CC BY
21
Окончание таблицы 2
1 2 3 4
Количество диоксида серы £02, кг/ч 0, (0) 0, (0) 0, (0)
Количество водяных паров Н20, кг/ч 6,050 83,090 209,020
Количество водорода Н2, кг/ч 0,151 0,340 2,311
Количество азота И2, кг/ч 3256 3468 5864
Дымность продуктов сгорания, % 3 6 18
Дымность продуктов сгорания, г/м3 0,012 0,024 0,081
Дымность продуктов сгорания, кг/ч 0,046 0,097 0,511
Доля несгоревшего топлива, % 3,965 0,755 1,829
Количество сажи (с учетом /с), кг/ч 0,033 0,006 0,015
Количество сажи (с учетом дымности), кг/ч 0,046 0,097 0,511
Всего продуктов сгорания, м3/ч 3281 3773 6653
Список литературы
1. ГОСТ Р 50953-96. Выбросы вредных веществ и дымность отработавших газов магистральных и маневровых тепловозов. Нормы и методы определения [Текст]. - М.: Изд-во стандартов, 1996. - 20 с.
2. Тепловозные двигатели внутреннего сгорания [Текст]: Учебник. 2-е изд., перераб. и доп. / А. Э. Симеон, А. 3. Хомич и др. - М.: Транспорт, 1987. - 536 с.
УДК 621.914.7
Ф. В. Чегодаев
УСТАНОВКА ДЛЯ РЕМОНТА КОЛЛЕКТОРОВ ТЯГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Рассматриваются пути построения станка дляремонта коллекторов тяговых двигателей. Отмечается, что существующие способы реализации данной задачи не обеспечивают достаточной точности и технологичности процесса ремонта. Предлагается способ построения установки для ремонта коллекторов тяговых двигателей на основе замкнутой системы автоматическогоуправления с вихретоковым датчиком, имеющим статическую характеристику в виде нечетной функции, а также реализация безлюфтового привода поворота якоря на основе фрикционной передачи.
Объектами исследования являются технология и оборудование для ремонта коллектора тягового электродвигателя локомотива. Одним из направлений работы является обоснование вариантов совершенствования станка для продорожки коллектора. Полученные результаты могут быть использованы при модернизации существующего или изготовлении нового станка.
В тяговом электродвигателе коллектор является одним из важнейших и наиболее сложных узлов по количеству деталей, технологии изготовления и ремонта. Трудоемкость его обслуживания составляет основную долю затрат на содержание двигателя в целом.
При эксплуатации тягового электродвигателя в результате действия сил трения и высокой плотности тока между щетками и коллектором на поверхности появляется износ, приводящий к нарушению надежного электрического контакта. Устраняют износ токарной обработкой с последующими шлифованием и накаткой. После токарной обработки происходит изменение глубины и геометрии паза между коллекторными пластинами, а также остаются заусеницы на краях пластин, что приводит к снижению электроизоляционных свойств коллектора. Загрязнение межламельного пространства и уменьшение глубины паза после токар-
ной обработки может служить причиной возникновения кругового огня по коллектору. Поэтому изоляция должна быть тщательно удалена по всей ширине межламельного промежутка на глубину 1,4 - 6,0 мм.
Получение заданных размеров и формы паза осуществляется фрезерованием. В настоящее время поднастройку положения фрезы относительно межламельного пространства обычно производят вручную, что делает процесс обработки достаточно трудоемким. Зарубежные станки с числовым программным управлением отличаются высокой стоимостью, которая на отечественных предприятиях не окупится в условиях деповского ремонта из-за небольшой программы ремонта коллекторов. Имеются отечественные разработки на уровне изобретений [1,2]. Однако практического воплощения науровне серийного производства они пока не получили. Применение пневмоприводов, управляющих работой механических фиксаторов коллектора, и расположение устройства корректировки положения фрезы в шпинделе [1] усложняют кинематическую цепь всего станка и снижают его надежность. Применение пневмопривода со свойством упругости в сочетании с существенным моментом инерции якоря приводит к тому, что в системе появляется колебательное звено, а это вызывает значительные динамические нагрузки в моменты фиксации коллектора и повреждение его поверхности. Применение делительных механизмов для позиционирования якоря в сочетании с оптическими датчиками положения [2] также не обеспечит надежности работы установки. Делительное устройство усложняет конструкцию, а оптические датчики, расположенные непосредственно в зоне фрезерования, не обеспечат надежной работы установки из-за наличия пыли.
Целью настоящего исследования является поиск путей усовершенствования конструкции оборудования и создание недорогой автоматической системы управления процессом, которая должна обеспечивать
- точное позиционирование фрезы относительно дорожки;
- плавный подвод фрезы к соседней дорожке и плавный поворот якоря;
- обработку любых типоразмеров якорей, в том числе содержащих несколько коллекторов.
Датчик положения. Плавное перемещение при позиционировании может обеспечить
замкнутая система автоматического регулирования. Одним из основных элементов, определяющих способ ее построения, является датчик перемещения коллекторной пластины, предназначенный для получения сигнала, пропорционального смещению межламельного промежутка относительно плоскости фрезы.
Оптические датчики отличаются большим разнообразием и массовостью применения. Однако чувствительность к загрязнению, подверженность влиянию постороннего светового фона делают их применение в данном случае проблематичным. Близко расположенный источник миканитовой пыли может привести к нарушению работы оптического датчика и к сбою в работе всей системы, поэтому более предпочтительным в данном случае является магнитный датчик.
Главной особенностью магнитных датчиков, как и оптических, является быстродействие и возможность обнаружения и измерения бесконтактным способом. В отличие от оптических этот вид датчиков не чувствителен к загрязнению. При построении магнитных датчиков используются также различные физические эффекты. Широко применяются датчики Холла магниторезистивные и ряд других. Для обнаружения неоднородностей в немагнитных материалах наиболее подходящими являются вихретоковые датчики. Входные измерительные цепи обычно строятся по дифференциальной схеме [5]. Пример построения такого датчика приведен на рисунке 1.
Рисунок 1 - Схема вихретокового датчика с четной статической характеристикой
Вихретоковый датчик состоит из двух ферритовых стержней, расположенных друг над другом и разделенных воздушным зазором. Обмотка возбуждения охватывает оба сердечника и питается от внешнего генератора, а выходные, включенные последовательно-встречно, расположены на каждом из сердечников.
Датчик настраивается таким образом, чтобы при его расположении над серединой коллекторной пластины сигнал имел экстремум, например, был минимальным. Это достигается перемещением обмотки возбуждения вдоль сердечников. При этом достигается равенство ЭДС выходных обмоток и их компенсация. При приближении датчика к межламельному промежутку влияние вихревых токов на нижний стержень уменьшается, симметрия ЭДС нарушается и выходной сигнал увеличивается. Это позволяет определить положение дорожки относительно фрезы.
Особенность системы позиционирования на основе такого датчика заключается в том, что в общем случае она является экстремальной. Это связано с симметрией физических свойств коллекторных пластин относительно межламельного промежутка, вследствие чего статическая характеристика как вихретокового датчика, так и оптического является четной функцией. Теория построения и анализа экстремальных систем является одним из наиболее сложных разделов теории автоматического управления. Задача не имеет однозначного решения, и способ построения системы выбирается исходя из конкретных условий ее работы, требований к быстродействию, точности, динамических свойств датчика и т. д. [4].
Для обеспечения возможности применения обычной замкнутой системы, работающей по отклонению, датчик должен иметь нечетную статическую характеристику, как показано на рисунке 2.
4 Вых ь
0
у7 X
а б
Рисунок 2 - Схема вихретокового датчика с нечетной статической характеристикой
Вихретоковый датчик может быть выполнен на основе подковообразного магнитопрово-да. Обмотка возбуждения питается от высокочастотного генератора. Выходная обмотка состоит из двух встречно включенных секций. В зависимости от положения магнитопровода по отношению к межламельному промежутку меняется знак фазы выходного переменного сигнала. Фазовый детектор преобразует выходной переменный сигнал в информационный сигнал, который в зависимости от способа реализации системы может быть постоянным напряжением, широтно-модулированными импульсами, цифровым кодом и т. д. - в зависимости от способа реализации устройства сравнения замкнутой системы автоматического управления.
Кинематическая цепь и система управления. Основной проблемой при реализации данной системы являются исключительно высокие требования к точности позиционирования. Легко подсчитать, что при диаметре коллектора 660 мм и заданной точности положения фрезы относительно дорожки 0,1 мм угловая погрешность поворота якоря не должна превышать одной угловой минуты. Поэтому кинематическая цепь, расположенная между валом исполнительного двигателя системы управления и валом якоря, должна быть выполнена по очень высокому классу точности. Однако даже абсолютная точность передачи угла не решает всех проблем из-за динамических свойств объекта. Например, масса якоря двигателя ТЛ-2К1 составляет 1800 кг, поэтому нельзя не учитывать такие параметры кинематической цепи, как упругость, деформация, люфт, т. е. нельзя рассматривать только собственно систему как таковую. Якорь, редуктор, промежуточная передача и система управления являются элементами единой динамической системы, механическая модель которой приведена на рисунке 3.
В общем случае кинематическая цепь характеризуется такими параметрами: 3н- момент
инерции нагрузки; Ку - коэффициент упругости механической передачи; % - коэффициент потерь на деформацию механической передачи; 3д - момент инерции двигателя.
Рисунок 3 - Модель кинематической цепи
Как показано в статье [3], совокупное влияние названных параметров таково, что система может стать структурно неустойчивой. Этот результат неизбежен в случае, если привод поворота якоря воздействует на вал якоря. В работе [3] рассмотрены варианты реализации привода поворота якоря с помощью постоянных магнитов. Однако, как показали проведенные экспериментальные исследования, такой путь решения проблемы конструктивно достаточно сложен из-за больших габаритов постоянных магнитов. Наблюдались явления пробуксовывания магнитов при их недостаточной мощности.
Лучшие результаты удалось получить с помощью фрикционной передачи. Упрощенная функциональная схема установки приведена на рисунке 4.
Приводной ролик 2 располагается под якорем на шарнире 1 и прижимается снизу мощной пружиной к поверхности его барабана. Поверхность ролика покрыта жесткой резиной и обеспечивает надежный механический контакт с поверхностью якоря 3. Все механизмы располагаются на каретке 8. Механизмы управления подачами 9 обеспечивают возвратно-поступательное движение шпиндельного узла, установленного на шарнире 11, а также подъем фрезы при обратном ходе. Регулировочный механизм глубины фрезерования 6 меняет положение каретки относительно коллектора с помощью опорного ролика 5, который опирается непосредственно на поверхность коллектора 4. Вихретоковый датчик 7 расположен в непосредственной близости от фрезы, выполнен в герметичном корпусе и своей рабочей по-
верхностью соприкасается с коллектором. Упругая муфта 10 обеспечивает осевое смещение вала фрезы и выбирает погрешность позиционирования фрезы при работе системы управления. Привод ведущего ролика 12 приводит в движение шестерню, жестко закрепленную на приводном ведущем ролике.
Рисунок 4 - Функциональная схема кинематической цепи с фрикционной передачей: 1 - рычаг; 2 - приводной ведущий ролик; 3 - якорь; 4 - коллектор; 5 - опорный ролик; 6 - регулировочный механизм глубины фрезерования; 7 - датчик положения; 8 - несущая каретка; 9 - механизмы управления подачами; 10 - упругая муфта; 11 - шпиндельный узел с шарниром; 12 - привод ведущего ролика
В рабочем положении каретка, установленная на шарнирном соединении, находится в вертикальном положении (рисунок 4, а), в нерабочем положении она отводится от якоря (рисунок 4, б). Этим обеспечивается удобство установки якоря.
Приведенная схема обеспечивает наиболее короткие и жесткие безлюфтовые кинематические цепи, что облегчает условия работы системы управления. Кроме того, все механизмы могут быть установлены в виде дополнения к штатному оборудованию для ремонта якорей, имеющемуся в каждом депо.
Блок управления может быть реализован на основе микропроцессорной системы, обеспечивающей согласованное действие возвратно-поступательного механизма движения шпинделя и ведущего ролика. Система управления выполнена на основе обычных электро-механических следящих систем с приводами на основе шаговых двигателей. Примерно равноценные результаты дает применение асинхронных двигателей с полым немагнитным ротором. И те и другие обладают высокой надежностью из-за отсутствия подвижных контактов. Пути реализации подобных систем широко известны и освоены современной автоматикой.
Испытания макетного образца установки в локомотивном депо станции Московка показали высокую надежность работы датчика на различных типоразмерах якорей и системы управления. Плавная работа всех механизмов под управлением непрерывной системы максимально уменьшает динамические нагрузки, что обеспечивает долговечность кинематической части установки.
Список литературы
1. Патент России № 2116871. Автоматический фрезерный станок для про дорожки коллекторов электрических машин [Текст] / В. Н. Губин, А. Г. Ураев, А. Н. Смоляков; Опубл. 20.10.1997.
2. Патент России № 2291763. Автоматизированный станок для продораживания якорных коллекторов электрических машин [Текст] / В. Т. Данковцев, Е. А. Губарь, В. О. Мельк, Л. П. Устюгов; Опубл. 20.01.2007.
3. Смольянинов, В. С. Пути построения системы управления поворотом якоря тягового двигателя при механической обработке межламельного промежутка коллектора [Текст] / В. С. Смольянинов, Ф. В. Чегодаев, С. А. Когут // Исследование процессов взаимодействия объектов железнодорожного транспорта с окружающей средой: Сб. статей / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2003.
4. Расстригин, Л. А. Системы экстремального управления [Текст] / Л. А. Расстригин. -М.: Наука, 1974. - 630 с.
5. Учанин, В. Н. Вихретоковые мультидифференциальные преобразователи и их применение [Текст] / В. Н. Учанин // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. -2006. - № 3. - С. 34 - 41.
УДК 621.18(075.8)
В. Р. Ведрученко, В. В. Крайнов, М. В. Кульков
РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕНА В ТОПКЕ КОТЛОАГРЕГАТА ПРИ УСЛОВИИ СБРОСА В НЕЕ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ
В статье предлагается методика расчета теплообмена в топке котла в условиях сброса в нее отработавших газов газотурбинного двигателя. В результате дожигания таких газов в топке котла повышается экономичность всей комбинированной 'установки, производящей как тепловую, так и электрическую энергию.
Одним из наиболее эффективных способов увеличения мощности и экономичности теплоэнергетических установок является применение в них парогазового цикла путем включения газотурбинного двигателя (ГТД) в цикл работы парогенератора [1 - 4].
При реконструкции действующей котельной установки и превращении ее в парогазовую установку (ПГУ) сбросного типа необходимы изменения в тепловых схемах как ГТД, так и котельной установки, поскольку используемый в обычных котельных установках подогрев воздуха перед подачей в топку котла за счет теплоты уходящих из топки газов не может быть реализован, так как в топку подается меньше подогретого воздуха, что приводит к повышению температуры газов, уходящих из котла. Для снижения температуры уходящих газов часть регенеративных подогревателей питательной воды переключают на параллельно включаемые газоводяные подогреватели, в которых подогрев питательной воды осуществляется за счет теплоты уходящих газов. Газоводяные подогреватели питательной воды являются новыми элементами в реконструируемой ПГУ, что усложняет схему и увеличивает стоимость установки [1 - 5].
Из-за общего увеличения количества дымовых газов за котлом приблизительно на 40 % при переходе к парогазовому циклу требуется реконструкция дутьевой установки и увеличение производительности дымососов. Изменяются условия работы дымовой трубы, поэтому необходимо пересчитать эпюры статического давления газов в трубе для обеспечения ее надежной эксплуатации.
При проектировании тепловых схем сбросных ПГУ для энергоблоков необходимо дифференцировать виды энергетического топлива и улучшить специфику работы ПГУ. В пыле-угольных ПГУ сбросного типа уходящие газы ГТД могут поступать в систему пылеприго-товления; в горелки энергетического парового котла вместе с угольной пылью; в сбросные сопла топки энергетического парового котла; в рассечку поверхности нагрева конвективной шахты парового котла в соответствии с их температурой; в дымовую трубу ГТД при ее автономной работе.
Режим совместной работы парового котла и ГТД (режим ПГУ) следует рассматривать как основной. При этом необходимо учитывать возможность работы в переменных режимах,
