для чего служит уравнительный резервуар

УРАВНИТЕЛЬНЫЙ РЕЗЕРВУАР

Кран машиниста оснащается УР, который разряжается при служебном торможении через калибровочное отверстие, что обеспечивает ограниченный темп служебной разрядки независимо от объема ТМ и исключает срабатывание

ВР на экстренное торможение. УР в сочетании калиброванного отверстия в кране машиниста обеспечивает управление тормозами по манометру без отсчета времени. Насколько снизили давление в УР, настолько уравнительный объем снизит давление в ТМ. Камера над уравнительным поршнем составляет объем 200 грамм. Если давление в ТМ разряжать непосредственно через золотник, при отсутствии УР, то после перевода ручки крана машиниста в положение перекрыши, давление в ТМ в голове и в хвосте поезда было бы разное из-за неравномерности снижения. При этом произошло перетекание воздуха из хвостовой части в головную, что вызовет отпуск тормозов в головной части поезда.

Кран машиниста №394 с дополнительным положением ручки 5А для плавного торможения в поездах массой более 6000т, когда в один прием требуется разрядить ТМ на величину на 0,5-0,6 атмосфер и последующим

переводом в положение 5А, после получения необходимой разрядки ручку перевести в 4 положение.

Кран машиниста №395-000-3 для грузовых локомотивов с микроконтроллером для подачи песка и разбора схемы при постановке ручки крана машиниста в 6 положение. 27

Кран машиниста № 395- 000-4 для управления в пассажирских поездах, снабженный тремя микровыключателями ( два для управления ЭПТ), а третий для автоматической подачи песка и разбора схемы. Он отличается конструкцией верхней части. Крышка имеет кронштейн для крепления контроллера двумя винтами. Стержень удлинен и на него, помимо ручки, надет кулачок, к которому плоской пружиной прижимаются шарикоподшипники, закрепленные на оси в держателях. На диске винтами закреплены микровыключатели. Для соединения контроллера с аппаратами ЭПТ исполь-зуется штепсельный разъем.

РАБОТА КРАНА

ПОЛОЖЕНИЕ. ЗАРЯДКА И ОТПУСК

ТМ заряжается двумя путями:(Рис. 7)

— второй – через впускной клапан.

Полость над уравнительным поршнем заряжается двумя путями:

— через сквозные отверстия золотника и зеркала диаметром 5мм.

— чрез питательный клапан редуктора.

УР заряжается из полости над уравнительным объемом через отверстие 1,6 мм.

Показать сообщение полости над уравнительным объемом через стабилизатор.

Основной путь зарядки ТМ.

Воздух из ГР через ковшеобразную выемку зеркала, широкую выемку золотника, 16мм отверстия золотника и зеркала поступает в ТМ.

Первый путь зарядки УР.

Воздух из Г Р поступает в крышку над золотником и прижимает его к зеркалу золотника. Из камеры над золотником через сквозное отверстие 5мм золотника, через выемку и отверстие 5мм в зеркале заполняет камеру над уравнительным поршнем и через отверстие 1,6 мм поступает в У Р.

Второй путь зарядки ТМ.

При зарядке камеры над уравнительным поршнем воздух поступает через 5мм отверстия, а в УР поступает через отверстие 1,6мм. В камере над уравнительным поршнем создается избыточное давление, уравнительный поршень опускается вниз, хвостовиком давит на клапан, сжимая пружину, и нижняя притирка впускного клапана открывается, и воздух из ГР поступает в ТМ.

Второй путь зарядки УР.

Воздух из ГР через ковшеобразную выемку зеркала, выемку золотника, соединяющий ГР с питательным клапаном редуктора поступает в выемку и 3мм отверстия в зеркале, фильтр, питательный клапан редуктора, в камеру над уравнительным поршнем и через отверстие 1,6мм в УР.

Сообщение УР со стабилизатором.

Полость над уравнительным поршнем через отверстие 3мм в зеркале, выемку в золотнике и отверстие 3мм поступает в камеру постоянного давления стабилизатора и через отверстие 0,45мм в атмосферу.

ВТОРОЕ ПОЛОЖЕНИЕ КРАНА МАШИНИСТА – ПОЕЗДНОЕ

При втором положении ручки крана машиниста выполняются следующие функции:

— автоматическая ликвидация сверх зарядного давления.

— поддержание зарядного давления.

— отпуск тормозов вторым положением.

Чтобы легче освоить работу крана при втором положении, необходимо учитывать, что при втором положении крана камера над уравнительным поршнем с УР сообщается с камерой над диафрагмой редуктора;

Чувствительность диафрагмы редуктора (0,05ат.) значительно выше, чем чувствительность уравнительного поршня(0.2-0,3ат.)

АВТОМАТИЧЕСКАЯ ЛИКВИДАЦИЯ СВЕРХЗАРЯДНОГО ДАВЛЕНИЯ

регулируется пружиной. Под избыточным давлением сверху диафрагма в редукторе прогнется вниз и питательный клапан за счет пружины будет закрыт, разобщая ГР от УР.

В уравнительный объем при втором положении ручки крана машиниста входит:

— полость над уравнительным поршнем.

— полость над диафрагмой редуктора.

Весь уравнительный объем разряжается в АТ. через стабилизатор постоянным темпом по следующим каналам, через 3мм отверстия в зеркале, выемку золотника через 3мм отверстие в зеркале сообщается с камерой постоянного давления стабилизатора и через калибровочное отверстие 0,45мм с АТ.

Ликвидация сверхзарядки магистрали протекает в две стадии. Первая стадия – быстрое уменьшение давления в тормозной магистрали до уровня давления в УР. В коротких поездах и на одиночно следующих локомотивах

этот спад давления сопровождается кратковременным, с шумовым эффектом, выбрасывая сжатый воздух из ТМ в АТ. через выпускной клапан. ( до выравнивания давлений в УР и ТМ). Вторая стадия осуществляется через стабилизатор. В полости над диафрагмой стабилизатора поддерживается постоянное давление, зависящее от усилия пружины, регулируемого винтом. При увеличении затяжки пружины давление повышается, а при ослаблении уменьшается.

Источник

НАЗНАЧЕНИЕ, УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ И ТИПЫ УРАВНИТЕЛЬНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ

Назначение уравнительных резервуаров. При переходных процессах гидроэлектростанций, вызванных регулированием нагрузки, в напорных водоводах возникает неустановившееся движение, сопровождающееся гидравлическим ударом. Положительный гидроудар (повышение давления) увеличивает внутреннее давление воды на облицовку водовода. Отрицательный гидроудар может привести к разрыву сплошности потока с последующим его смыканием и значительным всплеском давления. Уравнительные резервуары являются одним из эффективных средств снижения как положительного, так и отрицательного гидроудара. В напорных системах ГЭС с уравнительными резервуарами переходные процессы происходят в виде гравитационных колебаний. При этом существенно растягивается во времени переход кинетической энергии потока в потенциальную, за счет этого снижаются пики гидродинамического давления.

Кроме того, уравнительный резервуар улучшает условия регулирования турбин, позволяя повысить маневренность гидроэлектростанций за счет обеспечения возможности более быстрого закрытия и открытия турбин.

По расположению уравнительные резервуары подразделяются на верховые, размещаемые на подводящих водоводах, и низовые, размещаемые на отводящих напорных водоводах (рис. 1).

Рис. 1. Схема гидроэлектростанции с верховым и низовым уравнительными резервуарами:

На рис. 1 представлена схема гидроэлектростанции с верховым уравнительным резервуаром (2) и низовым уравнительным резервуаром (7). Между верхним бьефом (ВБ) и верховым уравнительным резервуаром проходит подводящий деривационный водовод (3), между нижним бьефом и низовым уравнительным резервуаром – отводящий деривационный водовод (8). Обычно деривационный водовод делится на несколько турбинных водоводов, подводящих воду к турбинам (5).

Как правило, верховые уравнительные резервуары располагаются в месте перелома трассы подводящего водовода. Расположение верхового уравнительного резервуара перед зданием ГЭС (рис. 1, (4)) является предпочтительным с точки зрения снижения гидроудара, но требует существенного увеличения его высоты, что в большинстве случаев экономически не оправдано.

Низовые резервуары максимально приближаются к выходному сечению отсасывающих труб гидротурбин.

, (1)

где: L – длина подводящего водовода от верхнего бьефа до входного сечения спиральной камеры, F – площадь сечения водовода, g – ускорение свободного падения, Н – напор турбин. Для получения максимально возможного значения в формулу подставляются расчетный расход и расчетный напор турбин ГЭС.

Для водовода с переменной по длине площадью сечения водовода определяется как сумма постоянных инерции отдельных участков

(2)

Если на ГЭС подводящий деривационный водовод делится на несколько турбинных водоводов, то в формулу (2) подставляется суммарная площадь сечения турбинных водоводов, отходящих от одного деривационного водовода.

Установка верхового уравнительного резервуара может рассматриваться при значениях . Окончательное решение принимается на основании технико-экономического сравнения варианта с уравнительным резервуаром и вариантов, обеспечивающих снижение гидроудара другими способами, например установкой холостого выпуска.

Критерием установки низового уравнительного резервуара является значение вакуума в отсасывающей трубе турбины за счет отрицательного гидроудара при сбросах нагрузки. Согласно нормам проектирования режимов регулирования гидроэлектростанций допустимым является вакуум не более 5 м. Опыт показывает, что установка низового уравнительного резервуара необходима на отводящих напорных водоводах даже при относительно небольшой их длине, превышающей 70 – 100 м.

Принцип работы уравнительного резервуара. При установившихся режимах уравнительный резервуар работает как пьезометр, уровень занимает положение (рис. 2). Уравнительный резервуар вступает в работу при нарушении установившегося режима вследствие изменения расхода турбин.

В верховом резервуаре при уменьшении расхода турбин, происходит подъем уровня. Подъем уровня вызывает плавное торможение расхода в подводящем деривационном водоводе. Уровень в резервуаре поднимается выше уровня верхнего бьефа (ВБ), достигает максимального значения , затем начинает снижаться. Гидравлические потери напора в деривации и уравнительном резервуаре вызывают затухание колебаний и приход уровня к положению , отвечающему новому установившемуся режиму с расходом .

В низовом резервуаре при уменьшении расхода турбин происходят обратные колебания, а именно – опускание уровня, вызывающее торможение расхода в отводящем деривационном водоводе. Уровень в резервуаре опускается ниже отметки нижнего бьефа (НБ), достигает минимального положения и начинает подниматься.

При увеличении расхода турбин, в течение первой четверти периода колебаний происходит снижение уровня в верховом резервуаре и подъем – в низовом, что обеспечивает увеличение расхода в подводящем и отводящем деривационных водоводах.

Рис. 2. Схема работы уравнительных резервуаров:

1 – колебания уровня в резервуаре при уменьшении расхода; 2 – колебания уровня в резервуаре при увеличении расхода

На деривационных гидроэлектростанциях находят применение уравнительные резервуары следующих типов.

Цилиндрический уравнительный резервуар (рис. 3, схема I) представляет собой вертикальную или наклонную шахту постоянного поперечного сечения. Цилиндрический уравнительный резервуар обеспечивает минимальные потери напора при колебаниях и может применяться в качестве низового для уменьшения отрицательного гидроудара и предотвращения разрыва сплошности потока в отсасывающей трубе при сбросах нагрузки на ГЭС. Уравнительные резервуары этого типа имеют существенный недостаток. В установившихся режимах работы гидроэлектростанции при движении воды через узел сопряжения уравнительного резервуара с водоводом практически полностью теряется скоростной напор в водоводе , где – скорость в деривационном водоводе.

Уравнительный резервуар с дополнительным сопротивлением (рис. 3, схема II) соединяется с напорным водоводом через короткий патрубок с поперечным сечением меньшим, чем сечение резервуара. Для увеличения гидравлического сопротивления в патрубке может быть установлена диафрагма. Соединительный патрубок и диафрагма образуют дополнительное сопротивление. Дополнительное сопротивление обеспечивает уменьшение амплитуды колебаний уровня воды в резервуаре по сравнению с цилиндрическим, однако приводят к дополнительному повышению давления в деривации. Преимуществом уравнительного резервуара данного типа является практически полное отсутствие потерь напора в узле сопряжения в установившемся режиме работы ГЭС.

Камерный уравнительный резервуар (рис. 3, схема III) представляет собой вертикальную или наклонную шахту, соединенную с двумя камерами – верхней и нижней. В уравнительном резервуаре верхняя камера располагается выше максимального уровня свободного бьефа, нижняя – ниже минимального уровня свободного бьефа (верхнего или нижнего соответственно для верхового и низового уравнительных резервуаров). Заполнение и опорожнение верхней камеры происходят через водослив (1) и водопропускные окна (2).

Дифференциальный уравнительный резервуар (рис. 3, схема IV) имеет в конструкции два цилиндра – внешний и внутренний. Внутренний цилиндр соединен с напорным водоводом. Гидравлическая связь внутреннего и внешнего цилиндров осуществляется через водопропускные окна и кольцевой водослив на гребне внутреннего цилиндра. При поступлении воды в резервуар происходит быстрый подъем воды во внутреннем цилиндре и наполнение внешнего цилиндра через водослив (1) и водопропускные окна (2). При выходе воды из резервуара в водовод происходит быстрое опускание уровня во внутреннем цилиндре и долив в него из внешнего через водопропускные окна.

Пневматический уравнительный резервуар (рис. 3, схема V) расположен ниже уровня верхнего бьефа (для верхового резервуара) или нижнего бьефа (для низового резервуара). Замкнутое пространство над свободной поверхностью в резервуаре занимает сжатый воздух. Сжатие и расширение воздушной полости при колебаниях способствует уменьшению размаха колебаний уровня.

2. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УРАВНЕНИЯ, описывающие колебаня В НАПОРНОЙ СИСТЕМЕ И УРАВНИТЕЛЬНОМ РЕЗЕРВУАРЕ

Вывод основных уравнений выполнен с учетом следующих допущений:

— при изменении давления вода не сжимается, облицовка водовода не деформируется (жесткая модель);

— давление на свободной поверхности в уравнительном резервуаре равно атмосферному;

— деривационный водовод на всей длине имеет постоянную площадь сечения.

При выводе уравнений принято правило знаков расходов и уровней, показанное на рис. 2. Ноль шкалы уровней совпадает с уровнем верхнего бьефа для верхового резервуара или с уровнем нижнего бьефа для низового резервуара. Положительное направление оси уровней – вверх, отрицательное – вниз. Положительное направление расходов деривационного и турбинного водоводов – от бьефа к турбине, отрицательное – от турбины к бьефу. Для расхода резервуара – положительное направление при направлении потока ”в резервуар”, отрицательное – при направлении ”из резервуара”.

Вывод основных уравнений выполнен для подводящей деривации и верхового уравнительного резервуара. Расчет процессов в отводящей деривации и низовом уравнительном резервуаре может выполняться по тем же формулам. Для получения корректного результата следует учитывать приведенное выше правило знаков расходов. В отводящей деривации направлению течения от турбин к нижнему бьефу будут соответствовать отрицательные значения расходов деривации и турбинного водовода.

Динамическое уравнение. В качестве динамического уравнения, для описания переходного процесса в деривационном водоводе и уравнительном резервуаре используется уравнение Бернулли, записанное для неустановившегося движения жидкости. Уравнение связывает удельные энергии потока в двух сечениях со свободной поверхностью. Сечение 1-1 совмещено с уровнем верхнего бьефа. Сечение 2-2 совмещено с уровнем свободной поверхности в уравнительном резервуаре.

не W_wр, а Н_wр ВБ (3)

Последний член в уравнении (3) характеризует инерционный напор воды в деривационном водоводе. Для водовода постоянной площади сечения он может быть записан в виде:

тоже Н_{wр ­­}-– это потери на вход-выход вУР (4)

Если провести плоскость сравнения 0-0 на уровне верхнего бьефа, то удельная энергия в сечении 1-1 будет равна нулю . Если пренебречь скоростным напором на свободной поверхности в уравнительном резервуаре и инерцией столба жидкости в резервуаре, то динамическое уравнение будет иметь вид:

(5)

Член учитывает потери напора в деривационном водоводе, включая потери в водоприемнике, на местных сопротивлениях и по длине, а также потери скоростного напора. В общем виде эти потери определяются по формулам:

, (6)

, (7)
где –суммарный коэффициент местных гидравлических сопротивлений в деривации, С – коэффициент Шези, R – гидравлический радиус.

Форма записи расхода в формулах потерь напора позволяет учесть изменение знака потерь напора при изменении направления течения.

Член учитывает потери напора в узле сопряжения уравнительного резервуара с водоводом. Сюда входят потери напора на диафрагме дополнительного сопротивления. Расчет этих потерь напора выполняется через расход в резервуаре и коэффициент местного сопротивления . Обобщенные данные по значениям коэффициента местного сопротивления узла сопряжения резервуара с водоводом приведены на рис. 4 [1].

Рис. 4 Обобщенные данные по коэффициентам сопротивления бокового ответвления в Т-образной развилке

Следует обратить внимание на то, что скоростной напор рассчитывается через расход резервуара и площадь сечения деривационного водовода.

, (8)
где .

Уравнение неразрывности связывает между собой расходы в узле сопряжения уравнительного резервуара с водоводами (рис. 2). Для принятого выше правила знаков расходов и уровней оно запишется в виде:

. (9)

В уравнениях (5) и (9) два неизвестных: расход деривационного водовода и уровень в уравнительном резервуаре. Изменение суммарного расхода турбинных водоводов во времени задается в качестве граничного условия.

Простейшим граничным условием является мгновенное изменение расхода турбин от некоторого начального до конечного значения (рис. 5 а, в, д, ж). Такой упрощенный закон принимается при аналитическом решении уравнений (3) и (7).

Более точным является линейный закон изменения расхода турбин, в котором может учитываться реальное время изменения расхода при наборе или сбросе нагрузки (см. рис. 5 б, г, е, з).

Рис. 5. Граничные условия расчета колебаний в верховом и низовом уравнительных резервуарах

3. НАЧАЛЬНЫЕ И ГРАНИЧНЫЕ УСЛОВИЯ для определения максимального и минимального уровней в резервуаре

Для разработки конструкции уравнительного резервуара необходимо рассмотреть переходные процессы, приводящие к наибольшему возможному подъему уровня и наибольшему его опусканию в уравнительном резервуаре. Эти условия должны учитывать не только режимы изменения расхода ГЭС, но и положения уровней верхнего и нижнего бьефов, а также условия расчета потерь напора.

Обычно деривационный водовод ГЭС разветвляется на несколько турбинных водоводов. Поэтому рассматриваемые ниже переходные процессы относятся ко всем гидроагрегатам, связанным с данной деривацией и уравнительным резервуаром.

В разделе рассмотрены процессы набора и сброса нагрузки, происходящие из начального установившегося режима. В разделе ___ будут рассмотрены процессы, в которых сброс или набор нагрузки происходят в условиях незакончившихся колебаний расхода и уровня от предыдущего переходного процесса.

Источник

Правда о железнодорожных тормозах: часть 3 — приборы управления

Пришло время поговорить об устройствах, предназначенных для управления тормозами. Эти устройства называются «кранами», хотя долгий путь эволюции увел их достаточно далеко от кранов в привычном нам бытовом смысле, превратив в достаточно сложные устройства пневмоавтоматики.

Старый-добрый золотниковый кран 394 до сих пор используется на подвижном составе

1. Краны машиниста — краткая вводная

Поездной кран машиниста — устройство (или комплекс устройств), предназначенное для управления величиной и темпом изменения давления в тормозной магистрали поезда

Поездные краны машиниста, используемые в настоящее время можно разделить на приборы непосредственного управления, и краны с дистанционным управлением.

Приборы непосредственного управления это классика жанра, установленные на подавляющем большинстве локомотивов, моторвагонных поездов, а так же подвижном составе специального назначения (разные дорожные машины, автомотрисы и прочее) краны машиниста усл. №394 и усл. №395. Первый из них, изображенный на КДПВ, устанавливается на грузовые локомотивы, второй — на пассажирские.

В пневматическом смысле эти краны не отличаются друг от друга вообще никак. То есть абсолютно идентичны. Кран 395 на верхней части имеет, отлитый вместе с ней, прилив с двумя резьбовыми отверстиями, куда устанавливается «банка» контроллера управления электропневматическим тормозом

395-й кран машиниста в естественной среде обитания

Эти приборы, чаще всего, окрашиваются в ярко-красный цвет, что свидетельствует об их исключительной важности и особому вниманию, которое должна уделять им как локомотивная бригада, так и технологический персонал, обслуживающие локомотив. Еще одно напоминание о том, что тормоза на поезде это всё.

К этим приборам непосредственно подводятся трубопроводы питательной (ПМ) и тормозной магистрали (ТМ) и, посредством поворота рукоятки, осуществляется непосредственное управление потоком воздуха.

В кранах с дистанционным управлением на пульте машиниста установлен не сам кран, а так называемый контроллер управления, передающий по цифровому интерфейсу команды на отдельную электропневмопанель, которая устанавливается в машинном отделении локомотива. На отечественном подвижном составе используется многострадальный кран машиниста усл. №130, довольно долго пробивавший себе дорогу на подвижной состав.

Контроллер крана усл. №130 на пульте электровоза ЭП20 (справа, рядом с панелью манометров)

Пневмопанель в машинном отделении электровоза ЭП20

Для чего сделано именно так? Для того, чтобы помимо ручного управления тормозами появилась штатная возможность управления автоматического, например от системы автоведения поезда. На локомотивах, оборудованных 394/395 краном для этого требовалась установка на кран специальной приставки. По задумке, 130-й кран интегрируется в систему управления поездом по шине CAN, которая применяется на отечественном подвижном составе.

Почему я назвал этот прибор многострадальным? Потому, что был непосредственным свидетелем его первого появления на подвижном составе. Такие приборы устанавливались на первые номера новых российских электровозов: 2ЭС5К-001 «Ермак», 2ЭС4К-001 «Дончак» и ЭП2К-001.

В 2007 году я участвовал в сертификационных испытаниях электровоза 2ЭС4К-001. На этой машине устанавливался именно 130-й кран. Однако уже тогда пошли разговоры о его низкой надежности, более того, это чудо техники могло самопроизвольно отпустить тормоза. Поэтому от него очень скоро отказались и «Ермаки», «Дончаки» и ЭП2К пошли в серию с 394-ми и 395-ми кранами. Прогресс был отложен до доработки нового устройства. На новочеркасские локомотивы этот кран вернулся только с началом выпуска электровоза ЭП20 в 2011 году. А «Ермаки», «Дончаки» и ЭП2К новую версию этого крана так и не получили. ЭП2К-001 кстати, со 130-м краном, гниет сейчас на базе запаса, как я узнал недавно из видео одного фаната ж/д заброшки.

Однако, полного доверия подобной системе у железнодорожников нет, поэтому все локомотивы, оснащаемые краном 130 оснащаются так же и кранами резервного управления, позволяющими, в упрощенном режиме, непосредственно управлять давлением в тормозной магистрали.

Кран резервного управления тормозами в кабине ЭП20

На локомотивах устанавливается так же и второй прибор управления — кран вспомогательного тормоза (КВТ), предназначенный для управления тормозами локомотива, независимо от тормозов состава. Вот он, слева от поездного крана

Кран вспомогательного тормоза усл. №254

На фото классический кран вспомогательного тормоза, усл. №254. Устанавливается он много где до сих пор, как на пассажирских, так и на грузовых локомотивах. В отличие от тормозов вагона, на локомотиве тормозные цилиндры никогда не наполняются непосредственно из запасного резервуара. Хотя и запасный резервуар, и воздухораспределитель на локомотиве установлены. Вообще, схема тормозов локомотива более сложная, из-за того, что на локомотиве больше тормозных цилиндров. Суммарный их объем существенно выше 8 литров, поэтому наполнить их из запасного резервуара до давления в 0,4 МПа не получится — надо увеличивать объем запасного резервуара, а это увеличит время его зарядки по сравнению с вагонными ЗР.

На локомотиве ТЦ наполняются из главного резервуара, либо через кран вспомогательного тормоза, либо через реле давления, на которое воздействует воздухораспределитель, приводимый в действие от поездного крана машиниста.

Кран 254 имеет ту особенность, что он сам может работать как реле давления, допуская отпуск (ступенчатый!) тормозов локомотива при заторможенном составе. Такая схема называется схемой включения КВТ в качестве повторителя и применяется на грузовых локомотивах.

Кран вспомогательного тормоза используется при маневровых передвижениях локомотива, а так же для закрепления поезда после остановки и во время стоянки. Сразу после остановки поезда этот кран ставят в самое последнее тормозное положение, а тормоза в поезде отпускают. Тормоза локомотива способны удержать и локомотив и состав на достаточно серьезном уклоне.

На современных электровозах, таких как ЭП20, устанавливают другие КВТ, например усл. №224

Кран вспомогательного тормоза усл. №224 (справа на отдельной панели)

2. Устройство и принцип работы крана машиниста усл. №394/395

Итак, наш герой старый, проверенный временем и миллионами километров пути кран 394 (и 395, но он аналогичен, поэтому я буду говорить об одном из приборов, имея в виду и второй). Почему он, а не современный 130-й? Во-первых, 394 кран более распространен на сегодняшний день. А во-вторых, 130-й кран, вернее его пневмопанель, по принципу своего действия аналогична старичку 394.

Кран машиниста усл. №394: 1 — цоколь хвостовика выпускного клапана; 2 — корпус нижней части; 3 — уплотнительная манжета; 4 — пружина; 5 — выпускной клапан; 6 — втулка с седлом выпускного клапана; 7 — уравнительный поршень; 8 — уплотнительная резиновая манжета; 9 — уплотнительное латунное кольцо; 10 — корпус средней части; 11 — корпус верхней части; 12 — золотник; 13 — рукоятка управления; 14 — фиксатор рукоятки; 15 — гайка; 16 — прижимной винт; 17 — стержень; 18 — пружина золотника; 19 — прижимная шайба; 20 — монтажные шпильки; 21 — штифт-фиксатор; 22 — фильтр; 23 — пружина питательного клапана; 24 — питательный клапан; 25 — втулка с седлом питательного клапана; 26 — диафрагма редуктора; 30 — регулировочная пружина редуктора; 31 — регулировочный стакан редуктора

Как вам? Серьезный прибор. Этот прибор состоит из верхней (золотниковой) части, средней (промежуточной) части, нижней (уравнительной) части, стабилизатора и редуктора. Редуктор показан справа внизу на рисунке, стабилизатор покажу отдельно

Стабилизатор крана машиниста усл. №394: 1 — пробка; 2 — пружина дроссельного клапана;3 — дроссельный клапан; 4 — седло дроссельного клапана; 5 — калиброванное отверстие диаметром 0,45 мм; 6 — диафрагма; 7 — корпус стабилизатора; 8 — упор; 10 — регулировочная пружина; 11 — регулировочный стакан.

Режим работы крана задается поворотом рукоятки, которая вращает золотник, плотно притертый (и тщательно смазаный!) к зеркалу в средней части крана. Положений семь, их принято обозначать римскими цифрами

Золотник, и зеркало золотника содержат каналы и калиброванные отверстия, через которые, в зависимости от положения рукоятки, воздух перетекает из одной части прибора в другую. Так выглядит золотник и его зеркало

Кроме того, крану машиниста 394 подключают так называемый уравнительный резервуар (УР) объемом 20 литров. Этот резервуар является задатчиком давления в тормозной магистрали (ТМ). То давление, которое установлено в уравнительном резервуаре, будет поддерживаться уравнительной частью крана машиниста и в тормозной магистрали (кроме положений I, III и VI рукоятки).

Давления в уравнительном резервуаре и тормозной магистрали выводятся на контрольные манометры, установленные на приборной панели, обычно рядом с краном машиниста. Часто используют двухстрелочный манометр, например вот такой

Красная стрелка показывает давление в тормозной магистрали, черная — в уравнительном резервуаре

Итак, когда кран стоит в поездном положении, в уравнительном резервуаре устанавливается и поддерживается так называемое зарядное давление. Для моторвагонного подвижного состава и пассажирских поездов с локомотивной тягой его величина обычно 0,48 — 0,50 МПа, для грузовых поездов 0,50 — 0,52 МПа. Но чаще всего это 0,50 МПа, такое же давление используется на «Сапсане» и «Ласточке».

Устройствами, поддерживающими в УР зарядное давление являются редуктор и стабилизатор крана, работающие совершенно независимо друг от друга. Что делает стабилизатор? Он постоянно выпускает воздух из уравнительного резервуара через калиброванное отверстие диаметром 0,45 мм, имеющееся в его корпусе. Постоянно, не прерывая этот процесс ни на мгновение. Выпуск воздуха через стабилизатор идет строго постоянным темпом, который поддерживается дроссельным клапаном внутри стабилизатора — чем меньше будет давление в уравнительном резервуаре, тем сильнее приоткрывается дроссельный клапан. Этот темп намного ниже темпа служебного торможения, и он может регулироваться поворотом регулировочного стакана на корпусе стабилизатора. Делается это для ликвидации в уравнительном резервуаре сверхзарядного (то есть превышающего зарядное) давления.

Если воздух из уравнительного резервуара постоянно уходит через стабилизатор, то ведь он рано или поздно уйдет весь? Ушел бы, да не даст редуктор. При падении давления в УР ниже зарядного, в редукторе открывается питательный клапан, сообщающий уравнительный резервуар с питательной магистралью, пополняя запас воздуха. Таким образом в уравнительном резервуаре, во II-м положении рукоятки крана постоянно поддерживается давление 0,5 МПа.

Лучше всего этот процесс иллюстрируется такой схемой

Действие крана машиниста во II (поездном) положении: ГР — главный резервуар; ТМ — тормозная магистраль; УР — уравнительный резервуар; Ат — атмосфера

А что же тормозная магистраль? Давление в ней поддерживается равным давлению в уравнительном резервуаре с помощью уравнительной части крана, которая состоит из уравнительного поршня (в центре схемы), питательного и выпускного клапана, приводимых в действие поршнем. Полость над поршнем сообщается с уравнительным резервуаром (желтая область) а под поршнем — с тормозной магистралью (красная область). При повышении давления в УР поршень опускается вниз, сообщая тормозную магистраль с питательной, вызывая повышение давление в ней, до тех пор, пока давление в ТМ и давление в УР не станут равны.

При снижении давления в уравнительном резервуаре, поршень перемещается вверх, открывая выпускной клапан, через который воздух из тормозной магистрали выходит в атмосферу, до тех пор, опять таки, когда давления над поршнем и под ним не уравняются.

Таким образом, в поездном положении давление в тормозной магистрали поддерживается равным зарядному. При этом питаются и утечки из неё, так как, и я постоянно об этом говорю, в ней однозначно и всегда имеются неплотности. Такое же давление устанавливается и в запасных резервуарах вагонов и локомотива, так же с отпиткой утечек.

Для того, чтобы привести в действие тормоза, машинист ставит ручку крана в V положение — торможение служебным темпом. При этом происходит выпуск воздуха из уравнительного резервуара через калиброванное отверстие, обеспечивающее темп падения давления 0,01 — 0,04 МПа в секунду. Процесс контролируется машинистом по манометру уравнительного резервуара. Пока рукоятка крана стоит в V положении, воздух выходит из уравнительного резервуара. Срабатывает уравнительный поршень, поднимаясь вверх и открывая выпускной клапан, сбрасывая давление из тормозной магистрали.

Чтобы прекратить процесс выпуска воздуха из уравнительного резервуара, машинист ставит ручку крана в положение перекрыши — III или IV. Процесс выпуска воздуха из уравнительного резервуара, а следовательно и из тормозной магистрали прекращается. Так выполняется ступень служебного торможения. При недостаточной эффективности тормозов выполняется еще одна ступень, для этого ручка крана машиниста снова переводится в положение V.

При штатном, служебном торможении максимальная глубина разрядки тормозной магистрали не должна превышать 0,15 МПа. Почему? Во-первых, глубже разряжать бессмысленно — из-за соотношения объемов запасного резервуара и тормозного цилиндра (ТЦ) на вагонах в ТЦ не наберется давление более 0,4 МПа. А разрядке на 0,15 МПа как раз соответствует давление в 0,4 МПа в тормозных цилиндрах. Во-вторых, глубже разряжать просто опасно — при низком давлении в тормозной магистрали увеличится время зарядки запасных резервуаров при отпуске тормоза, ведь они заряжаются именно от тормозной магистрали. То есть подобные действия чреваты истощением тормоза.

Пытливый читатель спросит — а чем отличаются перекрыши в положениях III и IV?

В положении IV золотник крана перекрывает абсолютно все отверстия в зеркале. Редуктор не отпитывает уравнительный резервуар и давление в нем держится довольно стабильно, ибо утечки из УР крайне малы. Уравнительный поршень при этом продолжает работать, пополняя утечки из тормозной магистрали, поддерживая в ней то давление, которое установилось в уравнительном резервуаре после последнего торможения. Поэтому это положение носит название «перекрыша с питанием утечек из тормозной магистрали»

В III положении золотник крана сообщает между собой полости над и под уравнительным поршнем, что блокирует работу уравнительного органа — давления в обоих полостях падают одновременно темпом утечки. Подпитка этой утечки уравнительным органом не происходит. Поэтому III положение крана носит название «перекрыша без питания утечек из тормозной магистрали»

Почему таких положений два и какую перекрышу использует машинист? Обе, в зависимости от ситуации и рода службы локомотива.

При управлении пассажирскими тормозами, по инструкции, машинист обязан ставить кран в III положение (перекрыша без питания) в следующих случаях:

А теперь представим себе, что мы тормознули и поставили в IV положение, когда кран питает утечки из тормозной магистрали. И в это время какой-то идиот в тамбуре приоткрывает, а потом закрывает стоп-кран — балуется мерзавец. Кран машиниста отпитывает эту утечку, что приводит к повышению давления в тормозной магистрали, а чувствительный к этому пассажирский воздухораспределитель дает полный отпуск.

На грузовых используется главным образом IV положение — грузовой ВР не так чувствителен к повышению давления в ТМ и обладает более жестким отпуском. В III положение ставят только при подозрении о недопустимой неплотности тормозной магистрали.

А как производится отпуск тормозов? Для полного отпуска рукоятку крана машиниста ставят в положение I — отпуск и зарядка. При этом как уравнительный резервуар, так и тормозная магистраль соединяются непосредственно с питательной магистралью. Только наполнение уравнительного резервуара идет через калиброванное отверстие, быстрым, но достаточно умеренным темпом, позволяющим контролировать давление по манометру. А наполнение тормозной магистрали производится более широким каналом, так что давление там подскакивает сразу до 0,7 — 0,9 МПа (в зависимости от длины поезда) и держится таковым до того, как ручку крана не поставят во второе положение. Почему так?

Делается это для того, чтобы протолкнуть большое количества воздуха в тормозную магистраль, резко завысить в ней давление, что позволит отпускной волне гарантированно достичь последнего вагона. Этот эффект носит название импульсная сверхзарядка. Она позволяет как ускорить сам отпуск, так и обеспечить более быструю зарядку запасных резервуаров по всему поезду.

Наполнение уравнительного резервуара заданным темпом позволяет процесс отпуска контролировать. По достижении давления в нем зарядного (на пассажирских поездах) или с некоторым завышением, в зависимости от длины состава (на грузовых) рукоятку крана машиниста ставят во II поездное положение. Стабилизатор ликвидирует перезарядку уравнительного резервуара, а уравнительный поршень довольно быстро делает давление в тормозной магистрали равным давлению в уравнительном резервуаре. Вот как выгладит процесс полного отпуска тормозов до зарядного давления с точки зрения машиниста

Ступенчатый отпуск, в случае управления ЭПТ или на грузовых поездах при горном режиме работы воздухораспределителя выполняется постановкой рукоятки крана во II поездное положение, с последующим переводом в перекрышу.

А как происходит управление электропневматическим тормозом? ЭПТ управляют с того же крана машиниста, только 395-го, который оснащен контроллером ЭПТ. В этой «банке», одеваемой сверху на вал рукоятки, расположены контакты, которые через блок управления управляют подачей в провод ЭПТ положительного или отрицательного, относительно рельс, потенциала, а так же снимают этот потенциал, для отпуска тормозов.

При включенном ЭПТ торможение производится постановкой крана машиниста в положение Va — торможение замедленным темпом. При этом происходит наполнение тормозных цилиндров непосредственно от электровоздухораспределителя темпом 0,1 МПа в секунду. Контроль за процессом выполняется по манометру давления в тормозных цилиндрах. Разрядка уравнительного резервуара при этом происходит, но довольно медленно.

Отпуск ЭПТ может производится как ступенчато, постановкой крана в положение II, так и полностью, с постановкой в I положение и завышением давления в УР на 0,02 МПа над уровнем зарядного давления. Примерно так все выглядит с точки зрения машиниста

Как производится экстренное торможение? При постановке ручки крана машиниста в VI положение, золотник крана открывает широким каналом, напрямую, тормозную магистраль в атмосферу. Давление падает от зарядного до нуля за 3-4 секунды. Давление в уравнительном резервуаре так же снижается, но медленнее. При этом на воздухораспределителях срабатывают ускорители экстренного торможения — каждый ВР открывает тормозную магистраль в атмосферу.

Экстренное торможение применяется в любой ситуации, угрожающей безопасности движения, что само по себе является стрессом для машиниста. Поэтому, если вы выходите на рельсы, проскакиваете под закрывающийся шлагбаум на переезд на автомобиле, помните о том, что за вашу ошибку, дурость, блажь и браваду, в конечном счете несет ответственность живой человек, машинист поезда. И те люди, которым потом придется сматывать кишки с осей колесных пар, снимать отрубленные головы с тяговых редукторов…

Не очень хочется кого-то пугать, но это правда — правда написанная кровью и колоссальным материальным ущербом. Поэтому и тормоза поезда не так просты, как могло бы показаться.

Работу крана вспомогательного тормоза я не буду рассматривать в этой статье. По двум причинам. Во-первых, данная статья перенасыщена терминологией и сухой инженерией и еле-еле укладывается в рамки научно-популярной. Второе — рассмотрение работы КВТ требует привлечения описания нюансов пневмосхемы тормозов локомотива, а это тема отдельного разговора.

Надеюсь, этой статьей я внушил читателям суеверный ужас… нет-нет, я шучу конечно. Без шуток же, думаю стало понятно, что тормозные системы поездов это целый комплекс взаимосвязанных и чрезвычайно сложных устройств, конструкция которых направлена на оперативное и безопасное управление подвижным составом. Кроме того, очень надеюсь, что отбил охоту прикалываться над локомотивной бригадой игрой со стоп-краном. По крайней мере у кого-нибудь…

В комментариях меня просят рассказать про «Сапсан». Будет «Сапсан», и будет он отдельной, хорошей и большой статьей, с очень тонкими подробностями. Этот электропоезд дал мне короткий, но очень насыщенный в творческом плане период в жизни, так что рассказать о нем я очень хочу, и обязательно исполню свое обещание.

Хочу выразить свою благодарность следующим людям и организациям:

Источник