§ 25. Ремонт аккумуляторной батареи [1956 Лугинин Н.Г.

При малом периодическом ремонте проверяют уровень, температуру и плотность электролита каждого элемента аккумуляторной батареи. Производится восстановительный заряд. Устраняются неисправности в креплении батареи, перемычек и подводящих проводов.

При выпуске из малого периодического ремонта разрешается выключать не более двух элементов батареи. При этом производится соответствующая перерегулировка напряжения вспомогательного генератора.

При большом периодическом ремонте проводят те же работы, что и при малом периодическом ремонте, но вместо восстановительного заряда делают лечебный заряд-разряд-заряд.

При подъёмочном ремонте батарею снимают с тепловоза, проверяют, разбирают и ремонтируют. При заводском ремонте её заменяют новой.

К неисправностям аккумуляторной батареи относятся: короткое замыкание между пластинами, загрязнение электролита, течь баков и ненормальная сульфатация.

Короткое замыкание между положительными и отрицательными пластинами появляется вследствие образования шлама между ними или повреждения сепаратора. Признаками короткого замыкания являются: понижение плотности электролита, которое не устраняется дополнительным зарядом, повышение температуры электролита, пониженное напряжение на элементе как при заряде, так и при разряде.

Загрязнение электролита происходит при попадании частиц металла, а также при заливке в элемент кислоты и воды, несоответствующих техническим условиям. При загрязнении понижаются напряжение и ёмкость элемента, которые не восстанавливаются путём заряда.

Серьёзной неисправностью является течь баков; течь обнаруживается по понижению уровня электролита.

Ненормальная сульфатация появляется вследствие систематически повторяющихся глубоких разрядов, недозарядов, применения электролита высокой плотности, частых быстрых зарядов повышенными токами, низкого уровня электролита и оставления аккумулятора в полуразряженном или даже полностью разряженном состоянии в течение длительного времени, изменения полярности элемента, загрязнения электролита вредными примесями.

Под сульфатацией понимается образование крупнозернистого сульфата свинца (PbSO4) на поверхности и в глубине пор активного вещества пластин.

Активная масса полностью заряженного элемента всегда содержит 2-5% сульфата. Сульфат свинца, образовавшийся в нормальных условиях разряда, имеет мелкозернистую структуру и распределён равномерно в пористой и хорошо проводящей ток активной массе. При последующем заряде такой сульфат легко переходит в двуокись свинца и губчатый металл, а образующаяся при этом серная кислота повышает плотность электролита.

При ненормальной, но не слишком глубокой сульфатации на пластинах заряженного элемента, наряду с двуокисью свинца и губчатым свинцом, находится более или менее значительное количество крупнозернистого сульфата, не принимающего участия в работе элемента, что приводит к частичной потере ёмкости аккумулятора.

Сплошные слои сульфата, занимающие объём значительно больший, чем губчатый свинец, а также двуокись свинца, создают большие механические напряжения, которые ведут к разбуханию и выпучиванию активной массы из ячеек отрицательных пластин, а также к короблению и разрыву положительных пластин.

Ремонт батареи

Проверка батареи. Короткое замыкание внутри элементов происходит в результате электрического соединения разнополюсных пластин, вследствие чего между замкнутыми пластинами появляется выравнивающий ток, который вызывает саморазряд элементов. Коробление, приводящее к замыканию, чаще наблюдается у положительных пластин. Чем меньше сопротивление в точках короткого замыкания, тем сильнее выравнивающий ток и тем быстрее происходит саморазряд аккумулятора.

Выявление короткозамкнутых пластин производится при помощи "искателя коротких замыканий", представляющего собой компас с короткой иглой. Игла, поднесённая к элементу с короткозамкнутыми пластинами, отклоняется, так как выравнивающий ток создаёт определённое электрическое поле, действующее на стрелку компаса.

При коротком замыкании элемент необходимо очистить от шлама и исправить его покоробленные пластины. Шлам из элементов удаляют насосами, один из которых создаёт разрежение в герметически закрытом сосуде, куда сливается из элемента электролит со шламом. Второй насос нагнетает воздух в другой баллон, откуда электролит через шланг переливается в очищаемый аккумулятор. При такой очистке уровень кислоты в элементе не понижается и пластины всё время покрыты электролитом. Загрязняющие примеси после разряда элемента удаляются вместе с электролитом. Освобождённый от электролита элемент заполняют дистиллированной водой или слабым раствором кислоты (удельный вес 1,04-1,06), после чего производится зарядка. Если примесь после этих операций не удаляется, то промывку и зарядку повторяют несколько раз.

Баки, у которых предполагается течь, освобождают от пластин и проверяют на непроницаемость при помощи электрического тока по схеме фиг. 276. Для этого испытываемый бак 3 наполняют слабым раствором серной кислоты и опускают в резервуар 4 с подкисленной водой, имеющей такой же уровень, как и в баке. В электрод, соединённый через гальванометр 1 с электрической сетью, подают ток. Другой провод соединяют со свинцовой обкладкой 5 резервуара. Если стрелка гальванометра не отклоняется, то бак исправен и может быть допущен к дальнейшей работе. Баки, имеющие трещины и пористость стенок, заменяют новыми.

Фиг. 276. Схема проверки непроницаемости баков аккумуляторной батареи: 1 - гальванометр; 2 - электрод; 3 - бак; 4 - резервуар; 5 - свинцовая обкладка

Элементы с измененной полярностью восстанавливают следующим методом. Элемент отключают от батареи и дают ему дополнительный заряд. Тренировочные заряд-разряды продолжаются до тех пор, пока ёмкость элемента не восстановится. В некоторых случаях небольшое изменение полярности полезно особенно при начинающейся усадке активной массы отрицательных пластин. Изменение полярности разлагает губчатый свинец и уплотняет двуокись свинца.

Разборка батареи. Прежде чем приступить к разборке батареи, проверяют ёмкость пластин кадмиевым электродом при разряде батареи. Эта проверка основана на измерении порознь напряжения положительных и отрицательных пластин по отношению к вспомогательному электроду, имеющему постоянный потенциал. Таким электродом является кадмиевый электрод. Проверка ёмкости отдельных пластин и блоков даёт возможность в последующем правильнее подобрать пластины по их состоянию.

Прежде чем приступить к разборке и ремонту батареи, её разряжают, освобождают от электролита и очищают снаружи от грязи и вазелина.

Перед выемкой блоков пластин (фиг. 277) удаляют мастику 16 и асбестовый шнур 17, закрывающие зазоры между крышкой и баком.

Удаление мастики производится при помощи обогреваемых электрическим током стамесок или специальным мастикоудалителем. Для выемки элементов и блоков пластин из баков служат захваты, укрепляемые за контакты бареток 18. При выемке блоков необходимо следить за тем, чтобы пластины не замкнулись накоротко.

Ремонт элементов. Срок службы положительных пластин в обычных условиях короче, чем отрицательных. Замена пластин при ремонте производится комплектно, потому что при их частичной замене происходит быстрое старение вновь поставленных пластин.

Годность вынутых из элемента пластин определяется визуальным осмотром.

Положительные пластины, имеющие крепкую решётку с держащейся на ней массой, допускаются к дальнейшей работе. Светло-коричневый налёт сульфата должен быть не более чем на 30% поверхности.

Отрицательные пластины с цементированной (плотной) массой к установке не допускаются. Степень плотности определяется иглой, которая у годных пластин легко проходит насквозь. Допускается небольшая сульфатация в виде белых пятен.

Вынутые и признанные годными пластины промывают в течение нескольких часов. При промывке блоки устанавливают в проточную ванну на деревянные подставки решётчатого типа. Течение воды должно быть слабым, чтобы не повредить обмазку струёй воды.

Покоробленные пластины вырезают свинцорезом, разъединяя хвостовик А (фиг. 277) с соединительной полосой баретки у места спайки. Затем промывают их водой и помещают между двумя гладкими деревянными досками, нагружаемыми постепенно под прессом. Выправленные пластины могут быть пущены в работу вновь.

На эксплуатационные свойства батареи большое влияние оказывают сепараторы. Изношенные сепараторы не могут служить надёжной защитой от коротких замыканий.

Сепаратор элементов батареи 32ТН-450 состоит из пластин мипласта толщиной 1 мм (фиг. 277), стекловойлока толщиной 0,8 мм, пропитанного асфальтовым лаком, гофрированной пластины винилпласта толщиной 1,9 мм с отверстиями диаметром 2,8 мм. В батареях 32ТН-550 применялись деревянные сепараторы. При их замене используется фанера (шпон) из ольхи, которая обрабатывается щёлочным раствором, состоящим из 60 г технического сухого едкого натра на 1 л воды. При щелочении из древесины удаляют вещества, которые вредно воздействуют на электролит. Щелочение делают при температуре около 45° в течение 30-36 ч.

Фиг. 277. Элемент аккумуляторной батареи 32ТН-450: 1 - бак; 2 - крышка; 3 и 4 - пластины; 5 - сепаратор мипластовый; 6 - сепаратор из стекловаты; 7 - сепаратор из винилпласта; 8 - изолятор средний; 9 - пробка; 10 - кольцо под пробку; 11 и 12 - гайки; 13 и 14 - шайбы; 15 - кольцо; 16 - мастика; 17 - сбестовый шнур; 18 - баретка; 19 - щиток

После щелочения фанеру промывают проточной водой и обрабатывают серной кислотой с удельным весом 1,08-1,1 в течение 11-12 ч до полной нейтрализации.

Обработанную кислотой фанеру промывают проточной водой в течение 6 ч. Окисление помимо нейтрализации придаёт фанере упругость.

Сборка элементов. Сборка элементов производится в следующем порядке. Пластины, годные к сборке, устанавливают в приспособление (фиг. 278), дающее возможность разместить их на равном расстоянии одну от другой. Затем на выступающую часть (хвост) надевают соединительную планку (баретку), которую припаивают к пластинам. Пайку осуществляют при помощи электрического тока или водородной горелки. Водородное пламя даёт температуру 2000° и обладает способностью предупреждать образование окислов. Пайка положительных пластин производится прутками из мягкого (чистого) свинца, а отрицательных - из твёрдого свинца, содержащего до 5% сурьмы.

Фиг. 278. Приспособление для сборки пластин аккумуляторной батареи

Пайка электрическим током (постоянным или переменным) производится при напряжении 12 в угольным электродом, соединяемым с отрицательным полюсом. В качестве флюса используют стеарин. Сепараторы в блок пластин закладывают от середины элемента к его краям. Если блок после сборки не входит в бак, то его обжимают в специальных тисках. Вставленные блоки проверяют на отсутствие короткого замыкания. Крышки вставляют в бак таким образом, чтобы они занимали горизонтальное положение.

Зазоры между крышкой и стенками бака заполняют асбестовым шнуром и мастикой. Мастику составляют из 72% битума, 13% олифы, 15% сажи; смесь при составлении и использовании нагревают до 160-180°.

Технические условия на воду и кислоту. Приготовление электролита

В качестве электролита употребляется раствор аккумуляторной серной кислоты (ГОСТ 667-53) в дистиллированной воде. Максимально допустимое содержание примесей в кислоте (в %): нелетучий остаток - 0,05, марганец - 0,0001, железо - 0,012, мышьяк - 0,0001, окислы азота - 0,0001.

В дистиллированной воде не должно быть примесей более (в мг/л): железа - 0,5, хлора - 5,5, окиси кальция - 17,5, окиси магния - 5,0, окиси кремния - 12,5.

Плотность электролита, измеряемая ареометром, в зависимости от времени года колеблется от 1,24 до 1,26. Чем ниже температура окружающей среды, тем выше поддерживается плотность электролита.

Для приготовления 1 л электролита удельным весом 1,24 смешивают около 250 см³ аккумуляторной кислоты и 750 см³ дистиллированной воды.

При приготовлении электролита осторожно вливают крепкую кислоту в воду. Вливать воду в кислоту запрещается, так как при этом происходит выбрасывание кислоты, что очень опасно для работающих.

В цехе, где приготовляется электролит, необходимо иметь раствор соды для нейтрализации капель и брызг кислоты, попавших на одежду или тело.

Приготовленный электролит можно заливать только после того, как его температура будет не выше 25°. Электролит заливают до самых горловин крышек. После заливки отремонтированных элементов их оставляют в покое на 6 ч с тем, чтобы пластины пропитались электролитом.

Перед зарядом проверяют стеклянной трубкой уровень электролита в баке, который должен возвышаться над щитком не менее чем на 15 мм.

Элементы, залитые электролитом, во избежание сульфатации обязательно должны быть заряжены.

Зарядка батареи 32ТН-450

Перед зарядкой новой или отремонтированной батареи вольтметром проверяют правильность соединения всех элементов батареи.

Первый заряд батареи ведут двухступенчатым режимом; первая ступень заряда производится током 40 а до достижения большинством элементов напряжения 2,1 в; вторая ступень ведётся током 25 а. Заряжают до полного заряда, который характеризуется следующими показателями: постоянством напряжения и плотности электролита у всех элементов батареи в течение 2 ч и обильным выделением пузырьков ("кипение") газа на поверхности электролита.

Нормальная ёмкость батареи отдаётся в сеть после 2-5 тренировочных циклов заряд-разрядов.

Тренировочные разряды производятся 10-часовым режимом с током 45 а до напряжения 1,8 в на 1-2 элементах с наиболее низким напряжением. Не позднее чем через 2 ч после первого разряда (во избежание сульфатации) делают второй заряд. Первая ступень этого заряда осуществляется током 65 а до достижения напряжения на большей части элементов 2,4 в; вторая ступень заряда производится током 35 а. В конце второго заряда корректируют плотность батареи. Второй и последующие разряды делают режимом, аналогичным первому разряду; третий и последующие заряды ведут аналогично второму заряду.

Критерием пригодности батареи к установке на тепловоз при подъёмочном ремонте является отдача батареей при втором разряде не менее 70% гарантированной ёмкости 10-часового режима и на третьем разряде - не менее 75% ёмкости, приведённой к 30°.

Все операции зарядов и разрядов производятся при температуре электролита не выше 45°.

Во время тренировочных зарядов и разрядов через равные промежутки времени производятся записи в журнале; фиксируется напряжение отдельных аккумуляторов, плотность и температура электролита, а также температура окружающего воздуха.

При малом периодическом ремонте батарею подвергают восстановительным подзарядам, а при большом периодическом ремонте - лечебным разрядам и зарядам.

У батареи, установленной на тепловоз после ремонта, проверяют сопротивление изоляции. Сопротивление должно быть не менее 22 000 ом.

U₁ - напряжение между положительным полюсом и землёй;

U₂ - напряжение между отрицательным полюсом и землёй.

Если сопротивление батареи менее нормы, то необходимо найти и устранить утечки. Чаще всего они бывают вследствие неаккуратного пользования электролитом.

Для тренировочных и лечебных разрядов батареи применяется специальный реостат, имеющий три ступени регулирования, которые необходимы, чтобы получить постоянный ток различной величины для различных батарей в процессе 10-часового разряда. На фиг. 279 изображена принципиальная схема силовой цепи и цепи управления нагрузочного реостата.

Фиг. 279. Принципиальная схема силовой цепи и цепи управления реостата для тренировочных и лечебных разрядов аккумуляторной батареи

Силовая цепь нагрузочного реостата состоит из трёх элементов: фехралевого сопротивления, электромагнитного контактора, шунта амперметра и трёх однополюсных рубильников: P₁, P₂ и P₃.

Регулирование величины разрядного тока в цепи нагрузочного реостата путём изменения его омического сопротивления осуществляется двумя одно-полюсными рубильниками P₁ и P₂, которые включаются по мере снижения напряжения на зажимах аккумуляторной батареи.

Однополюсный рубильник P₁ установлен для того, чтобы использовать нагрузочный реостат при разряде аккумуляторной батареи большой ёмкости. Рубильник отключает часть сопротивления и тем самым повышается величина разрядного тока с 45 до 55 а.

Цепь управления нагрузочным реостатом состоит из подъёмной катушки электромагнитного контактора, блокировки реле ограничения разрядного тока PPT, кнопок "Пуск" и "Стоп" и блокировки контактора K₁.

Катушка реле ограничения разрядного тока включена параллельно сопротивлениям реостата таким образом, что при возрастании разрядного тока более 48 а реле срабатывает и размыкает своей блокировкой цепь катушки электромагнитного контактора, который немедленно отключается. Этим самым обеспечивается защита аккумуляторных батарей от возможных токов перегрузки.

Защита аккумуляторной батареи от токов короткого замыкания осуществляется при помощи плавких предохранителей П.

Процесс разряда аккумуляторной батареи контролируется амперметром и вольтметром.

Работа схемы нагрузочного реостата протекает следующим образом. После подсоединения аккумуляторной батареи включают двухполюсный рубильник P. Затем нажимают кнопку "Пуск" и контактор включается; с этого момента начинается процесс разряда батареи.

При включении электромагнитного контактора замыкается его блок-контакт, который шунтирует кнопку "Пуск", после чего последняя может быть отпущена, и ток катушки 1 к будет протекать через замкнутый блок-контакт K₁ контакты кнопки "Стоп" и блокировки реле PPT. При уменьшении разрядного тока включают рубильники P₁ и P₂. Рубильник P₃ включается только при подсоединении аккумуляторной батареи типа 32ТН-550.

Если разрядный ток возрастёт, напряжение на зажимах катушки РРТ увеличится, и как только ток в её цепи достигнет 0,12 а, якорь реле притянется и разомкнёт блокировку РРТ в цепи катушки электромагнитного контактора, который отключится и разомкнёт цепь нагрузочного реостата. Обратное включение контактора возможно только после нажатия кнопки "Пуск".

В качестве электромагнитного контактора в описанной схеме применён контактор типа КПМ-220А-10, в качестве реле ограничения разрядного тока - реле боксования Р-46Б-1; однополюсным рубильником служит разъединитель катушки реле заземления ГБ-25А-1, двухполюсным рубильником - отключатель аккумуляторной батареи ГБ-22А-1. В схему включены: амперметр типа М-415 со шкалой 100-0-100 и шунтом на 100 а и вольтметр типа ПМ-70 на 75 в с добавочным сопротивлением 5153/4.