Авиационные аккумуляторные батареи
На современных самолетах суммарная мощность генераторов обеспечивает резерв до 100% от суммарной мощности длительно работающих потребителей. Даже в случае выхода из строя нескольких генераторов полет возможен при отключении части потребителей. Роль аккумуляторных батарей сводится к покрытию пиковых нагрузок в бортовой сети, обеспечению питания жизненно важных потребителей при полном обесточивании бортовой сети в полете, а также при рулении по аэродрому с неработающими двигателями и снабжению питанием стартеровгенераторов при автономном запуске двигателей.
Аккумуляторы относятся к химическим источникам тока. Принцип действия основан на окислительновосстановительных процессах, которые происходят в электролите между активными веществами.
Электрохимические системы условно обозначаются так: (+) активное вещество |электролит | активное вещество (—).
Электрохимические процессы заключаются в том, что атомы или ионы одного из активных веществ отдают свои электроны, а атомы или ионы другого вещества принимают их. Эти процессы происходят в пространстве, заполненном жидким электролитом. Переход электронов от одного реагирующего вещества к другому возможен при соединении этих веществ внешним проводником. Выделяющаяся энергия веществ проявляется в виде электрического тока, протекающего по замкнутой цепи, т. е. происходит разряд источника энергии. При разряде химическая энергия превращается в электрическую, а реагирующие вещества — в продукты разряда.
Источники тока, получившие наименование гальванических элементов, основаны на необратимых электрохимических системах.
В источниках тока, основанных на обратимых электрохимических системах, активные вещества, израсходованные в процессе разряда, полностью восстанавливаются при пропускании электрического тока от постороннего источника,т. е. происходит накопление энергии. Такие источники тока,называемые аккумуляторами, используются неоднократно. В авиации применяются кислотные (свинцовые) и щелочные (серебряноцинковые, кадмиевоникелевые и др.) аккумуляторы.
К основным параметрам, характеризующим электрические свойства аккумуляторов, относятся:
— электродвижущая сила Е, В;
— внутреннее сопротивление Rn, Ом;
Внутреннее электрическое сопротивление аккумулятора определяется в основном сопротивлением электролита и электродов. Авиационные аккумуляторы обладают малым внутренним сопротивлением, что позволяет получать большие токи при незначительных внутренних потерях.
Напряжение аккумулятора отличается от его ЭДС на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении Ra при протекании тока заряда 3 или разряда р (при заряде V = Е + I3Ra, при разряде U = Е — IvRa)’
Емкость аккумулятора определяется количеством электричества, которое можно получить от полностью заряженного аккумулятора при разряде его током постоянной величины до допустимого минимального остаточного напряжения.
Емкость, получаемая при разряде аккумулятора номинальным током, называется номинальной. За номинальный ток в зависимости от типа аккумулятора принимается ток 5 или 10часового разряда.
Для получения требуемой ЭДС и электрической емкости аккумуляторы последовательно соединяют в батареи. Каждому типу аккумуляторных батарей присваивается определенное обозначение. Наиболее распространены свинцовые батареи 12А30,
12САМ28, 12САМ55, 12АСАМ23, серебряноцинковые батареи 15СЦС45, кадмиевоникелевые батареи 20КНБ25.
В приведенных обозначениях первые цифры указывают количество последовательно соединенных аккумуляторов в батарее. Буквы определяют назначение батареи: А — авиационная, САМ — стартерная авиационная модернизированная, АСАМ — авиационная стартерная модернизированная с абсорбированным электролитом; СЦС — серебряноцинковая самолетная; КНБ — кадмиевоникелевая безламельная Последующие цифры указывают номинальную емкость аккумулятора в амперчасах.
Технические характеристики аккумуляторных батарей приведены в смотреть статью под номером 1.3.
Кислотные (свинцовые) аккумуляторные батареи основаны на электрохимической системе
Химические процессы в аккумуляторе происходят на границе активных масс и электролита — водного раствора серной кислоты H2S04.
При изготовлении пластин исходными материалами, которые запрессовываются в ячейки их решеток, служат свинцовый сурик Pb;i04 (для положительных пластин) и свинцовый налет РЬО (для отрицательных пластин). После специальной химической обработки — формовки эти массы превращаются в двуокись свинца РЬ02 (па положительной пластине) и губчатый свинецРЬ (на отрицательной пластине).
Современные аккумуляторы подразделяются на два типа: со свободным и абсорбированным электролитами. В аккумуляторах последнего типа весь электролит находится в порах сепараторов и активной массы пластин. Принцип же действия их обоих типов одинаков и заключается в следующем.
Находясь в электролите, пластины приобретают определенный потенциал по отношению к раствору серной кислоты. При под ключении к внешней цепи аккумулятор разряжается. Разряд приводит к диссоциации молекул электролита, в результате чего образуются положительные ионы водорода Н+ и отрицательные кислотного остатка SO4
. Ионы водорода отдают заряды положительной пластине и, отнимая кислород от двуокиси свинца, превращаются в воду. Образовавшийся свинец взаимодействует с кислотным остатком SOf
и образует на пластине сульфат свинца PbS04. Таким образом, реакция восстановления может быть записана в виде Pb02 + 4Н+ + SO; = PbS04 2Н20 2е.
На отрицательной пластине ионы кислотного остатка соединяются с металлическим свинцом и превращают его также в сульфат свинца, т. е. происходит реакция окисления ее активной массы:
PbfS04 = PbS04 2е.
Поскольку в ходе реакций у положительного электрода образуется вода, концентрация серной кислоты уменьшается.
При заряде аккумулятора процесс течения реакции — обратный: на положительном электроде сульфат свинца переходит в двуокись, а на отрицательном — в губчатый свинец.
Суммарное уравнение окислительновосстановительной реакции в аккумуляторе выражается в виде
PbCtf + 2H.SO,|РЬ() т==± PbS04 + 2H90 + PbS04<>.
Конструкция аккумуляторной батареи (смотреть статью под номером 1.8) состоит из двенадцати аккумуляторов, размещенных в ячейках эбонитового моноблочного корпуса 13. Положительные 5 и отрицательные 15 пластины соединены параллельно и образуют так называемые полублоки, выводы с которых выполнены в виде борнов. Вставленные друг в друга полублоки образуют блок 10. Для взаимной изоляции пластин разноименной полярности предусмотрены сепараторы 12 — тонкие пластины из пористого мипора или мипласта. С целью ускорения химических реакций во всем объеме активных масс пластины изготавливают толщиной 1.3 мм, а сепараторы устанавливают так, чтобы их ребристая сторона была обращена в сторону положительной пластины. Этим обеспечивается увеличение пространства для кислоты у положительной пластины, где ее расход больший, чем у отрицательной.
Для предотвращения замыкания аккумулятора при вибрациях пластины положительного полублока имеют специальные опорные ножки, которыми они опираются на призмы корпуса. Пластины отрицательной полярности опираются на эбонитовые башмачки 11.
Защита верхних кромок пластин от поломок достигается перфорированным предохранительным щитом 6. Выше него смонтирован отражательный щиток 7, который предотвращает расплескивание электролита.
После установки в корпус собранный блок закрывается крышкой 8 с двумя отверстиями для вывода борпов и центральным отверстием для крепления рабочей пробки 9. Эта пробка обеспечивает выпуск паров кислоты из внутреннего объема ячейки при нормальном полете и предотвращает выливание электролита при эволюциях самолета.
Герметизация между крышкой и корпусом достигается заполнением зазоров сырой резиной и заливкой кислотостойкой и температуроустойчивой мастики.
Все аккумуляторы последовательно соединены межэлементными перемычками 3. От крайних элементов выведены винтовые клеммы 4, с помощью которых батарея подключается к бортовой сети самолета. Сверху батарея закрывается крышкой 2, закрепляемой на корпусе откидными винтами. Для переноски батареи предусмотрены ручки .
Аккумуляторные батареи устанавливаются на самолетах в специальных контейнерах, которые обеспечивают теплоизоляцию и предохраняют батарею от механических повреждений.
К установке на самолет допускаются только заряженные батареи с емкостью не ниже 75% от номинальной. При включении нагрузки, требующей двойного номинального тока, напряжение батареи должно быть не менее 24 В.
Щелочные аккумуляторные батареи. Из этой группы в авиационной технике применяются серебряноцинковые и кадмиевоникелевые аккумуляторы.
Принцип действия серебряноцинковых аккумуляторов основан на использовании электрохимической системы.
В этих аккумуляторах в качестве активного вещества положительного электрода в полностью заряженном аккумуляторе служит окись двухвалентного серебра AgO. Отрицательным электродом является металлический Zn. Электролитом служит водный раствор КОН.
Из реакций следует, что плотность электролита при работе серебряноцинкового аккумулятора остается почти постоянной. Однако практика показывает, что при разряде большими токами плотность электролита несколько повышается, а при длительных режимах разряда — уменьшается.
Аккумуляторная серебряноцинковая (смотреть статью под номером 1.9) батарея состоит из последовательно соединенных аккумуляторов 14. Каждый аккумулятор конструктивно выполнен в виде электродного пакета 4, помещенного в пластмассовый корпус 1 с крышкой. Электродный пакет имеет чередующиеся положительные 2 и отрицательные 3 электроды, разделенные сепараторной гидратцеллюлозной пленкой и капроновой тканью. Токоотводы выполнены из серебряной проволоки и запаяны в борны 5.
В качестве электролита используется водный раствор КОН. Его уровень в процессе эксплуатации контролируется через окна в контейнере батареи по имеющимся на корпусе двум отметкам.
Активным веществом положительного электрода служит гидрат окиси никеля Ni(OH)3. Отрицательным электродом является губчатый кадмий Cd. Электролитом служит водный раствор едкого калия КОН.
Электрохимические процессы при разряде и заряде аккумулятора описываются комплексным уравнением
2Ni (ОН)3 | КОН + Cd 2Ni (ОН)2 + КОН + Cd (ОН)2.
Пластины аккумуляторов представляют собой высокопористые металлокерамические конструкции, пропитанные солями кадмия и никеля. Разноименные пластины в блоке взаимно изолируются сепараторами из слоя капроновой ткани и щелочестойкой бумаги. Каждый из блоков положительных и отрицательных пластин помещен в сосуд из листовой стали. При сборке батареи в контейнере эти сосуды покрываются грунтом и обертываются изоляционной пленкой из полиэтилена.
Основными преимуществами кадмиевоникелевых аккумуляторов по сравнению с другими типами аккумуляторов являются большое количество зарядноразрядных циклов, простота ухода в процессе эксплуатации и хранения, а также большой срок службы и высотность применения.
Источник
Тема 12. Аккумуляторные батареи
На самолете установлены четыре аккумуляторные батареи 20НКБН-25. Шифр батареи означает: 20 — число элементов в батарее; НК- никель-кадмиевая система аккумуляторов; Б-безламельная конструкция электро-дов; Н- намазная (технологическая особенность изготовления пластин); 25-номинальная емкость в ампер-часах.
Аккумуляторные батареи имеют следующее назначение:
— являются аварийными источниками питания сети постоянного тока в полете;
— служат источниками электроэнергии при запуске ВСУ на земле, если отсутствует наземный источник постоянного тока;
— сглаживают пульсации в сети постоянного тока.
Тернические д а н н ы е
Напряжение на клеммах аккумулятора, В . . . . ……………………25
Напряжение на каждом элементе, В………………………… 1,25
Разрешаемое количество запусков ВСУ:
на земле . ……………..Три запуска (холодная
прокрутка) с перерывом
в полете. ………………Один запуск
Емкость батареи, заряженной при температуре
(25±!0)°С при разрядке током 10 А до конечного
напряжения 20 В, А-ч. ………………………………… 25
Продолжительность разряда батареи токами, мин, не менее:
Максимально допустимый разрядный ток, А, не
Батарея 20НКБН-25 состоит из 20 аккумуляторов, соединенных между собой последовательно шинами. Аккумуляторы расположены в два ряда и помещены в контейнер.
На боковых стенках контейнера имеются смотровые окна, в которые видны метки, нанесенные на стенках сосудов аккумуляторов для наблю-дения за уровнем электролита.
Перед установкой батарей на самолет необходимо проверить:
— внешний вид батареи — батарея не должна иметь загрязнений и механических повреждений;
— напряжение разомкнутой цепи батареи вольтметрами или тестером класса точности не ниже 1,0 с пределами измерения шкалы 0-30В — напряжение разомкнутой цепи должно быть не менее 25,5 В;
— уровень электролита -уровень электролита в батарее должен быть между метками, нанесенными на боковой стенке аккумулятора или
контейнера. Аккумуляторные батареи устанавливаются на самолет в заряженном состоянии. После установки батареи на самолет необходимо проверить правильность подключения батареи к самолетной сети по бортовому вольтметру.
Аккумуляторные батареи (аккумуляторы) №1 и 2 расположены в хвостовой части фюзеляжа, под полом заднего багажного отсека, правого борта, в районе шп, № 68.
Доступ к батареям осуществляется через съемную крышку люка в полу багажника. Аккумуляторные батареи, помещенные в легкосъемную ванночку, устанавливаются в жестко закрепленное к каркасу фюзеляжа основание. Для снятия батарей необходимо развести поворотные ручки над крышкой батареи, при этом штыри крепления легкосъемной ванночки выводятся из гнезда неподвижного основания. Отсек установки батарей имеет теплоизоляцию и вентиляцию.
Подсоединение аккумуляторных батарей к бортсети самолета произ-водится через штыри и гнезда, имеющиеся в съемной ванночке и жестко закрепленном основании.
Аккумуляторные батареи (аккумуляторы) №3 и 4 установлены в первом техническом отсеке в районе шп. №7-8 в специальных контей-нерах. Для снятия батарей необходимо открыть крышку контейнеров и вывести штыри крепления передней части батареи из гнезд.
При работе с аккумуляторными батареями запрещается:
— хранить и приводить их в рабочее состояние вместе с кислотными батареями;
— применять при заливке электролита металлические воронки (во избежание коротких замыканий);
— пользоваться для заливки электролита грушей, ранее применявшейся для кислотных батарей.
При снижении температуры электролита аккумуляторных батарей емкость последних снижается. В связи с этим при температуре окружаю-щего воздуха ниже минус 25°С и при стоянке самолета более 8ч необ-ходимо снять батареи с самолета для хранения в помещении с поло-жительной температурой или, не снимая батареи с самолета, поддер-живать температуру электролита не ниже минус 5°С обогревом от назем-ного источника теплого воздуха.
На самолетах с № 590 предусмотрен обогрев аккумуляторов от на-земного источника питания переменным током 200 В.
Для этого в контейнере аккумуляторов установлен обогревательный элемент. Обогревательный элемент состоит из двух пластин, выполнен-ных на основе мягких проволочных нагревателей с изоляцией из ткани КТ-11 и герметика «Виксинт У-2-28НТ». Каждый проволочный нагрева-тель состоит из 12 последовательно соединенных секций; число проволок в секции — шесть, проволока марки Х20Н80Д-0,1.
Рис.19. Принципиальная электросхема обогрева аккумуляторных батарей:
1 — штепсельный разъем аэродромного питания переменным током; 2 — выключатель В-200К обогрева аккумуляторов; 3 — резистор ПЭВ-25- 620±5%; 4 — диод Д237Б; 5 — термовыключатель АД-155МА-6К; 6- реле ТКД1010ДГ включения обогрева аккумуляторов; 7 — нагревательный элемент
Для защиты электрообогревательного элемента от возможного пере-грева на одной из пластин устанавливается биметаллический термовы-ключатель АД-155МА-6К.
Схема включения обогревательного элемента приведена на рис.19. Включение производится выключателем 2, установленным на верхней панели пульта бортинженера.
Для подключения к штепсельному разъему 1 аэродромного источ-ника питания переменным током 200В напряжение с фазы В через выключатель 2 и резистор 3 поступает на диоды 4. Выпрямленное напря-жение через замкнутые контакты термовыключателя 5 подводится к реле 6. Реле срабатывает и включает нагревательный элемент 7. В случае перегрева термовыключатель 5 размыкает свои контакты и разрывает цепь обмотки реле 6. Реле отключает нагревательный элемент. После снижения температуры в контейнере термореле замыкает свои контакты, а нагревательный элемент вновь включается на источник питания.
1. Включение аккумуляторных батарей
Аккумуляторные батареи включаются на бортсеть выключателями, расположенными на панели энергоузла 28 (см. рис.10). При этом срабо-тают контакторы 2 и 3 (рис.19). Аккумуляторные батареи №1 и 2 через контакты контакторов 2 подключаются к шине запуска ВСУ, которая
установлена в РК ВСУ и аккумуляторов. Аккумуляторные батареи № 3 и 4 через контакты контакторов 3 подключаются к шине аккумуляторов, которая, установлена в РК аккумуляторов.
Для автономного запуска ВСУ в полете при отказе трех генераторов имеется отключаемая от основной сети постоянного тока шина запуска ВСУ. Шина запуска ВСУ электрически соединяется с общей шиной контактором 15, обмотка которого получает питание через диоды 14 и через нормально замкнутые контакты реле 12.
Так как при запуске ВСУ снижается напряжение в сети при питании от аккумуляторных батарей, при отказе в полете трех генераторов (все три реле 11 обесточены) шина запуска ВСУ автоматически отключается от общей сети, так как реле 12 срабатывает и снимает напряжение с кон-тактора 15. Контактор 15 обесточивается и отключает шину запуска ВСУ. После выхода ВСУ на режим реле 12 обесточится и вновь включает контактор 15.
На стоянке, когда три генератора выключены, а запуск ВСУ про-исходит от ВУ-6А или от бортовых аккумуляторных батарей, цепь включения реле 12 разомкнута контактами реле 13, срабатывающего при обжатии левой стойки шасси.
Контроль за напряжением аккумуляторных батарей осуществляется вольтметром 6 и переключателем 7. Амперметр 9 служит для измерения потребляемого тока от аккумуляторов и их зарядного тока. Подключение
амперметра к аккумуляторам производится переключателем 8. На само-летах по № 579 с помощью реле 10 отключается амперметр на время
запуска ВСУ. Цепи питания вольтметра защищены предохранителями СП-2А, а амперметра — СП-10, которые установлены в РК ВСУ и аккумуляторов.
2. Предполетная проверка аккумуляторных батарей
1.Убедиться, что все потребители выключены.
2.Установить переключатели фар (фюзеляжных и крыльевых) в положения «Выпуск» и «Большой» («Посадочный»).
На самолетах, где имеются фары ПРФ-4МП, установить переклю-чатели фюзеляжных фар в положение «Выпуск» и «Посадочный», а переключатель крыльевых фар — в положение «Рулежный».
Проверить напряжение аккумуляторов до включения их на сеть, установив переключатель вольтметра в положения «АК № 1», «А К № 2», «АК № 3» и «АК № 4».
При напряжении менее 26 В аккумулятор заменить.
3.Включить выключатель «Аккумулятор №1» (см. рис.10) и про-верить напряжение аккумулятора, которое должно быть не менее 24 В при токе нагрузки 90 -100 А.
4.Выключить выключатель «Аккумулятор №1».
Рис. 20. Принципиальная электросхема включения аккумуляторных батарей: 1 — шунт Ш-2 в цепи аккумуляторной батареи; 2- контактор ТКС401ДОД включения аккумуляторов № 1 и 2; 3 — контактор ТКС201ДОД включения аккумуляторов № 3 и 4; 4 — выключатель ВГ-15К включения аккумулятор-, ной батареи; 5 — аккумуляторная батарея 20НКБН-25; 6-вольтметр В1; 7 — переключатель 11П1Н-К; 8 -переключатель 5П2Н-5 амперметра; У — амперметр А2; 10 — реле ТКЕ22П1Г отключения амперметра при запуске ВСУ; 10-реле ТКЕ21ПОДГ управления отключением шины запуска ВСУ; 12 — реле ТКЕ21ПОДГ отключения шины запуска ВСУ при отказе ВСУ; 13 -реле ТКЕ22П1Г блокировки отключения шины запуска ВСУ на земле; 14 — диод Д231А: 15 — контактор ТКС401ДОД отключения шины запуска ВСУ
Длительность проверки аккумулятора под током 90 -100 А не должна быть более 5 с.
При напряжений аккумулятора менее 24 В замените его.
5.Произвести проверку напряжения аккумуляторов №2, 3 и 4 аналогично проверке аккумулятора № 1.
6.Установить переключатели фар (фюзеляжных и крыльевых) в положения «Уборка» и «Выкл».
7.Включить выключатели «Аккумуляторы № 1, № 2, № 3, № 4».
При этом горят светосигнализаторы: «Внимание сеть от аккумулят», «Лампа горит — генератор не работает», «Подключ. шин НПК, левая на сеть III, правая на сеть I», «ПТ-500Ц не работает» («ПТ-500Ц на авар, сеть лев.», «ПТС-250 № 1 не работает», «ПТС-250 № 2 на сеть»).
Для сохранения емкости аккумуляторов, необходимой для запуска ВСУ, не допускать их разряда. Проверку систем и длительное питание потре-бителей производить от аэродромных источников или от генератора ВСУ.
Для сохранения температуры электролита аккумуляторов не ниже минус 5°С при стоянке самолета и в целях обеспечения надежного запуска ВСУ при низких температурах окружающего воздуха на самолете преду-смотрен электрический обогрев аккумуляторов, включаемый инженерно-техническим составом с пульта бортинженера (в соответствии с регламен-том технического обслуживания самолета).
Литература: А.М. Генделевич «Электротехническое оборудование самолета Ту-154» стр.82 – 88
Дата добавления: 2015-06-12 ; просмотров: 3027 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Источник