Выпускные коллекторы

/ Литература / Тепловозные дизели типа Д49/Е / Выпускные коллекторы

Газы, отработавшие в цилиндрах дизеля, отводятся к турбине через выпускные коллекторы, расположенные на каждом ряду цилиндров с внешней стороны двигателя. У различных дизелей ЧН 26/26 тип применяемой выпускной системы зависит от числа цилиндров в ряду. Для модификаций дизелей 8ЧН 26/26, 16ЧН 26/26 и 20ЧН 26/26 выпуск газа осуществлен из всех цилиндров каждого ряда в один коллектор. Благодаря значительному объему выпускного трубопровода и большому числу объединяемых цилиндров (четыре и более) импульсы давления газов в коллекторе уменьшаются, так что параметры газа на входе в турбину мало изменяются во времени. Такая система называется изобарной.

Конструктивно изобарная система проще импульсной. При высоких давлениях наддува выравнивание параметров газа во времени обеспечивает повышение к. п. д. турбины и за счет этого улучшение экономичности дизеля. Кроме того, уменьшаются динамические нагрузки на рабочие лопатки турбины, что повышает ее надежность.

На дизелях 12ЧН 26/26 применена комбинированная система газовыпуска: в один трубопровод выпускаются газы из трех цилиндров, чередование вспышек в которых происходит через 240° угла поворота коленчатого вала. Перед турбиной выпуск из двух коллекторов каждого ряда объединяется в преобразователе импульсов, где происходит выравнивание параметров газа..

По условиям работы к коллектору предъявляются следующие требования: возможно меньший уровень гидравлических потерь при перемещении газа от цилиндров к турбине; сохранение высокой температуры газа (предотвращение тепловых потерь) перед поступлением в турбину; надежность в работе при значительных изменениях температур и давлений газа на различных режимах; низкий уровень температур на внешней поверхности, исключающий возможность загорания при случайном попадании самовоспламеняющихся жидкостей; возможно меньшее количество газоплотных стыков, простота сборки и разборки. Все эти требования были реализованы в конструкции коллекторов двигателей типа Д49.

Коллекторы дизеля 16ЧН 26/26 (рис. 59) установлены на каждом ряду цилиндров. Коллектор состоит из двух секций 1 и 4, соединенных фланцевым соединением болтами 12. Каждая секция сообщается с выпускными каналами от четырех цилиндров (А-А). Между фланцами секций установлена прокладка 13 из асбостального полотна, которая обеспечивает газоплотность стыка. Секция представляет собой трехстенную трубчатую конструкцию.

Рис. 59. Выпускной коллектор дизеля 16ЧН 26/26: 1,4 - секции; 2 - пароотводящие трубки; 3 - труба; 5,8 - патрубки перетока воды; 6 - фланец; 7 - компенсатор; 9 - жаровая труба; 10 - внутренняя труба; 11 - наружная труба; 12, 17 - болты; 13 - прокладка; 14 - патрубок; 15 - втулка; 16 - резиновое кольцо; 18 -ас-бостальная прокладка; 19 - трубка; 20 - сливная пробка; в - отверстие перетока воды Внутренняя труба 9 выполнена из жаростойкой стали для предотвращения окалинообразования при высоких температурах. Эта труба за счет зазоров разгружена от действия повышенного давления и играет роль теплового экрана. С одного торца к трубе приварено кольцо, которое зафиксировано буртом в осевом направлении. Второй конец трубы свободен. При нагреве труба расширяется в сторону свободного конца, где имеется соответствующий зазор.
4. Выпускные коллекторы

Трубы 10 и 11, выполненные из листовой стали, приварены к фланцам. В кольцевом пространстве между трубами, ограниченном по торцам приваренными фланцами, циркулирует охлаждающая вода. Таким образом, внутренняя труба, являясь тепловым экраном, значительно снижает отвод тепла в воду. Циркуляция Рис. 60 Компенсатор выпускного коллектора двигателя 16ЧН 26/26:

4. Выпускные коллекторы

1,4 - фланцы; 2 - кожух, ? - гофрированный элемент, 5 - трубаводы между трубами 10 и 11 обеспечивает допустимый по условиям пожаробезопасности уровень температур на поверхности коллектора. Благодаря свободному расширению внутренней трубы и низкой температуре наружных труб отпадает необходимость в установке компенсатора между секциями. Аналогично устроены патрубки подвода газа к турбокомпрессору.

Вода для охлаждения коллектора поступает из крышек цилиндров по отверстиям в во фланцах коллектора. Место перетока воды уплотнено с помощью резиновых колец 16, зафиксированныхв отверстиях фланцев втулками 15. Во фланцах имеются отверстия с резьбой для установки термопар. Эти отверстия закрыты пробками 20.

Коллектор прикреплен к фланцам крышек цилиндров болтами 17. Для обеспечения газоплотности на стыке выпускного коллектора и крышек цилиндров установлены асбостальные прокладки 18. Газы и пары из водяной полости патрубков каждого цилиндра отводятся через трубки 2. Вода, охлаждающая коллектор, перетекает из одной секции в другую по патрубку 14, а переток воды в газовыпускные трубы - по патрубкам 8 и 5. Воду из коллектора можно слить через фланец 6 в верхней части газовыпускных труб. Внизу на секции 4 имеется сливная пробка'21 для контроля газовой полости.

На газовыпускных трубах установлены компенсаторы 7. Основное назначение компенсаторов - облегчение монтажа труб на двигателе и компенсация возможных тепловых деформаций. Компенсатор (рис. 60) состоит из фланцев 1 и 4, соединенных гофрированным элементом 3. Фланцы центрируют по внутренней трубе 5. Снаружи к фланцу 4 приварен кожух 2, служащий для экранировки компенсатора. Компенсаторы и неохлаждаемые фланцы патрубка у турбокомпрессора покрыты изоляцией из асбестовой ткани.

Аналогично устроены коллекторы двигателей 8ЧН 26/26 и 20ЧН 26/26, отличаются они лишь диаметром труб и количеством присоединенных выпускных каналов от цилиндров дизеля. Выпускной коллектор дизелей 12ЧН 26/26 (рис. 61) имеет по два газовых трубопровода с каждой стороны двигателя. Между коллекторами и турбиной установлен преобразователь импульсов. В верхние трубопроводы каждого ряда поступают газы из 2, 3, 6-го цилиндров, в нижние - из 1, 4, 5-го цилиндров.

4. Выпускные коллекторы
Рис. 61. Выпускной коллектор дизеля 12ЧН 26/26: 1 - секция верхнего коллектора: 2 - нижний коллектор; 3 - верхний коллектор; 4 - теплоизоляция; 5 - диффузор; 6,7 - экраны; 8 - компенсатор (камера смещения) 9 - двухстеннын патрубок; 10 - труба экранирующая; 11 - труба внутренняя; 12 - труба наружная; 13 - кольцо компенсатора Рис. 62. Схема преобразователя импульсов:
4. Выпускные коллекторы

1 - суживающиеся патрубки-сопла; 2 - камера смещения; 3 - диффузор; 4 - мгновенное изменение давления по сечениям преобразователя Преобразователь импульсов состоит из двух двухстенных патрубков 9, имеющих выход в общую камеру смешения, образованную компенсатором 8. Площадь сечения на выходе из патрубков 9 уменьшена. За камерой смешения установлен диффузор 5, покрытый слоем теплоизоляции 4. Экраны 6 и 7 защищают не-охлаждаемые поверхности патрубков.

Принцип работы преобразователя импульсов иллюстрируется схемой на рис. 62. Импульс давления возникает поочередно то в одном коллекторе, то в другом. Пусть в какой-то момент времени давление в коллекторе 1 больше, чем во 1/: рп > р12. При расширении газа в сопле 1 коллектора (активное сопло) скорость в сечении 2-2 резко возрастает, а давление падает, так что р2 оказывается меньше, чем давление в коллекторе 1/: р2 < Происходит подсос газа из коллектора II в сечении 2-2 до сечения 3-3, высокоскоростной поток из коллектора 1 отдает энергию подсасываемому потоку; за счет обмена энергией и выравнивания скоростей обоих потоков давление в камере смешения несколько возрастает. В диффузоре происходит дальнейшее падение скорости и рост давления потока. Когда импульс давления возникает во втором трубопроводе, роль активного сопла играет его суживающийся патрубок, а газ подсасывается из коллектора 1. Таким образом, цилиндры дизеля работают в режиме импульсного газовыпуска, а перед турбиной давление сохраняется примерно постоянным.

⇐ | Охладитель наддувочного воздуха | | Тепловозные дизели типа Д49 | | Основные требования и схема | ⇒