Дизель 10Д100

На железнодорожном транспорте работает более 90 % (от общего количества) магистральных тепловозов, на которых установлены дизели 2Д100 и 1 ОД 100 средней быстроходности, относящиеся к мощностнок у ряду дизелей типа Д100, созданных на Харьковском заводе транспортного машиностроения. Число цилиндров, их размеры, ход и средняя скорость поршней, частота вращения коленчатых валов, порядок работы цилиндров, степень сжатия, рабочий объем цилиндров у этих дизелей одинаковы. Пуск дизелей электрический от тягового генератора.

Увеличение мощности дизеля 10Д100 до 2210 кВт достигнуто путем повышения давления наддувочного воздуха с 0,13 МПа до 0,22 МПа, охлаждения наддувочного воздуха перед поступлением в цилиндры до 65 °С и подачи большего количества (примерно на 40 %) топлива в цилиндры за цикл. В отличие от дизеля 2Д100 на 10Д100 установлен объединенный регулятор частоты вращения и мощности, применена двухступенчатая система наддува воздуха с использованием энергии отработавших газов, установленыводяные охладители для охлаждения наддувочного воздуха. Дизели спроектированы с учетом применения крупноагрегатного метода ремонта и могут эксплуатироваться в различных климатических условиях. Дизели 10Д100 (рис. 39) имеют в одном блоке два коленчатых вала (верхний и нижний), связанных между собой вертикальной передачей, и по два поршня в одном цилиндре, которые головками направлены навстречу друг к другу.

Валы дизеля вращаются в противоположных направлениях с одинаковой частотой, а поршни имеют одинаковые значения хода и скорости перемещения навстречу друг другу. Это обеспечивает работу дизеля без значительных вибраций. Блок дизеля стальной сварной конструкции разделен по горизонтали и вертикали перегородками. По горизонтали блок делится перегородками на пять отсеков: верхнего коленчатого вала, продувочного воздуха, топливных насосов и форсунок, выпускных коллекторов и нижнего коленчатого вала. По длине блок поделен на три отсека: механизма управления, втулок цилиндров, вертикальной передачи.

Отсек верхнего коленчатого вала. Отсек сверху закрыт крышкой. В Рис. 39. Внешний вид дизеля 10Д100:

18. Дизель 10Д100

1 - турбокомпрессоры; 2, 4, 8, 9 - люки; 3 - воздухопровод; 5 - воздухоохладитель; 6 - отсек топливных насосов и форсунок; 7 - генератор; 10 - поддизельная рама; 1/, 12 - водяные насосы; 13 - масляный насос, 14 - регулятор частоты вращения и мощности; 15 - выпускные патрубкикрышке имеются шесть ЛЮКОВ 2 ДЛЯ осмотра верхнего коленчатого вала, его подшипников и трубопровода, подводящего масло к подшипникам вала. На крышке блока с левой и правой стороны смонтированы два маслоотделителя. Через маслоотделители проходят газы, отсасываемые турбовоздуходувками из блока для создания разрежения в картере (10-40 мм вод. ст.). Повышение давления выше 0,04 МПа (40 мм вод. ст.) будет свидетельствовать о «пробое» газов в картер. Из маслоотделителей масло сливается в картер (полость подди-зельной рамы является резервуаром для масла).

В отсеке размещены двенадцать коренных подшипников, в которых вращается верхний коленчатый вал. Шатунные шейки вала связаны шатунами с верхними поршнями. В этом отсеке проходит трубопровод масла, подаваемого для смазывания подшипников и охлаждения поршней.

Отсек продувочного воздуха. Отсек служит резервуаром для воздуха, нагнетаемого в цилиндры дизеля. С левой и правой стороны дизеля к блоку приварены впускные коллекторы, имеющие шесть люков 4, закрытых крышками. На трех крышках с обеих сторон установлены предохранительные клапаны, которые открываются при повышении давления в коллекторе более 0,25 МПа. Из коллектора воздух через отверстия в боковой стенке блока подается в отсек внутри блока, а из него - к продувочным окнам во втулке.

Отсек топливных насосов и форсунок. В отсеке расположены топливные насосы с рейками, которые соединены тягами с серводвигателем регулятора, а также форсунки; на каждом цилиндре установлено по две форсунки и по два топливных насоса. Как форсунки, так и топливные насосы расположены с обеих сторон дизеля друг против друга. Топливные насосы прикрепле ны к нижней части отсека продувочного воздуха, форсунки шпильками прикреплены к корпусам адаптеров, которые ввернуты в цилиндровые втулки.

Отсек механизма управления. В передней части1 отсека на концевую шейку верхнего коленчатого вала насажена ведущая шестерня, которая через две промежуточные н две приводные шестерни передает вращение двум кулачковым валам топливных насосов. От валов через кулачки и ролики движение передается к толкателям, которые перемещают плунжеры топливных насосов вниз. При этюм плунжеры нагнетают и проталкивают топливо через отверстия в форсунках, и в мелкораспыленном виде оно поступает в цилиндры дизеля. В обратном направлении плунжер перемещается под действием сжатой пружины. Через фильтр тонкой очистки, установленный на кронштейне крепления турбовоздуходувки с правой стороны дизеля, топливо поступает в коллектор, а из него к каждому топливному насосу. На выходе топлива из коллектора установлен клапан, поддерживающий давление топлива в системе 0,15-0,25 МПа.

Количество топлива, подаваемого в цилиндры дизеля, равно как и частоту вращения коленчатого вала, задает машинист при помощи контроллера машиниста, а поддерживает установленную цикловую подачу регулятор частоты вращения 14 при помощи системы тяг, расположенных в отсеке управления, и продольных тяг, соединенных с рейками топливных насосов. Механизм управления при помощи серводвигателей, электропневматических вентилей отключает пять насосов с правой и десять с левой стороны.

С левой стороны вдоль блока ниже продувочного коллектора проходит

1 Передней частью блока (дизеля) условно принято считать место расположения механизма управления, о г него же ведется отсчет цилиндров. На правой передней стороне блока смонтирована кнопка аварийной остановки дизеля и рукоятка установки предельного регулятора частоты вращения дизеля и реек топливных насосов в рабочее положение.

водяной коллектор, куда со всех охлаждаемых водой частей поступает горячая вода, а из него направляется в секции охлаждающего устройства.

Отсек выпускных коллекторов. Выпускные коллекторы размещены в нишах блока с левой и правой стороны и снаружи закрыты стальными листами - плитами жесткости. Плиты придают блоку необходимую жесткость и предохраняют его от коробления. В плитах жесткости имеются окна, через которые ставят и снимают крышки люков выпускных коллекторов.

Осмотр поршневых колец нижних поршней, очистку от нагара выпускных коллекторов, окон в выпускных коробках и втулках производят через круглые люки в выпускных коллекторах. Крышки люков имеют асбестовые прокладки и закрыты откидными площадками на повортных кронштейнах. Площадки во время работы дизеля, когда люки нагреты, предохраняют обслуживающий персонал от ожогов, а при осмотре и ремонте их устанавливают и используют как площадки для ремонтных бригад.

Вдоль дизеля в верхней части блока с левой и правой стороны укреплены поручни, обеспечивающие удобство и безопасность обслуживающего персонала при осмотре и ремонте.

Отсек нижнего коленчатого вала. В отсеке блока нижнего коленчатого вала с левой и правой стороны дизеля имеются десять люков 9 с крышками. На всех крышках с левой стороны дизеля установлены предохранительные клапаны, срабатывающие при повышении давления в картере 0,05 МПа. Через люки осматривают нижний коленчатый вал и его подшипники, трубопровод подвода масла, нижние головки шатунов, и при необходимости разбирают и собирают коренные и шатунные подшипники, вынимают и ставят нижние и верхние поршни.

Блок дизеля прикреплен болтами к сварной поддизельной раме 10. Снизу к раме приварен поддон, служащий резервуаром (маслосборником), в котором хранится масло для смазыва

Рис. 40. Кинематическая схема дизеля 10Д100:
18. Дизель 10Д100

1 - предельный регулятор частоты вращения дизеля; 2 - топливные насосы левой и правой стороны; 3 - кулачковые валы топливных насосов; 4 - верхний коленчатый вал; 5 - вал торсионный; 6" - шестерня с пружинной муфтой; 7 - шестерня с цеитробежно-фрикциоиной муфтой; я - рабочее колесо воздушного нагнетателя второй ступени; 9 - вертикальная передача; 10 - механизм валоповоротный; 11 - муфта привода генератора; 12 - тяговый генератор; 13 - нижний коленчатый вал; 14 - антивибратор; 15 - насосы водяные; 16 - эластичная шестерня; 17 - насос масляный: 18 - привод тахометра; 19 - муфта разобщительная; 20 - тахометр; 21 - объединенный регулятор частоты вращения и мощности; 22 - шатуны; 23 - поршниния трущихся деталей и охлаждения головок поршней дизеля. Сверху поддона укреплены металлические сетки, предохраняющие масло от засорения, а также от вспенивания. Уровень масла в картере дизеля определяется с правой стороны. Он должен быть не выше верхней и не ниже нижней отметки на щупе. Заливают масло в картер через заправочную горловину, расположенную около первого люка отсека нижнего коленчатого вала с правой стороны дизеля. Плоскость поддона имеет наклон в сторону тягового генератора 7, где расположен отстойник и сливная труба.

В блоке имеются десять отверстий, в которые вставлены втулки цилиндров, прикрепленные к блоку четырьмя шпильками каждая. Верхняя часть втулки охлаждается нагнетаемым воздухом. Средняя, наиболее интенсивно нагревающаяся часть, охлаждается водой, циркулирующей в полости охлаждения, образованной наружной поверхностью втулки и рубашкой, надетой на нее. Нижняя часть втулки вхо дит внутрь выпускной коробки, также имеющей полость для циркуляции охлаждающей воды. Нагнетаемый воздух подается через впускные окна, расположенные в верхней части цилиндровых втулок. Впускные окна открываются и закрываются верхними поршнями, а выпускные - нижними поршнями. Выпускные коллекторы, расположенные вдоль дизеля внутри блока с левой и правой стороны, прикреплены шпильками к выпускным коробкам. Выпускные коллекторы и выпускные коробки охлаждаются водой.

Коленчатые валы соединены торсионной вертикальной передачей 9 (рис. 40) при помощи конических шестерен. Такая связь обеспечивает синхронную работу поршней и всех агрегатов, связанных с коленчатыми валами. От верхнего вала к нижнему передается около 30 % мощности дизеля, а от нижнего к тяговому генератору - суммарная мощность дизеля. На кинематической схеме представлена связь отдельных частей дизели и вспомогательных агрегатов, причем неко торые узлы показаны условно повернутыми на 90°. Кулачковые валы 3 и топливные иасосы 2, которые на дизеле расположены с левой и правой стороны, на схеме условно размещены один над другим.

Для продувки и зарядки цилиндров воздухом в задней части дизеля смонтированы на кронштейнах два турбокомпрессора 1 (см. рис. 39) типа ТК-34Н-04С, работающих параллельно. Для работы турбокомпрессоров используется энергия расширения отработавших газов дизеля, которые по выпускным коллекторам, расположенным с правой и левой стороны дизеля, а затем по двум выпускным патрубкам 15 и двум компенсаторам поступают на лопатки газовых турбин, приводя во вращение их роторы. Из турбин газы удаляются через выпускные корпуса турбокомпрессора, выпускную трубу и патрубок над крышей тепловоза в атмосферу. На валах роторов турбин укреплены колеса центробежных нагнетателей. При вращении роторов центробежные нагнетатели сжимают поступающий к ним через фильтры (воздухоочистители) воздух до 0,17 МПа (первая ступень сжатия) и по двум воздухопроводам 3 подают его в нагнетатель с механическим приводом (вторая ступень сжатия), где он сжимается до 0,22 МПа. После нагнетателя второй ступени воздух проходит через два воздухоохладителя 5 трубчатого типа, где он охлаждается до 65 °С и поступает в воздушный коллектор, а из него в цилиндры дизеля. Рабочее колесо 8 (см. рис. 40) нагнетателя второй ступени приводится в движение от верхнего коленчатого вала через торсионный вал 5 и повышающий редуктор. Нагнетатель с редуктором смонтированы на правой верхней части блока дизеля, под ним установлены воздухоохладители 5 (см. рис. 39).

Для устранения опасных резонансных крутильных колебаний на нижний коленчатый вал со стороны механизма управления напрессована ступица, на которой смонтирован антивибратор 14 (см. рис 40). На удлиненный конец ступицы антивибратора насажена эла стичная шестерня 16, которая через промежуточные шестерни приводит в действие водяные насосы И, 12 (см. рис. 39), расположенные впереди на торцовой стенке блока дизеля (справа - для системы охлаждения дизеля, слева - для системы охлаждения масла и наддувочного воздуха).

С шестерней эластичного привода находятся в зацеплении также шестерни привода масляного насоса 17 дизеля, регулятора частоты вращения 14 и тахометра 20 (см. рис. 40). Масляный насос обеспечивает циркуляцию масла в масляной системе дизеля. От нагнетательного патрубка масляного насоса часть масла через про-волочно-щелевые фильтры отводится для смазывания трущихся деталей турбокомпрессора. С правой стороны около отсека управления установлен дополнительно масляный центробежный фильтр. Через этот фильтр пропускается, только часть масла. Масло к центробежному фильтру подается под давлением 0,8-1,05 МПа отдельным масляным насосом, установленным на заднем распределительном редукторе. С левой стороны около тягового генератора в верхнем масляном коллекторе смонтированы два датчика электроманометров, а около них два реле давления масла, одно из которых снимает нагрузку, а другое - останавливает дизель при понижении давления масла ниже допустимого. Объединенный регулятор частоты вращения и мощности 21, тахометр и кнопка для периодического включения его установлены с левой стороны дизеля.

На ступицу антивибратора насажена карданная вилка, от которой через крестовину осуществляется привод вспомогательных агрегатов. С противоположной стороны дизеля от нижнего коленчатого вала 13 через муфту 11 вращение передается якорю тягового генератора 12. Ведущий диск муфты привода тягового генератора имеет зубья для сцепления с червяком валоповоротного механизма 10, при помощи которого можно поворачивать валы дизеля при ремонте. Перед пуском дизеля червяк валоповоротного механизма отсоединяют от ведущего диска муфты. Чтобы избежать пуска дизеля с включенным валоповоротным механизмом, предусмотрен блокирующий концевой выключатель, разрывающий электрическую цепь пуска дизеля.

18. Дизель 10Д100

Работа дизеля. Дизели типа Д100 работают по двухтактному циклу. Следовательно, при максимальной частоте вращения коленчатого вала 850 об/мин в каждом цилиндре происходит 850 полных циклов в 1 мин. При движении поршней навстречу друг другу от их наружных мертвых точек к внутренним вначале нижний поршень перекрывает выпускные окна, а затем верхний - впускные. При движении поршней от внутренней мертвой точки к наружной, наоборот, вначале нижние поршни открывают выпускные окна, а затем верхние - впускные. Такая очередность закрытия и открытия окон объясняется тем что нижний коленчатый вал по углу поворота опережает верхний на 12°, т. е. когда колено нижнего вала расположено вертикально н поршень находится во внутренней мертвой точке, то колено верхнего вала еще не дошло до внутренней мертвой точки на угол в 12°, как показано на рис. 41, а. Когда нижний поршень не дошел на (10±1)° до внутренней мертвой точки (геометрический угол опережения подачи топлива), в цилиндр через форсунку под давлением 21 МПа впрыскивается в камеру сгорания топливо в мелкораспыленном виде. Топливо смешивается со сжатым воздухом, имеющим температуру 500- 600°С, и воспламеняется. При горении топлива образуются газы, давление которых достигает 9,5-12 МПа. Газы давят на головки поршней, они расходятся к наружным мертвым точкам и при помощи шатунно-кривошипного механизма возвратно-поступательное Рис. 42. Диаграмма фаз газораспределения дизеля 1 ОД 100:

18. Дизель 10Д100

1 - начало подачи топлива в цилиндр; 2 - начало открытия выпускных окон; 3 - закрытие выпускных окон; 4 - начало открытия впускных окон; 0 - начало отсчета градусов угла поворота кривошипа коленчатого вала, соответствующее в. м. т.; 5 - закрытие впускных окон; а-б - сжатие воздуха; б-в - подача топлива и его горение; в-г - расширение газов; г-3 - выпуск отработавших газов; 4-а - впуск продувочного воздухадвижение поршня превращается во вращательное движение коленчатого вала. В данном случае происходит рабочий ход. По мере расхождения поршней давление газов в цилиндре постепенно снижается. При повороте нижнего коленчатого вала на 124° (рис. 41,6) поршень открывает выпускное окно 9 и газы поступают в выпускной патрубок 10. Происходит удаление газов из цилиндра. Через 140° поворота нижнего вала верхний поршень 5 (см. рис. 41, в) открывает впускные окна 4, и воздух воздушного коллектора 3 поступает в цилиндр, происходит продувка цилиндра. Через 236° (рис. 41, г) нижний поршень 8 закрывает выпускные окна 9, а через впускные окна 4 воздух поступает в цилиндр, происходит дозарядка. Наконец, впускные 4 н выпускные 9 окна закрыты (рис. 41,(3), поршни движутся навстречу друг другу - воздух сжимается, а далее цикл повторяется.

Впускные окна во втулках цилиндров выполнены таким образом, что поступающий в цилиндр воздух совершает вихревое винтообразное движение. Это способствует лучшему очи щению цилиндра от оставшихся газов и более интенсивному перемешиванию воздуха с топливом, что улучшает горение. Когда верхний поршень еще не дошел до внутренней мертвой точки (в. м. т.) на 6°, а нижний поршень прошел в. м. т. на 6°, расстояние между поршнями будет наименьшим.

Диаграмма фаз газораспределения. Лучше всего можно проследить рабочий процесс дизеля за один оборот коленчатого вала по диаграмме (рис. 42). Отсчет градусов ведется от в. м. т. Топливо подается в цилиндр и самовоспламеняется за (10±1)° до в. м.т. Конец подачи и начало горения топлива зависят от настройки дизеля. Образовавшиеся от сгорания топлива газы расширяются, передвигая поршень от в. м. т. Такт расширения газов заканчивается спустя 124° после в. м. т. Выпуск газов происходит за время поворота кривошипа на 16°, а затем верхний поршень открывает продувочные окна, и воздух начинает поступать в цилиндр, вытесняя остатки газов и заполняя его чистым воздухом. Продувка цилиндра продолжается до закрытия нижним поршнем выпускных окон, и в течение 8 происходит дозарядка цилиндра свежим воздухом. После этого впускные окна закрываются поршнями, и спустя 64° после и. м. т. начинается сжатие воздуха, которое продолжается до тех пор, пока нижний поршень не дойдет на 10±1° до в. м. т. Затем цикл повторяется снова.

⇐ | Технико-экономические характеристики тепловозных двигателей | | Тепловозы: Механическое оборудование: Устройство и ремонт | | Дизель 2А-5Д49 | ⇒