Система воздухоснабжения тепловоза

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Схемы систем воздухоснабжения

2. Оборудование систем воздухоснабжения дизелей

3. Расчёт потребления дизелем воздуха

4. Основные технические параметры

5. Схемы турбокомпрессоров

6. Воздухоохладитель

7. Воздухоочиститель

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Локомотив является мощным потребителем воздуха. Во-первых, воздух используется как компонент рабочей смеси в силовых установках тепловозов и газотурбовозов, во-вторых, для охлаждения тяговых электрических машин и аппаратов. Характеристика атмосферного воздуха. Атмосферный воздух содержит пыль, влагу и другие загрязнения, которые способствуют увеличению абразивного износа деталей двигателей внутреннего сгорания и ГТУ, уменьшению механической и диэлектрической прочности изоляции электрических машин и ухудшению их теплоотдачи. Запыленность воздуха, потребляемого локомотивами, значительно меньше по сравнение с воздухом, потребляемым другими транспортными средствами, поскольку первые движутся в голове состава по рельсам при большом расстоянии между поездами. При этом запыленность засасываемого воздуха в основном обусловлена характером окружающей местности. Запыленность воздуха по ряду причин величина относительная. В настоящее время установлены три характерных района железных дорог со следующей запыленностью:

малой (средняя запыленность 0,2-0,6, предельная 1-2 мг/м);

повышенной (средняя запыленность 2-3, предельная 4 мг/м);

высокой 100 мг/м и более.

Однако даже при такой сравнительно низкой запыленности за 1 ч работы двигателя мощностью 2200 кВт в него может поступить 50-60 г пыли, в тяговые двигатели 50-55 г, в главный генератор 10-20 г. Наличие влаги обусловлено интенсивностью дождя, предельное значение которой составляет 3 мм/мин (ГОСТ 15150-69). Принимается, что такая интенсивность может иметь место 5 мин подряд 1-2 раза в год. Кроме этого, в расчетах можно принимать интенсивность дождя 1,5 мм/мин в течение 1 ч и 0,5 мм/мин - 5 ч. Загрязненность воздуха в помещении машинного отделения масляным туманом составляет 0,3 мг/м.

1. Схемы систем воздухоснабжения

Воздухоснабжение дизеля тепловоза -- обеспечение дизеля тепловоза воздухом, необходимым для горения топлива. Дизель тепловоза обычно работает с наддувом (наполнением цилиндров воздухом под давлением выше атмосферного для увеличения массы заряда воздухом и мощности дизеля) и расходует воздуха до 17 тыс. м3 в 1 ч. В систему воздухоснабжения дизеля тепловоза с наддувом входят воздухоочиститель, обычно 2 нагнетателя и, как правило, охладители наддувочного воздуха. Воздухоочиститель должен обеспечивать очистку воздуха от атм. пыли (при её концентрации до 4 мг/м3) с эффективностью не менее 98,5%.

На отечественных, тепловозах серий ТЭЗ, 2ТЭ10, например, применяют воздухоочистители непрерывного действия с металлической сетками, смачиваемыми маслом. Тип нагнетателя зависит от давления наддува. На современные форсированных дизелях применяют центробежные компрессоры с приводом от вала дизеля или от газовой турбины, работающей на выпускных газах дизеля (газотурбинный наддув). На мощных дизелях с давлением наддува 0,2 МПа и более устанавливают последовательно 2 нагнетателя (двухступенчатый наддув). Для ещё большего увеличения массы заряда воздуха его охлаждают в воздухоохладителях. Работа охладителей требует затраты мощности на привод вентиляторов, всасывающих атм. воздух для охлаждения нагнетаемого воздуха непосредственно (воздухо-воздушный охладитель) или через промежуточный теплоноситель -- воду (воздухо-водяной охладитель).

Дизель 10Д100. На дизеле 10Д100 применено двухступенчатое сжатие наддувочного воздуха, обычно используемое в двухтактных дизелях. Это вызвано тем, что турбокомпрессоры при пуске дизеля и на холостом ходу практически не работают вследствие недостаточной энергии выпускных газов из-за низкой их температуры. Следовательно, количество воздуха и его давление, создаваемые турбокомпрессорами, не обеспечивают нормальную работу дизеля. В эти периоды воздух в цилиндры поступает от нагнетателя второй ступени, который приводится в действие механическим способом, и подача его от энергии газов не зависит. Как видно из схемы (рис. 1) воздух через жалюзи 9 из окружающей среды или из машинного помещения поступает в воздушные фильтры-воздухоочистители 7, расположенные с правой и левой стороны тепловоза, и далее к всасывающим патрубкам турбокомпрессоров, которые являются первой ступенью сжатия воздуха. Из нагнетателей 6 правого и левого турбокомпрессоров сжатый воздух подается по расположенным с обеих сторон в верхней части дизеля воздушным трубопроводам к агрегату второй ступени наддува -- центробежному нагнетателю 3, который приводится во вращение через редуктор от верхнего коленчатого вала дизеля. После дополнительного сжатия в нагнетателе второй ступени воздух подается в охладители 4, установленные по обеим сторонам двигателя, и далее в наддувочные коллекторы (ресиверы), откуда через впускные окна во втулках поступает в цилиндры дизеля.

Pис1. Принципиальная схема системы воздухоснабжения дизеля ЮДЮО (тепловоз2ТЭ10В):

1 - дизель; 2 -- редуктор повышающий; 3 -- нагнетатель второй ступени проводной центробежный; 4 -- охладитель наддувочного воздуха; 5 - газовые турбины; 6 -- нагнетатели первой ступени; 7 -- воздухоочиститель: 8 -- дверки для выбора воздуха из кузова; 9 -- жалюзи для забора воздуха из атмосферы; 10 --стенка кузова

Подача воздуха в цилиндры регулируется как бы автоматически: чем больше нагрузка дизеля, тем больше подается топлива в цилиндры, тем больше тепловой энергии в выпускных газах и выше частота вращения ротора турбокомпрессора, а следовательно, выше давление наддувочного воздуха и больше воздуха подается в цилиндры. Главными агрегатами системы воздухоснабжения дизеля ЮДЮО являются турбокомпрессоры, приводной нагнетатель с редуктором и воздухоохладители.

Дизель ПД1М. Дизель ПДШ, установленный на маневровом тепловозе ТЭМ2, четырехтактный, и поэтому энергии отработавших газов на всех режимах работы достаточно для привода турбокомпрессора, т. е. для подачи в цилиндры необходимого количества воздуха требуемого давления. Следовательно, в применении двухступенчатого сжатия воздуха с использованием нагнетателя, имеющего механический привод от коленчатого вала, нет необходимости.

Воздух из окружающей среды (рис. 2) через жалюзи 1 (или из кузова через открытые дверки 17) поступает в воздухоочиститель 3 непрерывного действия, расположенный с правой стороны тепловоза, а оттуда через гибкий рукав к всасывающей полости центробежного нагнетателя 4 турбокомпрессора. Сжатый в нагнетателе воздух направляется в воздухоохладитель 5, где его температура понижается. Далее сжатый воздух по впускному (наддувочному) коллектору и впускным патрубкам поступает к впускным клапанам, расположенным в цилиндровых крышках. В период наполнения, когда впускные клапаны 10 открыты, воздух проходит в цилиндры и заполняет пространство, освобождаемое движущимся вниз поршнем. Отработавшие газы удаляются из цилиндра через выпускные клапаны 8 и по выпускному трубопроводу направляются к газовой турбине 7 турбокомпрессора; здесь тепловая энергия отработавших газов преобразуется в механическую энергию вращения ротора турбокомпрессора.

Рис. 2. Принципиальная схема системы воздухоснабжения дизеля ПДШ (тепловоз ТЭМ2):

1 -- жалюзи для забора воздуха из атмосферы*. 2 -- стенка кузова; 3 -- воздухоочиститель непрерывного действия; 4 нагнетатель: 5 -- воздухоохладитель; 6 -- коллектор наддувочный: 7 -- турбина газовая: 8 -- клапан выпускной; 9 -- форсунка: 10 - клапан впускной; 11 -- цилиндр дизеля: 12 поршень; 13 -- шатун; 14 -- коленчатый вал: 15 - трубопровод выпускной; 16 -- рукав гибкий; 17 - дверки для забора воздуха из-под капота

Дизель 2А-5Д49. На боковых стенках с обеих сторон кузова (рис. 3) в средней части его расположены двухступенчатые воздухоочистители 4, предназначенные для фильтрации воздуха, поступающего в дизель. Воздух засасывается из окружающей среды через регулируемые жалюзи 1 или из машинного помещения через жалюзи 5. Пройдя фильтры, воздух поступает в нагнетатель 4 турбокомпрессора 7. Дизель 2А-5Д49, как и другие тепловозные дизели, снабжен системой газотурбинного наддува с одноступенчатым сжатием воздуха и последующим его охлаждением в трубчатом воздухоохладителе 8. После охлаждения воздух поступает в ресивер 9 блока, проходящий в развале цилиндровых рядов вдоль всего дизеля, а оттуда через впускные клапаны в период наполнения проходит в полости цилиндров.

Рис. 3. Принципиальная схема системы воздухоснабжения дизеля 2А-5Д49 (тепловоз ТЭП70):

1 -- жалюзи на кузове; 2 - кассета подвижная; 3 - стенка кузова; 4 -- воздухоочиститель; 5 жалюзи внутренние; 6 - кассета неподвижная; 7 -- турбокомпрессор: 8 -- охладитель наддувочного воздуха: 9 -- воздушный ресивер; 10 - выпускной патрубок; 11 - дизель; 12 -- клапан

Нагнетатель турбокомпрессора приводится во вращение от газовой турбины Т. Нагнетатель и газовая турбина смонтированы в одном корпусе и представляют единый агрегат -- турбокомпрессор. Отработавшие газы из цилиндров дизеля через открытые в период выпуска клапаны 12 поступают в выпускные патрубки 10, расположенные с наружной стороны дизеля, и далее в газовую турбину, где энергия газов используется для приведения во вращение ротора турбокомпрессора. Из турбины отработавшие газы по выпускному патрубку направляются в глушитель и далее в атмосферу.

2. Оборудование систем воздухоснабжения дизелей

Турбокомпрессор. Агрегат, объединяющий осевую одноступенчатую реактивную газовую турбину и центробежный одноступенчатый компрессор (нагнетатель), называется турбокомпрессором. Производство турбокомпрессоров в нашей стране организовано на специализированных предприятиях. На тепловозных дизелях устанавливаются турбокомпрессоры унифицированного ряда ТК с осевой газовой турбиной и центробежным нагнетателем, имеющие высокий к.п.д. и обеспечивающие высокую надежность.

Внутри каждого типа компрессоров может существовать несколько модификаций, различающихся главным образом конструкцией корпусов, монтажных фланцев и рабочими характеристиками в зависимости от расположения цилиндров дизеля, а также его параметров. На тепловозные дизели устанавливают четыре типоразмера турбокомпрессоров: ТК-23, ТК-30, ТК-34, ТК-38. Буквы ТК означают турбокомпрессор, а цифры 23, 30 и т. д. -- диаметр колеса компрессора в сантиметрах.

В зависимости от степени повышения давления 1 турбокомпрессоры делятся на три группы: низкого давления лк =1,3-4-1,9 (Н); среднего давления лк = 2-т-2,5 (С); высокого давления лк = 2,5-т-3,5 (В).

Принципиальная схема осевой (аксиальной) газовой турбины представлена на рис. 4. Принцип действия турбокомпрессоров одного унифицированного ряда одинаков.

Газовая турбина является лопаточным тепловым двигателем, который преобразует тепловую энергию газового потока в механическую работу. Элементами, преобразующими энергию газа в турбине, является сопловой аппарат и рабочее колесо с лопатками по окружности. Газовый тракт -- сопловой аппарат, зазор, межлопаточные каналы -- называется проточной частью турбины.

Газ из выпускного коллектора дизеля поступает в сопловой аппарат 4 (см. рис. 4). Здесь скорость газа значительно возрастает, так как тепловая (потенциальная) энергия газа в сопловом аппарате превращается в кинетическую. Из сопел газ поступает на лопатки 3, проходит между ними по криволинейным каналам, создавая вращающий момент на валу. В зависимости от характера протекания газового потока по межлопаточным каналам турбины делятся на активные и реактивные. В активных турбинах на рабочих лопатках не происходит изменения состояния газа -- давление и температура остаются постоянными, относительная скорость газа в межлопаточных каналах почти не меняется.

Рис. 4. Схема устройства и работы осевой газовой турбины:

1 - вал: 2 - диск колеса; 3 -- лопатки рабочие; 4 -- сопловой аппарат: 5 -- корпус турбины

В реактивных турбинах процесс расширения газа, начавшийся в сопловом аппарате, продолжается и в межлопаточных каналах турбинного колеса, т. е. в реактивных турбинах; процесс преобразования тепловой (потенциальной) энергии в кинетическую происходит также и в рабочих лопатках, вследствие этого относительная скорость газа в межлопаточных каналах возрастает ау2>Ич (рис. 5), а давление и температура его снижаются. Так как при этом рабочее колесо турбины вращается с высокой окружной скоростью и, то уменьшается также и абсолютная скорость газового потока на выходе из межлопаточных каналов, что понятно из рассмотрения входного и выходного треугольников скоростей, приведенных на рис. 5. Из этого рисунка видно также, что межлопаточные каналы соплового аппарата и рабочего колеса турбины имеют сужающуюся форму. Скорость истечения газа из этих каналов определяется разностью теплосодержаний газа соответственно до и после каналов.

Рис. 5 Схема проточной части и треугольники скоростей реактивной турбины:

1 - сопловой аппарат: 2 -- направляющие лопатки; 3 -- рабочие лопатки: 4 -- рабочее колесо турбины. Со. С1, С2 -- скорости газа на входе в направляющие рабочие лопатки и на выходе из них; а>и >2 -- относительная скорость газа на входе в рабочие лопатки и на выходе из них; р. Т -- давление и абсолютная температура газа; и -- окружная скорость вращения колеса турбины

Массовый расход газа через межлопаточные каналы М - ц/грг,

где х -- коэффициент истечения каналов, обычно (1 = 0,75-0,85; f -- площадь канала в расчетном сечении).

с -- скорость газового потока в расчетном сечении; рг -- плотность газа в расчетном сечении. Усилие, действующее на лопатки колеса в направлении окружной скорости.

Проекции абсолютных скоростей газа на входе и выходе из межлопаточных каналов колеса на направление окружной скорости колеса.

Как уже указывалось выше, в каналах между лопатками турбинного колеса абсолютная скорость газа и кинетическая энергия его падают. Газ подводится к сопловому аппарату с температурой порядка 600°С и имеет скорость 40--60 м/с. На выходе из соплового аппарата температура и давление газа понижаются в результате преобразования тепловой энергии в кинетическую, и скорость газа возрастает до 300--500 м/с. При протекании газа по межлопаточным каналам рабочего колеса температура и давление газа продолжают снижаться: температура газа на выходе из лопаток колеса на 150--200°С ниже, чем на входе в каналы лопаток.

Механическая работа на лопатках турбинного колеса совершается за счет разности энергий газового потока до и после лопаточного аппарата.

3. Расчёт потребления дизелем воздуха

Требуемая подача нагнетателя турбокомпрессора определяется количеством воздуха, потребляемого дизелем в 1 ч, и может быть подсчитана по формуле.

тн -- коэффициент полезного действия нагнетателя; г = 0,764-0,80. 3600 -- переводной коэффициент (1ч =3600 с).

По результатам расчета по приведенным формулам и характеристикам турбокомпрессоров унифицированного ряда можно выбрать требуемый тип наддувочного агрегата для данного тепловозного дизеля.

дизель тепловоз воздух турбокомпрессор

4. Основные технические параметры

Таблица 1

Технические параметры ТК

5. Схемы ТК

Корпус компрессора 1 (см. рис. 6), выпускной корпус 10, через который отработавшие газы выбрасываются в атмосферу, и газоприемный корпус 13 отлиты из алюминиевого сплава и скреплены между собой шпильками. Внутри корпусов на подшипниках скольжения 14 и 22 уложен полый стальной сварной ротор 7. К ротору приварено рабочее колесо 9 газовой турбины. Рабочее колесо 2 компрессора напрессовано на ротор и закреплено штифтами. Лопатки и диск колеса турбины изготовлены из специальной жароупорной стали и соединены при помощи «елочных» замков или сварки. Колесо компрессора изготовлено из алюминиевого сплава. Между улиткой и колесом 2 установлен диффузор 4 в виде диска с лопатками. Диффузор повышает давление воздуха и уменьшает гидравлические потери в воздушном потоке.

На тыльной стороне колеса компрессора сделаны кольцевые выступы, которые с малым зазором сопрягаются неподвижном диске -- лабиринте 21, образуя лабиринтное уплотнение. Со стороны компрессора расположен опорно-упорный подшипник 22 ротора, который воспринимает усилия, направленные от рабочего колеса турбины к компрессору. Подшипник со стороны турбины -- опорный. Лабиринтное уплотнение 23 со стороны компрессора препятствует уносу масла воздухом из полости подшипников в компрессор. Это уплотнение состоит из двух упругих колец, установленных в ручьи шейки вала и лабиринта. В пространство между ними по каналу К подается сжатый воздух из нагнетательной полости компрессора; это устраняет разрежение, передаваемое по зазору вдоль вала из всасывающей полости компрессора, что способствует надежному разобщению полостей опорно-упорного подшипника и компрессора. Аналогичное уплотнение, установленное на другом конце вала ротора, не допускает проникновения горячих газов в полость опорного подшипника, а также просачивания масла из подшипника к нагретым частям вала. Уплотнение состоит из двух колец и двух лабиринтов, между которыми по каналу К\ подается сжатый воздух из нагнетательной полости компрессора. Лабиринтное уплотнение 5 препятствует утечке сжатого воздуха.

Выпускной газовый корпус 10 и газоприемный корпус 13 охлаждаются водой, которая подводится из системы охлаждения дизеля. Для уменьшения теплового воздействия отработавших газов на вал ротора и компрессорную часть агрегата в выпускном корпусе установлен теплоизоляционный кожух 6 с экраном 18. К газоприемному корпусу крепится кожух 8 соплового аппарата. Сопловой аппарат и колесо турбины с лопатками являются основными элементами газовой турбины. Экранированный кожух 6 и кожух 8 образуют кольцевой канал для выхода газов из турбины с наименьшим сопротивлением.

Работа турбокомпрессора происходит следующим образом. Отработавшие газы из дизеля поступают в газоприемный корпус 13, а оттуда на лопатки соплового аппарата 12 и далее на лопатки рабочего колеса турбины. В сопловом аппарате скорость газа значительно возрастает, в результате чего струя газа давит на лопатки колеса турбины, заставляя его вращаться. Отработавшие газы через выпускной патрубок удаляются в атмосферу. При вращении ротора 7 вращается и рабочее колесо 2 компрессора, которое засасывает воздух через каналы, отмеченные стрелками на рисунке, сжимает его и вытесняет через диффузор 4 в улитку компрессора, откуда воздух поступает в охладитель, а затем в наддувочный коллектор и далее в цилиндры дизеля. Подшипники вала ротора смазываются маслом, которое поступает из масляной системы дизеля. При работе дизеля на номинальной мощности ротор турбокомпрессора вращается с частотой 18 000-- 20 000 об/мин, поэтому он требует после изготовления точной динамической балансировки. Ротор имеет по концам цапфы, которыми он опирается на подшипники. Поверхность цапф закалена токами высокой частоты

Рис. 6. Продольный разрез турбокомпрессора типа ТК:

1 - корпус компрессора; 2 рабочее колесо компрессора; 3 - вставка; 4 - диффузор; 5 лабиринтное уплотнение; 6 -- кожух теплоизоляционный; 7 - ротор; 8 кожух соплового аппарата; 9 рабочее колесо турбины: 10 - корпус выпускной: 11 - проушина; 12 - сопловой аппарат: 13 -- корпус газоприемный; 14 - подшипник со стороны турбины (опорный); 15 - крышка подшипника; 16 штуцер; 17 -- дроссель; 18 -- экран; 19 - кожух ротора; 20 - кронштейн: 21 лабиринт: 22 -- подшипник со стороны компрессора (опорно-упорный); 2; - лабиринтные уплотнения

На дизеле 2А-5Д49 тепловоза ТЭП70 установлен турбокомпрессор типа 6ТК (рис. 7). Он расположен на кронштейне с переднего торца дизеля, как и турбокомпрессоры дизелей 10Д100 и ПД1М, и состоит из одноступенчатой осевой турбины, работающей за счет тепловой энергии выпускных газов дизеля, и одноступенчатого центробежного нагнетателя. Характерная особенность этого турбокомпрессора -- консольное расположение колеса 1 нагнетателя и колеса 11 турбины. Опорно-упорный 2 и опорный 14 подшипники ротора расположены между рабочими колесами. Остов турбокомпрессора состоит из корпуса компрессора 5, среднего корпуса 7 и корпуса турбины 9. Правильное соосное расположение корпусов при сборке обеспечивается центрирующими буртами; корпуса соединены между собой болтами. Средний корпус служит для размещения в нем подшипников и деталей системы уплотнений, он образован верхней и нижней половинами, которые стыкуются по горизонтальной диаметральной плоскости и скрепляются друг с другом болтами. К корпусу компрессора присоединен двухзаходный патрубок 4, по которому воздух всасывается в компрессор; патрубок соединен с воздухоочистителями, установленными на боковых стенках кузова тепловоза. В патрубок 4 вмонтирована труба 16, по которой газы отсасываются из катера дизеля. Корпус компрессора 5 и проставок 3 образуют так называемую воздушную улитку, по которой сжатый воздух поступает через трубу 15 в охладитель наддувочного воздуха и далее во впускной ресивер дизеля.

Масло для смазывания трущихся поверхностей подшипников 2 и 14 поступает из масляной системы двигателя по каналам в корпусе 7. Каждый подшипник состоит из двух половин, изготовленных из бронзы ОЦС-4-4-17. На турбокомпрессорах выпуска с 1977 г. ставят подшипники с эллиптической расточкой рабочей поверхности. На опорную и упорную поверхности подшипников наносят слой приработочного покрытия. Благодаря эксцентричности расточки подшипников при вращении ротора создаются два масляных клина, способствующих сохранению центрального положения шипа в подшипнике.

К корпусу турбины 9 прикреплены болтами обод 13 и выпускной патрубок 10. Сопловой аппарат и турбинное колесо расположены внутри обода, образуя проточную часть газовой турбины. Сопловой аппарат отлит из жаропрочной стали и состоит из двух половин. Газовая двухпоточная улитка 8 присоединена болтами к среднему корпусу; к ней поступают отработавшие газы из выпускных коллекторов дизеля через жаровые трубы, вмонтированные в отверстия корпуса. Газовая улитка и жаровые трубы предохраняют алюминиевый корпус от соприкосновения с горячими газами.

В полостях Б среднего корпуса и В корпуса турбины циркулирует вода, которая подводится из системы охлаждения дизеля; это позволяет уменьшить тепловые деформации корпуса. Выпускной патрубок 15 отлит из стали и покрыт теплоизоляционным асбестовым слоем и стеклотканью. Вал ротора откован из легированной стали; он имеет две опорные шейки. Колесо 1 компрессора изготовлено из дюралюминия, насажено на шлицы вала и закреплено гайкой. Колесо турбины выполнено из жаропрочной аустенитной стали, посажено на вал с натягом и зафиксировано штифтами. Рабочие лопатки газового колеса изготовлены из жаропрочного сплава и укреплены на диске турбинного колеса при помощи «елочных» замков. Для предотвращения утечек воздуха и проникновения газов в масляную полость подшипников при повышенных нагрузках или масла в воздушную и газовую полости при малых нагрузках служат лабиринтные упругие кольца. Лабиринтные уплотнения расположены на торцовой части колеса компрессора и внутренней стороне диска турбинного колеса.

Рис. 7. Продольный разрез турбокомпрессора дизеля 2А-5Д49:

1 -- колесо компрессора; 2 -- опорно-упорный подшипник-. 3 -- проетанок. 4 -- входной патрубок; 5 -- корпус компресеора; в -- лопаточный диффузор; 7 -- корпус средний; 8 -- улитка газовая; 9 -- корпус турбины; 10 -- патрубок выпускной; 11 -- колесо турбины; 12 -- сопловой аппарат; 13 -- обод; 14 -- опорный подшипник; 15, 16 -- трубы

Центробежный нагнетатель второй ступени дизеля 10Д100 выполнен вместе с редуктором привода как единый агрегат (рис. 8). Он служит для подачи воздуха в цилиндры при пуске дизеля, когда турбокомпрессоры еще не работают, а также для дополнительного сжатия наддувочного воздуха после турбокомпрессоров первой ступени при работе дизеля под нагрузкой.

Центробежный нагнетатель приводится во вращение от верхнего коленчатого вала дизеля. Редуктор, смонтированный в алюминиевом корпусе 10, -- двухступенчатый, повышающий, состоит из двух пар цилиндрических шестерен с общим передаточным отношением 10, следовательно, при работе дизеля на номинальном режиме воздушное колесо нагнетателя вращается с частотой 8500 об/мин. Весь агрегат (редуктор с нагнетателем) крепится болтами к торцу блока дизеля над тяговым генератором. Корпуса редуктора и нагнетателя соединены шпильками 21. На тыльной стороне рабочего колеса нагнетателя выполнено лабиринтное уплотнение 20, препятствующее пропуску сжатого воздуха из нагнетательной полости компрессора в корпус редуктора и попаданию масла из редуктора в нагнетатель. Вращающий момент от верхнего вала дизеля передается через торсионный вал /, полую втулку 5, шестерню с упругой муфтой 3, промежуточную шестерню 30, шестерню 29 с центробежной муфтой на вал 24 рабочего колеса нагнетателя. Стальной торсионный вал 1 левым шлицевым концом входит в шлицы фланца, соединенного с концом коленчатого вала. Другим (правым) шлицевым кольцом он входит во внутренние шлицы полой втулки 5. В средней части втулки 5 имеется фланец, к которому крепится болтами венец упругой шестерни 3. Полая втулка с левой стороны опирается на роликовый подшипник 2, а с правой -- на шариковый 6. Вал промежуточной шестерни 30 уложен на роликовые сферические подшипники 23 и 31, а вал 24 рабочего колеса нагнетателя опирается на упорно-опорный бронзовый с баббитовой заливкой подшипник 25 и опорный подшипник 22. Воздушное колесо нагнетателя изготовлено из алюминиевого сплава. Оно посажено консольно на шлицевой хвостовик вала 24 и закреплено гайкой. Вал рабочего колеса выполнен за одно целое с цилиндрической шестерней. Улиточная часть корпуса нагнетателя соединена с охладителем наддувочного воздуха. При работе дизеля воздух от турбокомпрессоров по воздушным трубопроводам, расположенным в верхней части дизеля по обеим его сторонам, поступает через двухзаходный патрубок 12 во вращающийся направляющий аппарат 14 и далее на лопатки рабочего колеса 18, в диффузор 19, периферийную часть корпуса нагнетателя (двухспиральную улитку), а затем в охладитель наддувочного воздуха.

Рис. 8. Центробежный нагнетатель второй ступени с редуктором дизеля 10Д100:

1 -торсионный вал; 2. 23, 31 -- роликовые подшипники; 3-- шестерня с упругой муфтой; 4, 7. 13 -- крышки; 5 втулка полая; 6 -- шариковый подшипник; 8 -- втулка с маслосбрасывающей резьбой; 9, 28 -- гайки; 10 -- корпус редуктора; 11 -- корпус нагнетателя; 12 -- патрубок подводящий; 14 -- направляющий аппарат вращающийся; 15 -- кольцо уплотнительное; 16. 21 -- шпильки; 17 -- крышка корпуса нагнетателя: 18 - колесо нагнетателя рабочее; 19 -- диффузор; 20 -- лабиринтное уплотнение; 22 -- опорный подшипник: 24 -- вал рабочего колеса нагнетателя; 25 -- опорно-упорный подшипник; 26 -- болт; 27 пята; 29 - шестерня с центробежной муфтой; 30 -¦ шестерня промежуточная с валом; 32 -- трубопровод масла

6. Воздухоохладитель

Для увеличения воздушного заряда цилиндров и, следовательно, повышения мощности дизеля воздух, нагревшийся в процессе сжатия его в агрегатах наддува, необходимо охладить. При этом возрастает плотность воздуха и, следовательно, количество поступившего в цилиндры воздуха увеличивается. Это позволяет при том же коэффициенте избытка воздуха ввести в цилиндр через форсунку большее количество топлива и таким образом получить большую мощность при тех же практически массовых и габаритных размерах двигателя.

На дизеле 10Д100 для охлаждения наддувочного воздуха после нагнетателей перед поступлением его в наддувочные ресиверы установлены воздухоохладители. Одни укреплены на торце блока по обе стороны от редуктора центробежного нагнетателя. По конструкции воздухоохладитель представляет собой радиатор (рис. 9). В сварном корпусе 2 в шахматном порядке расположены охлаждающие трубки 7, которые концами заделаны в нижней 10 и верхней 5 трубных досках. Доски притянуты к корпусу шпильками с упорными буртами, одновременно служащими для крепления крышек 3 и 1. Внутри стальных сварных крышек имеются ребра жесткости и перегородки с уплотнительными резиновыми прокладками, которые обеспечивают трехходовую циркуляцию воды. Вода циркулирует по трубкам, воздух омывает трубки снаружи. Для увеличения охлаждающей поверхности к трубкам 7 припаяна проволочная спираль (оребрение) в. Вода из системы подводится к патрубку 12 нижней крышки, совершает три хода (вверх, вниз и снова вверх) по медным трубкам воздухоохладителя и далее через патрубок 4 в верхней крышке направляется к радиаторам тепловоза. Горячий воздух, имеющий после центробежного нагнетателя при номинальной мощности температуру порядка 120--130°С, поступает в воздухоохладитель через отверстие во фланце 9, обтекает снаружи оребренную поверхность трубок, отдает тепло протекающей по трубкам воде и охлажденный до 60--70°С направляется через окна в торце блока, к которому крепятся воздухоохладители, в воздушные ресиверы дизеля и далее в цилиндры.

Рис. 9. Воздухоохладитель дизеля 10Д100:

1 фланец привалочный; 2 корпус; 3крышка верхняя; 4патрубок отвода охлаждающей воды; 5верхняя трубная доска; 6охлаждающая проволочная спираль; 7 трубка охлаждающая; 8 рым-болт; 9 фланец; 10 нижняя трубная доска; 11 крышка нижняя; 12патрубок подвода охлаждающей воды

Воздухоохладители других тепловозных дизелей имеют аналогичный принцип работы и различаются лишь конструктивным исполнением. Все они представляют собой водовоздушные теплообменники трубчатого типа с оребрением.

7. Воздухоочиститель

Воздух, поступающий в цилиндры тепловозного дизеля, необходимо очистить от пыли и влаги. Для этого на тепловозах устанавливают специальные воздухоочистители. Тепловозные воздухоочистители должны быть компактны, должны обеспечивать малое сопротивление проходу воздуха, высокую степень очистки, способность задерживать мелкую пыль, а также удобство и простоту обслуживания.

На тепловозах применяют различные по принципу действия и конструкции воздухоочистители: сетчатые, циклонные, набивные, маслопленочные. На большинстве тепловозов (2ТЭ10М, ТЭМ2, ТЭП70 и др.) устанавливают унифицированные самоочищающиеся маслопленочные воздухоочистители непрерывного действия, обеспечивающие высокую степень очистки и небольшое гидравлическое сопротивление проходу воздуха. На тепловозе ТЭП70 (рис. 10) так же, как и на тепловозе 2ТЭ10В, воздухоочистители установлены в машинном помещении на правой и левой стенках кузова. В сварном корпусе 2 воздухоочистителя (рис. 10), обшитом металлическими листами, размещены вращающаяся 3 и неподвижные 6 фильтрующие кассеты. Первая ступень очистки -- вращающаяся кассета -- представляет собой сварной круглый каркас, в который помещены четыре секторообразных съемных фильтра (секции), изготовленные из стальной тканой сетки с различным диаметром проволоки и размером ячеек. Во время работы кассета вместе с секциями вращается вокруг оси 4 и секции по очереди устанавливаются против проема в стенке кузова, через который забирается воздух из окружающей среды; в этом проеме установлены створки жалюзи 10. В нижней части воздухоочистителя имеется масляная ванна, в которую при работе тепловоза по очереди погружаются фильтрующие секции. При этом загрязненная секция промывается и одновременно покрывается масляной пленкой, а пыль оседает в масляной ванне; после выхода секций из ванны лишнее масло стекает вниз. Когда очищенная секция при вращении кассеты 3 поднимется вверх и установится против проема в стенке кузова, она начнет выполнять роль воздушного фильтра: через нее проходит поток запыленного воздуха, засасываемого турбокомпрессорами. Кассета 3 с фильтрующими секциями при работе дизеля непрерывно поворачивается и процесс замены фильтрующих элементов и дальнейшей очистки их в масляной ванне все время повторяется.

Рис. 10. Расположение воздухоочистителей на тепловозе ТЭП70:

1 -- конус воздухоочистителя; 2 -- жалюзи на кузове; 3 - жалюзи на корпусе воздухоочистителя; 4 -- привод жалюзи; 5 -- металлический патрубок: 6 -- резиновый патрубок; 7 воздушные трубопроводы

Фильтрующие секции набраны из металлических проволочных сеток, заключенных в стальную рамку. Секции вращающейся кассеты состоят из 14 сеточных слоев с размером ячейки 3,2X3,2 мм; их укладывают со смещением через одну, чтобы уменьшить площадь проходного сечения в направлении потока воздуха и повысить эффективность процесса очистки. Неподвижные фильтрующие кассеты 6 также набраны из проволочных сеток (18 слоев) с размером ячеек 1,6x1,6 мм. Проходя последовательно через извилистые каналы набора сеток всех ступеней очистки, воздух изменяет направление движения, а частицы пыли сталкиваются с проволочками фильтрующих сеток, которые покрыты слоем масла. Попавшие на проволочки частицы пыли задерживаются масляной пленкой, и таким образом совершается процесс очистки воздуха. По ободу колеса вращающейся кассеты приварена металлическая зубчатая лента. Вращение кассеты позволяет значительно повысить пылеемкость очистителя, практически не влияя на его гидравлическое сопротивление.

Для заливки масла в ванну предусмотрена специальная заправочная горловина, а для спуска масла и конденсата -- сливная труба 1 с краном. Скопившуюся на дне масляной ванны грязь удаляют через люк в нижней части воздухоочистителя во время его очистки и промывки. В период эксплуатации необходимо контролировать уровень масла в корпусе воздухоочистителя по маслоуказателю. Нормально уровень масла должен находиться примерно на середине маслоуказателя. Летом воздухоочистители заполняют дизельным маслом, а в холодное время года (при понижении температуры воздуха ниже --5°С) -- смесью 75% дизельного масла и 25% дизельного топлива. На некоторых тепловозах ТЭП70 и 2ТЭ116 фильтрующие элементы неподвижных кассет состоят из пенополиуретановых промасляных пакетов, вставленных в алюминиевую рамку между двумя металлическими сетками. В случае пылевых бурь для дополнительной очистки воздуха на тепловозах 2ТЭШВ предусмотрена установка наружных сетчатых кассет 11.

Створки жалюзи в проеме стенки кузова (см. рис. 11) имеют ручной привод из машинного помещения. В теплое время года жалюзи должны быть открыты, и воздух поступает из окружающей среды. При снегопадах, во время дождя и пыльных бурь, а также при температуре наружного воздуха ниже +5°С необходимо перейти на забор воздуха из дизельного помещения. Для этого нужно открыть боковые дверки на корпусе воздухоочистителя, а затем закрыть жалюзи. Привод жалюзи сблокирован с боковыми дверками так, что работа с закрытыми одновременно жалюзи и дверками исключается. Забор воздуха из дизельного помещения допускается также при длительных стоянках тепловоза. При заборе воздуха из кузова тепловоза он очищается только в неподвижных фильтрующих кассетах. После воздухоочистителей воздух по патрубкам и далее по прорезиненным компенсирующим устройствам поступает к всасывающим каналам турбокомпрессоров дизеля.

Рис. 11 Унифицированный воздухоочиститель непрерывного действия:

1 - труба сливная; 2 корпус; 3 кассета вращающаяся; 4 ось; 5 -колесо; 6 кассета неподвижная: 7 -- зажим: 8 -- люк для выемки колеса; 9 - проем; 10 створки жалюзи; 11 - кассета наружная дополнительной очистки воздуха

Эффективность очистки воздуха в воздухоочистителях оценивается отношением количества пропущенной пыли к общему количеству пыли, поступившей в очиститель с воздухом. Для маслопленочных воздухоочистителей непрерывного действия этот коэффициент составляет 1,5--2%. Аэродинамическое сопротивление такого воздухоочистителя примерно 800 Па (80 мм вод. ст.); размеры механических частиц, пропускаемых этими воздухоочистителями к турбокомпрессорам, не превышают 1 мкм.

Заключение

В ходе написания работы были изучены основные узлы и схемы систем воздухоснабжения.

Система воздухоснабжения дизеля предназначена для забора воздуха, его очистки, охлаждения (подогрева) и нагнетания в дизель. К показателям работы системы воздухоснабжения прежде всего относят эффективность очистки воздуха от пыли, влаги и других примесей, гидравлическое сопротивление и пылеемкость воздухоочистителя.

Список используемой литературы

1. Дробинский В.А., Егунов П.М. Что такое тепловоз // Как устроен и работает тепловоз. -- 3-е изд., переработанное и дополненное. -- М.: Транспорт, 1980. -- С. 7--30.

2. Якобсон П.В. Первые проекты тепловозов // История тепловоза в СССР. -- М.: Всесоюзное издательско-полиграфическое объединение Министерства путей сообщения, 1960. -- С. 11--23.

3. Шелест В.П., Шелест П.А. Введение // Тепловозы (итоги и перспективы). -- М.: Знание, 1971. -- С. 3--11.

4. Гаккель Е.Я. Введение, Прогрессивные виды электрической передачи // Электрические машины и электрооборудование тепловозов. -- 3-е изд. -- М.: Транспорт, 1981. -- С. 3--5, 247--249.

5. Сотников Е.А. Двигатель внутреннего сгорания приходит на железную дорогу // Железные дороги мира из XIX в XXI век. -- М.: Транспорт, 1993. -- С. 32--40. -- ISBN 5-277-01050-5

6. Журнал «Локомотив», №1--10 2007 год

Размещено на Allbest.ru