Система вентиляции на электровозах. Система вентиляции и отопления на электропоездах.
Общие сведения о вентиляции электровозов
В процессе работы тяговых электрических двигателей (ТЭД), выпрямителей, трансформаторов, реакторов, индуктивных шунтов (ИШ), вспомогательных машин и другого оборудования выделяется тепло. Если это тепло не отводить, то мощность машин и аппаратов нельзя будет использовать полностью, так как они могут перегреться и выйти из строя. Поэтому их охлаждают, используя специальную принудительную вентиляцию. Также система вентиляции необходима для обеспечения требуемого избыточного давления в кузове локомотива с целью защиты от проникновения в него пыли и снега во время движения электровоза, для охлаждения воздуха в кузове в летнее время. Непрерывный поток охлаждающего воздуха создается центробежными вентиляторами.
Принцип работы вентилятора.
При вращении вентиляторного колеса (ротора), вентилятор засасывает воздух через входную воронку и подвижной патрубок и нагнетает его в каналы между лопатками колеса, откуда он под действием центробежных сил, возникающих от вращения колеса, перемещается в напорную камеру улитки, а затем по соответствующим каналам подается на охлаждаемое оборудование.
Вследствие непрерывного выбрасывания воздуха за пределы колеса вентилятора внутри него образуется разрежение и из атмосферы (снаружи кузова) засасываются новые порции воздуха. Засасываемый воздух проходит через жалюзи кузова, форкамеру, сетку приемного отверстия вентилятора к его лопастям, заполняя разреженное пространство. Форкамера изолирует вентиляционную систему от остального помещения кузова. Скорость воздуха, подающегося через жалюзи в форкамеру, резко снижается и взвешенные частицы снега, влаги и пыли осаждаются, т. е. в кузов поступает очищенный воздух.
Конструкция вентиляторов
Вентиляторы скомпонованы с приводными электродвигателями в блоки (Рис. 1, 2, 3). Каждый блок состоит из электродвигателя 9, спиральной стеклопластовой улитки 4, в которую помещено коническое сварное колесо 1, насаженное на вал электродвигателя, крышки 6, подвижного патрубка 11, входной воронки 10, перегородки 12, отделяющей пылесборную камеру, и каркаса 7.
Общие обозначения для рисунков 1, 2, 3: 1 - коническое сварное колесо; 2 - стопорная шайба; 3 - винт; 4 - спиральная стеклопластовая улитка; 5 - отверстие для контроля расстояния «а»; 6 - крышка; 7 - промежуточный каркас электродвигателя; 8 - амортизаторы; 9 - электродвигатель; 10 - подвижный направляющий патрубок; 11 - подвижный патрубок; 12 – перегородка.
Центробежные вентиляторы установлены на элементах каркаса кузова электровоза с использованием для электродвигателя промежуточного каркаса 7. В каждом блоке электродвигатели установлены на амортизаторы 8. Положение колеса на валу электродвигателя фиксирует болт 3, ввернутый в вал электродвигателя, а стопорная шайба 2 загнутыми краями на грань болта и лыску ступицы колеса исключает самоотвинчивание этого болта. На боковых стенках улитки имеются отверстия различных диаметров, оси которых совпадают с осью улитки. Через большее отверстие в улитку вводится колесо, после чего оно закрывается крышкой 6. Меньшее отверстие предназначено для закрепления в улитке подвижного направляющего патрубка 10. Конструкция крепления позволяет перемещать патрубок вдоль оси вентилятора для обеспечения необходимого зазора «б» между колесом и патрубком.
Размер «а» определяет положение колеса относительно улитки вдоль оси вентилятора, его контролируют штангенциркулем или специальным приспособлением через отверстия 5 в крышке 6. Кроме того, колесо должно быть установлено соосно с улиткой и с подвижным патрубком. Колесо считается соосным с улиткой, если стержень диаметром 4—5 мм, вставленный перпендикулярно к крышке поочередно во все отверстия 5, для вентилятора не упирается в колесо.
Несоосность колеса и подвижного патрубка у всех вентиляторов контролируют визуально по смещению входного отверстия на колесе относительно внутренней цилиндрической поверхности патрубка.
Собранное колесо подвергают статической балансировке. После установки колеса на вал электродвигателя производят динамическую балансировку колеса совместно с ротором электродвигателя.
Особенностью блока центробежных вентиляторов ЦВП64-14 № 6,7 (Рис. 3) является использование обоих концов вала электродвигателя для привода двух противоположных по направлению вращения вентиляторов, установленных на общем для электродвигателя и вентиляторов каркасе 7.
Система вентиляции
Система вентиляции предусматривает два режима: летний и зимний. В летнем режиме эксплуатации система вентиляции обеспечивает полный номинальный расход воздуха на охлаждение и выброс воздуха в кузов, необходимый для создания противодавления в кузове. В зимнем режиме эксплуатации, кроме выброса в кузов из воздуховодов, подающих воздух на охлаждение тяговых двигателей, предусмотренного в летнем режиме, в кузов подается воздух после охлаждения сглаживающих реакторов (Рис. 4 узел I) и частично воздух, идущий на охлаждение теплообменников тягового трансформатора за счет перекрытия одного из воздуховодов к его теплообменникам (Рис. 4, узел II), при этом расход воздуха на охлаждение теплообменников трансформатора снижается до 280 м3/мин.
Часть направленного в кузов воздуха, создав необходимое противодавление в кузове (30 - 50 Па), уходит наружу через неплотности кузова, а остальная часть - через двери форкамер (положение которых фиксируется специальным устройством) и специальные рециркуляционные окна 12, расположенные на стенках проходных форкамер, вновь поступает в вентилятор, что уменьшает забор наружного воздуха, содержащего снег, пыль, влагу.
Расходы воздуха на охлаждение
При правильной регулировке система вентиляции обеспечивает следующие расходы воздуха, м3/'мин (не менее), для охлаждения электрооборудования:
¾ тягового двигателя НБ-418К6 105
¾ теплообменников тягового трансформатора 330
¾ сглаживающего реактора РС-32 160
¾ индуктивного шунта ИШ-95 20
¾ блока балластных резисторов ББС-131 (в горячем состоянии) 290
¾ выпрямительной установки возбуждения ВУВ-758 17
¾ выпрямительно-инверторного преобразователя ВИП-4000УХЛ2 340
Охлаждение тяговых двигателей, индуктивных шунтов. Воздух через лабиринтные жалюзи и изолированные от других помещений кузова форкамеры, охлаждая индуктивные шунты, засасывается центробежными вентиляторами и нагнетается в воздуховоды к тяговым двигателям. Требуемый расход воздуха на охлаждение тяговых двигателей регулируют заслонками на окнах выброса воздуха в кузов, после чего заслонки фиксируют болтами.
Охлаждение силового оборудования. Воздух поступает через лабиринтные жалюзи и форкамеры и подается двумя центробежными вентиляторами на охлаждение выпрямительно-инверторных преобразователей, затем одна часть воздуха поступает на охлаждение сглаживающих реакторов, другая — на охлаждение теплообменников тягового трансформатора.
Распределение воздуха между сглаживающими реакторами и теплообменниками трансформатора осуществляется заслонками на воздуховодах к трансформатору и заслонками после сглаживающих реакторов. После охлаждения теплообменников тягового трансформатора воздух выбрасывается под кузов, после охлаждения сглаживающего реактора в летнем режиме эксплуатации - под кузов, в зимнем режиме эксплуатации - в кузов.
Охлаждение блока балластных резисторов и выпрямительной установки возбуждения. Охлаждение осуществляется посредством центробежного вентилятора Ц8-19 № 7,6. Воздух через жалюзи поступает в форкамеру, затем подается в блок балластных резисторов и выпрямительную установку возбуждения.
После охлаждения блока балластных резисторов воздух выбрасывается через колпак и крышевые жалюзи в атмосферу. После охлаждения выпрямительной установки возбуждения воздух выбрасывается в кузов.
1 - зонт; 2, 8, 27, 29 - воздуховоды к тяговым двигателям соответственно М1, М4, М2, МЗ; 3 - центробежный вентилятор ЦВП64-14 № 8,2; 4 - электродвигатель; 5 - центробежный вентилятор ЦВП64-14 № 6, 7; 6 - выпрямительно-инверторный преобразователь ВИП-4000УХЛ2 (ранее ВИП2-2200М); 7 - трансформатор ОДЦЭ-5000/25АМ.02; 9 - колпак; 10 - блок балластных резисторов ББС-131; 11 - выпрямительная установка возбуждения ВУВ-758; 12 - окно в форкамеру с заслонкой; 13 - воздуховод к ВУВ; 14 - центробежный вентилятор Ц8-І9 № 7,6; 15 - индуктивный шунт ИШ-95; 16 - щиток смотрового люка; 17 - регулировочная заслонка; 18 - сглаживающий реактор; 19 - шторы; 20 - решетка; 21 - форкамера; 22 - жалюзи; 23 - брезентовый патрубок; 24 - воздуховод к трансформатору; 25 - переходной патрубок; 26 - дверь; 28 - воздуховод после сглаживающего реактора; 30 - снегоотбойный лист охлаждения тяговых двигателей воздух выбрасывается в атмосферу под кузов электровоза.
На электровозах выпуска с июля 1981 г. в выбросных колпаках блоков балластных резисторов устанавливают снегоотбойные листы, которые улучшают защиту блоков от снега на стоянке и в режиме тяги.
Вентиляция кузова.
Вентиляция кузова осуществляется воздухом, поступающим через окна выброса в кузов, расположенные на воздуховодах к тяговым двигателям, и воздухом после охлаждения выпрямительной установки возбуждения, при этом в кузове обеспечивается избыточное (по отношению к атмосферному) давление 30 -50 Па для защиты от попадания в кузов пыли и снега через его неплотности. Выбрасывается отработанный воздух из кузова через дефлекторы, расположенные на крыше кузова.
В зависимости от года выпуска электровозов в систему вентиляции вносились некоторые изменения, которые не повлекли за собой принципиальных отличий в режиме ее работы.
Системы вентиляции и отопления на электропоездах
На электропоездах тяговые двигатели имеют самовентиляцию (Рис. 5.153) Воздух для их охлаждения забирается через жалюзи, расположенные над входными дверями и соединенные вентиляционным каналом с фильтрами. Далее по вертикальному каналу, находящемуся в пассажирском помещении, и по подвагонному каналу через гибкое соединение воздух поступает к двигателю, а из двигателя выбрасывается в атмосферу.
Кроме того, имеются специальные системы для охлаждения выпрямительной установки, реактора и охладителя масла трансформатора электропоезда . Для подачи воздуха к этим агрегатам на валу расщепителя фаз установлено вентиляторное колесо. Воздух забирается через специальные жалюзи в боковых стенках моторных вагонов (под окнами) и подается в фильтровую камеру. Из камеры он засасывается вентиляторным колесом и подается по двум трактам: расщепитель фаз - атмосфера (для охлаждения самого расщепителя фаз) и выпрямительная установка, реактор, охладитель масла трансформатора — атмосфера. В зимний период перед всасывающими жалюзи устанавливают матерчатые фильтры, предотвращающие попадание снега. Во всех вентиляционных устройствах применены сетчатые фильтры типа ВНИИСТО размером 500X500 мм с масляной пропиткой.
Система отопления вагонов состоит из электрических печей и электрокалориферов. Печи установлены в заземленных кожухах на полу под диванами, а электрокалориферы — в чердачных помещениях у переднего конца распределительного вентиляционного канала, расположенного на потолке.
Вентиляция пассажирских помещений выполнена принудительной, имеет два режима работы (летний и зимний) или три (летний, переходный, т. е. осенне - зимний, либо зимне - весенний и зимний). Вентиляционная система электропоездов ЭР2, ЭР9М, ЭР9Е (Рис. 5) обеспечивает подачу 1,67 м3/с воздуха летом и около 0,55 м3/с зимой. Летом воздух в салон может поступать и через открытые окна, а зимой - только через систему вентиляции, предварительно подогретый в электрокалориферах. Если наружная температура ниже -20 °С, специальными заслонками 13, устанавливая их в определенное положение, уменьшают количество подаваемого в кузов воздуха. При этом используется часть воздуха, находящегося в вагоне, т. е. осуществляется рециркуляция.
На электропоездах в каждом вагоне имеются два самостоятельных вентиляционных агрегата, расположенных в чердачных помещениях тамбуров. Агрегат 6 состоит из двух центробежных вентиляторов и двигателя постоянного тока напряжением 50В с частотой вращения 5 - 20 об/с. Предусмотрен переходный брезентовый патрубок 7 с отводами для вентиляции тамбура. Наружный воздух поступает через жалюзи 12, 15, 16,18,20, проходит
Рис. 5. Система вентиляции головного вагона электропоезда (стрелками указано направление воздуха при летнем режиме): 1 – щиток; 2 – жалюзи; 3 - фильтровая камера; 4 - горизонтальный канал; 5, 6 - вентиляционный агрегат; 7 - переходной брезентовый патрубок; 8 – дефлекторы; 9 – потолочный вентиляционный канал; 11 – кресло (сиденье) машиниста; 10, 12, 15, 16,18,20 – жалюзи; 13 - специальные заслонки; 14 – диффузор; 17, 19 служебные помещения.
через сетчатые фильтры в чердачное помещение, а оттуда через диффузор 14 и калорифер нагнетается вентилятором в потолочный вентиляционный канал 9. Удаляется воздух из вагона и служебных помещений 17, 19 через двери во время выхода и входа пассажиров, летом - еще через жалюзи 2. Зимой заслонки вентиляторов закрыты, а рециркуляционные люки открыты. В зимнем режиме 40 - 50% теплого воздуха из пассажирского помещения через рециркуляционные люки попадает в чердачные помещения тамбуров, где смешивается с холодным воздухом и подается вентилятором в потолочный канал. Летом заслонки вентиляторов открыты, а рециркуляционные люки закрыты.
На электропоездах ЭР2 и ЭР9М производства 1974 г. предусмотрена также принудительная вентиляция и кабины машиниста (Рис. 5) Для подачи в кабину свежего воздуха над служебным тамбуром в чердачном помещении установлены вентиляционный агрегат 5 и фильтровая камера 3, снабженная задвижкой и заслонкой форсированного нагрева подаваемого воздуха За сиденьем машиниста 11 проходят вертикальный и горизонтальный 4 каналы, в верхней части которого находится заслонка зимнего и летнего режимов и отверстие для подачи воздуха в летнее время. Против отверстия установлен щиток 1, позволяющий по желанию машиниста менять направление воздушного потока. В нижней части вертикального канала расположены жалюзи 10 для подачи подогретого воздуха в зимнее время. Электрокалорифер, установленный в вертикальном канале, имеет две ступени мощности: большой 6,5 и малой 2,2 кВт. Ступень малой мощности используется в период, когда температура наружного воздуха находится в пределах от 0 до + 15°С. В верхней части задней перегородки имеется рециркуляционный люк, открываемый в зимнее время. Установленные в кабине терморегуляторы, автоматически включая или выключая любую ступень калорифера, поддерживают температуру в пределах от + 16 до +20 °С.
На каждом вагоне электропоездов ЭР9М и ЭР9Е устанавливают по одной аналогичной вентиляционной установке, но с двигателями переменного тока, имеющими максимальную частоту вращения 23 об/с. Система вентиляции имеет три режима: летний, переходный и зимний. Летний режим аналогичен такому же на вагонах ЭР2, причем подача одного вентилятора 1,12 м3/с, а другого (при одном закрытом заслонкой всасывающем отверстии) 0,72 м3/с. В переходные периоды (осенне-зимний и зимне-весенний) в зависимости от температуры наружного воздуха работает только один вентилятор.
При температуре наружного воздуха от +18 до -20 °С один вентилятор подает в пассажирское помещение 0,665 м3/с свежего воздуха, а при температуре ниже -20 °С другой - 0,42 м3/с. Кроме того, в зимнее время создается рециркуляция. При открытых рециркуляционных люках количество воздуха, нагнетаемого через них в вагон, составляет 30 - 40% общего количества подаваемого воздуха. Аналогично выполнена вентиляция и в вагонах электропоезда ЭР2Р. Туалетные помещения в вагонах вентилируются дефлекторами 8.