Водяная система

Назначение. Водяная система служит для отвода и рассеивания в атмосферу избыточной теплоты от неподвижных деталей рабочего механизма (гильз и крышек цилиндров), а также от выпускных коллекторов дизеля во избежание их чрезмерного нагрева. Вода охлаждает эти детали дизеля при помощи его внутренней системы охлаждения (см. гл. 5) и переносит теплоту в охлаждающие устройства (радиаторы), где она передается атмосферному воздуху. Таким образом, водяная система должна быть замкнутой. Циркуляцию воды в ней обеспечивает водяной насос.

На ряде тепловозов водяная система используется для отвода тепла от водомасляного теплообменника (т. е. от масляной системы) и охладителя наддувочного воздуха.

Условия работы водяной системы характеризуются большими количествами тепла, выделяемыми в воду в тепловозных дизелях (см. табл. 6.1).

Температура воды в дизелях должна находиться, как правило, в диапазоне 65-80 °С (максимально до 95 °С - в открытых системах серийных тепловозов). Чтобы в нагретых массивных деталях дизеля не возникали значительные дополнительные напряжения, разность температур воды на выходе из дизеля и входе в него принимается небольшой (А^в = 5-10 °С). Это требует интенсивной циркуляции воды в системе, как следует из уравнения теплового баланса:

где Р„ - количество теплоты, выделяемой в воду в дизеле, кВт (см. табл. 6.1); с„ = 4,187 кДж/(кг-К)-удельная теплоемкость воды; рв == 1000 кг/м3 - плотность воды; <2в - теоретическая (расчетная) подача водяного насоса, м3/ч.

Тогда, например, для дизеля 10Д100 пои Дгв = 6 °С

В действительности с учетом запаса насос имеет производительность 150 м3/ч, при которой перепад температур воды в системе будет около 5,5 °С.

Типы водяных систем. В общем случае на тепловозе (рис. 6.14) вода может использоваться для отвода тепла от трех его источников: дизеля Д, водомасляного теплообменника ВМТ и воздухоохладителя ВО. Источники тепла могут быть включены в водяную систему по-разному.

В связи с этим водяная система может быть трехконтурной, когда для каждого источника тепла имеется независимый контур циркуляции воды соответственно с насосами Я/, Я2 и ИЗ и частями водо воздушно го радиатора ВВР (рис. 6.14, а). Такая система удобна для раздельного регулирования температур охлаждающих жидкостей и, в особенности, наддувочного воздуха, однако наличие трех насосов и необходимость их привода делают ее слишком сложной. Кроме того, так как все насосы обычно размещают на дизеле, в этой системе будут наибольшими общие длина и вес трубопроводов. В двухконтурной схеме (рис. 6.14, б) разделены контур охлаждения дизеля Д с насосом 11/и контур охлаждения масла в ВМТ и воздуха в ВО с иасосом Н2. Такая схема применена на многих магистральных тепловозах. Она дает возможность раздельного регулирования температур воды и масла.

Возможна и одноконтурная система, в которой все источники тепла включены в общий контур циркуляции с одним насосом. Эта схема (рис. 6.14, в) наиболее проста по устройству, однако в ней трудно обеспечить оптимальные условия охлаждения. Такая схема применена на некоторых опытных тепловозах.

На тепловозах с масловоздуш-иыми радиаторами (ТЭЗ, ТЭМ1), дизели которых не имеют охлаждения наддувочного воздуха, водяная система состоит из одного контура охлаждения дизеля.

Рис. 6.14. Схемы водяных систем тепловозных дизелей:

а-трехконтурная; б-двухконтурная; в- одноконтурная Водяные системы тепловозов различаются также на открытые и закрытые. В открытых системах свободная поверхность воды в одной из точек системы (расширительном баке) соприкасается с атмосферным воздухом. Максимальная температура воды в таких системах не может быть выше 95-96 °С, так как при 100 °С в нормальных атмосферных условиях вода кипит. Открытые системы применяются на большинстве отечественных тепловозов.

Закрытые системы герметичны, они могут работать при температуре воды выше 100 °С, если в них поддерживается давление выше атмосферного. Избыточное давление порядка 0,03 МПа может создаваться за счет испарения воды в замкнутом объеме. Большее давление должно обеспечиваться искусственно.

Высокотемпературное охлаждение (при температурах воды выше 100 °С) имеет некоторые преимущества: уменьшаются потери тепла в воду, требуется меньшая поверхность охлаждения радиаторов. Высокотемпературное охлаждение допускают водяные системы тепловозов 2ТЭ116 и ТЭП70.

Схемы водяной системы тепловозов 2ТЭ10В(Л). Двухконтурные системы различаются способами охлаждения масла. На тепловозах 2ТЭ10Л первых выпусков в водяной системе применялись масловоздуш-ные радиаторы (рис. 6.15, а), на тепловозах 2ТЭ10В(М) - водомасля-ный теплообменник (рис. 6.15, б).

В контуре охлаждения дизеля вода иасосом 21 нагнетается в водяные коллекторы дизеля 18. Проходя по внутренней системе охлаждения дизеля, вода нагревается, отбирая тепло от его горячих деталей, и поступает в сборный коллектор, откуда по трубе 5 отводится в воздушные радиаторы: 36 и 33 (по трубе 35)- по схеме рис. 6.15, а, 38 и 39 - по схеме рис. 6.15, б. Охлажденная вода по трубе 23 (а также 32) возвращается на всасывание насоса 21. [Необходимо помнить, что «охлажденная» в данном случае понятие относительное: температуры «нагретой» (или «горячей») и «охлажденной» (или «холодной») воды различаются всего на 5-10 °С при полной мощности дизеля. [

Одновременно горячая вода через вентиль 7 поступает в топливоподо-греватель 24, а также через вентили 13 и 11 - в калориферы, обогревающие в холодное время кабину машиниста (на схеме рис. 6.15 не показаны).

Водяная система всегда заполнена водой благодаря наличию в ней расширительного бака 3, соединенного с всасывающей трубой насоса и расположенного выше всех трубопроводов системы. Расширительный бак создает необходимый напор на всасывающей линии, гарантирующий от подсасывания воздуха, дает возможность расширения воды при нагреве и пополняет все утечки воды. Во избежание возможности образования воздушных (или паровых) «пробок» в трубопроводах системы наиболее высокие точки ее соединены трубами 2, 6 и 8 с верхней частью бака 3, которая сообщается с атмосферой.

Расширительный бак оборудован водомерным стеклом и сигнальной («вестовой») трубой, предохраняющей систему от переполнения. Наполняется система водой под дав-

Схемы водяной системы дизеля:
Рис. 6.15. Схемы водяной системы дизеля:

а - тепловоза 2ТЭ10Л с раздельным охлаждением воды и масла; б - тепловозов 2ТЭ10М(В) с водомас-ляным теплообменником Таблица 6.3

Показатели

Значение показателей дл

г тепловозов

2ТЭ10В(Л)

тэз

ТЭП60

ТЭМ2

ТГМЗА

2ТЭ116

ТЭП70

Масса воды в системе,

кг Подача водяного насо-

са основного контура, м3/ч Подача водяного насо-

са контура охлаждения масла и (или) воздуха, м3/ч

лением через заправочные головки 27, расположенные с обеих сторон тепловоза или через заливочную горловину 4 расширительного бака 3. Головки 27 служат также и для слива воды из системы.

Температура воды в системе контролируется при помощи установленных иа пульте управления электротермометров 17 (температура воды на выходе из дизеля ведущей секции) и 16 (1) (то же для ведомой секции). Для защиты дизеля от перегрева в системе иа выходе из дизеля установлено термореле 10, снимающее нагрузку с дизеля, если температура воды превысит 95 °С.

Терморегулятор 29, автоматически управляющий приводом вентилятора охлаждающего устройства, присоединен через вентили 30 и 28 к трубам 35 и 32.

Вентиль 34 служит для возможности перепуска воды.

Контур охлаждения наддувочного воздуха (и масла) включает в себя насос 22, воздухоохладители 19, радиатор 31 и соединительные трубопроводы 20, 14, 15, 12, 26 и 25. На современных тепловозах (см. рис. 6.15, б) в этот коитур включен и водомасляный теплообменник 37. Контур также имеет расширительный бак (являющийся частью бака 3). Для отвода воздуха и пара в воздушное пространство бака 3 и далее в атмосферу служит труба 9. Температура воды в контуре контролируется при помощи аэротермометра. Водяная система тепловоза 2ТЭ10В (Л), как и других отечественных тепловозов, является открытой (вода в расширительном баке сообщается с атмосферой), именно поэтому максимальный допустимый уровень ее температуры не может быть выше 95-96 °С.

Трубопроводы водяных систем на тепловозах окрашиваются в светло-зеленый цвет. Основные технические данные водяных систем тепловозов приведены в табл. 6.3.

Водяные насосы обеспечивают необходимую интенсивность циркуляции воды в системах. На тепловозах применяются центробежные водяные насосы (см. гл. 2). Устройство водяных насосов тепловозных дизелей одинаково. Они отличаются размерами рабочего колеса и, следовательно, производительностью, а также устройствами уплотнения со стороны привода. Водяной насос дизеля 10Д100 (рис. 6.16) состоит из чугунного корпуса 10, в котором расположено бронзовое центробежное рабочее колесо 11, укрепленное кон-сольно на длинном валу 5 гайкой 14 со стопорной шайбой 13. Вал установлен на подшипниках качения 2 и 4 в станине 9, привернутой к корпусу болтами, и приводится во вращение шестерней 1 от нижнего коленчатого вала. Подшипники фиксируются распорной втулкой 3.

Вода засасывается насосом через чугунную головку 12, попадает на лопатки колеса 11, которые подают его по улитке корпуса к нагнетательному патрубку. Для предотвращения просачивания масла в водяную полость насоса служит уплотнение у подшипника 4, состоящее из уплотнительного кольца на отражательной втулке.

Утечка воды из рабочей полости вдоль вала насоса предотвращается уплотнением, состоящим из сальниковых колец 8 и нажимной втулки 6. Вал насоса предохраняется от износа в уплотнении хромированной втулкой 7.

⇐ | Масляная система | | Тепловозы: Основы теории и конструкция | | Системы воздухоснабжения дизеля и выпуска отработавших газов | ⇒