Компрессорная установка
КОМПРЕССОРНАЯ УСТАНОВКА предназначена для получения сжатого воздуха, необходимого для приведения в действие тормозов и пневматического оборудования тягового подвижного состава (локомотива и поезда).
Состав
В установку входит компрессор, главные резервуары (емкости сжатого воздуха), регулятор давления, предохранительные и обратный клапаны, воздушные всасывающие фильтры, масловлагоотделители, а также система осушения сжатого воздуха. На ж.-д. транспорте применяются в основном поршневые компрессоры с воздушным охлаждением производительностью от 0,6 до 6,0 м3/мин с избыточным давлением нагнетания от 0,65 до 0,9 МПа и частотой вращения вала компрессора до 1450 об/мин с приводом от электродвигателя или дизеля. Рабочие цилиндры компрессоров располагаются горизонтально (на электропоездах), вертикально (на дизель-поездах), V- и W-образно (на электровозах и тепловозах). Основным изготовителем и поставщиком компрессоров для ж.-д. транспорта Российских ж. д. является ОАО «Транспневматика» (г. Первомайск Нижегородской обл.). Показатели поршневых компрессоров для тягового подвижного состава регламентированы ГОСТ 10393.
Выбор компрессорной установки по производительности для каждого вида тягового подвижного состава определяется расходом сжатого воздуха на тормозные и служебные нужды (до 1,2 м3/мин) и утечкой воздуха вследствие неплотности воздушной магистрали (до 1,8 м3/мин), в зависимости от типа и длины поезда, а также периодичности включения компрессора, которая равна отношению продолжительности работы компрессора при включенном состоянии к полному циклу его работы и должна находиться в пределах 25-35 %, но не более 50 %. При этом продолжительность включения по условиям надежной смазки должна быть не менее 30 с. В условиях эксплуатации производительность компрессора с достаточной точностью определяется по формуле:
где Vгр — объем главных резервуаров, влагомаслоотделителей и трубопроводов, куда нагнетается воздух при включенном компрессоре с отключенной тормозной магистралью, м3; τпов — время повышения давления в главном резервуаре (по манометру на пульте управления) с 0,7 до 0,8 МПа; τсн — время (в с) снижения давления в главном резервуаре с 0,8 до 0,7 МПа при отключенном компрессоре.
Темпиратурный режим в компрессоре
Конечная температура сжатого воздуха на выходе из компрессора должна быть не менее, чем на 20-30 °С ниже температуры вспышки применяемого компрессорного масла. Поэтому компрессоры с производительностью до 0,6 м3/мин и давлением нагнетания до 0,8 МПа выполняются с одной ступенью сжатия. Компрессоры с большой производительностью и высоким давлением нагнетания выполняются с двумя ступенями сжатия и межступенчатым холодильником, что позволяет получить температуру сжатого воздуха на выходе из компрессора при нормальных условиях (То = 20 °С) не выше 190 "С. При этом удельная потребляемая компрессором мощность на сжатие 1 м3 в мин до 0,9 МПа должна быть не более 8,3 кВт, а удельный расход энергии — не более 140 кВт-ч на 1000 м3.
Температура масла в картере не должна превышать 85 °С. При установившемся тепловом режиме температура масла в картере на 30-40 °С выше температуры окружающего воздуха, что при длительных отстоях тягового подвижного состава в зимнее время на трак-ционных путях депо вызывает необходимость кратковременного включения компрессоров с продолжительностью включения 10-15 % (путем создания искусственной утечки из главных резервуаров) в целях обеспечения нормальной смазки компрессора и готовности его к эксплуатации.
В компрессорах производительностью до 1 м3/мин и давлением нагнетания до 0,8 МПа смазка трущихся деталей барботажная,- осуществляемая саморазбрызгиванием; в компрессорах с большими значениями производительности и давления нагнетания смазка подается масляным насосом под давлением 0,15-0,35 МПа.
Для смазки узлов компрессора применяются специальные сезонные компрессорные масла с определенной температурой вспышки: летние (до 270 °С), зимние (до 180 °С), имеющие соответственно температуру застывания до −15 и −50 °С и вязкость 18-22 и 8-10 сСт (мм2/с). Смена масла производится при ухудшении его качества по браковочным параметрам во время текущих ремонтов, а также при межсезонных перезаправках. Удельный расход масла компрессорами не должен превышать 0,2 г на 1 м3 поданного компрессором воздуха, приведенного к условиям всасывания.
Работа компрессора
Компрессор нагнетает сжатый воздух в 2-4 последовательно соединенных главных резервуара общей емкостью от 340 до 2500 л в зависимости от вида подвижного состава (для одной секции локомотива мощностью до 5000 кВт объем резервуаров составляет обычно 1000 л), которые являются аккумуляторами сжатого воздуха. Такой запас обеспечивает отпуск и зарядку тормозов (при штатном отключении компрессора); охлаждение сжатого воздуха до температуры не менее, чем на 30-40 °С в первом резервуаре и на 3-5 °С в последнем выше температуры окружающего воздуха, что позволяет сконденсировать до 65 % содержащихся в сжатом воздухе водяных паров: летом до 300 г/ч, зимой до 20 г/ч на 1 м3/мин производительности компрессора; сбор и удаление конденсата, а также включение компрессора с частотой не более 30 в час. Для интенсификации процесса конденсации водяных паров резервуары должны иметь хорошее охлаждение, для чего их устанавливают под кузовом или на крыше локомотива, защищают от прямых солнечных лучей. Для уменьшения попадания водяных паров в резервуары и воздушные магистрали на выходе из компрессора устанавливают холодильник с автоматическим сбросом конденсата.
Поддержание давления в резервуарах в установленном диапазоне 0,65-0,8 МПа в электро- и дизель-поездах и 0,75-0,9 МПа в электровозах и тепловозах осуществляется автоматически одним регулятором давления: выключением и включением компрессора (при электрическом приводе) или переводом компрессора с рабочего режима на холостой и обратно при неотключаемом приводе (например, с приводом от вала дизеля на тепловозе или дизель-поезде) соответственно при максимальном и минимальном значениях рабочих давлений в главных резервуарах. Превышение давлений в межступенчатом холодильнике компрессорной установки и в резервуарах выше максимальных рабочих давлений предотвращается предохранительными клапанами, отрегулированными на срабатывание при давлении на 0,1 МПа большем максимальных рабочих давлений. Для предотвращения движения потока сжатого воздуха из резервуаров в компрессор при его отключении, а также для установки при необходимости разгрузочного устройства, облегчающего запуск компрессора без противодавления, в нагнетательном трубопроводе между компрессором и резервуарами установлен обратный клапан.
Компрессорные установки на ж.-д. подвижном составе работают в условиях большой запыленности. Очистка всасываемого компрессором воздуха осуществляется фильтрами различной конструкции. Распространение получили фильтры-глушители с фильтрующими элементами типа «Реготмас», обеспечивающие необходимую фильтрацию воздуха (пропуск частиц пыли диаметром не более 30 мкм) с начальным сопротивлением не более 70 мм вод. ст. и достаточно большим сроком службы (более 1 года) до предельно допустимого по загрязненности сопротивления 250—300 мм вод. ст. Для восстановления фильтрующей способности элементы продуваются сухим сжатым воздухом.
Для сбора и удаления конденсата из воздушной магистрали в нагнетательном трубопроводе перед резервуарами и в питательной магистрали перед концевыми кранами и кранами машиниста устанавливаются двухкамерные влагомаслоотделители емкостью 6 л, верхняя камера которых заполнена латунными кольцами, а нижняя сообщена с накопительной емкостью объемом 2 л.
В зимнее время замерзший в резервуарах конденсат удаляется после их прогрева (изнутри) поступающим из деповской воздушной магистрали горячим сжатым воздухом температурой 70-80 °С, подогретым в калорифере мощностью 10-15 кВт. В целях более эффективной осушки сжатого воздуха возможно использование одно- и двухадсорберных установок осушения сжатого воздуха (ОСВ), которые размещают на участке трубопровода между компрессором и резервуарами. В качестве адсорбента влаги использован силикагель. В одноадсорберной установке осушение воздуха происходит во время работы компрессора, регенерация адсорбента (восстановление его поглащающих влагу свойств) -во время отключения компрессора осушенным воздухом из резервуаров или дополнительной емкости. В двухадсорберной установке циклы осушки и регенерации осуществляются в установленном режиме по сигналу реле времени независимо от режима работы компрессора. При работе компрессора с продолжительностью включения не более 40 % и расходе воздуха на регенерацию адсорбента до 15 % от производительности компрессора температура точки росы (момент конденсации водяных паров) выходящего из адсорбера сжатого воздуха на 3-5 °С ниже температуры окружающего воздуха.
Это позволяет получить достаточно сухой воздух и исключить образование конденсата в резервуаре и пневмосистеме. Недостатком ОСВ является низкая прочность силикагеля, его разрушение и попадание под клапан продувки адсорбера, в связи с чем увеличивается расход воздуха из резервуара установки ОСВ. Распространения на тяговом подвижном составе не получили.