Назначение.
Основная задача компрессора на локомотиве — обеспечение сжатым воздухом тормозных систем как самого локомотива, так и поезда. В предыдущих статьях мы с вами обсуждали принципы торможения подвижного состава.
Изначально компрессор разрабатывался для нужд железнодорожного транспорта. Хотя официальной расшифровки аббревиатуры в технической документации нет, в инструкциях по эксплуатации КТ‑6 прямо называют «компрессором для тормозных систем локомотивов» (компрессор тормозной, шестая модель), хотя это не совсем соответствует истине.
Сжатый воздух на локомотиве, помимо обеспечения тормозами, необходим для приведения в движение подвижных частей электрических пневматических аппаратов*, работы систем пескоподачи*, охлаждения и мн. др.
Разновидности компрессора: КТ-6Эл не имеют разгрузочных устройств; маслоотделителей, бачка для гашения пульсации стрелки манометра, а в картере имеют электроподогреватели. Приводятся в действие от электродвигателя через редуктор и эластичную муфту;
КТ-7 — отличаются от компрессоров КТ-6 только направлением вращения коленчатого вала, вентилятора и масляного насоса (вращение против часовой стрелки, если смотреть со стороны привода). Компрессоры КТ-6 и КТ-7 (кроме тепловозов 2ТЭ116) приводятся в действие от коленчатого вала дизеля через муфту.
Впоследствии компрессор обрёл широкую популярность помимо железной дороги:
На буровых установках (снабжение сжатым воздухом систем пневматического управления буровых установок, обеспечение работы пневматических инструментов и механизмов при бурении и обслуживании скважин);
На цементных заводах (транспортировка и дозирование цемента, клинкера);
Мукомольные предприятия (перемещение муки и других сыпучих продуктов, продувка силосов);
Производство пластмассовой тары (питание пневматических систем выдувных машин, формовочного оборудования);
Металлургия (питание пневматических систем управления на прокатных станах, доменных печах).
Устройство.
Корпус компрессора.
Корпус компрессора изготовлен из чугуна, имеет три привалочных фланца, к которым через уплотнительные прокладки крепятся три цилиндра шестью шпильками каждый.
Нижняя часть корпуса образует картер (поддон) для хранения масла. Масло заливают через заливочное отверстие, которое закрывается пробкой, слив осуществляется через два сливных. Контроль уровня масла в картере осуществляется щупом.
На боковых поверхностях корпуса проёмы с фланцами, которые закрываются крышками.
Цилиндры и клапанная коробка.
Расположение цилиндров W-образное. В центре — цилиндр высокого давления, по краям — низкого. Цилиндры отлиты из чугуна, расположены таким образом, что угол между каждым из них образует 60 градусов.
Цилиндры крепятся к корпусу посредством шести шпилек через уплотнительные прокладки. Правильность постановки фиксируется контрольными штифтами.
В цилиндрах низкого давления со стороны всасывающей полости устанавливаются воздушные фильтра.
Клапанная коробка и клапана.
Верхние части цилиндров низкого и высокого давления имеют фланцы, к которым крепятся клапанные коробки.
Клапанная коробка разделена перегородкой на две камеры: нагнетательную и всасывающую, в которых установлены нагнетательный и всасывающий клапаны.
Конструкция всасывающего и нагнетательного клапана идентична. Между верхней частью — обоймой и нижней частью — седлом, на трёх пружинах каждая, уложены стальные большая и малая пластины, выполняющие функцию обратного клапана.
Большая пластина диаметром 108 х 81 мм и малая диаметром 68 х 40 мм расположены на трёх конических пружинах каждая. Пружины установлены в углублениях, выполненных в седле клапана, причем на нагнетательные клапана устанавливают пружины с большей жесткостью, меньшей — на всасывающие.
К нижнему седлу приварена стяжная шпилька, на которую надевается обойма, зажимаемая корончатой гайкой. Поршень, находящийся как раз под клапанной коробкой, при движении вниз создаст разряжение в полости под всасывающим клапаном, большая и малая пластины просядут на своих пружинах, открывая путь воздуху в цилиндр.
При движении поршня вверх большая и малая пластины под давлением сжимаемого воздуха упрутся в верхнюю обойму, перекрывая выход из цилиндра. Единственный путь — открывающийся навстречу потоку нагнетательный клапан, отличающийся от всасывающего тем, что установлен в перевернутом виде (обойма сверху, седло снизу).
Поршень.
Литые чугунные поршни имеют по четыре кольца: два верхних — компрессионные, два нижних — маслосъёмные. Для эффективного маслосъёма острые кромки маслосъёмных колец направлены в сторону нижней части тронка (юбки). Поршни компрессора КТ-6 литые, чугунные, имеют по четыре кольца: два верхних — компрессионные, два нижних — маслосъёмные.
Шатунный механизм.
Шатунный механизм компрессора состоит из главного шатуна и двух прицепных. Главный шатун состоит из двух элементов: самого шатуна и разъёмной головки, жёстко связан с головкой шатунного механизма двумя пальцами. Один из пальцев вдобавок фиксируется штифтом.
Прицепные шатуны — каждый крепится к разъёмной головке одним пальцем, имеют плавающую посадку. В верхние головки шатунов запрессованы неразъёмные подшипники скольжения — втулки из бронзы.
Нижний подшипник скольжения шатунного механизма состоит из разъёмной головки, крышки и двух стальных тонкостенных вкладышей, рабочая часть которых залита баббитом. Вкладыши зажимаются крышкой к головке посредством четырёх шпилек и гаек, фиксируются штифтом.
Чтобы не допустить проворота и соблюсти чертёжный зазор на масло, вкладыши устанавливаются с определённым натягом, который регулируется за счёт установки регулировочных прокладок (одна прокладка толщиной 0,7 мм + три толщиной по 0,1 мм каждая).
Положение разъёмных вкладышей в подшипнике принципиально важно. Масло поступает по масляным каналам из коленвала, через отверстия во вкладышах, масляным каналам в стержнях шатунов к подшипникам верхних головок и поршневым пальцам.
Коленвал.
Коленвал совместно с шатунным механизмом преобразует вращающий момент от привода компрессора в возвратно-поступательное движение поршней.
Двумя коренными шейками коленвал опирается на два шариковых подшипника. Шатунная шейка одна, предназначена для крепления разъёмного подшипника шатунного механизма.
Смазка шатунного подшипника скольжения осуществляется по просверленным в коленвале масляным каналам.
Для компенсации инерции движущихся по прямолинейной траектории поршней к выступам коленвала привариваются противовесы. В более поздних моделях, с целью уменьшения собственных колебаний, началась установка дополнительных противовесов, выполняющих функцию антивибратора* коленвала.
Масляный насос.
Неразъёмные подшипники скольжения верхних головок шатунов, нижний разъёмный подшипник шатунной шейки, поршневые пальцы — все это узлы, нуждающиеся в постоянной смазке. Масло подаётся к ним под давлением по каналам в коленвале, стержне шатуна и пальце благодаря установленному в картере масляному насосу.
Насос состоит из трёх основных элементов: крышки, корпуса и фланца, которым насос крепится к корпусу компрессора. В торец коленвала запрессована втулка, в которую входит квадратный хвостовик валика масляного насоса. Валик опирается на два подшипника скольжения в виде бронзовых втулок. Две лопасти вставляются в пазы валика, между ними разжимная пружина.
При начале вращения под действием центробежной силы лопасти разжимаются, плотно прилегая к стенкам цилиндров. Масло поднимается из картера во всасывающую полость и по осевому каналу валика устремляется в масляные каналы коленвала, далее к нижнему и верхнему подшипникам шатунного механизма, к поршневым пальцам.
Давление контролируется манометром. Чтобы исключить колебания стрелки, в штуцере установлен ниппель 0,5 мм и резервуар объёмом 0,25 л. При частоте вращения 750 об/мин производительность насоса составляет 5 л/мин.
Подачу масла к шатунному механизму регулирует редукционный клапан, сбрасывая избыток масла в картер компрессора. Чем выше частота оборотов вала, тем сильнее шаровый клапан прижимается к седлу, тем выше давление необходимо для его открытия (если при 270 об/мин клапан отходил от седла при 1,5 кг/см2, то при 850 об/мин давление открытия клапана составляет 3 кг/см2).
Система охлаждения.
Для охлаждения воздуха, поступающего из цилиндров низкого и высокого давления, на компрессоре установлен холодильник радиаторного типа.
Верхний коллектор объединяет две радиаторные секции (левую и правую), внутри разделен двумя перегородками на три полости: левую и правую — от левого и правого цилиндров низкого давления, среднюю — от цилиндра высокого давления.
Нагретый от сжатия в цилиндрах низкого давления воздух поступает по боковым патрубкам холодильника в крайние отсеки верхнего коллектора. Из крайних отсеков по 12 трубкам каждой радиаторной секции воздух устремляется в нижние коллекторы, поднимается по 10 трубкам каждой секции в средний отсек верхнего коллектора, далее через всасывающий клапан в цилиндр высокого давления.
На средней части установлен предохранительный клапан, отрегулированный на давление 4,5 кг/см2.
Постановка предохранительного клапана принципиально важна. Если возникнет неплотность нагнетательного клапана при холостом режиме или всасывающего в режиме нагрузки, в коллекторе начнётся рост давления воздуха, что приведёт к аварии.
Нижние коллекторы (у каждой секции свой) оснащены водоспускными кранами и пробками для промывки радиаторов.
Холодильник и цилиндры компрессора охлаждаются четырёхлопастным вентилятором, получающим вращение от коленвала через клиновидный ремень.
Сапун.
Износ поршневых колец или цилиндров позволяет сжатому воздуху проникать в картер, что приводит к росту давления в картере. В картере создаётся подпор, который давит на все уплотнения (сальники коленвала, прокладки крышек и т. д.), по корпусу появляются масляные подтёки, расход масла резко возрастает.
Выдавливаемое через прокладки и сапун масло попадает во всасывающий тракт, забивая воздушные фильтра.
Избыточное давление начинает создавать сопротивление движению поршней, создавая нагрузку на привод, снижая производительность.
Если давление превысит расчётные значения и не будет сброшено через сапун, возможен разрыв картера с разлётом осколков (аварийная ситуация).
Для защиты картера компрессора от избыточного давления в прикрученный к корпусу патрубок по резьбе вкручивается сапун, работающий по принципу обратного клапана.
В корпусе сапуна полость между верхней и нижней решетками заполнена набивкой из конского волоса. На шпильке, расположенной по центру сапуна, одета пружина, удерживающая обе решетки на расстоянии.
Роль клапана выполняет прокладка, зажатая между верхней и нижней шайбами. К посадочному месту прокладка прижата пружиной, находящейся между верхней шайбой прокладки и упорной шайбой. Упорная шайба, в свою очередь, удерживается на шпильке за счет шплинта.
При повышении давления в картере компрессора воздух, просачиваясь и очищаясь от масла сквозь конскую набивку, преодолевая сопротивление прижимной пружины, перемещает вверх прокладку и уходит в атмосферу.
При понижении давления прижимная пружина возвращает прокладку на посадочное место, не позволяя воздуху проникнуть из атмосферы внутрь картера.
Работа компрессора.
Работа под нагрузкой.
Если в правом цилиндре низкого давления поршень пошёл вниз, над поршнем создаётся разрежение. Пластины всасывающего клапана, сжимая пружины, отходят от седла, пропуская воздух в цилиндр.
Воздух из атмосферы проходит через воздушный фильтр (процесс всасывания показан желтым цветом), всасывающий клапан в полость над поршнем. Нагнетательный клапан закрыт.
В левом цилиндре низкого давления в это время происходит процесс сжатия и подачи воздуха через нагнетательный клапан (фаза сжатия воздуха показана зелёным цветом).
Воздух по боковому патрубку устремляется в верхний коллектор холодильника, откуда по двенадцати оребрённым трубкам холодильника попадает в нижний коллектор, далее по десяти оребрённым трубкам поднимается в центральную полость холодильника, соединённую с полостью крышки цилиндра высокого давления.
При движении поршня в цилиндре высокого давления вниз над поршнем создаётся разрежение, открывается всасывающий клапан и воздух из холодильника заходит в полость над поршнем.
При движении поршня цилиндра высокого давления вверх воздух из полости над поршнем открывает нагнетательный клапан и устремляется в главный резервуар (фаза нагнетания в главный резервуар показана голубым цветом).
Холостой ход.
При достижении давления в главном резервуаре 8,5–9 кг/см2 срабатывает регулятор давления*, подавая воздушный импульс в разгрузочные устройства цилиндров высокого и низкого давления (на рисунке импульс обозначен красным цветом).
Воздух, попадая в разгрузочное устройство, смещает вниз диафрагму, поршень и упоры с пальцами. Упоры отжимают пластины всасывающих клапанов от своих сёдел, открывая путь воздуху как внутрь полости над поршнем, так и обратно в атмосферу.
Пластины больше не могут перекрывать путь воздуху по принципу обратного клапана, когда поршень идёт вверх.
Компрессор работает в режиме холостого хода до тех пор, пока давление воздуха в главном резервуаре, ввиду расхода и естественных утечек, не упадёт до 7,5 кг/см2.
В заключение обращу внимание читателей на наличие терминов, отмеченных снежинкой*, описание назначения которых можно будет встретить в следующих статьях, или информацию о них можно почерпнуть в наших коротких развивающих фильмах на нашем телеграм-канале «Михаил Михайлович о локомотивах» https://t.me/mihailsilko24 или в набирающем в последнее время популярность «Рутубе» «Михаил Михайлович о локомотивах» https://rutube.ru/channel/22129608/.
Приглашаем посмотреть более 50-ти коротких обучающих фильмов, посвященных назначению, устройству и принципу работы различных узлов и агрегатов тепловозов и электровозов. Отписаться никогда не поздно, так что заходите на наш канал))). До скорых встреч!