Тепловой разгон авиационных аккумулятора авиационного

Меры по предотвращению теплового разгона

Для предотвращения теплового разгона проводятся следующие меро­приятия:

1. Наземный авиационно-технический персонал АТБ должен контро­лировать внешний вид батареи, уровень электролита и, при необходимости, восстанавливать его, доливая дистиллированную воду.

2. Экипаж должен каждые 30¸50 мин контролировать ток заряда акку­муляторов и напряжение. Ток заряда не должен превышать 25 А, напряжение должно быть не ме­нее 24 В (напряжение контролируют, предварительно от­ключив аккумулятор).

3. На новейших отечественных и зарубежных самолётах предусмотрен автомати­зированный контроль температуры электролита в аккумуляторах. Если температура выходит за допустимые пределы, срабатывает соответст­вующая сигнализация.

Внимание. Если при проверке в полёте ток заряда или напряжение выходят за указанные пределы, неисправный аккумулятор необходимо выключить. В данном полете его можно использовать только как источ­ник электроэнергии в аварийной си­туации, то есть при отказе всех гене­раторов.

2.1.3. Выбор типа и количества аккумуляторных батарей. Уста­новка аккумуля­торов на самолётах.

Тип количество аккумуляторных батарей определяются двумя факто­рами:

— временем питания жизненно важных потребителей при отказе всех генераторов, которое на большинстве самолётов определено в 25÷30 минут с учётом одной по­пытки аварийного запуска ВСУ;

— возможностью автономного запуска двигателя или ВСУ, — при запуске поршневых двигателей ток, потребляемый электростартёром, составляет не более 140÷150 А. По­этому на самолётах с поршневыми двигателями исполь­зуют аккумуляторные батареи 12-А-30, которые обеспечивают такой ток при запуске и имеют большой срок службы. Для запуска ВСУ требуется ток по­рядка 1000 А и более. Для этой цели используются стартёрные аккумулятор­ные батареи 12САМ-28, 12САМ-55 и 20НКБН-25, которые обеспечивают максимальный ток от 650 А (20НКБН-25) до 750 А (12САМ-28) и 1500 А (12САМ-55). На больших самолётах часть аккумуляторов устанавливают в хвосто­вой части фюзеляжа, в непосредственной близости к ВСУ, чтобы уменьшить электри­ческие потери при запуске. Другую группу аккумулято­ров размещают в районе пе­реднего технического отсека, – при отказе всех генераторов они обеспечивают элек­тропитание пилотажно-навигационного комплекса.

При этом для запуска, в зависимости от типа ВСУ, может быть исполь­зовано до 4х аккумуляторных батарей (Ил-86, Ил-96).

Электрический запуск газотурбинных маршевых двигателей от акку­муляторных батарей в настоящее время на производится в виду больших энергозатрат на рас­крутку ГТД.

Аккумуляторные батареи на самолётах и вертолётах размещают в ме­таллических утеплённых контейнерах. С помощью розетки штепсельного разъёма в задней части контейнера аккумуляторная батарея подключается к ответной части (вилке), располо­женной в отсеке самолёта.

Источник

Причиной аварийной посадки Ту-154 в лесах Коми стало уникальное явление

Комиссия Росавиации, расследующая причины чрезвычайной ситуации на борту Ту-154М, совершившего аварийную посадку в Коми, огласила свои предварительные выводы. Источником неполадок, едва не стоивших жизни 72 пассажирам и 9 членам экипажа, стал выход из строя аккумуляторных батарей.

Как сообщили GZT.RU в Росавиации, причиной аварийной ситуации с самолетом Ту-154М авиакомпании «Алроса-Авиа» 7 сентября стал «тепловой разгон» бортовых аккумуляторов. В результате этого вся электроника лайнера вышла из строя.

По словам представителя ведомства, все аккумуляторы направлены на специальное исследование в Государственный центр по безопасности полетов на воздушном транспорте Ространснадзора.

Между тем, как утверждают специалисты петербургского НИИ «Источник», где занимаются проблемами аккумуляторных батарей, «тепловой разгон» аккумуляторов — явление непредсказуемое и очень опасное, особенно в авиации.

«Тепловой разгон» аккумуляторов происходит спонтанно, предвидеть его невозможно, однако что приводит к этому, до сих пор неизвестно, тем не менее установлено, что эти процессы происходят на батареях с большим сроком эксплуатации»,- рассказал GZT.RU директор по инновациям НИИ Алексей Ковальчук. При «тепловом разгоне» аккумуляторы сильно нагреваются, причем корпуса даже могут плавиться, выкипает электролит.

Алексей Ковальчук также добавил, что проводимые исследования показали, что «тепловой разгон» приводит к двум опасным последствиям, а именно: к короткому замыканию электропроводки и выводу из строя электросистем. Кроме того, при этом выделяется большое количество водорода, что может привести к образованию гремучей смеси, а значит, и к взрыву.

«Исправные аккумуляторные батареи поглощают избыточную электроэнергию, сглаживая тем самым скачки напряжения в сети, которые неизбежны при использовании любых электроприборов»,- пояснил директор по инновациям НИИ «Источник».

Тем временем специалистам Росавиации уже удалось расшифровать записи бортового самописца параметров полета МСРП 64 и речевого самописца МАРС-БМ, которые записывают переговоры членов экипажа в кабине, а также радиообмен с диспетчерами управления воздушным движением. В Росавиации отмечают, что все записи находятся в удовлетворительном состоянии и позволяют использовать их для анализа причин возникновения и развития аварийной ситуации, а также оценки действий экипажа.

Между тем, как сообщил GZT.RU представитель авиакомпании «Алроса-Авиа» Владимир Ручкин, ему пока ничего не известно о выводах комиссии.

«Нас никто не знакомил с предварительными результатами расследования, и говорить о причинах аварии можно будет только после официального завершения расследования, когда комиссия придет к окончательным выводам, что за неполадки возникли на борту нашего самолета»,- сказал Владимир Ручкин. Он также отметил, что у Ту-154М, совершившего аварийную посадку, еще большой ресурс, построен он был в начале 90-х годов.

Расследованием причин аварии также занимается Северо-Западное следственное управление на транспорте СКП РФ. Впрочем, как сообщил помощник руководителя следственного управления Марат Асакаев, пока проводится проверка. По словам представителя следственного управления, следователи выезжали на место происшествия, осмотрели самолет, допросили членов экипажа и очевидцев.

«Процессуальное решение будет приниматься после окончания проверки. В зависимости от ее результатов возможно возбуждение уголовное дело, либо будет принято решение об отказе в возбуждении дела»,- сказал Марат Асакаев. Скорее всего, следственные органы будут ждать результатов расследования комиссии Росавиации.

Самолет Ту-154М авиакомпании «Алроса-Авиа» совершал рейс по маршруту Полярный (Якутия)- Домодедово (Москва). На его борту находились 9 членов экипажа и 72 пассажира, в том числе трое детей.

Из Якутии лайнер вылетел в 04.14, через четыре часа полета у самолета отказала система бортового электропитания.

Отказ бортовых электросистем самолета влечет за собой выключение всей электроники, в том числе навигационных систем, систем связи, одним словом, не работает все, вплоть до освещения. Кроме того, отключаются топливные насосы. Подача горючего осуществлялась из расходного бака. Как позже признались пилоты, этого им хватило бы только на 30 минут.

В этой ситуации командир экипажа Евгений Новоселов принял решение произвести экстренную посадку, причем делать это ему пришлось без диспетчерского сопровождения и без показаний приборов.

Когда летчики снизились, они смогли рассмотреть небольшую взлетно-посадочную полосу, которая расположена недалеко от поселка Ижма. Как рассказали GZT.RU в следственном отделе района Ижемский СКП РФ, аэродром, где совершил посадку Ту-154М, не рассчитан на самолеты подобного типа. Когда-то на него садились Ан-2 и Ан-24, а сейчас он используется как вертолетная площадка. Длина взлетно-посадочной полосы 1300 метров. В результате лайнер выкатился за ее пределы на 180 метров.

Тем не менее посадку аварийного самолета можно считать успешной. Никто из людей не пострадал, да и сам лайнер получил незначительные повреждения. Представители авиакомпании даже рассматривают вопрос о возвращении его в строй после ремонта.

Надо сказать, что об инциденте летчики не сообщили даже своим родным. Как рассказала GZT.RU супруга штурмана Сергея Талалаева, в тот день он ей позвонил и предупредил, чтобы она его не ждала, поскольку им пришлось сесть на запасной аэродром.

«Когда в новостях увидела самолет, стоящий в тайге, я пришла в ужас, до сих пор не могу прийти в себя»,- призналась женщина.

Награды для героев

Между тем мастерство пилотов оценил даже Дмитрий Медведев, который в минувший четверг сообщил о намерении наградить летчиков.

В свою очередь председатель профсоюза летного состава РФ Мирослав Бойчук назвал членов экипажа героями и сообщил, что профсоюз со своей стороны тоже собирается их наградить.

«Они совершили подвиг, сделали самое главное- сохранили жизни людей»,- считает председатель профсоюза летного состава.

В то же время Мирослав Бойчук назвал аварию на борту лайнера уникальной. Он признался, что и до этого были случаи, когда на борту самолетов происходил «тепловой разгон» аккумуляторов, но не всех одновременно. Кстати, на Ту-154М стоят четыре аккумулятора.

«Могло такое произойти с одним, двумя аккумуляторами, их, как правило, летчики отключают и к серьезным последствиям это не приводит, но чтобы все аккумуляторы вышли из строя, такое происходит, пожалуй, впервые»,- сказал Мирослав Бойчук.

На авиационных сайтах есть сообщения об авариях, связанных с неисправностями аккумуляторов.

«Если не ошибаюсь, то тепловой разгон аккумуляторов был у Ан-22 в конце 70-х — начале 80-х, они аварийно заходили на Домодедово, но не дотянули и упали неподалеку. «- вспоминает один из пользователей.

Другой рассказал собственную историю: «Подлетаем к Белозерску, Проверяю электросистему и вижу, что ток зарядки аккумуляторов начал расти и на все мои попытки этот ток уменьшить, этот ток растет все равно. Ясное дело- тепловой разгон, было, проходили. Я и выключил их вообще. До Тюмени долетели без приключений и там нам их заменили».

Авиаторы вспомнили еще один случай: «В начале 90-х «тепловой разгон» был на Як-42 (чей, не помню). Летели в Минводы ночью. У ЯК-а две сети 27В- правая и левая, соответственно на каждой в буфере по 1-му 20НКБН (никель-кадмиевые батареи). На одном из НКБН-ов произошел «тепловой разгон», короткое замыкание, напряжение сети упало… Летят на запад, где еще пока виден горизонт. Им офигенно везет: на подлете к Минводам видят впереди заходящий на посадку Ту-134 и идут за ним, благополучно сажают самолет».

Впрочем, и зарубежные пилоты сталкиваются с проблемами аккумуляторов. «В Судане у англичанина на юаровской Л410 взорвались кислотные батареи»,- рассказал участник авиационного форума.

Источник

Анализ технических параметров, конструктивных и эксплуатационных особенностей существующих типов и аналогов авиационных химических источников тока

Устройство, принцип действия, электрические характеристики свинцовых, никель–кадмиевых, серебряно-цинковых аккумуляторных батарей. Зависимость разрядной емкости аккумулятора от разрядного тока, физический смысл и условия возникновения «теплового разгона».

Рубрика	Производство и технологии
Вид	дипломная работа
Язык	русский
Дата добавления	04.08.2012
Размер файла	2,6 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

При этом эдс равна 1,82-1,86 В. После того как аккумулятор разредился примерно на 30%, на втором этапе происходит восстановление одновалентной окиси серебра AgO до металлического серебра:

AgO + 2e + H₂O + 2e > 2AgO + 2OH — (4.4)

ЭДС на этом участке составляет 1,52 — 1,56 В. и в процессе дальнейшего разряда остается постоянной.

Раздел 5. Эксплуатация авиационных аккумуляторных батарей и сравнение их основных характеристик

5.1 Особенности эксплуатации аккумуляторных батарей

Эксплуатацию аккумуляторных батарей для обеспечения безотказной работы их в течение гарантийного срока службы необходимо проводить в строгом соответствии с правилами, указанными в технических описаниях и инструкциях по эксплуатации конкретного типа батареи.

Следует помнить, что хранить и приводить в рабочее состояние свинцовые (кислотные) аккумуляторные батареи в одном помещении с никель-кадмиевыми и серебряно-цинковыми (щелочными) аккумуляторами запрещается.

Батареи выпускаются завком в сухозаряженном состоянии без электролита. В таком виде срок их хранения составляет 3 г. Если на заводе батареи проходили электрические испытания, то они поставляются в разряженном состоянии без электролита и срок их хранения не превышает 3 мес.

Аккумуляторные батареи, уже находившиеся в эксплуатации, рекомендуется хранить в заряженном состоянии с электролитом. В этом случае срок их хранения не должен превышать 6 мес. при условии обязательного ежемесячного подзаряда (лишь в крайних случаях не более 3-х месяцев батареи можно хранить в разряженном состоянии без электролита).

Аккумуляторы можно хранить в помещениях при температуре 5-30°С. .

Определение состояния аккумуляторных батарей.

Состояние аккумуляторных батарей характеризуется степенью их разряженности, которая определяется по напряжению на всей батарее или на отдельныx ее элементах. Определение степени разреженности по плотности электролита дает более точные результаты, но для этого должна быть известна плотность электролита заряженного аккумулятора. Соотношения между плотностью электролита и степенью разряженности элементов аккумуляторной батареи приведены в таблице 5.1,

Плотность электролита, приведенная к 25°С.г/см 3

Напряжение на батарее, В

Напряжение на элементе. В

Разряжена на 25%

Разряжена на 50%

Разряжена на 75%

Плотность электролита измеряется денсиметром, а напряжение специальным аккумуляторным пробником.

5.3 Установка аккумуляторных батарей на самолет

Нa самолет разрешается устанавливать только полностью заряженную аккумуляторную батарею, у которой Q_p при предыдущем, контрольном разряде более 75% Q_н.

Особенности эксплуатации никель-кадмиевых аккумуляторных батареи с намазными пластинами

Батарея поставляется заводом в разряженном состоянии, залитая электролитом. В таком виде можно и хранить батареи. Срок гарантии, в который входить хранение и работа батареи на самолете, не должен превышать 2,5 года. Батареи, бывшие в эксплуатации, ставят на хранение после доразряда до Uk=23 В. Никель-кадмиевые батареи разрешается хранить и в заряженном состоянии, но не более 3 месяцев. Аккумуляторы можно храните при температуре от — 60 до -30°С.

Приведение в рабочее состояние.

Для ввода в эксплуатацию батареи, хранившейся в разряженном состоянии ее заряжают током первого (усиленного) заряда, а после разряда током I- 2.5 до Q_K=23 В током нормального режима заряда.

Для приведения в рабочее состояние батарей, хранившихся заряженными, их предварительно разряжают, как указано выше, а затем выполняют те же операции, что при введении в эксплуатацию новых батарей.

Установка аккумуляторных батареи.

На самолет можно устанавливать батареи, емкость которых в течение периода их эксплуатации равна Q_н, а второго — не менее 0,85 Q_H. При проведении оперативных форм обслуживания на самолете проверяют эдс батареи должна быть не менее 25 В, а затем, включая на 5-10 с к потребителям, создающих нагрузку 95 — — 100 А, проверяют напряжение батареи, которое при одном должно быть не менее 23,8 В.

Сравнение основных характеристик аккумуляторных батареи

Для выбора авиационных аккумуляторных батарей наиболее приемлемых для воздушных судов 2-3 класса рассмотрим сравнительные характеристики существующих типов и аналогов аккумуляторных батарей.

Сопоставление свойств аккумуляторных батарей для выявления области их рационального использования обычно проводят на основе зависимостей удельной энергии аккумуляторных батарей от удельной мощности (рис 5.1). Наиболее высокой удельной энергией обладают серебряно-цинковые аккумуляторы, характерной особенностью которых является малая зависимость удельной энергий от удельной мощности.

Большое значение для практики имеют удельные характеристики аккумуляторных батарей при низких температурах.

У всех аккумуляторных батарей с уменьшением температуры удельная энергия при одной и той же удельной мощности снижается (рис 5.2).

Рис. 5.1. Зависимость удельной энергии от удельной мощности аккумуляторов.

2. никель-кадмиевых (безламельных);

Рис 5.2 Зависимость удельной энергии от температуры аккумуляторов

Наибольшее влияние оказывает температура на удельную энергию серебрено-цинковых аккумуляторов. При температуре — 40°С их удельная энергия снижается до 4 Вт-ч/кг, т. е. в 22,5 раза по сравнению с удельной энергией при температуре +20°С. Удельная энергия никель-кадмиевых аккумуляторов при этом же изменении температуры снижается лишь в 2 раза и составляет при — 10°С 8 Вт-ч/кг.

Следует отметить, что никель-кадмиевый аккумулятор с пластинами намазной конструкции даже в форсированных режимах разряда работоспособен при температурах -50° С. отдавая при этом примерно 30% номинальной емкости.

Стабильность напряжения ХИТ в процессе разряда предопределяется их разрядными характеристиками. Меньше всего и процессе разряда изменяется напряжение никель-кадмиевых аккумуляторов.

Эксплуатационно-технические характеристики аккумуляторов приведены в таблице 5.2, относительные стоимости 1 Вт-ч энергии, полученной за один разряд, различных аккумуляторов — в таблице 5.3.

Данные таблицы 5.2 характеризуют фактическую стоимость энергии, полученной за один разряд и за весь срок службы аккумуляторов, но без учета стоимости технического обслуживания, которая для свинцовых аккумуляторов больше, чем для щелочных.

Относительная стоимость Вт-ч энергии

за минимальный срок службы

Срок службы. Цикл

Саморазряд при температуре 20°С В течение месяца %

Воздействие на оборудование и обслуживающий персонал

Так же для сравнения основных характеристик аккумуляторных батареи, можно привести основные технические данные по свинцово-кислотной батареи 12-САМ-28 и никель-кадмиевой 2ОКБН-25.

Разрядная емкость Q_p батареи 20НКБН-25 (рис 5.4 кривая 1) в меньшей степени зависит от значения разрядного тока I_р. чем батареи 2САМ-28 (кривая 2).

Рис 5.4 Зависимость разрядной емкости никель-кадмиевого аккумулятора от разрядного тока Qp=f(Ip)

Основные технические характеристики батареи 12САМ-28

1. Номинальное напряжение 24 В

2. Режим разряда:

длительный (5 часовой);

стартерный (25 секунд).

3. Разрешаемое количество запусков:

при начальной температуре электролита +25°С 6 с перерывом после каждого запуска 2 минуты;

при начальной температуре электролита +5°С 3 с перерывом после каждого запуска — 2 мин

4. Номинальная емкость батареи при 5 часовом режиме разряда

в первом полугодие эксплуатации 55 А.ч

во втором полугодие 50 А.ч

5. Аккумулятор предназначен для работы в условиях:

высотности до 18 км

температуры окружающей среды -5?+50°С

вибрации места крепления с перегрузкой 2.5 g и частотой колебаний 50 Гц до 4 g ударных нагрузок до 4 g

Максимально допустимый разрядный ток 1500 А

Допустимое напряжение разряда:

при 5 часовом режиме разряда 1,7 В.

при стартерном режиме 1,33 В.

Удельный вес электролита 1,26 г/см 3

Батарея пригодна для эксплуатации на самолете

при емкости не менее 41.3 А.ч.

Вес батареи с электролитом 58 кг.

первая ступень заряда 8,5 А.

-вторая ступень 4,5 А.

12.Разрядный ток при проведении контрольно — тренировочных разрядов -зарядов 11А.

Основные технические характеристики батареи 20НКБН- 25

Номинальное напряжение 24 В.

Продолжительность разряда батареи токами:

25 А не менее 57 мин.

50 А не менее 22 мин.

100 А не менее 11 мин.

3. Разрешаемое количество запусков:

при начальной температуре электролита +25°С 5 с перерывом после каждого запуска 3 минуты

при начальной температуре электролита -5°С с перерывом после каждого запуска 3 минуты.

Номинальная емкость батареи при разряде током 10А. в первом полугодие эксплуатации 25 А ч. во втором полугодие 21.25 А ч.

Гарантированный срок годности батареи в число которого входит непосредственная работа на самолете, транспортировка и хранение 2 года.

Гарантированный срок службы батареи 250 циклов.

Аккумулятор предназначен для работы в условиях:

высотности до 40 км.

температуры внешней среды от +50 до -5°С.

вибрации в диапазоне 10 — 300 Гц при ускорении до 5 g с амплитудой колебания не менее 1 мм

Максимально допустимый разрядный ток ?600 А.

Удельный вес электролит 1,19?1,21 г/см 3

10.Количество электролита 800 см 3 11. Зарядный ток:

— первая ступень заряда 10 А.

— вторая ступень 5 А. 12.

Вес батареи 24 кг.

Из приведенных выше данных видно, что у щелочных аккумуляторных батарей технические характеристики лучшие, чем у кислотных и у них более простое техническое обслуживание.

Во-первых, из того, что у никель-кадмиевой батареи меньше удельный вес электролита следовательно вес и самой батареи меньше, что требует меньшего количества обслуживающего персонала.

Во-вторых, у щелочных батарей более большой диапазон частот вибрации, большая величина ударных нагрузок, и они предназначены для работы на более больших высотах до 40 км.

В — третьих, удельная емкость щелочных аккумуляторных батарей выше, чем у кислотных в среднем на 26 %. Они так же имеют лучшие пусковые характеристики чем кислотные, обладают лучшей приемлемостью заряда.

В-четвертых, трудоемкость обслуживания щелочных батарей в 7 раз ниже, чем у кислотных. Реальный средний срок эксплуатации щелочных батарей превышает срок эксплуатации кислотных аккумуляторных батарей в 4-6 раз. Конструкция многих щелочных аккумуляторных батарей позволяет производить, в случае необходимости, ремонт с заменой 5?7 элементов за весь срок эксплуатации Кислотные аккумуляторные батареи в основном являются неремонтопригодными.

Раздел 6. Явление «теплового разгона» в аккумуляторных батареях

6.1 Причины возникновения «теплового разгона»

Никель — кадмиевые батареи в отличие от кислотных и серебряно-цинковых батарей не бояться длительных перезарядов и только сочетание определенных неблагоприятных факторов (внешние условия и внутреннее состояние батареи могут вызвать «тепловой разгон».

Это явление свойственно только системе батарея — зарядное устройство и характеризуется их нестабильной работой в условиях перезаряда при постоянном напряжении, а проявляется в увеличение зарядного тока с последующим перегревом батареи. При этом если батарея остается подключенной к зарядному устройству, то потребляемая от него энергия может полностью разрушить батарею и привести ее к возгоранию.

6.2 Физический смысл и условия возникновения «теплового разгона»

«Тепловой разгон» определяют как явление самоускоряющегося возрастание тока при заряде аккумуляторных батарей от источника постоянного напряжения, сопровождающегося повышением температуры батареи.

Продолжение заряда от источника постоянного напряжения, имеющего значительную мощность, может привести к разрушению батареи, сопровождающегося внутреннем замыканием аккумуляторов, оплавлением сосудов, обильным дымообразованием за счет деструкции пластмассовых составляющих батарей и т.д.

Основной процесс заряда окисно-никелевого (положительного) электрода описывается реакцией

Ni(OH)₂ + ОН — — NiOOH + Н₂О + е — (6.1)

Процесс заряда положительного электрода сопровождается реакцией электрохимического выделения кислорода

при чем к концу заряда доля тока, идущего на выделение кислорода, достигает почти 95% от общего тока заряда

При заряде кадмиевого отрицательного электрода основной процесс протекает по реакции

Cd(0H)_o +2e — > Cd + 2(OH) — (6.3)

при этом в конце заряда наряд с основным процессом возможно протека-процесса выделения водорода по реакции

2Н₂О + 2е — > 2Н^+2ОН — (6.4)

На рисунке 6.1 схематически показана работа никель — кадмиевого аккумулятора в условиях заряда, при которых пропитанный раствором электролита микропористый и сепаратор является «газовым барьером» между разнополярными электродами. Выделяющиеся в процессе заряда водород и кислород удаляются из аккумулятора в атмосферу, не достигая противоположных электродов.

Рис 6.1 Схема заряда никель-кадмиевого аккумулятора с «газовым барьером»

При нарушении «газового барьера», например, за счет недостатка электролита аккумуляторе (сепараторе), старения и износа сепаратора, образующиеся в процессе заряда газа, получают возможность диффузии к противоположенным электродам кислород к отрицательному, водород к положительному, рисунок (6.2)

Рис 6.2 Схема заряда никель-кадмиевого аккумулятора, с нарушенным «газовым барьером».

На положительном электроде вследствие кинетических ограничений ни химические, ни электрохимические процессы с участием водорода протекать не могут, и он удаляется из аккумулятора. На отрицательном электроде в условиях заряда аккумулятора может с заметной скоростью протекать реакции электрохимического восстановления кислорода которая сопровождается выделением тепла.

При этом поверхность металлического кадмия отрицательного электрода играет роль катализатора. Одновременно с этой реакцией возможно протекание реакции химического окисления кадмия.

Которая также сопровождается выделением тепла.

При этом следует отметить, что количество выделяемого тепла всегда ограничено количеством кадмия в электроде, в то время как количество тепла, выделяемое при реакции восстановления кислорода, определяется только сила зарядного тока к времени заряда.

Динамику процесса «теплового разгона» при заряде батареи от источника постоянного напряжения можно описать следующим образом:

при подключении батареи на заряд к источнику постоянного напряжения по мере ее заряда наблюдается экспоненциальное снижение величины зарядного тока

при напряжении 28?29 В батарея практически полностью заряжается за 1,5-2 часа, и для дальнейшей работы батареи параллельно с источником постоянного напряжения весь зарядный ток расходуется на разложение воды, а образующийся водород и кислород удаляется из аккумуляторов через вентильную пробку и при наличии «газового барьера» батарея может заряжаться при напряжении 28 — 29 В достаточно долго (до 10 часов). Характер изменения тока при нормальном протекании заряда показан на рисунке 6 3 (область а).

Рис.6.3 Характер изменения тока при нормальном заряде батарей и в условиях «теплового разгона».

В случае нарушения «газового барьера» между разнополярными электродами, образующиеся при заряде газы достигают противоположенных электродов и в результате реакций с участием кислорода на отрицательном электроде начинается процесс выделения тепла, который повышает температуру батареи, что в свою очередь уменьшает ее внутреннее сопротивление, так как с повышением температуры электропроводность электролита повышается.

Так как батарея работает параллельно с источником постоянного напряжения, то уменьшение ее внутреннего сопротивления увеличивает ток заряда.

Увеличение тока заряда для полностью заряженной батареи равнозначно увеличению количества образующихся газов, то есть кислород на отрицательный электрод поступает в очень больших количествах, и в результате реакций восстановления кислорода и окисления, кадмия, тепла выделяется еще больше.

Это в свою очередь еще больше снижает внутреннее сопротивление батареи, увеличивая ток заряда и так далее.

Таким образом процесс увеличения зарядного тока и разогрева батареи нарастает лавинообразно, то есть протекает как само ускоряющийся процесс (рисунок 6.3 область б).

Однако разогрев батареи приводит к интенсивному удалению электролита на аккумуляторов, а уменьшение количества электролита повышает внутреннее сопротивление батареи.

С какого периода времени повышения внутреннего сопротивления за счет выкипания начинает доминировать над снижением сопротивления за счет повышения температуры и ток заряда батареи уменьшается.

При этом скорость спада зарядного тока за счет выкипания электролита может быть немного больше, чем скорость нарастания тока на участке само ускорения (рис 6.3. область б). Отсюда следует (и это подтверждено исследованиями), что процесс «теплового разгона» батареи в принципе на начальном участке самоускоряюшимся, а в дальнейшем процессе переходит в самозатухающий.

При этом необходимо отметить, что самозатухающий процесс «теплового разгона» остановится только в случае, если на начальном участке нагрева не произошло внутренних коротких замыканий аккумуляторов в следствии разрушения сепарации из-за ее старения, от перегрева, или каких-либо других разрушений, приводящих к коротким замыканиям отдельных аккумуляторов, так как замыкания отдельных аккумуляторов снижают общее напряжение, батареи и резко увеличивают зарядный ток от источника постоянного напряжения.

Факторами, способствующими возникновению процессов «теплового разгона» батарей при заряде от источника постоянного напряжения являются:

недостаток электролита в аккумуляторе;

повышение напряжения борт сети при заряде батарей (более ЗОВ)

повышенная температура окружающей среды и неблагоприятные условия теплообмена батареи с окружающей средой;

отклонение от требований эксплуатационной документации в части подготовки батарей на АЗС (режим заряда, состав и плотность электролитах);

внутреннее состояние батареи, обусловленное старением активных масс электродов, сепарации и т.д.

Раздел 7. Выбор и обоснование конструкции, схемы устройств

7.1 Предлагаемое техническое устройство

В течение 1988-1994 года при эксплуатации воздушных судов, оборудованных никель-кадмиевыми аккумуляторными батареями типа 20НКБН-25 и 20НКБН-40 произошел ряд авиационных происшествий связанных с явлением «теплового разгона» аккумуляторных батарей

Так 16 мая 1988 г днем в простых метеоусловиях произвел вынужденную посадку вне аэродрома на площадку подобранную с воздуха самолет ТУ-134 А 65848, Северокавказскою управления ГА.

Район приземления 50 км восточнее города Ростов-на-Дону. Причиной этого чрезвычайного происшествия явилось полное обесточивание воздушного судна, вследствие короткого замыкания и механического разрушения аккумуляторной батареи №1(20НКБН — 25) из-за ведения «теплового разгона».

В 1992 году на ВОЗДУШНОМ судне Як-42 42551 Саратовского авиационного предприятия в полете ночью произошло полное обесточивание орт сети постоянного тока из — за «теплового разгона» левой 20НКБИ-25 и ручное объединение бортов без отключения неисправной батареи.

Напряжение резко упало 27.6 В до 17.8 В (отключение правого ВУ — 6Б) и продолжало интенсивно снижаться, разряжаясь на неисправную левую батарею. С большим трудом экипажу удалось произвести вынужденную посадку, избежать более тяжелых последствий. При расследовании данного авиационного происшествия обнаружено.

— у левой батареи 20НКБН-25 банки разрушены от «теплового разгона», внутреннее сопротивление близко нулю,

— автоматы защиты по питанию левого и правого ВУ — 6Б «выбиты».

Отказ энергетики на воздушном судне Як-42 имел место в Усть- Каминагорском авиационном предприятии авиакомпании «КАЗАХСТАН АУЕ ЖОЛЫ» в январе 1994 года. Причиной отказа явился также «тепловой разгон» аккумуляторной батареи №2. отключение обоих ВУ-6Д и последующий разряд батареи №1.

В августе 1996 г. потерпел катастрофу самолет Ил-76Т в районе аэропорта города Белград. Самолет накануне прибыл в аэропорт со специальным гуманитарным грузом, разгрузка производилась в ночное время, для питания борт сети и последующего запуска ВСУ и авиадвигателей использовались бортовые аккумуляторные батареи.

Из-за чрезмерно глубокого разряда аккумуляторных батарей перед полетом, после подключения ВУ к бортсети в полете вышла из строя их защитная аппаратура, самолет полностью обесточился. Вынужденная посадка самолета в аэропорту взлета закончилась катастрофой.

Всего по статистики Межгосударственного авиационного комитета (МАК СНГ) за период с 1990-1996 года таких отказов на воздушных судах эксплуатирующих никель-кадмиевые аккумуляторные батареи было 8 (4 на воздушном судне Як-42, 2 на Ту-154 Б, 2 на Ту — 134 А).

Учитывая большею опасность указанных инцидентов, с целью предупреждения подобных отказов авиационных никель-кадмиевых аккумуляторных батарей, повышения уровня безопасности полетов предлагаю в систему электроснабжения постоянного тока воздушных судов эксплуатирующих никель — кадмиевые аккумуляторные батареи, производства СНГ, а также дальнего зарубежья ввести устройство ограничения зарядного тока аккумуляторных батарей (рис.7.1).

Рис.7.1. Схема ограничения тока заряда аккумуляторов.

Данное устройство позволит ограничить зарядный ток батарей, как в начальный цикл их подключения на зарядку, так и в процессе длительного подключения на подзарядку в течение всего полета.

Особенно важно ограничить ток заряда в начале цикла, так как перед этим аккумуляторные батареи, как правило, подвергаются интенсивному разряду, связанным с запуском ВСУ и основных двигателей.

Схема разработана применимо к воздушному судну ТУ-134А., но ее без особых изменении и затрат можно внедрить в систему электроснабжения другиx воздушных судов, на которых в качестве аварийных источников тока применяются никель-кадмиевые щелочные аккумуляторные батареи.

D1- диод 2Д202Р — служит для исключения попадания минусам на плюсовые обмотки ДМР включения основных генераторов;

D2- диод 2Д202Р — служит для исключения попадания минуса на плюсовые обмотки ДМР — включения генератора ВСУ;

D3-диод 2Д202Р — служит для исключения обратных процессов;

D4 — диод 2Д202Р — служит для исключения обратных процессов;

Р1 — реле ТКЕ27П1ГБ — служит для обесточивания обмоток контакторов К1 и К2 при запуске двигателя, питании борт сети от аккумуляторов и при отключение ДМР включения основных генераторов и ДМР — включения генератора ВСУ:

R1 — резистор С5 — 43В 25 служит для ограничения тока заряда для аккумулятора № 1;

R2 — резистор С5 — 43В 25;

R3 — резистор С5 — 43В25 служит для ограничения тока заряда для аккумулятора №1;

R4 — резистор С5 — 43В25 служит зля ограничения тока заряда для аккумулятора №2;

R5 — резистор С5 — 43В25 служит для ограничения тока заряда для аккумулятора №2;

R6 — резистор С5 — 43В25 служит для ограничения тока заряда для аккумулятора №2;

D6 — диод Д141 — 100 служит для сглаживания пульсации тока зарядки аккумуляторных батарей от генераторов;

D7 — диод Д141 — 100 служит для сглаживания пульсации тока зарядки аккумуляторных батарей от генераторов;

К1 — контактор ТКС111ДОД служит для подключения цепи резисторов R4 — R6 и отключения ее же при запуске двигателя, питании бортсети от аккумуляторов и при отключение ДМР включения основных генераторов. ДМР — включения генератора ВСУ;

К2 — контактор ТКС111 ДОД служит для подключения цепи резисторов Rl — R3 и отключения ее же при запуске двигателя, питании бортсети от аккумуляторов и при отключение ДМР включения основных генераторов, ДМР — включения генератора ВСУ;

D5 — диод 2Д202Р — служит для исключения обратных процессов.

Источник