Locomotives and diesel trains

1. Загальні відомості

Як вже зазначалося, конструкція дизельного двигуна подібна до конструкції бензинового двигуна. Однак аналогічні деталі у дизеля істотно посилені, щоб сприймати більш високі навантаження – адже ступінь стиснення у нього набагато вище (16-24 одиниць проти 9-11 у бензинового).

Характерна деталь в конструкції дизелів – це поршень. Форма днища поршнів у дизелів визначається типом камери згоряння, тому за формою легко визначити, якому двигуну належить даний поршень. У багатьох випадках днище поршня містить у собі камеру згоряння. Днища поршнів знаходяться вище верхньої площини блоку циліндрів, коли поршень знаходиться у верхній точці свого ходу. Так як запалення робочої суміші здійснюється від стиснення, в дизелях відсутня система запалювання, хоча свічки можуть застосовуватися і на дизелі. Але це не свічки запалювання, а свічки розжарювання, які призначені для підігріву повітря в камері згоряння при холодному пуску двигуна.

Тепловозні двигуни мають наступні механізми й системи:

1) Кривошипно-шатунний механізм (КШМ);

2) Газорозподільний механізм (ГРМ);

3) Системи охолодження, змащення, вентиляції картера, живлення, рециркуляції відпрацьованих газів і деякі інші.

Кривошипно-шатунний і газорозподільний механізми забезпечують робочий цикл (роботу) двигуна. Системи двигуна, в свою чергу, забезпечують роботу КШМ і ГРМ.

Механізми та системи двигуна складаються з окремих деталей і вузлів. Основою для кріплення деталей і вузлів та систем і механізмів є корпус двигуна.

2. Тепловозні дизелі типу Д100

На залізничному транспорті працюють магістральні тепловози, на яких встановлені дизелі 2Д100 і 10Д100 середньої швидкохідності, що відносяться до ряду дизелів типу Д100, створених на Харківському заводі транспортного машинобудування. Число циліндрів, їх розміри, хід і середня швидкість поршнів, частота обертання колінчастих валів, порядок роботи циліндрів, ступінь стиснення, робочий об’єм циліндрів у цих дизелів однакові. Пуск дизелів електричний від тягового генератора.

Збільшення потужності дизеля 10Д100 до 2210 кВт досягнуто шляхом підвищення тиску наддувочного повітря з 0,13 МПа до 0,22 МПа, охолодження наддувочного повітря перед надходженням в циліндри до 65 °С і подачі більшої кількості (приблизно на 40%) палива в циліндри за цикл.

На відміну від дизеля 2Д100 на 10Д100 встановлений об’єднаний регулятор частоти обертання і потужності, застосована двоступенева система наддуву повітря з використанням енергії відпрацьованих газів, встановлені водяні охолоджувачі для охолодження наддувочного повітря. Дизелі спроектовані з урахуванням застосування крупноагрегатного методу ремонту і можуть експлуатуватися в різних кліматичних умовах. Дизелі 10Д100 (див. рисунок 1) мають в одному блоці два колінчастих вали (верхній і нижній), які пов’язані між собою вертикальною передачею, і по два поршня в одному циліндрі, які головками спрямовані назустріч один до одного.

Вали дизеля обертаються в протилежних напрямках з однаковою частотою, а поршні мають однакові значення ходу і швидкості переміщення назустріч один одному. Це забезпечує роботу дизеля без значних вібрацій. Блок дизеля сталевий зварної конструкції розділений по горизонталі і вертикалі перегородками. По горизонталі блок ділиться перегородками на п’ять відсіків: верхнього колінчастого валу, продувочного повітря, паливних насосів і форсунок, випускних колекторів і нижнього колінчастого валу. По довжині блок поділений на дванадцять відсіків: механізму управління, втулок циліндрів (10 відсіків), вертикальної передачі.

Відсік верхнього колінчастого валу. Відсік зверху закритий кришкою. У кришці є шість люків 2 для огляду верхнього колінчастого валу, його підшипників і трубопроводу, що підводить мастило до підшипників валу. На кришці блоку з лівого і правого боку змонтовані два масловіддільника. Через масловіддільники проходять гази, відсмоктувачі турбоповітродувки з блоку для створення розрідження в картері (10-40 мм вод.ст.). Підвищення тиску вище 0,04 МПа (40 мм вод.ст.) буде свідчити про «пробої» газів в картер. З мастиловіддільників мастило зливається в картер (порожнина піддизельної рами є резервуаром для мастила).

У відсіку розміщені дванадцять корінних підшипників, в яких обертається верхній колінчатий вал. Шатунні шийки валу пов’язані шатунами з верхніми поршнями. У цьому відсіку проходить трубопровід мастила, що подається для змащування підшипників і охолодження поршнів.

Відсік продувочного повітря. Відсік служить резервуаром для повітря, що нагнітається в циліндри дизеля. З лівого і правого боку дизеля до блоку приварені впускні колектори, які мають шість люків, закритих кришками. На трьох кришках з обох сторін встановлені запобіжні клапани, які відкриваються при підвищенні тиску в колекторі більше 0,25 МПа. З колектора повітря через отвори в бічній стінці блоку подається у відсік всередині блоку, а з нього – до продувочних вікон у втулці.

Відсік паливних насосів і форсунок. У відсіку розташовані паливні насоси з рейками, які з’єднані тягами з серводвигуном регулятора, а також форсунки; на кожному циліндрі встановлено цо дві форсунки і по два паливних насоса. Як форсунки, так і паливні насоси розташовані з обох сторін дизеля один проти одного. Паливні насоси прикріплені до нижньої частини відсіку продувочного повітря, форсунки шпильками прикріплені до корпусів адаптерів, які вкручені в циліндрові втулки.

Відсік механізму управління. В передній частні відсіку на кінцеву шийку верхнього колінчатого валу насаджена провідна (рос. «ведущая») шестерня, яка через дві проміжні та дві приводні шестерні передає обертання двом кулачковим валам паливних нсосів. Від валів через кулачки і ролики рух передається до штовхачів, які переміщують плунжери паливних насосів вниз. При цьому плунжери нагнітають і проштовхують паливо через отвори в форсунках, і в розпиленому вигляді воно надходить в циліндри дизеля. У зворотному напрямку плунжер переміщується під дією попередньо стислої пружини. Через фільтр тонкого очищення, встановлений на кронштейні кріплення турбоповітродувки з правого боку дизеля, паливо надходить в колектор, а з нього до кожного паливного насосу. На виході палива з колектора встановлений клапан, що підтримує тиск палива в системі 0,15-0,25 МПа.

Кількість палива, що подається в циліндри дизеля, так само як і частоту обертання колінчастого вала, задає машиніст за допомогою контролера машиніста, а підтримує встановлену цикловую подачу регулятор частоти обертання за допомогою системи тяг, які розташовані у відсіку управління, і повздовжніх тяг, з’єднаних з рейками паливних насосів. Механізм управління за допомогою серводвигунів, електропневматичних вентилів відключає п`ять насосів з правого і десять з лівого боку.

З лівого боку вздовж блоку нижче продувочного колектора проходить водяний колектор, куди з усіх охолоджуваних водою частин надходить гаряча вода, а з нього направляється в секції охолоджуючого пристрою.

Відсік випускних колекторів. Випускні колектори розміщені в нішах блоку з лівого і правого боку і зовні закриті сталевими листами – плитами жорсткості. Плити надають блоку необхідну жорсткість і оберігають його від викривлення. У плитах жорсткості є вікна, через які ставлять і знімають кришки люків випускних колекторів.

Огляд поршневих кілець нижніх поршнів, очистку від нагару випускних колекторів, вікон у випускних коробках і втулках виконують через круглі люки у випускних колекторах. Кришки люків мають азбестові прокладки і закриті відкидними площадками на повортних кронштейнах. Майданчики під час роботи дизеля, коли люки нагріті, оберігають обслуговуючий персонал від опіків, а при огляді і ремонті їх встановлюють і використовують як майданчика для ремонтних бригад.

Уздовж дизеля у верхній частині блоку з лівого і правого боку укріплені поручні, забезпечують зручність та безпеку обслуговуючого персоналу при огляді і ремонті.

Відсік нижнього колінчастого валу. У відсіку блоку нижнього колінчастого валу з лівого і правого боку дизеля існує десять люків з кришками. На всіх кришках з лівого боку дизеля встановлені запобіжні клапани, що спрацьовують при підвищенні тиску в картері 0,05 МПа. Через люки оглядають нижній колінчастий вал і його підшипники, трубопровід підведення мастила, нижні головки шатунів, і при необхідності розбирають і збирають корінні і шатунні підшипники, виймають і ставлять нижні і верхні поршні.

Блок дизеля прикріплений болтами до зварної піддизельні рамі. Знизу до рами приварений піддон, який служить резервуаром (мастилозбірником), в якому зберігається мастило для змащування деталей, що труться і охолодження головок поршнів дизеля. Зверху піддону укріплені металеві сітки, що оберігають мастило від засмічення, а також від спінювання. Рівень мастила в картері дизеля визначається з правого боку. Він повинен бути не вище верхньої і не нижче нижньої відмітки на щупі. Заливають мастило в картер через заправну горловину, розташовану близько першого люка відсіку нижнього колінчастого валу з правого боку дизеля. Площина піддону має нахил у бік тягового генератора, де розташований відстійник і зливна труба.

У блоці перендбачено десять отворів, в які вставлено втулки циліндрів, які прикріплені до блоку чотирма шпильками кожна. Верхня частина втулки охолоджується повітрям, що нагнітається. Середня, найбільш інтенсивно нагріваєма частина, охолоджується водою, що циркулює в порожнині охолодження, утвореної зовнішньою поверхнею втулки і сорочкою, одягненою на неї. Нижня частина втулки входить всередину випускної коробки, що також має порожнину для циркуляції охолоджуючої води.

Нагнітаєме повітря подається через впускні вікна, розташовані у верхній частині циліндрових втулок. Впускні вікна відкриваються і закриваються верхніми поршнями, а випускні – нижніми поршнями. Випускні колектори, розташовані уздовж дизеля всередині блоку з лівого і правого боку, прикріплені шпильками до випускних коробок. Випускні колектори та випускні коробки охолоджуються водою.

Колінчасті вали з’єднані торсіонної вертикальної передачею 9 (див. рисунок 2) за допомогою конічних шестерень. Такий зв’язок забезпечує синхронну роботу поршнів і всіх агрегатів, пов’язаних з колінчатими валами. Від верхнього вала до нижнього передається близько 30% потужності дизеля, а від нижнього до тягового генератору – сумарна потужність дизеля. На кінематичній схемі представлений ​​зв’язок окремих частин дизеля і допоміжних агрегатів, причому декі вузли показані умовно поверненими на 90°.

Кулачкові вали 3 і паливні насоси 2, які на дизелі розташовані з лівого і правого боку, на схемі умовно розміщені один над іншим.

Для продувки і зарядки циліндрів повітрям в задній частині дизеля змонтовані на кронштейнах два турбокомпресори (див. рисунок 1) типу ТК-34Н-04С, що працюють паралельно. Для роботи турбокомпресорів використовується енергія розширення відпрацьованих газів дизеля, які за випускними колекторам, розташованими з правого і лівого боку дизеля, а потім по двох випускних патрубках і двом компенсаторам надходять на лопатки газових турбін, приводячи в обертання їх ротори. З турбін гази видаляються через випускний корпус турбокомпресора, випускну трубу і патрубок над дахом тепловоза в атмосферу. На валах роторів турбін укріплені колеса відцентрових нагнітачів. При обертанні роторів відцентрові нагнітачі стискають повітря, що надходить до них через фільтри (очищувачі повітря) до 0,17 МПа (перший ступінь стиснення) і по двох повітропроводах 3 подають його в нагнітач з механічним приводом (другий ступінь стиснення), де він стискається до 0,22 МПа. Після нагнітача другого ступеня повітря проходить через два повітроохолоджувача трубчастого типу, де він охолоджується до 65 °С і поступає в повітряний колектор, а з нього в циліндри дизеля. Робоче колесо 8 (див. рисунок 2) нагнітача другого ступеня приводиться в рух від верхнього колінчатого валу через торсіонний вал 5 і підвищуючий редуктор. Нагнітач з редуктором змонтовані на правій верхній частині блоку дизеля, під ним встановлені повітроохолоджувачі 5 (див. рисунок 1).