Рука машиниста включила топливный насос и вновь нажала кнопку запуска. В средней секции хлопнули пусковые, потускнел свет, больной дизель зашевелил своими двадцатью поршнями, среди которых один прогоревший… «Вай… Вай… Вай-вай-ва-ва-ва!» – завыл редуктор нагнетателя, когда дизель ожил. Помощник Ленар светил фонариком на маслозаливную горловину, крышка которой была подпёрта тряпкой. Через мгновения она задымила. Не тот… Ленар включил выключенный первый цилиндр и выключил второй. Дымление не прекращалось! Сейчас в нижний картер била струя пламени, грозя второй раз взорвать масляный туман. Третий, четвёртый…
На восьмом цилиндре дым почти утих, горловина лишь отплёвывалась маслом. Слава небу, прогар нашёлся! Поколдовав с аппаратной камерой и услышав довольный хлопок поездных контакторов, помощник подошёл к регулятору и вкрутил вилку. Дизель взревел, поднялся звон турбокомпрессоров. Нагружение дорогой, то есть «включение передачи» даже без выключения тяги на остальных секциях тепловоза, состоялось, теперь, пусть и потеряв один цилиндр из тридцати, тепловоз привезёт поезд в Агрыз.
Так что же случилось? Как спасти железную дорогу от сбоя в движении, как найти в зародыше ту коварную болезнь дизеля, что чуть не привела к ЧП под названием «брак в работе»? На первый вопрос ответ прост – на любом двигателе может прогореть и поршень, и клапан, а вот со вторым куда сложнее. Добросовестные автомеханики, собрав двигатель после мало-мальски серьёзного вмешательства вроде замены клапана, выезжают на машине на дорогу и едут на подъём – проверить работу под нагрузкой, ведь именно в напряжении всех сил что неживой металл, что живое существо показывает свой истинный характер и свои реальные возможности. На старом, уходящем в историю двухтактном Д100 клапанов и вовсе нет, зато поршней двадцать штук – по два в цилиндре, а уж на подъём на нём сгонять – целая проблема, ещё большая проблема – его оттуда убирать, если что пойдёт не так. Поэтому в ремонте тепловозов есть РЕОСТАТНЫЕ ИСПЫТАНИЯ. Эдакий бег на месте.
Вот сам 10Д100, дизель со встречнодвижущимися поршнями, верхние поршни открывают впускные окна, нижние открывают выпускные. У предшественника, 2Д100 мощностью 2000 лошадиных сил, был 1-ступенчатый наддув от приводного нагнетателя системы братьев Рутс, а на 3000-сильном 10Д100 наддув 2-ступенчатый — на выхлопных газах работают два турбокомпрессора (один виден и показан жёлтой стрелкой), они подают сжатый воздух (кажется, 1,3 атм на номинальной мощности) к приводному центробежному нагнетателю (помечен синей стрелкой). Он приводится от верхнего коленвала дизеля через редуктор, при номинальных 850 об/мин делает 8500 об/мин и повышает давление наддува до 2,2 атмосферы.
Далее воздух охлаждается в воздухо-водяных теплообменниках (один виден и помечен зелёной стрелкой), они же охладители наддувочного воздуха, промежуточные охладители или просто intercooler-ы, и поступает в цилиндры. Верхний коленвал связан с нижним вертикальной передачей и по фазе позади нижнего на 12°, поэтому впускные окна закрываются позже выпускных, давая цилиндру дозарядиться воздухом. Нижний коленвал в момент вспышки топлива уже повёрнут дальше верхнего, плечо больше, поэтому и мощности с давления в цилиндре он снимает больше — 70 % мощности дизеля достаётся нижнему коленвалу, от него и приводится генератор (показан красной стрелкой). Верхний свои 30 % мощности частью отдаёт воздуходувке, частью отдаёт нижнему коленвалу. Командует подачей топлива в цилиндры регулятор — помечен белой стрелкой. А странные откидные крышки на среднем уровне — половицы, используются при установке дизеля на судно, ведь тепловозные дизели — они же и судовые. Эти «раскладушки» встают вровень с пайолами судна, на тепловозах часто сняты.
А вот самый распространённый на РЖД и УЗ дизель — Д49, V-образный 4-тактный дизель. Конкретно это — 16-цилиндровая его версия 5Д49, причём ободранный до предела экземпляр. Вместо красной стрелки стоял турбокомпрессор (он на Д49 один), белая стрелка указывает на полумуфту привода генератора — самого генератора тоже нет, а синяя стрелка указывает на сложный редуктор 69спч, он же на жаргоне 69-я группа. На ней круглеют ещё две полумуфты — привода маленьких вспомогательных генераторов: стартёр-генератора и возбудителя.
Выпускных коллекторов тоже нет, благодаря этому можно посмотреть на выпускные каналы головок цилиндров (жёлтая стрелка) и увидеть, что в каждое приходят по два канала — на каждый цилиндр приходятся 4 клапана, на тепловоз можно наклеить гордую надпись «64 valve». Как ни странно, на месте водо-масляные теплообменники, один из них показан зелёной стрелкой, второй стоит с другой стороны — масло, как и наддувочный воздух, охлаждается водой. А чёрной стрелкой показан механизм отключения топливных насосов половины цилиндров, об этом позже.
Вот и сам генератор синхронный ГС-501. Сразу ясно, как с ним стыкуется полумуфта дизеля. Почему синхронный? Потому что вырабатывает переменный ток частоты, жёстко синхронной с частотой вращения, 10 полюсных наконечников ротора, снежинка которых отлично видна на фото, наводят ток в рабочей (якорной) обмотке* статора, её волны тоже отлично видны по окружности. Крутится дизель-генератор со скоростью 1000 об/мин — генератор выдаёт 100 Гц. Так хитро перемножаются обороты и число полюсов ротора.
В народе почему-то гуляет мнение, что любой электрогенератор – словно колесо в воздухе, крутится себе и крутится, нагрузку на двигатель не создаёт. Как бы не так, почему ж тогда при включении на легковушке электровентилятора и на слух, и по тахометру заметен лёгкий провал оборотов? Про тепловозы и говорить нечего – если бы главный генератор не давал нагрузку на дизель, то и дизель был бы мощностью не 3000 – 4000 лошадей, а 300 – 400 – чтобы крутить воздушный компрессор, вентиляторы охлаждения тяговых двигателей да гонять воздух внутри огромного генератора… Или вспомнить русский АВАКС – А-50, самолёт дальнего радиолокационного обнаружения, где для питания мощнейшего радара – то есть, по сути, тоже верченья генераторов – стоит целый двигатель от Ан-24.
Любая электромашина обратима. Электродвигателем она называется или электрогенератором – по принципу действия это преобразователь электрического тока в магнитный поток, а магнитного потока в крутящий момент. Или наоборот – смотря в какой режим мы его загоним. Кто ездил на метро, мог заметить, что вагоны воют и при старте со станции, и при прибытии, то же самое и с трамваем, и с троллейбусом… Причём двигатели не работают на «задний ход» – такое издевательство, называемое режимом противовключения или просто контртоком, их быстро убьёт, двигатели именно переворачиваются в режим генераторов, те полюса, что в моторном режиме притягивались и тянули вагон вперёд, начинают отталкиваться и тормозить, а выработанная ими электроэнергия либо возвращается в сеть, либо просто сжигается на месте, если её некуда деть. Кинетическая энергия переходит в тепловую.
Точно так же дизель тепловоза нагружается генератором. Просто так «педаль в пол», чтобы проверить работу и форсунок, и самого дизеля, и системы охлаждения, на месте не дашь – дизель без нагрузки пойдёт вразнос, но можно подключить нагрузку к генератору. В её роли, если тепловоз оборудован электрическим тормозом, служат бортовые резисторы (тормозной реостат). А если это старичок без электротормоза, М62 или тот же 3ТЭ10У – его надо загнать на реостатную испытательную станцию депо и затащить в аппаратную камеру кабели, через которые генератор погонит электроны в водяной реостат – многокубовый бак с погруженными в воду пластинами-электродами.
Это секция крыши пассажирского электровоза ЧС8 — у электровозов тоже бывает реостатный тормоз, по ряду причин — энергию не всегда можно вернуть в сеть (либо напряжение в сети велико и добавлять означает его превысить, либо мощность торможения мала и возвращать просто нечего), на электровозах переменного тока это целая проблема — в сеть нужно вернуть именно ток с частотой 50 герц, для чего надо усложнять схему. Плюс реостатный тормоз устойчивей рекуперативного (с возвратом), что для плавности ведения пассажирского поезда важно, поэтому ни на одном ЧСе рекуперации нет...
Итак, слева соединённые П-образными перемычками секции резисторов, справа видны два вентилятора, они питаются от самих резисторов. Один тяговый двигатель — одна группа резисторов, один вентилятор. При работе электрического тормоза на полную мощность одна эта секция может обогреть пару-тройку хрущёвок, мощность торможения каждого двигателя (и, соответственно, рассеяния тепла на реостате) достигает 1 мегаватта, воздух на выходе может быть раскалён до 800 °С. Поэтому выхлопные жалюзи, как хорошо видно, чуть приподняты с наклоном вверх — чтобы не обжигать пассажиров, стоящих на высоких платформах. Если реостат на электровозе работает — краска на выхлопных жалюзи слегка выгоревшая... А во второй половине секции крыши — фильтры воздуха для охлаждения тяговых двигателей, он забирается с крыши и подаётся под кузов.
Это тормозной переключатель (Т) тепловоза 2ТЭ25КМ – именно этот аппарат подключает якоря тяговых двигателей к резисторам, когда тепловоз переходит в режим электрического торможения. Сейчас я ставлю на переключатель медные пластины, показанные красными стрелками – силовые перемычки, через которые в реостат потечёт ток главного генератора.
Сами пластины берутся с блокировки нагружения (БН, показана зелёной стрелкой) – это просто две шпильки с подключенными проводами. Когда блокировка замкнута пластинами, то поездные контакторы, подключающие двигатели к генератору, включаются, когда пластин нет – поездные не включаются, генератор двигателями не нагружается. Вместо них электроны бегут через стоящие на Т пластины в реостат.
А это акция «ТЭП и кипячение» - испытания тепловоза ТЭП70 в депо Полтава. Семидесятка электротормозом оборудована и проверить железо (дизель и охлаждающее устройство) можно и без внешнего реостата, но вот настроить систему авторегулирования электропередачи (так сказать, коробку-автомат тепловоза) с нерегулируемым бортовым реостатом нельзя. Нужен внешний, его пластины можно поднимать и опускать, при погружении пластин в воду сопротивление падает и нагрузка растёт – можно сымитировать разные условия движения. Правда, испытания только начались, вода в реостате (зелёный бак поодаль) ещё не закипела, но дизель уже задымил на отлично. Пар посмотрим ниже.
Вот так выглядит подключение к реостату тепловоза М62.
Послушаем – вкрутите вуферу полную громкость! – 12-горшковый 2-турбинный 2-тактник 14Д40:
Ещё один ТЭП70, на сей раз депо Сольвычегодск (Котлас), переводит воду в пар в депо Сарепта.
А это – приборы в помещении испытательной станции.
Вернёмся к КМке. Система управления у неё цифровая, регулировать её не нужно, поэтому при сдаче из ремонта достаточно нагружения на свой реостат. Испытания делаются при сдаче после техобслуживания ТО-15 (по-старому – ТО-3), которое делается, как говорит название, каждые 15 тысяч километров пробега, а также с более тяжёлых видов обслуживания – текущих ремонтов ТР-75, ТР-300 и так далее. Вот дисплей МСУ (микропроцессорной системы управления) в момент включения первой позиции – но пока при нормальной работе, как видим, поездные (П1 ... П6) включены, ток пошёл в двигатели.
А это уже после переброса перемычек с БН на Т — поездные выключены, цепь с виду разомкнута, но ток всё-таки каким-то чудом есть — идёт через пластины в реостат. Да ещё какой — уже седьмая позиция, мощность почти 0,9 МВт.
Это я возле дизеля. ДВС на КМке 16-цилиндровый 4-тактный, 18А-5Д49, и чем хороша модификация 18А – на выходе из каждого цилиндра стоит термопара, то есть датчик температуры выхлопных газов, информацию с термопар можно вывести на дисплей. Шишка на выпускном коллекторе (показана красной стрелкой) – соединительная колодка термопары, внутрь коллектора уходит штырь датчика. Зелёной стрелкой показана секция топливного насоса высокого давления (ТНВД), синей – вал управления рейками секций, жёлтой – индикаторный кран цилиндра, через него замеряется компрессия.
В следующей серии посмотрим на сигналы с термопар без нагрузки и под оной, а также на результаты безответственного отношения к дизелю!
* — кто заметил словосочетание «рабочей (якорной) обмотке статора» и посчитал это за ошибку — внимательно повторите теорию электромашин. У коллекторных и синхронных машин есть обмотка возбуждения и рабочая обмотка, она же якорная, и в ней при вращении машины обязательно течёт переменный ток, иначе машина не работает. В коллекторной машине постоянной ток преобразуется в переменный коллектором и якорная обмотка находится на роторе, потому он и называется иначе якорем, а у типичной синхронной она на статоре, поэтому ротор — просто ротор.