ГЛАВА 3
ДИАГНОСТИКА ТЕПЛОВОЗНЫХ ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРОВ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВНЕШНИХ ПАРАМЕТРОВ ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРОВ В ЭКСПЛУАТАЦИИ
Диагностика дизель-генератора в полном объеме проводится, как правило, в стационарных условиях, однако ей, должна предшествовать предварительная оценка состояния локомотивной бригадой, проводимая в пути следования и при техническом обслуживании ТО-1. Положительной оценки заслуживает опыт Южной дороги по теплотехническому обследованию тепловозов с помощью комиссионного осмотра и составления специального акта. Предварительное определение состояния фиксируется в журнале технического состояния тепловоза.
Методы технической диагностики должны предусматривать в первую очередь определение основных выходных параметров, характеризующих работоспособность двигателя (таких, как мощность, расходы топлива и масла, ресурсы), а затем в случае их несоответствия установленным требованиям параметров, характеризующим работу деталей цилиндро-поршневой группы и систем двигателя.
Степень отклонения параметров свидетельствует об уровне изменений процессов, происходящих в двигателе. Но для каждого параметра существует поле допуска, обусловленное точностью измерений и допустимыми отклонениями, в пределах которых двигатель находится в исправном состоянии. Очевидно, изменение уровня состояния начинают оценивать только при выходе контролируемых параметров за поле установленных для них допусков.
После выявления отклонений различных параметров от эталонного уровня начинают поиск неисправности двигателя и одновременно причин ожидаемого отказа. С этой целью разрабатывают методику поиска неисправности каждого узла, построенную на закономерных взаимосвязях, существующих между контролируемыми параметрами и показателями технического состояния.
Основной метод выявления технического и теплотехнического состояния дизель-генераторов в эксплуатации — это определение внешних параметров, установленных нормативно-технической документацией. Этот вид контроля предусматривает как основной элемент проведение технического диагностирования при отклонениях параметров от нормы. Проведение замеров приурочивается, как правило, к реостатным испытаниям. Однако для обеспечения стабильности параметров в эксплуатации и сокращения случаев постановки тепловозов на неплановые испытания в ХИИТе проведена исследовательская работа по разработке технологии диагноза без постановки тепловозов на реостатные испытания, внедренная на большинстве дорог сети.
При разработке алгоритма технической диагностики дизеля использовались теоретические и экспериментальные зависимости, характеризующие работу двигателя и основных узлов системы газообмена [25]. Построение функциональной системы заключается в обоснованном последовательном разделении двигателя как объекта диагностики на структурные подсистемы, вплоть до отдельных элементов, поддающихся безразборному методу контроля. Конечными структурными элементами системы газообмена являются детали цилиндро-поршневой группы, турбина, компрессор, воздухоохладители и воздушные фильтры. Предварительно для составления алгоритма технической диагностики составляется структурная схема объекта диагноза. В качестве примера приведена структурная схема дизель- генератора 10Д100 с выходным параметром (мощностью) (рис. 32). Общая мощность зависит от мощности, развиваемой каждым в отдельности цилиндром, от работы систем обеспечения (топливной, масляной, воздухоснабжения) и работоспособности схемы возбуждения тягового генератора. Схема характеризует структурные связи систем дизеля и электрических цепей возбуждения тягового генератора. Действительно, реализуемая мощность дизель-генератора зависит от качества функционирования дизеля и работоспособности устройств и аппаратов цепей возбуждения тягового генератора ТГ.
Рис. 32. Структурная схема дизель-генератора 10Д100:
ВГ — вспомогательный генератор; PH — регулятор напряжения; СПВ — синхронный подвозбудитель; AM — амплистат и его обмотки: стабилизирующая ОС, задающая ОЗ, регулировочная ОР и управляющая ОУ; В — возбудитель; ОВГ — обмотка возбуждения тягового генератора; ТГ — тяговый генератор; 1—10 — цилиндры дизеля; ТК — турбокомпрессоры; ПЦН — приводной центробежный нагнетатель
Анализ данных эксплуатации по параметрическим отказам и их причинам показал, что снижение уровня мощности тепловозов 2ТЭ10Л, в частности, более чем в 50% случаев вызывается отказами в схемах возбуждения ТГ [23]. Следовательно, диагностика дизель-генератора предполагает организацию контроля работоспособности схемы возбуждения, а затем и проверки работы дизеля. При этом необходимо учитывать ограничения по объему и месту проведения диагностики в условиях депо. Исходя из этого можно рекомендовать как предварительную диагностику дизель-генератора без постановки тепловоза на стойла реостатных испытаний. Как показал опыт внедрения безреостатной диагностики тепловозов 2ТЭ10Л, более 85% случаев параметрических отказов удается обнаружить путем безреостатных испытаний [23]. При этом алгоритм поиска неисправностей для тепловозных дизелей с газотурбинным наддувом может быть таким, как изображенный на рис. 33.
Предварительно анализируют причины неисправностей дизель-генератора во время эксплуатации, приводящие к снижению эффективности и, к полным отказам, разграничивая отказы дизель-генераторов из-за неисправности в электрических цепях возбуждения тягового генератора и непосредственно в системах дизеля. Накопленный опыт позволяет сделать вывод о необходимости усиления контроля мощности не только при реостатных испытаниях, но и в процессе эксплуатации. Во время эксплуатации имеется полная возможность исследовать мощность на разных участках и при разных режимах эксплуатации и установить эксплуатационный допуск на разброс значений. По штатным приборам можно исследовать частоту вращения вала дизеля, характеризующую его работу. При реостатных и безреостатных нагружениях измеряются параметры, указанные в табл. 10.
Рис. 33. Функциональная схема алгоритма поиска неисправностей дизеля
Таблица 10
Для возможности проверки параметров схемы возбуждения под нагрузкой и безреостатном нагружении разработан и изготовлен специальный переносный пульт (рис. 34) размером 50X40X12 см в форме чемоданчика с алюминиевым каркасом. Изготовлен он из гетинакса. На панели расположены шесть амперметров типа М45М и один вольтметр Э381. Кроме приборов, на пульте есть тумблер включения подсветки приборов и две лампочки, обеспечивающие равномерное освещение.
Все амперметры и вольтметр имеют по четыре вывода: два из них впаяны в розетку для реостатных испытаний тепловоза 2ТЭ10Л, два — в розетку для реостатных испытаний тепловоза ТЭП10. Выводы расположены на торцовой части корпуса пульта. В комплект пульта входит кабель подсоединения пульта к тепловозу. Один из выводов подсоединяется к пульту, другой — к розетке реостатных испытаний тепловоза.
Рис. 34. Переносный пульт диагностики схемы возбуждения тягового генератора:
1 — замер тока регулировочной обмотки; 2 — замер тока задающей обмотки; 3, 4 — показания тока обмотки возбуждения и тока коррекции; 5 — проверка параметров срабатывания реле переходов; 6 — напряжение и частота питания; 7 — розетка для подключения
На внутренней стенке крышки пульта помещена инструкция. Переносный пульт по своей конструкции и габаритам удобен для пользования и при проведении испытаний он устанавливается на откидное сиденье рядом с сиденьем машиниста.
Произведенные замеры параметров схемы возбуждения под нагрузкой и без нагрузки показали, что при помощи переносного пульта можно определять и регулировать эти параметры. Такой метод диагностики внедрен в большинстве депо сети, эксплуатирующих тепловозы типа ТЭК).
Возникающие в дизеле неисправности теплотехнического характера в первую очередь сказываются на температурном режиме дизеля, мощности, расходе топлива, что также желательно определять без нагрузки.
Для сохранения достаточно уравновешенности дизелей типа Д100 целесообразно отключать половину цилиндров (через один по порядку вспышки). Таким образом, для сравнения безреостатным нагружениям целесообразно подвергать последовательно две группы цилиндров: 1, 4, 5, 7, 10 и 2, 3, 6, 8, 9.
Важное условие получения надежных результатов безреостатной проверки — соблюдение теплового режима дизеля. Температура охлаждающей воды на выходе из дизеля должна быть в пределах 65±1°С и масла 55±1°С для стабильности механического к. п. д.
На рис. 35 приведены в качестве примера графики изменения температуры выпускных газов tвып максимальных давлений сгорания pz на 15-й позиции контроллера при реостатном и безреостатном нагружении цилиндров. Характер изменения практически одинаков при различных способах нагружения цилиндров.
Таким образом, безреостатная нагрузка цилиндров позволяет надежно определить по показаниям температуры выпускных газов и максимальных давлений сгорания неравномерность работы цилиндров, а следовательно, и возможное нарушение регулировок работы топливной аппаратуры. Инструкции по проведению безреостатных испытаний разработаны кафедрой «Локомотивы» ХИИТа для большинства серий тепловозов.
Получаемые значения давлений рс, ps и pz позволяют также рассчитать и оценить для каждого цилиндра и в целом по двигателю плотность цилиндров
и степень повышения давления
.
Переход от получаемых значений основных параметров при измерениях безреостатным методом путем выключения половины цилиндров на максимальной частоте вращения коленчатого вала дизеля можно производить умножением на эмпирический коэффициент для каждого параметра.
Рис. 36. Коэффициенты перевода значений параметров, полученных при безреостатных испытаниях (заштриховано), в номинальные
Сравнительные значения указанных коэффициентов по данным Южной дороги для тепловозов 2ТЭ10Л для наглядности приведены на рис. 36 без учета корректировки по атмосферным условиям.
Опыт показал, что на диагностику схемы возбуждения тягового генератора переносным пультом затрачивается 0,3— 0,8 ч, на проведение полного цикла испытаний — 1,5 ч. Это подтвердило эффективность разработанного метода диагностики. Определение внешних параметров дизель- генераторов при безреостатных нагружениях применяется во многих депо сети как экспресс-диагностика.
Для диагностики цилиндро-поршневой группы и клапанов маломощных дизелей и тепловозных компрессоров без их разборки может быть использован специальный прибор. Прибор предназначен для определения технического состояния цилиндров, поршневых колец, клапанов и прокладок головки блока цилиндров методом замера утечки воздуха, вводимого внутрь цилиндра через отверстия при неработающем двигателе [10]. В настоящее время опытные образцы таких приборов, разработанные ХИИТом, начали внедряться в депо.