Электроды
Общие сведения
Электроды, образующие электрическую систему, являются основными составными элементами никель-кадмиевых и никель-железных аккумуляторов, предназначенных для использования на рудничных электровозах (типов ТНЖШ, ТНКШ, К1), машинах напольного безрельсового электрифицированного транспорта (типов ТНЖ, ТНК, ТНЖК, К1), для питания постоянным током различной стационарной и переносной аппаратуры (типов НКГК, НКГЦ, НК, НКГ), шахтных головных светильников (типов НКГК, ШНК, КСSL), для стартерного запуска двигателей и питания бортового электрооборудования самолетов (типа НКБН) и малолитражных автомобилей (типа НКМСТ), тепловозов (типов ТПНЖ и ТПНК), магистральных пассажирских вагонов (типа ВНЖ). Рассматриваются конструкции электродов, способы их крепления и соединения при формировании батарей.
Нормативно-технический документ
ТУ 16.563.052-86
Конструкция и принцип действия
Электроды в электрохимической системе на рис. 1, сформированы в виде полублоков никель-железных и никель-кадмиевых положительных и отрицательных электродов, разделенных друг от друга сепараторами и помещенных в пластмассовый или стальной изолированный бак (корпус).
Крепление электродов в электрохимической системе аккумуляторов типов ТНЖШ, ТНКШ, КL, ТНЖ, ТНК, ТНЖК и ТПНК:
1 - пластмассовый или стальной бак (корпус);
2 - крышка корпуса; 3 - изоляционная шайба;
4 - конический вывод полублока электродов;
5 - гайки для крепления электрических перемычек
Каждый из полублоков имеет конические выводы через крышку корпуса, которые изолированы от последнего изоляционными шайбами. Для соединения полублоков электродов выводы снабжены гайками для крепления электрических перемычек. Пример соединения электродов приведен на рис. 2.
Схема соединения электродов в электрохимических системах аккумуляторной батареи типа 28ТНЖ-350 У2:
1 - аккумулятор ТНЖ-350 У2;
2 - перемычка длиной 101 мм;
3 - перемычка длиной 127 мм;
4 - перемычка длиной 168 мм;
5 - вывод гибкий длиной 300 мм
В электрохимической системе на рис. 3 вывод отрицательных электродов размещен на корпусе, а положительных - выведен на борн, изолированный от корпуса (рис. 3). В данном случае применены электроды комбинированной конструкции: положительные - металлокерамические, отрицательные - прессованной конструкции, причем исходной активной массой первых служит гидрат закиси никеля, а вторых - гидрат окиси кадмия.
Крепление электродов и межэлектродных соединительных перемычек соответственно в электрохимических системах:
а - аккумуляторов типов КСSL и НКГК:
1 - крышка корпуса; 2 - изоляционная шайба; 3 - борн;
4 - корпус;
5 - гайка для крепления соединительных электрических перемычек
б - аккумуляторной батареи типа 3КСSL:
1 - борн; 2 - корпус батареи;
3 - соединительная электрическая перемычка
Сепаратором является хлориновая ткань.
Данное пространство корпуса с электродами данного типа заполнено активированным углем, образующим угольный электрод и контактирующим через корпус с отрицательными электродами. Введение в корпусе угольного электрода способствует улучшению газопоглощения в корпусе и снижению давления газов, развивающегося при заряде.
Конструктивные элементы имеют антикоррозионное покрытие, предохраняющее все металлические части от коррозии при испытаниях, эксплуатации, транспортировании и хранении.
В электрохимических системах (аккумуляторы типа НКГЦ), состоящих из положительного и отрицательного электродов, разделенных между собой сепаратором из нетканого полипропилена, скрученных в рулон и помещенных в металлический герметичный корпус цилиндрической формы, закрытый клапаном, токоотводы представляют собой лепестки, из которых положительный выведен на клапан, а отрицательный - на корпус.
Электроды комбинированные: положительный металлокерамический из гидрата закиси никеля, отрицательный намазного типа из гидрата окиси кадмия.
При хранении металлические детали, не покрытые электроизоляционным материалом, защищают тонким слоем консервационной смазки типа НГ-203 (ТУ 38-1011331-90) или другой равноценной в отношении защиты от коррозии смазкой.
Снижение емкости электрохимической системы на рис. 4 наблюдается при постепенном вымывании активной массы электродов вследствие завышения напряжения заряда.
Крепление электродов в электрохимической системе аккумулятора типа НК-80:
1, 7 - блоки электродов; 2 - электрический вывод;
3 - вентильная пробка; 4 - резиновое кольцо;
5 - гайка крепления; 6 - крышка; 8 - сосуд
Изменение электрических характеристик электрохимической системы в худшую сторону наблюдается из-за загрязнения элементов, ее составляющих, в том числе электродов, пылью, солями, остатками электролита, а также в результате коррозии детелей и нарушения антикоррозионного покрытия. Эти негативные явления устраняются зачисткой пораженных мест ветошью, смоченной бензином, и использованием смазки, не содержащей кислот. Необходимо постоянно контролировать состояние контактов, затяжку гаек крепления при монтаже электрических перемычек или соединительных линий, прилегание резиновых уплотняющих колец у вентильных пробок. Электрохимическая система включает в себя блок положительных и отрицательных электродов, разделенных сепаратором и помещенных в сосуд с электролитом. Электроды подключены к электрическим выводам, размещенным на крышке, в горловине которой установлена вентильная пробка, обеспечивающая свободный выход газов и предотвращающая выплескивание электролита.
Положительные и отрицательные металлокерамические электроды (аккумуляторы типа НКГ) формируются в виде блока электродов и отделены друг от друга сепаратором из хлориновой ткани. Блок электродов помещен в прямоугольный стальной корпус и изолирован от него прокладками. Электроды и сепаратор пропитаны раствором гидроокиси калия плотностью 1260+5 кг/м3 с добавкой гидроокиси лития плотностью 30+1 г/л.
Чтобы избежать выделения водорода, емкость отрицательных электродов должна быть заведомо увеличена против емкости положительных электродов. В этом случае отрицательные электроды при нормальных условиях заряда заряжаются неполностью и выделение водорода не происходит.
Для интенсификации процесса окисления отрицательных электродов в корпусе обеспечивается свободный доступ кислорода к их поверхности путем использования минимально возможного количества электролита.
В отличие от традиционного способа формирования химических источников тока путем последовательного соединения определенного числа автономных электрохимических систем в батареи типа ЗШНК используются три последовательно соединенных блока электродов, размещенных в одном пластмассовом моноблоке, разделенных стенками на три сосуда. В каждом сосуде находится один из блоков электродов, состоящий из положительных и отрицательных электродов, разделенных сепарацией из хлориновой ткани. Электрические выводы электродов (борны) размещены на крышке моноблока.
Одной из причин течи электролита из корпуса является недостаточность затяжки борнов электродов, за состоянием которых необходим постоянный контроль.
Электрохимические системы на рис. 5 состоят из блока положительных электродов с активной массой из оксида никеля и блока отрицательных электродов с активной массой из оксида кадмия. Оба блока помещены в пластмассовый корпус, а электроды разной полярности изолированы друг от друга щелочестойкой сепарацией.
Крепление электродов в электрохимической системе аккумулятора типа НКБН:
1 - сосуд; 2 - блок пластин с сепарацией; 3 - мостик;
4 - экран; 5 - борн; 6 - крышка;
7 - кольцо уплотнительное; 8 - шайба; 9 - гайка М10;
10 - пробка
Токоотводы электродов приварены к мостикам с борнами, которые через отверстия в крышке выведены наружу, причем крышка с тремя отверстиями (два - для борнов, одно - для горловины) приварена к сосуду. Горловина используется для заливки электролита и выпуска образующихся при заряде газов через пробку.
На каждом борне имеются по одной шайбе, гайке и уплотнительному кольцу для уплотнения крышки с борном. Экран служит для предотвращения выплескивания электролита.
Процессы на положительных и отрицательных электродах при заряде и разряде протекают обратимо, поэтому электрохимическая система может заряжаться и разряжаться многократно. Однако, длительная эксплуатация приводит к старению активных масс и износу ряда электродных деталей, что вызывает некоторую потерю емкости, а также уменьшение надежности и безотказности работы системы. В связи с этим она имеет определенный срок службы.
Количество электричества, воспринимаемое и отдаваемое системой, состоящей из последовательно соединенных систем, зависит от содержания активных масс в каждом электроде, а также от температуры, величины тока и срока службы.
Особенностью некоторых электрохимических систем, например, у аккумуляторов типа НКМСТ, является конструктивное выполнение токоотводов электродов. В этом случае положительный токоотвод представляет собой сборный узел с конфигурацией, аналогичной конфигурации токоотводов кислотных батарей, а отрицательный токоотвод выполнен в виде жгута с двумя наконечниками, посредством которого батарея подсоединяется на массу автомобиля.
В электрохимических системах аккумуляторов типа ТПНЖ положительные и отрицательные электроды состоят из ламелей, соединенных между собой в замок и укрепленных с обеих сторон стальными ребрами. К ребрам приварены контактные планки, через которые одноименные электроды отдельных электрохимических систем соединяются между собой с помощью шпилек, промежуточных колец и стягивающих гаек.
Активная масса положительного электрода, помимо гидрата закиси никеля, включает в себя графит и активирующие добавки. Активная масса отрицательного электрода представляет собой восстановленную смесь руды, окиси железа и активирующих добавок.
Электрохимическая система имеет 4 борна (см. рис. 1), которые выведены через отверстия крышки бака и изолированы от нее пластмассовыми кольцами, втулками и резиновыми кольцами, которые собраны в герметичный узел, препятствующий вытеканию электролита из корпуса.
Сепаратор, используемый для взаимной изоляции разноименных электродов и создания межэлектродных зазоров между ними, представляет собой пленку из гофрированного и перфорированного винипласта.
Для изоляции блока электродов от стального бака корпуса применяется изоляционная винипластовая пленка, которая размещается по периметру бака с его внутренней стороны.
Пространство, заключенное между нижней частью блока электродов и дном бака, предназначено для отстаивания вымывающихся активных масс из электродов. Во избежание возможного внутреннего короткого замыкания между разноименными электродами не допускается накопления значительного количества этих масс в осадке.
Между верхней частью блока электродов и крышкой корпуса оставлено газовое пространство, предназначенное для предотвращения выплескивания электролита при движении тепловоза и обеспечения резервного объема электролита, необходимого для полного смачивания электродов.
В электрохимической системе на рис. 6 активные массы положительного и отрицательного электродов состоят соответственно из гидрата закиси никеля, графита с активирующими добавками и специально приготовленного железного порошка.
Крепление электродов в электрохимической системе аккумулятора типа ВНЖ:
1 - бак (корпус); 2 - электроизоляционная шайба;
3 - гайка крепления; 4 - борн;
5 - горловина с предохранительным клапаном
Блоки электродов помещены в бак из стали и изолированы от него винипластовыми прокладками. Одноименные электроды блоков приварены к токосъемникам, которые имеют выводы на крышку бака в виде двух борнов, снабженных электроизоляционными шайбами и гайками крепления электрических соединений.
Важным элементом технического обслуживания является контроль наличия или отсутствия короткого замыкания между разноименными электродами в межэлектродном пространстве.
Отсутствие межэлектродного короткого замыкания проверяется с помощью ампервольтметра. Для этого измеряется напряжение разомкнутой цепи на выводах электродов в пределах до 0,6 В постоянного напряжения. Наличие напряжения в указанных пределах свидетельствует об отсутствии короткого замыкания.
Аналогичная проверка проводится путем измерения сопротивления разомкнутой цепи в пределах до 0,5 Ом.
В обоих случаях показания ампервольтметра, близкие к нулю, свидетельствуют о возможном коротком замыкании в электрохимической системе. Об этом же говорит отсутствие газовыделения из корпуса при заряде. Такой аккумулятор подлежит замене и последующему ремонту.
Характеристики Электротехнического оборудования
Характеристики станков
Характеристики КПО
Характеристики импортного оборудования
Характеристики насосного оборудования
Марки стали и сплавов
Прочее оборудование
