Технические требования, основные характеристики и мощностные ряды дизелей

/ Литература / Тепловозы: Основы теории и конструкция / Технические требования, основные характеристики и мощностные ряды дизелей

Экономичность работы тепловоза определяется его основной силовой установкой - дизелем. Дизель тепловоза должен обладать высокой экономичностью, надежностью и высокой степенью автоматизации его работы. Эти основные требования к конструкции дизеля направлены на экономию затрат на топливо, техническое обслуживание, ремонт и прочие расходы в процессе его эксплуатации.

Экономичность дизеля - это его способность работать с малыми удельными расходами топлива и масла в широком диапазоне эксплуатационных нагрузок от холостого хода до номинальной мощности. Современные дизели имеют удельный расход топлива £е на номинальной мощности Л/„ом 200-220 г/кВт-ч. Удельный расход топлива при нагрузках, составляющих 75 и 50 % от Л/„ом, не должен превышать соответственно значений, составляющих 105 и 112% от ge на номинальной мощности. Для дизелей со свободным турбокомпрессором соответственно- 105 и 110% от ge на номинальной мощности.

Степень надежности дизеля определяется его способностью длительно работать без отказов на всех эксплуатационных режимах при следующих условиях окружающей среды: температура воздуха, окружающего дизель от 5 до 50 °С, температура наружного воздуха от -40 до +40 °С, высота над уровнем моря до 2000 м. К показателям надежности относятся моторесурс дизеля и его основных узлов и деталей, а также число отказов на 1 млн км пробега. Установленным (назначенным) заводами-изготовителями ресурсам должна соответствовать периодичность технического обслуживания и ремонта тепловозов: ресурс до переборки дизеля - пробег тепловоза до текущих ремонтов ТР-2 или ТР-3, ресурс до капитального ремонта дизеля - пробег тепловоза до заводского ремонта (ЗР), ресурс непрерывной работы дизеля - пробег тепловоза до технического обслуживания (ТО-3). Тепловозы выпускаются с дизелями, имеющими гарантийные пробеги между техническими обслуживаниями 7-10 тыс. км, до переборки -150-250 тыс. км и до капитального ремонта -750-1200 тыс. км.

Автоматизация работы и управления облегчает обслуживание дизелей в эксплуатации и уменьшает количество обслуживающего персонала. Дизели оборудуют регуляторами частоты вращения коленчатого вала, предельными выключателями и системами автоматического регулирования температуры воды и масла.

Тепловозные дизели должны обладать контроле- и ремонтопригодностью. Вместе с надежностью эти два качества определяют расходы на техническое обслуживание и ремонт дизелей в эксплуатации. Контролепригодность дизеля - свойство, заключающееся в его приспособленности к контролю работоспособности, к поиску неисправностей и прогнозированию технического состояния. Ремонтопригодность дизеля - свойство, заключающееся в его приспособленности к быстрой и удобной разборке и сборке всех ответственных узлов и деталей, а также к ремонту этих узлов и деталей.

Специальные требования к тепловозному дизелю определяются спецификой конструкции тепловозов, ограничейной габаритами подвижного состава, нагрузками на ось и особенностями условий их работы. К ним относятся небольшие габаритные размеры и масса как самого дизеля, так и вспомогательного оборудования, установленного вне дизеля, необходимого для его работы. Для тепловозов мощностью более 2500 кВт приемлемые габаритные размеры и удельные массы на уровне 5- 8 кг/кВт достигаются при У-образ-ной конструкции дизеля с диаметром цилиндра примерно 250-

300 мм. Одно из важных эксплуатационных требований к дизелю - безотказный пуск как горячего, так и холодного двигателя при наименьшей затрате энергии от постороннего источника (аккумуляторная батарея, сжатый воздух) при температуре воды, масла и топлива не более 8 °С. Как исключение, допускается обеспечение пуска при температуре выше 8 °С, но не более 15 °С.

Основные технические требования к тепловозным дизелям регламентированы ГОСТ 10150-88 «Дизели

Основные параметры

Значения параметров

2Д100

10Д100

14Д40

11Д45

1А-5Д49

2А-5Д49

Обозначение

юдн

юдн

12ДН

16ДН

16ЧН

16ЧН

20,7/25,4X2

23/30

26/26

Серия тепловоза

ТЭЗ

2ТЭ10

М62

ТЭП60

2ТЭ116

ТЭП70

Номинальная мощность, кВт

Частота вращения коленчатого

вала, об/мнн

Средняя скорость поршня, м/с

7,2

7,2

7,5

7,5

8,67

8,67

Объем цилиндров, л

170,9

170,9

150,6

200,75

220,8

220,8

Расположение цилиндров

Вертикал

ьное с

расходящимися

У-образное, угол 45

поршнями

Габаритные размеры, м:

длина

6.825

6,705

5,607

6,444

6,187

6,213

ширина

1,730

2,610

1,818

1,950

2,090

2,100

высота

3,350

3,265

2,508

2,600

2,972

2,902

Масса дизель-генератора, т

27,0

28,0

21,4

23,4

24,5

26,0

Удельная масса дизеля, кг/кВт

13,2

8,8

8,5

6,3

7,25

6,3

Удельный расход топлива,

2)1

г/(кВт-ч)

Степень сжатия е

15,1

15,1

14,5

13,5

13,4

13,4

Максимальное давление сгора-

8,8

10,0

11,0

11,2

11,5

13,0

ния, МПа

Давление наддува, кПа

Температура выпускных газов, °С

Опережение подачи топлива, "п.к.в.

Фазы газораспределения, ° п.к.в.

16±1

10±1

20±1

20±1

25 - 26

впуск:

опережение открытия

запаздывание закрытия

выпуск:

опережение открытия

59,5

запаздывание закрытия

40,5

Топливные насосы:

диаметр плунжера, мм

ход плунжера, мм

15,9

15,9

Форсунки:

давление начала впрыскива-

21,0

21,0

32,0

32,0

32,0

32,0

вания, МПа

число отверстий

диаметр отверстий, мм

0,56

0,56

0,4

0,4

0,4

0,4

стационарные, судовые, тепловозные и промышленные. Технические требования». Стандартом предусматриваются также требования, обеспечивающие удобство эксплуатации, безопасность работы и эстетику внешнего вида.

Основные параметры и конструкции тепловозных дизелей. Все тепловозные двигатели относятся к бескомпрессорным дизелям с внутренним смесеобразованием, самовоспламенением и водяным охлаждением. Для этих дизелей характерно применение газотурбинного наддува и промежуточного охлаждения воздуха, что позволяет достигнуть эффективных давлений до 1,0 МПа у двухтактных и 1,4-1,8 МПа у четырехтактных дизелей. Рабочий процесс этих дизелей происходит с высоким давлением наддува -0,12- 0,18 МПа и с высокими степенями сжатия и расширения при коэффициентах избытка воздуха в цилиндре около 1,8-2,5 и с максимальными давлениями сгорания до 8-12 МПа. Все тепловозные дизели относятся Таблица 5.1

для дизелей

2Д70

2Д50

пдш

М753

М756

КбЭЗЮОИ

XVI.1V

12УРЕ

1Д12

16ЧН

64 Н

64 н

12ЧН

12ЧН

6ЧН

124Н

24/27

31,8/33

31,8/33

18/20

18/20

31/36

31/36

17/24

17/24

15/18

2ТЭ116

ТЭМ1

ТЭМ2

тгмз

ДР1

ЧМЭ2

ЧМЭЗ

ВМЭ1

Д1

ТУ2

9,0

8,15

8,15

9,3

10,0

9,0

9,0

8,8

10,0

9,0

197,68

157,2

157,2

62,4

62,4

163,2

163,2

63,4

63,4

38,8

У-образ-

Вертикальное,

У-образное,

Вертикальное,

У-образное,

У-об-

ное, угол

рядное

угол

60°

рядное

угол

раз-

42°

50°

40°

ное.

угол

60°

6,465

5,069

5,257

2,270

2,420

4,750

5,125

4,910

3,210

1,852

1,930

1,467

1,585

1,210

1,220

1,512

1,530

1,522

1,300

1,085

2,960

2,478

2,479

1,200

1,480

3,020

2,844

1,626

1,710

1,275

26,0

21,7

22,5

1,6

1,8

16,06

18.12

9,5

4,6

1,84

7,9

23,4

19,4

3,0

2,4

19,1

13,6

12,3

8,6

8,4

221#8

12,8

12.5

12,5

13,5

13,5

15,5

13,0

13,5

12,5

14,5

11,5

5,8

7,0

8,5

8,5

7,3

9,0

5,8

8,0

8,5

-

_

20±1

29±1,5

23±1,5

28±1

27±1

21 ± 1,5

21 ±1,5

25±1

2,45

2,45

28,0

27.5

27,5

20,0

20,0

27,0

30,0

2,5

2,5

21,0

0,4

0,35

0,35

0,35

0,35

0,35

0,4

1,23

1,45

0,25

к среднебыстроходным дизелям со средними скоростями поршней 7-

10 м/с; по частоте вращения коленчатого вала они могут быть разделены на две группы: первая - до 1000 об/мин и вторая - от 1000 до 1500 об/мин. Основные сведения о дизелях магистральных и маневровых тепловозов приведены в табл. 5.1.

Дизели типа Д100 (рис. 5.1) - десятицилиндровые, двухтактные с прямоточно-щелевой продувкой и расходящимися поршнями. Блок 2 дизеля установлен на поддизельную раму 1. В верхней части блок закрыт съемной крышкой 8 со смотровыми люками. В блоке дизеля вертикально в ряд установлены десять втулок 7 цилиндров. Втулки цилиндров в средней части имеют три отверстия под установку двух форсунок 5 и индикаторного крана. В блоке в коренных подшипниках 9 уложен верхний коленчатый вал 10, а в коренных подшипниках 18-нижний коленчатый вал 17. Коленчатые валы связаны между собой вертикальной передачей. От нижнего коленчатого вала суммарная мощность передается генератору. В каждой цилиндровой втулке 7 в противоположных направлениях движутся нижний 4 и верхний 6 поршни, которые с помощью шатунов 3 и

11 соединены с коленчатыми валами. При движении верхний поршень отстает от нижнего на 12 ° угла п. к. в. Угол поворота отсчитывает-ся всегда от в. м. т. нижнего поршня. При вращении коленчатых валов воздух в рабочем объеме цилиндров между поршнями, движущимися навстречу друг другу, сжимается. За 16 ° до в. м. т. нижнего поршня (2Д100) или за 10 ° (10Д100) топливные насосы 14 через форсунки начинают впрыскивание топлива в камеру сгорания. К моменту начала впрыскивания воздух в камере сгорания имеет температуру, достаточную для самовоспламенения топлива. Сгорание топлива обеспечивает повышение давления в цилиндре до

8,8-10,0 МПа. Под действием давления газов поршни расходятся от в. м. т., и через шатуны поворачивают коленчатые валы. Через 124 0 от в. м. т. нижний поршень кромкой днища открывает выпускные окна 15. Отработавшие газы через выпускную коробку устремляются в выпускные коллекторы 16 и далее к турбинам (10Д100) или глушителю (2Д100). Верхний поршень через 140 ° от в. м. т. открывает продувочные окна 13. Воздух, поступая из воздушного ресивера 12, вытесняет отработавшие газы и заполняет свежим зарядом объем цилиндра. Через 236 ° от в. м. т. нижний поршень полностью закрывает выпускные окна. Зарядка заканчивается при повороте коленчатого вала на 244 ° от в. м. т., когда верхний поршень полностью закрывает продувочные окна. При дальнейшем движении поршней навстречу друг другу происходит сжатие воздуха в рабочем объеме цилиндра и цикл повторяется. Порядок работы цилиндров 1- 6-10-2-4-9-5-3-7-8 одинаков для дизелей 2Д100 и 10Д100. Счет цилиндров начинается от механизма управления. В дизелях 2Д100 и 1 ОД 100, несмотря на различие мощности, оказалось возможным использовать 85-90 % унифицированных деталей и узлов.

Дизели типа Д40 (рис. 5.2) - У-образные, двухтактные с клапан-но-щелевой продувкой. Стальной сварной блок 3 имеет 16 (11Д45) гнезд, расположенных в два ряда под углом 45 °, и установлен на поддизельную раму 1. Цилиндры дизеля состоят из крышки 10 с клапанным механизмом, втулки 6 цилиндра и поршня 16 с шатуном. Цилиндры, устанавливаемые в правом ряду, имеют главные шатуны 19, соединенные с шатунными шейками коленчатого вала 20. Цилиндры, устанавливаемые в левом ряду, имеют прицепные шатуны 4, соединенные с главным при помощи неподвижного пальца, закрепленного в проушинах нижней головки. Коленчатый вал дизеля уложен в десяти коренных подшипниках 2, расположенных в нижней части блока. В развале блока, между рядами цилиндров, в девяти подшипниках вращается распределительный вал 8 с 16 кулачками, каждый из которых открывает четыре выпускных клапана 9 одного цилиндра. Движение от кулачка распределительного вала передается через толкатель 12 и трех-плечий рычаг 11. Топливные насосы 13 приводятся в действие валом 14.

При вращении коленчатого вала воздух в рабочем объеме цилиндров между поршнем и крышкой сжимается. За 17-20 0 до в. м. т. в цилиндр подается топливо топливным насосом высокого давления через распылитель форсунки 15. За 84 ° до н. м. т. открываются выпускные клапаны и начинается перезарядка цилиндра. Отработавшие газы устремляются в выпускные коллекторы 7. К моменту открытия продувочных окон 17 верхней кромкой головки поршня за 46 °

Схема дизеля типа Д40
Рис. 5.2. Схема дизеля типа Д40
Рис. 5.1. Схема дизеля типа Д100

до н. м. т. давление газов в цилиндре становится ниже давления воздуха в коллекторе 5, и воздух через ресивер 18 начинает поступать в цилиндры. Зарядка цилиндра воздухом заканчивается к моменту закрытия продувочных окон, в это же время закрываются и выпускные клапаны. При дальнейшем движении поршня вверх происходит сжатие воздуха, и цикл повторяется. Порядок работы цилиндров левого и правого рядов дизеля 11Д45: 1-8-4-5-2-7- 3-6, а дизеля 14Д40: 1-6-2-4- 3-5. Дизели типа Д40 имеют меньшие габариты и вес по сравнению с дизелями типа Д100 и не уступают им по экономичности.

Дизели типа Д49 (рис. 5.3, а) - четырехтактные. У-образные с тур-бонаддувом и клапанным распределением. Блок цилиндров 18 установлен на раму 1. К стойкам блока 2 снизу крепятся подвески 3, в отверстия которых установлены вкладыши коренных подшипников. В блоке установлены втулки цилиндров 4, закрытые сверху крышками 8. В цилиндровых крышках расположены выпускные клапаны 7, впускные клапаны 9 и форсунки 14. Привод клапанов осуществляется от распределительного вала 12 через штанги 11 и рычаги 10. От этого же вала приводятся и топливные насосы 13.

В четырехтактном дизеле 5Д49 цикл рабочего процесса совершается за два оборота коленчатого вала. При вращении вала 17 от н. м. т. воздух в рабочем объеме цилиндра между поршнем 6" и крышкой сжимается. За 20 ° до в. м. т. в такте сжатия в цилиндр подается топливо. Под действием газов поршень в такте расширения движется вниз и через шатун прицепной 5 или главный 16 вращает коленчатый вал. За 50 ° до н. м. т. открываются выпускные клапаны и отработавшие газы устремляются в выпускные коллекторы 15. В такте выпуска при движении поршня вверх происходит выталкивание отработавших газов. Впускные клапаны открываются за 55 ° до в. м. т. При открытых впускных и выпускных клапанах происходит продувка цилиндра. Через 35 ° после в. м. т. при движении поршня вниз цилиндр заряжается свежим воздухом в такте всасывания. При движении поршня после н. м. т. вверх впускные клапаны закрываются с запаздыванием на 30 °. Снова начинается такт сжатия, и весь цикл повторяется. Порядок работы цилиндров левого ряда: 4- 2-6-1-5-7-3-8, правого ряда: 1-5- 7-3-8-4-2-6.

Дизель 2А-5Д49 тепловоза ТЭП70- более форсированная модификация дизелей типа 5Д49. Он имеет до 90 % узлов и деталей, унифицированных с узлами и деталями других дизелей этого типа. Отличается он от дизеля 1А-5Д49 тепловозов ТЭ116 более высоким давлением наддува и несколько иными углами опережения подачи топлива (25-26 °) и газораспределения. Ряд дизелей типа Д49 охватывает мощность от 880 до 4400 кВт.

Дизели типа Д70 (рис. 5.3, б) - четырехтактные, V-образные с турбо-наддувом и клапанным распределением установлены на отдельных тепловозах 2ТЭ109 и 2ТЭ116.

Блок-картер 2 установлен на под-дизельной раме 1. Коленчатый вал Рис. 5.3. Схема дизелей типов: а - Д49; б - Д70

16 удерживается подвесками 17 снизу. Втулки 4 цилиндров сверху закрыты крышками 8. В каждой крышке размещены по два впусных 9 и два выпускных 12 клапана и форсунка 7. У двигателя два распределительных вала 5 и 15, приводящих в действие клапаны и топливные насосы 6 левого и правого рядов цилиндров. Коллектор 11 отработавших газов один и расположен сверху цилиндров. Воздушный коллектор 10 расположен в развале цилиндров. Поршни 13 соединены с коленчатым валом через главный 14 и прицепной 3 шатуны. На базе двигателя 2Д70 разработан однорядный шестицилиндровый дизель 6Д70 для маневровых тепловозов.

Дизели типа Д50 (рис. 5.4) - четырехтактные, вертикальные, рядные, шестицилиндровые с турбо-наддувом и клапанным распределением. В фундаментной раме 1 в коренных подшипниках 2 уложен коленчатый вал 18. На раму установлен блок цилиндров 6", в который вставлены цилиндровые втулки 15. Между стенками блока и втулок образовано пространство для охлаждающей воды. Поршень 5 соединен с коленчатым валом при помощи шатуна 17. Каждая цилиндровая втулка закрыта крышкой 9, в которой расположены впускные 7 и выпускные 14 клапаны и форсунка. Привод клапанов осуществляется от распределительного вала 3 через штанги 4 и рычаги 10, расположенные в клапанной коробке 11. Топливо в цилиндры подается шестисекционным насосом 16. Воздух поступает по воздушному коллектору 8, а отработавшие газы из цилиндров отводятся с помощью двух выпускных коллекторов 12 и 13. Повышение мощности в дизеле ПД1М достигнуто в основном за счет увеличения давления наддува с 22-34 до 55- 60 кПа, что обеспечило также и снижение расхода топлива.

Дизели типа М750 (рис. 5.5) - четырехтактные, У-образные, две-

Схема дизеля типа Д50
Рис. 5.4. Схема дизеля типа Д50

надцатицилиндровые, с наддувом. На тепловозах ТГМЗ установлены дизели М753 мощностью 550 кВт с приводным центробежным нагнетателем; на тепловозах ТГ16, ТГ102 и дизель-поездах ДР1 установлены дизели М756 различных индексов мощностью 600 и 735 кВт с турбокомпрессором.

Остов дизеля состоит из верхнего 2 и нижнего 1 картеров. Блоки цилиндров 5 сверху закрыты головками 6 с крышкой 7. Коленчатый вал 13 крепится к верхнему картеру подвесками 14 коренных подшипников. В блок запрессованы стальные втулки 4 цилиндров. Поршни 11 соединены с коленчатым валом главными 3 и прицепными 12 шатунами. Кулачковые валики газораспределения 10 расположены в головках блока, топливный насос 8 приводится в действие валом 9. Дизели типа М750 отличаются от других тепловозных дизелей быстроходностью (1400-1500 об/мин) и малой массой (1,6-1,8 кг/кВт). Дизель М756 благодаря применению газотурбинного наддува более эконо-

Схема дизеля типа М750
Рис. 5.5. Схема дизеля типа М750

мичен, чем дизель М753. Существенный недостаток дизелей типа М750- малый моторесурс (7-8 тыс. ч). Это ограничивает их применение на тепловозах. На дизеле М756 в отличие от М753 блок цилиндров изготовлен за одно целое с головками в единой конструкции - моноблоке.

Дизели типа ЗЮЭЯ чехословацкого производства (рис. 5.6) - четырехтактные, вертикальные, однорядные, шестицилиндровые. На тепловозах ЧМЭ2 установлены дизели бБЗЮОРч мощностью 550 кВт без наддува, на тепловозах ЧМЭЗ - дизели КбБЗЮОРч мощностью 990 кВт Рис. 5.6. Схема дизеля типа ЗЮЭЯ с газотурбинным наддувом и охлаждением наддувочного воздуха.

Остов дизеля состоит из картера 1 и блока цилиндра 2. В картере на семи коренных подшипниках 14 уложен коленчатый вал 13, имеющий противовесы 15. Блок цилиндров разделен поперечными перегородками на шесть отсеков. Сверху в них устанавливаются цилиндровые втулки 3. Поршни 4 соединяются с коленчатым валом шатунами 12. Цилиндры закрыты крышками 6, в каждой из которых размещены по два впускных и выпускных 5 клапана и форсунка. Впускные и выпускные клапаны приводятся в действие от распределительного вала 11 с помощью толкателей 10, штанг 9, двуплечих рычагов 8 и траверс 7. Дизели бБЗЮОРч и КбЭЗКШЯ имеют значительное число унифицированных деталей, одинаковую компоновку основных агрегатов и их конструктивное исполнение.

Дизели типа УТ£ 17/24 венгерского производства (рис. 5.7) - четырехтактные, У-образные. На тепловозах ВМЭ1 установлены шестнадцатицилиндровые дизели XVIIV 170/240 мощностью 440 кВт при 1100 об/мин без наддува, на дизель-поездах Д1-двенадцатицилиндровые дизели 12УРЕ17/24 мощностью 540 кВт при 1250 об/мин с турбо-наддувом.

К блоку цилиндров 1 снизу в коренных подшипниках 13 укладывается коленчатый вал 12. Сверху в блок вставлены втулки 3, которые закрываются крышками 4 с колпаками 6. Поршни 10 соединены с коленчатым валом шатунами 2 и 11. Воздушные и газовые клапаны 5 и топливный насос 7 приводятся в действие от распределительного вала 9. Форсунка 8 установлена в фор-камеру.

Дизели типа 1Д (рис. 5.8) - четырехтактные с турбонаддувом. Остов дизеля состоит из картера 2, отлитого из алюминия, двух блоков цилиндров 4 и двух головок 6. Картер имеет приливы 1, которые опущены ниже оси коленчатого вала. Приливы увеличивают жесткость картера и надежность подвесок 15 в коренных подшипниках, на которых лежит коленчатый вал 14. В блок дизеля запрессованы втулки 13. В головке блока размещены камеры сгорания в специальных углублениях. На каждый цилиндр размещено по два впускных 9 и два выпускных 11 клапана. Клапаны приводятся в действие распределительными валами 10, расположенными на головках блоков. Топливный насос 8 работает от вала 7, размещенного в развале цилиндров. Поршни 5 соединены с коленчатым валом при помощи главного 3 и прицепного 12 шатунов. Пуск дизеля двойной: электрическим стартером и воздушный. Модификация дизеля 1Д6 представляет собой рядный, вертикальный двигатель мощностью 100 кВт.

Мощностным рядом называется группа дизелей различной мощности, имеющих одинаковые диаметры цилиндров и ход поршня. Различные мощности достигаются изменением числа цилиндров. При этом также могут изменяться и режимы работы; частота вращения коленчатого вала, среднее эффективное давление, а иногда расположение цилиндров и ход поршня. Мощностные ряды обеспечивают возможность массового производства отдельных узлов и деталей дизелей, что снижает стоимость их изготовления и эксплуатационные расходы на содержание, так как уменьшается номенклатура запасных частей и материалов. Ведутся работы по созданию единой конструкции тепловозного дизеля с тем, чтобы потребности магистральных и маневровых тепловозов в диапазоне мощностей от 600 до 4500 кВт в секции могли быть перекрыты одним мощностным рядом дизелей.

⇐ | Характеристики дизелей | | Тепловозы: Основы теории и конструкция | | Остов дизеля | ⇒