Глава VI. Ремонт аккумуляторных батарей
23. Виды осмотра и ремонта
На тепловозах применяют кислотные 32ТН-450 (на тепловозах 2ТЭ116 — 48ТН-450) и щелочные 46ТНЖ-550 аккумуляторные батареи. Название кислотный или щелочной аккумуляторы получили по типу электролита, заливаемого в них: одни заполняют раствором серной кислоты, а другие — раствором щелочи. Цифры перед буквенной индексацией обозначают число последовательно соединенных аккумуляторов в батарее, а после индексации — емкость батареи в ампер-часах. Буквы показывают: Т — тепловозная, Н — тип свинцовых пластин (намазная), НЖ — никележелезная.
При эксплуатации кислотных батарей встречаются следующие неисправности:
- короткое замыкание между положительными и отрицательными пластинами вследствие образования шлама между ними или повреждения сепаратора. Шлам — это продукт разрушения решетки и активной массы положительных пластин. Признаком короткого замыкания будет понижение плотности электролита и напряжения, повышение температуры электролита;
- загрязнение электролита примесями, попадающими в аккумулятор из-за использования кислоты и воды, не соответствующих техническим условиям. В таких случаях понижается напряжение и емкость аккумуляторов, которые не восстанавливаются путем заряда;
- сульфатация или покрытие пластин кристаллическим налетом (сульфатами), препятствующими взаимодействию электролита с активной массой. Сульфатация может появиться из-за систематически глубоких разрядов, продолжительного бездействия в состоянии неполного заряда, заливки электролита чрезмерно высокой плотности, систематически быстрых зарядов большими токами, несвоевременно выполняемыми восстановительными зарядами, низкого уровня электролита, внутренних коротких замыканий и др.;
- коррозия зажимов возникает из-за плохого контакта, вызванного недозатяжкой нижних контргаек при установке перемычек. Коррозия является причиной дополнительного сопротивления при пуске дизеля.
Основной неисправностью щелочной батареи является пониженная емкость, которая может возникнуть из-за: накопления карбонатов в электролите; недостатка в электролите едкого лития в летнее время; высокой температуры электролита во время эксплуатации; загрязнения электролита; понижения уровня электролита; короткого замыкания внутри и снаружи.
Накопление карбонатов происходит за счет углекислоты, поглощаемой из воздуха. Так, увеличение карбонатов в 2,5-3 раза против нормы снижает емкость на 35-40 %. Загрязнение электролита бывает из-за использования недостаточно чистых исходных материалов при изготовлении Электролита (особенно такие примеси, как хлор, аммиак, металлы и органические вещества). Небольшое содержание этих веществ усиливает саморазряд. При нормальной и повышенной температуре для стабильной работы положительных пластин требуется в электролит добавлять небольшое количество едкого лития. Причиной коротких замыканий внутри аккумулятора, как правило, бывают систематические перезаряды, а замыкания снаружи возникают из-за перетирания резиновых чехлов.
В процессе эксплуатации тепловоза локомотивные бригады проверяют состояние аккумуляторных батарей, очищают их от пыли и грязи и в случае обнаружения каких-либо неисправностей производят 1 запись в журнал технического состояния локомотива. На основании такой записи при постановке тепловоза на ремонт в депо слесари устраняют отмеченные неисправности. В пунктах технического обслуживания локомотивов при выполнении ТО-2 проверяют уровень электролита в каждой банке, при его понижении доводят до нормы доливкой дистиллированной водой и проверяют (при необходимости) напряжение отдельных элементов. Общее напряжение батареи измеряют без нагрузки по вольтметру, для щелочных аккумуляторов оно должно быть в пределах 50-60 В и для кислотных 60-70 В.
Уровень электролита в банке для щелочных батарей должен быть на 40-50 мм выше верхних кромок сепараторов, а для кислотных — выше предохранительной сетки не менее чем на 15 мм. Замер производят мерной трубкой с контрольными рисками 15, 40, 50 мм. Опускают конец трубки в аккумулятор и, зажав пальцем верхнее отверстие, вынимают ее и отмеряют уровень электролита по отношению к контрольным рискам. Долив воды летом в южных районах страны производят на каждом ТО-2, в зимнее время — примерно один раз в делю. Этот срок для каждого депо различен.
При доливке воды используют приспособление (рис. 70), позволяющее значительно упростить и существенно сократить время этого процесса и гарантировать требуемый уровень. К контактным пластинам наконечника 1 подводится напряжение 6 В. Вода подается в аккумулятор при нажатой рукоятке 8. При достижении электролитом требуемого уровня контактные пластины через воду замыкают цепь лампочки, установленной в сигнализаторе 6, заправляющий отпускает рукоятку и подача воды прекращается.
Рис. 70. Приспособление для доливки аккумуляторов водой: 1 — наконечник; 2 — гайка; 3 — провод; 4 — трубка резиновая; 5 — корпус; 6 — сигнализатор; 7 — пружина; 8 — рукоятка; 9 — лампочка; 10 — стекло красное
На техническом обслуживании ТО-3 при работающем дизеле проверяют зарядный ток по амперметру. Зарядный ток для щелочных батарей 20-30 А летом и 40-50 А зимой, для кислотных — 20-30 А. При отклонении от этих значений зарядного тока проверяют зарядное сопротивление, либо ее заряжают от стационарного источника в течение времени, которое максимально может быть отведено на эту операцию по условиям общего объема работ на тепловозе (щелочные батареи — током 150 А, а кислотные — током 45 А), либо батарею заменяют. При остановленном дизеле выполняют работы, предусмотренные циклом ТО-2, и дополнительно проверяют плотность электролита, напряжение каждого элемента, крепление аккумуляторных ящиков в отсеках и перемычек между элементами, очищают от налета окисла контактные зажимы и вентиляционные отверстия в пробках.
Плотность электролита в батарее измеряют сифонным ареометром (рис. 71,а), представляющим собой стеклянный цилиндр с резиновой грушей и трубкой для подсоса. В аккумуляторном отделении депо при разведении электролита используют обычный ареометр (рис. 71, б). Плотность электролита в заряженных кислотных аккумуляторах должна быть 1,23-1,24 г /см 3 при температуре электролита 30 °С. Для щелочных батарей применяют раствор едкого калия в воде с плотностью 1,19-1,21 г /см 3 с добавлением едкого лития.
Рис. 71. Ареометр: а — сифонный; б — обыкновенный
Напряжение одного заряженного элемента щелочной аккумуляторной батареи должно быть около 1,25 В. Напряжение замеряют вольтметром постоянного тока со шкалами 0-3-15-150 В. Аккумуляторы, предварительно проверенные и заряженные, но с напряжением менее 1 В подлежат замене.
Для проверки сопротивления изоляции замеряют напряжение (U) на зажимах батареи вольтметром с известным внутренним сопротивлением (Rд), равным не менее 25 000 Ом. Далее измеряют напряжение (U1) между положительным полюсом и напряжением (U2) между отрицательным полюсом и землей (корпусом ящика). Подставляют полученные значения в выражение
Полученное значение должно быть не менее 25 000 Ом при выпуске тепловоза из ТР-3 и 22 000 Ом — из ТР-2. При меньшем значении сопротивления изоляции находят причины утечки тока (пролитый электролит на стенках ящика, касание кабельных выводов корпуса, прорыв резинового чехла и т. д.).
При текущем ремонте ТР-1 производят анализ электролита, отбирая пробы из аккумуляторов, которые имеют признаки неисправности (увеличенную температуру, повышенное напряжение и др.). Если электролит не соответствует техническим требованиям, его заменяют. На каждом ТР-1 производят заряд. Кроме того, кислотную батарею подзаряжают, если она в заряженном виде оставалась без действия более 5 сут. Щелочные батареи тоже подвергают восстановительному заряду, если после полного заряда они хранились более 2 сут, систематически полностью не заряжались, были отклонения в напряжении или плотности у отдельных аккумуляторов. Если время, требуемое для восстановительного заряда, больше времени нахождения тепловоза в ремонте, батарею снимают и заменяют исправной. При заряде на тепловозе устанавливают приспособление с вентилятором для отсоса газов из аккумуляторных отсеков или с подачей сжатого воздуха. При отсутствии этих приспособлений подзаряд выполняют с прекращением всяких работ внутри кузова. По окончании подзаряда кузов тщательно проветривают.
При замене электролита и во всех случаях через один ТР-1 (если батарея исправна) проводят лечебно-тренировочный заряд.
Текущие ремонты ТР-2 и ТР-3 предусматривают снятие аккумуляторных батарей с тепловоза и передачу в аккумуляторное отделение депо, где производят ревизию состояния и при необходимости выполняют вскрытие аккумуляторов, устранение неисправностей, промывку, сборку новых блоков пластин и сборку аккумуляторов.
Источник
Ремонт аккумуляторных батарей
Основной неисправностью аккумулятора является понижение его емкости вследствие накопления в его электролите карбонатов (углекислых солей), снижающих содержание в электролите щелочи. Наиболее интенсивное накапливание карбонатов происходит при повышенной температуре, плохом креплении пробок, недостатке в электролите едкого лития, загрязнении его вредными примесями, в результате повышенного саморазряда и коротких замыканий.
Аккумуляторные батареи на э. п. с. эксплуатируются в переменных температурных условиях, подвергаются воздействию пыли, грязи и влаги, тряске, вибрации и толчкам, что может приводить к сокращению срока их службы. При температуре выше 45°С активная масса пластин размягчается, ослабляется ее связь с решеткой, что может вызвать ее сползание. Кроме того, у аккумуляторов могут возникать: повышенные саморазряд и газовыделение, отдельные механические повреждения и снижение напряжения ниже допустимого.
Высокая температура электролита при эксплуатации аккумуляторов приводит,. кроме отмеченного выше, к безвозвратной потере емкости вследствие пассивации положительных электродов. Железная активная масса, практически почти нерастворимая в электролите при нормальных условиях эксплуатации, при высокой температуре растворяется и действует в электролите на положительный электрод, вызывая потерю емкости. Высокая температура электролита часто является следствием неправильно выбранного режима заряда батарей на локомотиве (вагоне), приводящего к систематическому перезаряду аккумуляторов.
Загрязнение электролита вредными примесями может происходить как в результате случайного попадания в отдельные аккумуляторы металлических предметов, так и при до ливке аккумуляторов недистиллированной водой.
Короткие замыкания в аккумуляторах возникают чаще всего из-за большого количества шлама, образующегося при вымывании активной массы из электродов. Чрезмерное вымывание активной массы, особенно из отрицательного (железного) электрода, может быть вызвано систематическим перезарядом аккумуляторов. Электролиз воды, происходящий при перезаряде, приводит к обильному выделению газов, которые увлекают с собой частички активной массы и выносят их из электродов в электролит. При высокой температуре электролита (50—60 °С) частички активной массы не полностью растворяются в электролите, а затем при охлаждении выделяются и оседают на электродах и сепараторах в виде тонкой металлической пленки. Металлизация сепараторов превращает их в проводники электрического тока и приводит к усиленному саморазряду и даже короткому замыканию аккумуляторов.
Повышенное газов ы дел е-н и е обычно является следствием загрязнения электролита. Кроме коротких замыканий, внутри аккумулятора могут возникать короткие замыкания в батарее чаще всего в тех случаях, когда сопротивление изоляции батареи становится ниже нормы или перетираются резиновые чехлы.
Механические повреждения, наиболее часто встречающиеся у щелочных аккумуляторов на э. п. с.,— это повреждения изоляционных резиновых чехлов и вентиляционных пробок. Практика показывает, что резиновые чехлы механически непрочны, их повреждения приводят к заземлению аккумулятора, утечке тока, коротким замыканиям. Перетирание чехлов наблюдается там, где аккумуляторы закреплены в ящике деревянными клиньями. При движении локомотива ящик вибрирует и крепление расшатывается. Неисправности пробок могут привести к скоплению в аккумуляторе газов и, как следствие, к выпучиванию стенок сосуда, а иногда и нарушению его целостности.
Снятие аккумуляторной батареи
с э. п. с. Перед снятием батареи э. п. с. приводят в нерабочее состояние, выключают рубильник батареи или выключатели распределительного щита и вынимают предохранители. Ящики очищают от пыли и грязи. К работе с аккумуляторами приступают спустя 5—8 мин после открытия крышки аккумуляторного ящика. Протирают верхнюю часть элементов и соединяющие их перемычки, отсоединяют перемычки и подводящие провода, освобождают аккумуляторы от элементов, крепящих их к ящику, и вынимают аккумуляторы из ящика.
Эти операции следует выполнять осторожно, чтобы не повредить резиновые чехлы.
Снятую аккумуляторную батарею ставят на специальную тележку и транспортируют в аккумуляторное отделение, а взамен нее устанавливают отремонтированную и заряженную батарею.
Разрядка и промывка аккумуляторных батарей. Поступившую в аккумуляторное отделение батарею разряжают. Разряд батареи осуществляют в специальном шкафу током, принятым для аккумуляторов данного типа, до тех пор, пока напряжение на аккумуляторе не снизится до 1 В. После разряда батарею отключают от зарядно-разрядной установки, разъединяют перемычки между аккумуляторами и передают в ремонтное отделение; с аккумуляторов НК-55 и НК-125 снимают резиновые чехлы и устанавливают аккумуляторы на контейнеры промывочной установки и методом прокручивания сливают электролит.
Промывают резиновые чехлы. На автоматической установке по заданной программе промывают корпус аккумулятора снаружи и внутри, протирают сухой ветошью или салфеткой и убеждаются в отсутствии течи. Аккумуляторы, имеющие пробои, вмятости более 2 мм и раздутые, бракуют. Деревянной лопаточкой, обмотанной ветошью и слегка смоченной в керосине, удаляют налет окислов на борнах и осматривают резьбу. При появлении соли вокруг борнов проверяют целостность изоляционных шайб.
Прочищают вентильные отверстия, промывают и осматривают пробки, перемычки аккумуляторных элементов, проверяют исправность резины. Перемычки, имеющие трещины или уменьшенную более 15% площадь контактной поверхности, заменяют; погнутые выправляют.
Аккумуляторные ящики при необходимости ремонтируют и окрашивают черным щелочестойким лаком БТ-783. При плохой пайке наконечников, обрыве жил проводов более 10% наконечники перепаивают и облуживают по всей длине. Целостность резиновых чехлов проверяют сжатым воздухом давлением 100 кПа (1 кгс/см 2 ) под слоем воды в течение 1 мин или водой под тем же давлением.
При ТР:3 аккумуляторы осматривают, сушат и устанавливают на контейнеры промывочной установки, где методом прокручивания сливают воду, залитую в элементы перед покраской. На аккумуляторы НК-55 и НК-125 надевают резиновые чехлы, а аккумуляторы КТ-120 и КТ-160 ставят в деревянные ящики, после чего их транспортируют к месту заливки электролита.
Электролит готовят заранее, чтобы к моменту заливки он успел отстояться до полного осветления и охладиться до температуры не выше 30 °С. Плотность электролита проверяют прибором (рис. 4.10), состоящим из резиновой груши 1, стеклянной трубки 2 с помещенным внутри ареометром 3 и резиновой трубки-наконечника 4.
Для проверки плотности электролита в аккумулятор опускают трубку-наконечник 4, сжимая предварительно резиновую грушу 1. При разжимании груши в стеклянную трубку 2 всасывается электролит в количестве, достаточном для того, чтобы в нем мог свободно плавать ареометр 3. По степени погружения его и определяют плотность электролита (по цифре шкалы ареометра на уровне его погружения).
Приготовление электролита. Свежий электролит приготавливают из едкого натра или калиево-литиевых готовых составных щелочей в твердом и жидком виде в соответствии с табл. 2.
Количество электролита, необходимое для заливки аккумуляторных батарей, определяют умножением числа, указывающего количество электролита, требующееся для заливки одного аккумулятора данного типа, на число аккумуляторов.
Рис. 4.10. Прибор для измерения плотности электролита
При эксплуатации электролит щелочных аккумуляторов постепенно загрязняется карбонатами, содержащими щелочи, и емкость аккумулятора снижается, поэтому при содержании карбонатов до 70 г/л электролит заменяют свежим частично, а при содержании карбонатов более 70% электролит заменяют полностью. Отработавший щелочной электролит подвергают очистке от карбонатов (регенерации).
Регенерация заключается в осаждении карбонатов гидратом окиси бария. Особенно необходима регенерация составного электролита, содержащего ценный едкий литий. Хорошо организованная регенерация позволяет сохранить 80—90% отработанного электролита. Процесс регенерации состоит из следующих операций: анализ старого (отработанного) электролита на содержание карбонатов титрованием его соляной кислотой; подсчет необходимого количества едкого бария для регенерации в зависимости от содержания карбонатов в электролите и общего количества электролита; приготовление раствора гидрата окиси бария; отстаивание регенерированного электролита.
Количество воды, л
Плотность, г/см 3
на 1 кг твердой щелочи
на 1 л жидкой щелочи при плотности 1,41 г/см 3
Рис. 4.11. Проверка уровня электролита уровнемером
Анализ отработанного электролита (определение содержания карбонатов), а также подсчет необходимого количества едкого бария для регенерации выполняют в химической лаборатории.
Гидрат окиси бария готовят в баке, куда заливают дистиллированную воду и засыпают рассчитанное количество гидрата. Затем раствор нагревают до температуры 80—90 °С при интенсивном перемешивании мешалкой с электрическим приводом. Приготовленный горячий раствор гидрата окиси бария вливают в электролит, подвергаемый регенерации, и тщательно перемешивают мешалкой. В осадке образуется углекислый барий. Полученному раствору дают отстояться в течение 10— 15 ч, после чего осветленную часть электролита сливают через кран и направляют для анализа в химическую лабораторию, где определяют содержание карбонатов (должно быть не более 10 г/л) и едкого лития.
При необходимости в электролит добавляют моногидрат лития. Затем проверяют плотность электролита и доводят ее до требуемого значения. После этого электролит готов для заливки аккумуляторов.
Заливка электролита и заряд аккумуляторной батареи. Электролит заливают в специальном, помещении с помощью крана с автоматическим прекращением заливки при достижении необходимого уровня. Плотность электролита должна быть несколько повышена с учетом того, что происходит его разбавление водой, оставшейся в порах пластин. Уровень электролита А проверяют уровнемером (рис. 4.11) через 2 ч после заливки, когда пластины аккумуляторов пропитаются электролитом. Для этого уровнемер 2 опускают в аккумулятор до упора в предохранительный щиток /, плотно закрывают пальцем отверстие в верхнем конце трубки и вынимают ее. Высота электролита А в трубке будет равна уровню электролита над щитком в аккумуляторе. При заливке аккумуляторов НК-55 и НК-125 следят, чтобы щелочь не попала на резиновые чехлы.
Аккумуляторы можно заряжать в нормальном или усиленном, режиме. Нормальный режим — заряд в течение 6 ч нормальным зарядным током, т. е. током, равным по значению 1/4 номинальной емкости аккумулятора. Усиленный режим — заряд в течение 12 ч нормальным током. Его применяют при вводе в действие или при подготовке к хранению батарей в заряженном состоянии, после смены электролита, глубоких разрядов (ниже допускаемых конечных напряжений), а также после разрядов слабыми токами, чередующихся с перерывами в течение 16 ч и более. Усиленный заряд в течение 10 ч нормальным током проводят через каждые 10 циклов, а при нерегулярной работе — один раз в месяц. Усиленный девятичасовой заряд применяют перед постановкой на шестимесячное хранение в заряженном состоянии, а ускоренный трехчасовой — — током, вдвое большим нормального.
Усиленные заряды увеличивают емкость аккумуляторов при комнатной температуре и уменьшают самозаряд. Однако частое применение усиленных зарядов при низких температурах снижает емкость аккумуляторов.
Никель-кадмиевые аккумуляторы можно заряжать более слабым, чем нормальный, током, соответственно увеличивая время заряда, однако снижать ток более чем наполовину не рекомендуется. Следует помнить, что заряды слабыми токами ухудшают работу щелочных аккумуляторов, а потому применять их надо в случаях крайней необходимости. Запрещается допускать повышение температуры электролита при заряде свыше 45°С для составных электролитов и выше 35 °С для электролита без добавки едкого лития. Если при заряде температура стала выше указанной, заряд необходимо прервать и дать аккумуляторам остыть. Во время заряда нельзя допускать выплескивания электролита, для чего часть электролита отбирают резиновой грушей. Заряженные аккумуляторы закрывают вентильными пробками сразу после заряда.
Ящики аккумуляторных батарей очищают от грязи и старой краски, промывают раствором соды и насухо протирают. Убеждаются в отсутствии в ящике трещин и проверяют надежность крепления его к кузову. Дефектные изоляционные прокладки заменяют. Трещины заваривают или устраняют постановкой накладок. Проверяют состояние вентиляционных устройств и плотность установки крышки.
Осматривают наконечники выводных проводов. Дефектные заменяют. Годные, но с незначительными царапинами, задирами и нарушенной полудой зачищают и облуживают по всей длине.
Ящик окрашивают внутри химически стойкими эмалями, а снаружи — асфальтовым лаком.
Отремонтированные и заряженные аккумуляторы устанавливают в ящики на электровозе (электропоезде).
Аккумуляторы предварительно протирают и надежно закрепляют в ящике. Выводные провода укладывают в резиновые трубки, а их концы уплотняют изоляционной или смоляной лен той. Отверстия ящика для выводных проводов уплотняют изоляционными втулками.
Монтаж аккумуляторов в батарею.
Его ведут по соответствующей схеме. После установки проверяют качество монтажа аккумуляторов, правильность постановки пробок, надежность крепления перемычек проводов; все токоведущие детали смазывают техническим вазелином. Измеряют сопротивление изоляции относительно корпуса; оно должно быть для батареи с напряжением 50 В не менее 25 кОм; с напряжением 110 В — не менее 50 кОм. Проверяют работоспособность батареи; устанавливают предохранители, включают рубильник и цепи дежурного освещения, наблюдая по приборам за работой батареи.
При необходимости регулируют зарядное устройство.
Заряд батарей. Залитые свежим электролитом аккумуляторы соединяют в батарею перемычками и устанавливают на зарядно-разрядную установку А1025.01, разработанную ПКБ ЦТ, которая имеет ручное и автоматическое управление на два поста и позволяет контролировать время заряда и разряда, напряжение аккумуляторов при разряде и температуру электролита в трех аккумуляторах каждого поста. На ней в заданных режимах проводят зарядно-разрядные циклы, и проверяют емкость батареи. Токи, время заряда и разряда указаны в табл. 3.
На первом тренировочном цикле после 12 ч заряда батарею разряжают по времени (5 ч), но до напряжения 1 В на худшем аккумуляторе. При резком отклонении напряжения одного или нескольких аккумуляторов от напряжения на остальных их заменяют заранее проверенными аккумуляторами большей емкости. Разряжают батарею на нагрузочный резистор.
На втором тренировочном цикле разряд ведут также до напряжения 1 В на худшем аккумуляторе. У исправного и правильно включенного аккумулятора напряжение при нормальном зарядном токе должно быть в начале заряда 1,4—1,45 В, в конце заряда — 1,75—1,85 В.
Источник