Конструктивные особенности дизелей, применяемых в тепловозах

Конструктивные особенности дизелей, применяемых в тепловозах

В тепловозах, работающих на железных дорогах России, применяются двухтактные и четырёхтактные дизели. Их технические характеристики приведены в табл. 1.1 и 1.2. Для магистральных тепловозов основными типами дизелей являются 1 ОД 100 (тепловозы 2ТЭ10), Д49 (тепловозы 2ТЭ116, ТЭП70), 14Д40 (тепловозы 2М62), 11Д45А (тепловозы ТЭП60), для маневровых тепловозов — K6S310DR (ЧМЭЗ), ПД1М (ТЭМ2), т.е. на российских тепловозах применяются дизели пяти типов.

Дизель типа Д49. Требования к моторесурсу и экономичности определили выбор в качестве базовой модели мощностной ряд четырёхтактных дизелей типа Д49 (ЧН 26/26), который включает шести-, восьми-, двенадцати-, шестнадцати- и двадцатицилиндровые модификации дизелей мощностью от 300 до 4410 кВт. Дизели этого ряда применяются для магистральных и маневровых тепловозов. Устаревшие модели можно заменить мощност-ным рядом дизелей типа Д49 с высокой степенью унификации и лучшими экономическими показателями. В основу создания мощностного ряда был положен принцип обеспечения всего диапазона мощностей ряда изменением количества цилиндров и уровня форсирования V-образных дизелей одинакового диаметра цилиндра и хода поршня, равного 260 мм. Угол развала между цилиндрами в V-образной модели равен 42°.

Мощностные диапазоны для каждой модели дизелей определяются средним эффективным давлением рс (от 0,743 до 1,922 МПа) и частотой вращения коленчатого вала (от 750 до 1000 об/мин). Унификация деталей между моделями ряда равна 87 %. Все основные узлы дизелей, определяющие сроки службы между ремонтами (цилиндро-поршневая группа, шатунно-кривошипный механизм, клапанный механизм, топливная аппаратура, подшипники коленчатого вала, фильтры и др.), одинаковы для всех модификаций.

Основные узлы дизелей типа Д49 (рис. 2.19) изготовлены в виде отдельных агрегатов, закреплённых на блоке цилиндров двигателя. Такой компоновкой достигается высокое качество изготовления каждого узла, сокращение и упрощение общей сборки при изготовлении и применении агрегатного метода при ремонте.

На дизеле установлены: турбокомпрессор 7, выпускные трубы 2, осевой вентилятор охлаждения генератора 3, регулятор частоты и мощности 4, возбудитель тягового генератора 5, тяговый генератор переменного тока 6, поддизельная рама 7, центробежный фильтр масла 8, водомасляный теплообменник 11, масляный фильтр грубой очистки 12, масляный насос 13, два водяных насоса 14, охладитель наддувочного воздуха 15. У дизелей последних модификаций с 2002 г. вместо масляных фильтров грубой и тонкой очистки применяется самоочищающийся масляный фильтр.

Блок дизеля 9 «сухой» (т. е. охлаждающая вода в блоке дизеля не циркулирует), сварно-литой, основные сварные швы разгружены от усилий давления сгорания. Коленчатые валы упрочнены: шейки валов азотированы, а галтели накатаны. На каждой щеке стальных валов форсированных модификаций дизелей установлены противовесы. Подшипники коленчатого вала залиты свинцовистой бронзой и взаимозаменяемы.

Рис. 2.19. Внешний вид дизель-генератора типа Д49 с газотурбинным наддувом:

I — турбокомпрессор; 2 — выпускные трубы; 3 — вентилятор охлаждения тягового генератора; 4 — регулятор частоты и мощности; 5—возбудитель тягового генератора; 6—тяговый генератор переменного тока; 7— поддизельная рама; 8 — центробежный фильтр масла; 9 — блок дизеля; 10 — масляная ванна;

II — водомасляный теплообменник; 12 — фильтры грубой очистки масла; 13 — масляный насос; 14 — водяной насос; 15 — охладитель наддувочного воздуха

Втулки цилиндров подвесного типа. Втулка и крышка цилиндров образуют цилиндровый комплект, который можно вынимать из блока вместе с шатуном и поршнем. Клапаны опираются на «плавающие» вставные сёдла в крышках цилиндров.

Клапанный механизм управляется общим для правого и левого рядов дизеля распределительным валом, а в приводе клапанов для уменьшения зазоров установлены гидротолкатели. Поршни составной конструкции охлаждаются маслом. Топливная форсунка вынесена из полости клапанного механизма, весь топливный трубопровод расположен вне системы смазки.

Все основные узлы и трубопроводы системы масла расположены на дизеле. Рама 7 под дизель и генератор сварная. К боковым и торцевым листам рамы приварена ванна для масла 10.

Выпускные коллекторы охлаждаются водой и оборудованы экранирующей жаровой трубой. Узлы дизеля сконструированы для высокотемпературного охлаждения. В большинстве модификаций дизелей регуляторы частоты вращения и мощности оснащены устройствами для корректировки подачи топлива в зависимости от давления наддува и встроенной защитой дизеля от падения давления масла.

Дизель типа 10Д100. Он соединён с генератором полужёсткой муфтой и смонтирован с ним на одной раме. Дизель 1 ОД 100 (рис. 2.20) — двухтактный, вертикальный, десятицилиндровый, двухвальный, с противоположно движущимися поршнями, непосредственным впрыском топлива, с турбонаддувом, прямоточной продувкой и водяным охлаждением.

На раме 7 дизеля установлены: блок дизеля 2, два турбокомпрессора 1, воздушный трубопровод 3, воздушный охладитель 4, тяговый генератор 5, выпускной коллектор 6, водяной насос охладителей масла и наддувочного воздуха 8, водяной насос системы охлаждения дизеля 9, масляный насос 10, выпускные патрубки 11. На рис. 2.21 приведены продольный (а) и поперечный {б) разрезы дизеля типа 1 ОД 100. В верхней части втулки цилиндра расположены впускные окна, через которые воздух поступает в цилиндр из продувочного ресивера. В нижней части втулки находятся выпускные окна, через которые газы, отработавшие в цилиндре, поступают в выпускной коллектор. В центральной части втулки цилиндра диаметрально противоположно установлены две форсунки 13, которые впрыскивают топливо в камеру сгорания, образуемую поршнями 33 и 36 при их сближении.

Верхний 15 и нижний 23 коленчатые валы соединены между собой торсионной вертикальной передачей 16. От нижнего коленчатого вала вращение передаётся на вал генератора 21, а также на валы масляного и водяных насосов, регулятора скорости и механического тахометра. От верхнего коленчатого вала приводятся в действие центробежный нагнетатель и кулачковые валы топливных насосов 12. Впускные и выпускные окна открываются и закрываются поршнями при их движении в цилиндре. Нижний коленчатый вал при вращении опережает верхний коленчатый вал на 12°, вследствие чего он передаёт около 70 % мощности дизеля. Это опережение обеспечивает запаздывание закрытия впускных окон относительно выпускных, чем достигается «дозарядка» цилиндра свежим воздухом.

Рис. 2.20. Внешний вид дизель-генератора типа 10Д100 с газотурбинным наддувом:

1 — турбокомпрессоры; 2 — блок дизеля; 3 — воздушный трубопровод; 4 — воздухоохладитель; 5 — тяговый генератор; 6 — выпускной коллектор; 7 — рама; 8 — водяной насос охлаждения масла и наддувочного воздуха; 9 — водяной насос системы охлаждения дизеля; 10 — масляный насос; 11 — выпускные патрубки





Рис. 2.21. Продольный (а) и поперечный (б) разрезы дизеля типа 10Д100:

1, 17 — валы отбора мощности; 2 — масляный насос; 3 — объединённый регулятор; 4 — выпускной патрубок; 5 — тахометр; 6 — компенсатор; 7 — турбокомпрессор; 8—маслоотделитель; 9—блок; 10—крышка блока; 11 — воздушный трубопровод; 12—топливный насос; 13—форсунка; 14, 24—верхний и нижний шатуны; 15,25—верхний и нижний коленчатые валы; 16—вертикальная передача; 18—воздуходувка второй ступени; 19—воздухоохладитель; 20 — валоповоротный механизм; 21 — генератор; 22 — муфта привода генератора; 25 — рама дизель-генератора; 26 — антивибратор; 2 7— привод масляного насоса и регулятора; 28,29 — смотровые люки; 30 — трубопровод масла; 31, 37 — коренные подшипники верхнего и нижнего коленчатых валов; 32 — распределительный вал; 33 — поршень верхнего коленчатого вала; 34 — втулка цилиндра; 55 — водяной патрубок; 36 — нижний поршень

Система наддува с охлаждением наддувочного воздуха подаёт его в цилиндры дизеля. Система наддува двухступенчатая: первая ступень—два автономных турбокомпрессора 7, работающих параллельно; вторая ступень — воздуходувка 18 с механическим приводом. Турбокомпрессоры приводятся во вращение энергией отработавших газов. Атмосферный воздух засасывается турбокомпрессорами и подаётся под давлением по двум воздухопроводам 11 к воздуходувке. Давление воздуха в воздуходувке повышается до требуемой величины. Через воздухоохладители 19, расположенные с левой и правой сторон дизеля, воздух поступает в воздушный ресивер и далее в цилиндры дизеля 34.

Дизель K6S310DR. В тепловозах ЧМЭЗ установлен четырёхтактный дизель К68310DR с вертикальным расположением цилиндров и водяным охлаждением. Буква К означает, что дизель с наддувом (в отличие от дизеля 6S310DR, установленного в тепловозе ЧМЭ2). Применение наддува увеличило мощность дизеля с 552 кВт (750 л.с.) до 993 кВт (1350 л.с.). Цифра 6 означает, что дизель шестицилиндровый, а 310 — что внутренний диаметр цилиндра равен 310 мм. Последние две буквы DR указывают на то, что дизель специально предназначен для железных дорог, т.е. для установки в тепловозах.

Вместе с тяговым генератором постоянного тока дизель образует силовую установку тепловоза, энергия которой используется для получения силы тяги. Основными частями дизеля являются остов, шатунно-кривошипный и газораспределительный механизмы, топливная, масляная, водяная и газовая системы.

Дизель (рис. 2.22) собран на раме 24, сваренной из стальных листов и стальных отливок. Задняя часть рамы уширена и используется для установки тягового генератора 1. В раме на семи коренных подшипниках 26 уложен коленчатый вал 22, жёстко соединённый с якорем тягового генератора. На переднем конце вала укреплён антивибратор 21. К переднему торцу коленчатого вала прикреплён поводковый вал 19 для привода вспомогательных механизмов (компрессора, главного вентилятора и вентилятора охлаждения тяговых электродвигателей передней тележки).

Рис. 2.22. Продольный {а) и поперечный (б) разрезы дизеля K6S310DR:

1 — тяговый генератор; 2 — втулочный упор; 3 — охладитель наддувочного воздуха; 4 — турбонагнетатель; 5 — выпускной коллектор; 6 — поршневой палец; 7 — форсунка; 8 — поршень; 9 — распределительный вал; 10 — крышка клапанной коробки; 11 — топливный насос; 12 — впускной коллектор; 13 — клапанная коробка; 14 — крышка цилиндра; 15 — клапаны; 16 — цилиндровая втулка; 17 — объединённый регулятор дизеля; 18 — шатун; 19 — поводковый вал; 20 — масляный насос; 21 — антивибратор; 22 — коленчатый вал; 23 — блок дизеля; 24—рама дизеля; 25 — топливоподогреватель; 26— коренной подшипник; 27— маслоохладитель

На раме укреплён стальной сварной блок 23 с запрессованными в него цилиндровыми втулками 16, отлитыми из чугуна. Блок с рамой соединён анкерными и сшивными шпильками. Между стенками блока и цилиндровыми втулками проходит охлаждающая вода. Внутри втулок установлены поршни 8, отлитые из алюминиевого сплава. В процессе работы дизеля поршни охлаждаются маслом, поступающим из общей масляной системы. Поршни через пальцы 6 и шатуны 18 соединены с кривошипами коленчатого вала 22.

Каждый цилиндр сверху закрыт крышкой 14, отлитой из чугуна. Крышка, прикреплённая к блоку пятью шпильками, охлаждается водой, поступающей из блока по трём перепускным патрубкам. В каждой крышке смонтированы форсунка 7 и четыре рабочих клапана 15 (два впускных и два выпускных). Установленные на цилиндровой крышке детали привода клапанов защищены клапанной коробкой 13, отлитой из алюминиевого сплава и закрытой алюминиевой крышкой 10.

С правой стороны блока в отдельном отсеке размещён распределительный вал 9, состоящий из семи частей и приводящийся от коленчатого вала. Опорами распределительного вала служат семь разъёмных и один втулочный подшипники. Шестерённый привод распределительного вала закрыт разъёмным корпусом, который прикреплён к заднему торцу дизеля. У распределительного вала есть двенадцать кулачков для управления впускными и выпускными клапанами и шесть кулачков для привода топливных насосов высокого давления 11, установленных на верхней плите отсека распределительного вала. На этой же плите установлен вал управления рейками топливных насосов. Насосы соединены трубками высокого давления с форсунками 7.

Для регулирования частоты вращения коленчатого вала на блоке дизеля установлен объединённый регулятор 17, который одновременно защищает дизель от перегрузки. В разъёмном корпусе привода распределительного вала размещён предельный регулятор, останавливающий дизель в случае превышения максимальной частоты вращения (разноса).

На переднем торце дизеля установлены масляный 20, топливоподкачивающий и два водяных насоса. Все насосы приводятся от коленчатого вала.

К заднему торцу блока через промежуточный кронштейн прикреплён турбонагнетатель 4. Отработавшие газы к турбонагнетателю подводятся по двум выпускным коллекторам 5, расположенным с левой стороны дизеля. С его правой стороны укреплён впускной коллектор 12, по которому воздух от турбокомпрессора под давлением поступает в цилиндры дизеля, предварительно пройдя через охладитель 3. Коллекторы 5 и 12 патрубками соединены с цилиндровыми крышками.

К остову дизеля прикреплены топливоподогреватель 25, маслоохладитель 27, маслопрокачивающий насос, фильтры грубой и тонкой очистки топлива и масла. Дизель установлен на главной раме тепловоза и укреплён четырьмя втулочными упорами 2. Дизель пускается тяговым генератором, используемым в качестве стартёрного электродвигателя, получающего питание от аккумуляторной батареи. Дизель останавливается дистанционно (с пульта управления) объединённым регулятором, прекращающим подачу топлива в цилиндры дизеля.

Дизель ПД1М. В тепловозах типа ТЭМ2 с 1968 г. устанавливаются дизели ПД1М, которые заменили дизели 2Д50 и ПД1. У всех этих дизелей одинаковая компоновка, силовая схема и конструктивное исполнение. Большинство их узлов и деталей унифицировано.

Прочный литой остов у дизелей этого типа (рис. 2.23, а, б) состоит из рамы 33, блока 8 и крышек цилиндров 11. В гнезда блока цилиндров сверху вставлены цилиндровые втулки 39, образующие совместно с внутренними стенками блока полости для циркуляции охлаждающей воды.

Рис. 2.23. Продольный (а) и поперечный (б) разрезы дизеля типа ПД1М (окончание):

1—масляный насос дизеля; 2 — ведомая шестерня привода масляного насоса; 5 — шкив; 4 — коленчатый вал; 5 — корпус привода; 6—шатун; 7—электропневматический сервомотор; 8—блок цилиндров; 9— палец поршня; 10 — поршень; 11 — крышка цилиндра; 12 — форсунка; 13 — корпус механизма газораспределения; 14 — индикаторный кран; 15 — щиток резисторов; 16 — водяной коллектор; 17 — регулятор частоты вращения вала дизеля; 18 — рукоятка аварийной остановки дизеля; 19 — топливный насос; 20, 21 — верхний и нижний выпускные коллекторы; 22 — вал привода топливного насоса; 23 — водяной насос; 24 — предохранительный клапан системы вентиляции картера; 25 — корпус привода механизма газораспределения, топливного и водяного насосов; 26 — сетчатый маслоуловитель системы вентиляции картера; 27 — турбокомпрессор; 28 — краник слива воды из турбокомпрессора; 29 — кронштейн турбокомпрессора; 30 — шестерни привода механизма газораспределения, топливного и водяного насосов; 31 — генератор; 32 — корпус уплотнения; 33 — рама дизеля; 34 — крышка; 35 — маслопровод; 36—распределительный вал; 37—рычаг толкателей; 38—штанга; 39—втулка цилиндра; 40 — охладитель наддувочного воздуха; 41 — клапан впуска; 42 — клапан выпуска; 43 — наддувочный коллектор; 44 — толкатель; 45 — рычаг впуска; 46 — крышка корпуса механизма газораспределения; 47 — рычаг выпуска; 48 — коллектор топливного насоса

В каждой цилиндровой крышке 11 установлены форсунки 72, два впускных 41 и два выпускных клапана 42 и индикаторный кран 14. Клапаны 41 и 42 приводятся в действие от кулачков распределительного вала 36 рычагами толкателей 57, штангами 38 и двуплечими рычагами. Распределительный вал 36 расположен с правой стороны (если смотреть со стороны генератора) в блоке цилиндров 8, двуплечие рычаги — в чугунных корпусах, закреплённых на цилиндровых крышках 11. К задней уширенной части рамы 33 прикреплён генератор 31, статор которого жёстко связан с фланцем рамы, а ротор — с коленчатым валом. В уширенной части рамы размещён шестерённый привод 30, передающий вращение от коленчатого вала 4 к распределительному валу 36, валу привода 22 топливного насоса 19 и водяному насосу 23. На верхней крышке шестерённого привода 30 установлены предохранительный клапан 24 и сетчатый маслоуловитель 26 системы вентиляции картера. К переднему торцу рамы прикреплён корпус привода масляного насоса, в котором размещён фильтр грубой очистки масла. На торце корпуса привода масляного насоса закреплён масляный насос 1 дизеля, получающий вращение через конический редуктор и поводковый привод от коленчатого вала 4 дизеля.

С левой стороны дизеля установлены один водяной 16, верхний 20 и нижний 21 выпускные газовые коллекторы, топливный насос 19 с размещёнными на нём электропневмати-ческим сервомотором 7 и регулятором частоты вращения 17, фильтры тонкой очистки топлива и водяной насос 23, а на правой стороне — наддувочный коллектор 43. Турбокомпрессор 27 расположен на генераторе 31. Для осмотра кривошипно-шатунного механизма, распределительного вала 36, рычагов толкателей 37 и штанг 38 в раме 33 и блоке цилиндров 8 предназначены люки, закрываемые крышками.

На дизеле ПД1М по сравнению с дизелем 2Д50М дополнительно установлены охладитель наддувочного воздуха 40, центрифуга масла, масляный насос для подачи масла в центрифугу и изменены некоторые элементы и характеристики турбокомпрессора 27 и электропневматического сервомотора 7, связанные с повышением мощности дизеля с 1000 до 1200 л.с.

Медиа

Admin добавил 29.01.2012 в 08:44
Вы можете дополнить или изменить данную статью, нажав кнопку Редактор