлива за смену (кг/кВт ч).
• Наличие подтоварной воды в топливном баке с выдачей информации на блок индикации.
• Объем и массу топлива в баке, что позволяет:

• дублировать показания штатных уровнемеров (особенно в местах, недоступных визуальному наблюдению);
• вести учет расхода топлива тепловозом за смену работы машиниста;
• проводить баланс количества топлива, отпущенного на пункте экипировки, и топлива, залитого в бак;
• определять экономию или перерасход топлива за рабочую смену.

Контрольная эксплуатация парка тепловозов, оборудованных комплексом, позволила систематизировать статистическую базу данных, которая в свою очередь выявила положительный дополнительный эффект от внедрения комплекса:

• дублировать показания штатных уровнемеров (особенно в местах, недоступных визуальному наблюдению);
• восстановление бортовых систем контроля ДГУ тепловоза, в части замены неисправных датчиков давления масла, топлива, температуры контура охлаждения и тахометров, позволило улучшить контроль технического состояния;
• оснащение турбокомпрессора датчиком контроля частоты вращения ротора позволило оценивать техническое состояние турбины (для ЧМЭ 3);
• измерение объема топлива в баке тепловоза позволило машинисту в любое время, независимо от состояния мерных стекол, измерять объем топлива, не покидая кабины машиниста;
• возможность измерения веса (массы) топлива в килограммах;
• возможность посменного контроля данных по работе, проделанной тяговым генератором, пройденному тепловозом пути и расходу топлива.

Температура окружающего воздуха, °С:

Важными проблемами при эксплуатации тепловозов являются правильность анализа параметров работы и технического состояния дизель-генераторной установки, корректность учета топлива в баках подвижного состава и обеспечение контроля над несанкционированным его сливом. С помощью аппаратно-программного комплекса вы сможете их решить. Данный АПК представляет собой микропроцессорный комплекс, в состав которого входит комплект модулей и датчиков, контролирующих количество топлива в баке, измеряющих параметры ДГУ тепловоза, определяющих позицию контроллера машиниста, скорость перемещения и координаты локомотива.

Комплекс обеспечивает:

• непрерывный контроль технического состояния ДГУ;
• учет расхода топлива, экипировки и определения случаев его несанкционированного слива;
• создание статистической базы для формирования системы объективной информации о расходе топлива на тягу поездов для конкретной подвижной единицы с учетом условий эксплуатации;
• создание условий для организации новой системы нормирования по фактическому расходу топливных ресурсов, исходя из условий эксплуатации, технического состояния и вида маневровой работы тепловозного парка;
• отображение на встроенном индикаторном табло измеряемых параметров;
• запись параметров в масштабе времени в энергонезависимое устройство памяти (карточку состояния локомотива или личную карточку машиниста) для их передачи на сервер в базу данных или по радиоканалу на базовую станцию с дальнейшей их передачей на тот же сервер;

Аппаратно-программный комплекс разработан и производится в соответствии с ГОСТ Р15.201-2000 “Система разработки и постановки продукции на производство. Продукция производственно-технического назначения. Порядок разработки и постановки продукции на производство”.

Содержание

 — 3100 кВт (4216 л.с.)
• Конструкционная скорость — 160 км/ч
• Служебная масса — не более 135 т  — 3-3  — электрическая, переменно-постоянного тока, с поосным регулированием силы тяги  — электродинамический, электропневматический прямодействующий и ручной (стояночный)
• Касательная сила тяги — 167 кН (17 тс) колеса по кругу катания — 1050 мм
• Минимальный радиус проходимой кривой — 125 м
• Длина по осям автосцепки — 20350 мм
• Высота от головки рельса по каркасу крыши — 4580 мм
• Номинальная мощность, отдаваемая на энергоснабжение поезда — 600 кВт
• Предназначение — вождение пассажирских поездов в различных климатических условиях

Виды передач

Основной трудностью при попытках соединить вал дизеля напрямую с колёсными парами является разгон тепловоза и запуск дизеля. Делались попытки применить для этого сжатый воздух (то есть дизель при трогании с места работал как пневматический двигатель), однако запасов сжатого воздуха в баллонах не хватало для нормального разгона локомотива.

Механическая передача

Механическая передача включает фрикционную муфту и коробку передач с реверс-редуктором; она обладает малым весом и высоким КПД, однако при переключении передач неизбежно возникают рывки. На практике её используют на локомотивах малой мощности (мотовозах), дизель-поездах, дрезинах и автомотрисах.

Электрическая передача

Более эффективной передачей стала электрическая, при которой вал дизеля вращает якорь тягового генератора, питающего тяговые электродвигатели (ТЭД). В свою очередь вращательное движения якоря ТЭД передаётся колёсной паре с помощью осевого редуктора. Редуктор представляет собой соединённые зубчатые колёса, располагающиеся на якоре ТЭД и оси колёсной пары. В случае электропередачи поддерживается гиперболическая тяговая характеристика, когда увеличение сопротивления движения вызывает увеличение силы тяги, а уменьшение — ускорение локомотива. Электропередача позволяет соединять несколько секций тепловоза и управлять ими по системе многих единиц из одной кабины. Минусом её является большая масса и относительная дороговизна необходимого оборудования. В случае электропередачи возможно использование электродинамического торможения, суть которого заключается в использовании ТЭД в качестве генераторов, за счёт сопротивления вращению вала якоря которых осуществляющих торможение тепловоза (вырабатываемая электроэнергия гасится в тормозных резисторах). По сравнению с пневматическими тормозами электродинамическое торможение более эффективно, меньше износ тормозных колодок, снижается опасность юза колёсных пар.

Первоначально в тепловозах использовалась передача постоянного тока, однако в дальнейшем (в СССР это был конец 1960-х годов) передачу стали постепенно переводить на переменный ток. Первоначально на переменном токе стал работать генератор, после которого ток всё же выпрямлялся с помощью выпрямительной установки, далее поступая на ТЭД постоянного тока. В СССР первыми серийными тепловозами с передачей переменно-постоянного тока стали грузопассажирский экспортный ТЭ109, пассажирский ТЭП70 и грузовой 2ТЭ116.

Первый в мире тепловоз с асинхронными ТЭД переменного тока был построен компанией Brush Traction, а первым отечественным опытом использования асинхронных ТЭД стал опытный тепловоз ВМЭ1А. Особенностью использования асинхронных ТЭД является необходимость управления частотой их вращения для получения необходимой характеристики. В 1975 году в СССР на базе тепловоза ТЭ109 был построен опытный тепловоз ТЭ120 с электрической передачей переменного тока, где и генератор, и ТЭД использовали переменный ток. Электрической передачей переменного тока оснащён современный отечественный маневровый тепловоз ТЭМ21.

Использование генераторов и ТЭД переменного тока позволяет увеличить их мощность, а также снизить массу, повысить надёжность эксплуатации и упростить их обслуживание. Использование асинхронных тяговых двигателей, ставшее возможным после появления полупроводниковых тиристоров, значительно снижает возможность боксования тепловоза, что позволяет уменьшить массу локомотива, сохраняя его тяговые свойства. Даже в случае использования промежуточного выпрямительного блока применение генератора переменного тока и асинхронных ТЭД оказывается экономически оправданным. Передачи постоянного тока отличаются сравнительной простотой конструкции и продолжают использоваться на тепловозах мощностью до 2000 л. с.

Гидравлическая передача

В гидравлической передаче механическая энергия вала дизеля передаётся колёсной паре с помощью гидравлического оборудования (гидромуфт и гидротрансформаторов). В общем виде гидравлическое оборудование представляет собой комбинацию насосного колеса, связанного с валом двигателя, и турбинного колеса, соединённого с осью колёсной пары. Насосное и турбинное колесо находятся на небольшом расстоянии друг от друга, а промежуток между ними заполнен жидкостью (маслом), передающей энергию вращения насосного колеса турбинному. Регулировка передаваемого крутящего момента осуществляется изменением количества рабочей жидкости (масла) на лопатках насосного и турбинного колеса. Гидравлическая передача легче, чем электрическая, не требует расхода цветных металлов, но обладает меньшим КПД. В СССР применялась главным образом на маневровых тепловозах, а также на магистральных тепловозах малой мощности (ТГ102, ТГ16, ТГ22).

Делались также попытки создания тепловоза с воздушной и газовой передачей, однако они были признаны неуспешными.

Пульт машиниста маневрового тепловоза ЧМЭ3