Аккумуляторная батарея

/ Тепловоз ТЭ2 / Аккумуляторная батарея

Аккумуляторная батарея

Аккумуляторная батарея предназначена для питания главного генератора в момент пуска двигателя, цепей освещения и управления при неработающем вспомогательном генераторе и возбуждения вспомогательного генератора до перехода его на самовозбуждение.

Аккумуляторная батарея состоит из аккумуляторных элементов. Аккумуляторным элементом в отличие от гальванического называют такой химический источник тока, в котором можно накопить (аккумулировать) при заряде некоторое количество электроэнергии, а затем по мере надобности получить её в виде постоянного тока. После разрядки аккумуляторные элементы можно снова зарядить и они смогут отдавать ток.

На первых тепловозах ТЭ2 в четырёх специальных отсеках рамы устанавливалась кислотная1 аккумуляторная батарея типа 32ТН-550, что обозначает: 32 - число аккумуляторных элементов, Т - тепловозная батарея, Н - тип пластин (намазные), 550 - ёмкость батареи в ампер-часах при десятичасовом режиме разряда.

Все 32 элемента включены последовательно.

Аккумуляторный элемент батареи (фиг. 218) состоит из эбонитового бака 7, наполненного раствором серной кислоты, и пластин .2, разделённых между собой сепараторами 15 и 16. Эбонитовые баки имеют толщину стенок 6 мм и габаритные размеры 152 X 338 X 303 мм. На дне бака имеется четыре продольных выступа (призмы) высотой 47 мм. Снизу к баку прикреплены четыре резиновые амортизационные полосы 17 сечением 16 X 4 мм. Сверху бак закрывается крышкой 5.

Крышка бака - эбонитовая. В верхней части крышка имеет пять отверстий: четыре (диаметром 23 мм) для контактов 4 и одно (диаметром 21 мм) для пробки 14. Крышка уплотняется в баке асбестовым шнуром 6 и заливается специальной мастикой 7.

Пробка 14 изготовляется из эбонита. Для выпуска газов она имеет вертикальный и горизонтальный каналы. С целью предотвращения выплёскивания электролита в вертикальном канале установлен отражательный щиток.

В баке элементов установлено 23 положительные и 24 отрицательные пластины. Положительная и отрицательная пластины имеют одинаковую форму,

1 Опыты, проведённые со щелочной железо-никелевой батареей 48-СЖН-450, показали, что она может в условиях не слишком низких температур воздуха заменить кислотные свинцовые батареи. Железо-никелевые батареи изготовляются из недефицитных материалов, способны выдерживать большие толчки тока и более долговечны, но имеют меньший, чем свинцовые, к. п. д. и тяжелее.

но толщина их разная: положительной пластины - 4,7 мм, а отрицательной - 3,3 мм. Пластины состоят из решётки, наполненной специальной пастой. Решётка пластины отливается из свинцово-сурьмянистого сплава (5% сурьмы и 95% свинца). Сурьма добавляется в сплав для придания ему большей твёрдости. Решётка состоит из боковых кромок, вертикальных рёбер и горизонтальных жилок, которые образуют ячейки. Нижняя кромка решётки имеет две ножки высотой 7 мм, которыми пластина будет опираться на призмы бака.

Верхняя кромка имеет контактное ушко высотой примерно 20 мм.

Намазывание пластин и приготовление паст является самым ответственным моментом изготовления батареи. Качество пасты и её намазка определяют в значительной мере работоспособность батареи.

Для приготовления пасты положительных пластин засыпают в специальную мешалку свинцовый порошок и быстро вливают воду. После тщательного перемешивания вливают через специальные разбрызгиватели серную кислоту.

Паста для намазывания отрицательных пластин имеет более сложный состав, так как она должна содержать вещества, увеличивающие пористость. В качестве таких «расширителей», обычно называемых экспандерами, применяют сажу, хлопок, пеньку и т. п. Для уменьшения усадки, кроме того, добавляют сернокислый барий.

Экспандер приготовляют следующим образом. В воду вливают серную кислоту и нагревают до 75- 100°, затем туда погружают хлопковые очёсы и перемешивают их до полного обугливания. На полученную патокообразную массу коричневого цвета высыпают равномерным слоем нефтяную сажу и после охлаждения смеси тщательно перемешивают.

Приготовление пасты для отрицательных пластин производится в специальных мешалках, куда загружают свинцовый порошок, сернокислый барий и тщательно перемешивают. Затем в мешалку вливают воду, перемешивают примерно пять минут, вливают экспандер и после тщательного перемешивания равномерно вливают серную кислоту.

Полученные пасты наносят вручную или на специальных машинах в отлитые заранее решётки. После этого пластины подвергают сушке в сушильных камерах, где поддерживается специальный температурный режим и определённая влажность.

Высушенные пластины подвергают формированию, т. е. образованию на них активных материалов за счёт электрохимического окисления или восстановления соединений свинца, которые входят в состав паст. Для этого пластины погружают в баки с раствором серной кислоты удельного веса 1,11, к ушкам пластин припаивают свинцово-сурьмянистые контактные прутки и подводят электрический ток.

Фиг. 218. Аккумуляторный элемент: 1--бак: 2 - пластины; 3 - щиток; -1 - контакты; 5 - крышка; 6 - асбестовый шнур; 7 -мастика; 8 и 9- резиновые шайбы; 10- конусное кольцо; 1/. 12 и 13 - гайки; 14 - пробка; 15 и 1б - сепараторы; 17 - резиновые амортизационные полосы

После формирования пластины тщательно промывают и сушат. Для ускорения процесса сушки отрицательные пластины после промывки погружаются в ванну с глицериновым раствором.

Подготовленные таким образом пластины спаивают в положительные и отрицательные полублоки с припаянными к ним контактами 4.

Для изолирования пластин друг от друга между ними прокладываются сепараторы 15 и 16. Сепаратор 16 изготовляется из ольхового или кедрового шпона толщиной 1 мм, а сепаратор 15 из волнистого пористого полихлорвинила толщиной 0,45 мм.

На верхние концы сепараторов укладывается щиток 3.

Контакты 4 состоят из медного штыря диаметром 12 см и свинцово-сурь-мянистой наплавки специальной формы. Для уплотнения контактов в крышке на них надевают две резиновые шайбы 8 и 9, одна из которых должна находиться под крышкой, а вторая сверху неё. На конусный конец наплавки контакта надевается конусное кольцо 10 и зажимается гайкой 11.

Фиг. 219. Секция аккумуляторной батареи: 1 - ящик; 2 - элемент батареи; 3 - ушки; 4 - соединения; 5 - уголки; 6 - стяжка

Четыре собранных каждый в своём баке аккумуляторных элемента вставляются в деревянный ящик и составляют секцию батареи (фиг. 219).

Деревянный ящик 1 изготовляется из пиломатериалов хвойных пород отборного сорта. Доски ящика толщиной 20 мм соединяются при помощи шва в виде ласточкина хвоста, грунтуются кислотоупорным лаком, сушатся на воздухе 16-20 часов, а затем шпаклюются. Окраска футляров производится лаком №411. Для придания ящику повышенной прочности его скрепляют металлическими уголками и стяжкой 6.

Для удобств транспортировки к боковым стенкам ящика шурупами впотай ( крепятся подвески 3.

Аккумуляторные элементы ставятся в деревянные ящики на слой горячей мастики, наливаемой на дно ящика. Зазоры между стенками баков и стенками ящиков уплотняются закладками из фанеры или шпона. Между парами элементов в футляре устанавливается поперечная перегородка из фанеры, верхняя кромка которой должна быть на уровне кромок ящика. Вставленные в ящик элементы заливаются мастикой, заполняющей пространство между крышками баков.

Мастика должна быть кислотоупорной, не должна размягчаться при температуре до +80° и трескаться при температуре -25°, должна хорошо прилипать к эбониту, металлу и дереву.

Новая мастика приготовляется в металлическом котле, куда загружается нефтяной битум № 5 (бакинский или батумский с температурой размягчения 90-110° по ГОСТ 1544-46) в количестве 7,5 кг. В расплавленный при температуре 180-200° битум загружается 0,4 кг маловулканизированной резины, которая в течение 2-3 часов при температуре220-230° должна полностью раствориться. Тщательно перемешивая смесь, снижают температуру раствора до 180-200°, а затем вводят 6,5 кг авиационного масла марки МС-14 (ГОСТ 1013-49) и продолжают нагревание 40 мин.

Готовая мастика разливается в железные формы, где и застывает.

Новая сухая батарея может храниться без ухудшения её электрических характеристик до двух лет.

Храниться батарея должна в закрытом помещении с постоянной температурой с завинченными пробками и смазанными техническим вазелином контактами.

Для приведения новой батареи в рабочее состояние нужно залить её электролитом.

В качестве электролита для аккумуляторной батареи 32 ТН-550 служит раствор аккумуляторной кислоты (ГОСТ 667-41) удельного веса 1,83 в дистиллированной воде.

Плотность электролита в заряженных элементах аккумуляторов тепловозов, работающих в Средней Азии, должна быть 1,24-1,25; на тепловозах, работающих в северной части Союза, зимой её следует увеличивать до 1,26-1,265.

Указанные плотности даны для -|-30оС. Пересчёт плотности для других температур производят по специальным таблицам.

Для приготовления одного литра электролита удельного веса 1,24 необходимо 750 см3 дистиллированной воды и 250 см3 (460 г) аккумуляторной кислоты.

После того как электролит будет иметь температуру не выше 25°, следует по возможности быстро залить все элементы. Заливать электролит следует почти до самых горловин.

Батареи, залитые электролитом, оставляют пропитываться не менее 6 час. Если за это время температура электролита упадёт ниже 30°, то можно приступить к зарядке, убедившись предварительно, что уровень электролита выше щитка не менее чем на 15 мм.

Первая зарядка батареи ведётся двухступенчатым режимом. На первой ступени зарядка ведётся током в 50 а до тех пор, пока напряжение большинства элементов батареи не станет 2,4 в.

На второй ступени зарядку ведут током 30 а до полной зарядки, которая характеризуется постоянством напряжения и плотности в течение 2 час. и обильным «кипением» батареи.

При зарядке нельзя допускать повышения температуры электролита выше 45°.

Первая зарядка требует около 500 а-ч.

После полной зарядки батарею подвергают разрядке током 55 а до понижения напряжения на наиболее слабом элементе до 1,8 в.

После первой разрядки батарея ставится на вторую зарядку»[

Вторую зарядку ведут в два режима, а именно: током 80 а до достижения напряжения 2,4 в на большинстве элементов и током 40 а до полной зарядки.

В конце второй зарядки производят корректировку плотности во всех элементах до 1,24-1,25.

Вторая разрядка производится током 55 а, а третью зарядку ведут в два режима токами 80 и 40 а.

Для южных районов Союза нужно вести три цикла тренировочных зарядов-разрядов, а для северных - 4-5.

При проведении тренировочных зарядов и разрядов следует вести Журнал по зарядке аккумуляторных батарей, куда через определённые промежутки времени записывать напряжения отдельных элементов, плотность и температуру электролита.

На новых тепловозах серии ТЭ2 устанавливаются аккумуляторные батареи типа 32 ТН-450, близкие по конструкции к батарее 32 ТН-550. Эбонитовые баки элементов батареи 32 ТН-450 имеют стенки толщиной 8 мм, что значительно увеличивает их прочность. Габаритная высота элемента увеличилась до 366 мм. Размеры пластин сохранены, но количество их уменьшено с 47 до 39 мм, что дало возможность снизить вес четырёхэлементной секции батареи на 24 кг.

В качестве одного из сепараторов применён стеклянный войлок.

Величина ёмкости батареи 32 ТН-450 при разрядке десяти- и пятичасовым режимом меньше соответствующей ёмкости батареи 32 ТН-550 на 18 - 20%, а при разряде прерывистым током 1 700 а- одинакова (обеспечивает по 15 толчков в течение 10 сек. с перерывами между ними по 10 сек.).

Неисправности и уход за батареей. От работоспособности аккумуляторной батареи зависит надёжность работы всего тепловоза. Если же ещё учесть, что батарея изготовляется из весьма дефицитных и дорогих материалов, то станет ясным, что правильно поставленное техническое обслуживание и ремонт батареи приобретают особенно важное значение.

Аккумуляторная батарея должна подвергаться тщательному осмотру не реже одного раза в три дня.

При осмотрах следует убедиться в отсутствии течи эбонитовых баков элементов, проверить уровень электролита во всех элементах, замерить температуру электролита и напряжение каждого элемента. Замер напряжения нужно производить при включённых цепях освещения и электродвигателя вентилятора калорифера. При осмотре контактных зажимов нужно проверить затяжку гаек. Если будут обнаружены налёты окислов (белого или синего цвета) на зажимах, зажимы следует разобрать, тщательно удалить окислы сухой чистой тряпкой, смазать перемычки и контакты вазелином и снова собрать.

Если при осмотре батареи будет обнаружена течь банок, то элемент с течью выводится из цепи пересоединением перемычек, а по приезде в депо неисправную секцию снимают с тепловоза и передают в ремонт.

Для замены бака срезают горячей стамеской заливочную мастику вокруг крышки и поднимают вместе с крышкой весь блок пластин. После этого удаляют (сифоном) из бака электролит и паяльной лампой осторожно разогревают с внутренней стороны стенки бака. Затем вынимают треснувший бак, на его место ставят исправный бак и опускают в него старый блок пластин с крышкой. Зазор между крышкой и баком уплотняется асбестовым шнуром, а затем заливается мастикой. Элемент заливается электролитом той плотности, какая была в нём ранее, и подзаряжается отдельно от остальных током 40 а до полной зарядки.

Из других неисправностей элементов следует особо отметить возможность отрыва контактных ушков пластин и отсоединение бареток. Эти неисправности легко могут быть исправлены, но обычно остаются неизвестными до разборки элемента.

Из неисправностей пластин нужно отметить явления сульфатации, разрыхления и выпучивания активной массы у положительных и явления усадки активной массы у отрицательных пластин.

Под сульфатацией понимают образование на пластинах крупных кристаллов сульфата (сернокислого свинца).

Сульфатация пластин появляется главным образом при глубоких разрядах аккумуляторной батареи, при длительном хранении в разряженном состоянии, систематическом применении электролита повышенной плотности и при работе аккумуляторной батареи при высоких температурах. Понижение уровня электролита вызывает сульфатацию оголённых частей пластин.

Сульфатированные отрицательные пластины приобретают характерный белый, а положительные - светлокоричневый цвет. Батарея при этом теряет ёмкость, увеличивается её внутреннее сопротивление, при зарядках получается быстрый рост напряжения и температуры, а при разрядках, наоборот, напряжение очень быстро падает.

Предупредить появление и уничтожить незначительную сульфатацию можно зарядкой слабым током. Для этого элемент доливается дестиллированной водой несколько выше нормального уровня и заряжается током 40 а до заметного выделения газа. После этого батарею отключают минут на 20 для того, чтобы из пор активной массы смогли выйти пузырьки газа, а затем ставят на зарядку током 5-7 а до получения постоянной плотности электролита.

При особо сильной сульфатации рекомендуется разрядить батарею до напряжения 1,8 в на наиболее слабых элементах, вылить электролит, а банки заполнить дестиллированной водой. Зарядку батареи тогда ведут таким током, чтобы напряжение не превышало 2,3 в на элемент. После достижения плотности 1,12 зарядку продолжают током 5-6 а до получения признаков полной зарядки. После зарядки батарея разряжается током 55 а, а затем снова становится на зарядку.

Такие зарядки и разрядки нужно производить до тех пор, пока плотность электролита не перестанет повышаться. После этого в баки заливают электролит плотностью 1,24 и производят полную зарядку.

Если при разрядке батареи её ёмкость будет не менее 80% от нормальной, то батарея может быть поставлена на тепловоз.

Наиболее распространённой неисправностью аккумуляторных батарей тепловоза является разрыхление активной массы положительных пластин. Разрыхление пластин чаще всего вызывается систематическими зарядками токами большой величины, что имеет место при плохой регулировке регулятора напряжения. Разрыхление усиливается при увеличении температуры, чрезмерной тряске и при разрядах большими токами. Разрыхление может получиться вследствие замерзания электролита. Выпавшая из пластин масса заполняет пространство между призмами бака, а затем может вызвать замыкание пластин. Это замыкание вызывает особенно быстрый саморазряд батареи.

Из неисправностей деревянных сепараторов нужно отметить обугливание, истирание и сульфатацию их. Обугливание сепараторов получается при повышении температуры электролита выше 45° или при повышении плотности электролита выше 1,28.

Истирание сепараторов вызывается неплотной сборкой элемента или вследствие коробления пластин.

Сульфатация сепараторов получается обычно вследствие сульфатации пластин.

Неисправные деревянные сепараторы должны быть заменены. Сульфатация полихлорвиниловых сепараторов может быть устранена кипячением сепараторов в воде.

Вспомогательные электрические двигатели | Тепловоз ТЭ2 | Электрические аппараты