Устройство и основные характеристики дизеля типа д-49

Мощностной ряд четырехтактных дизелей типа Д49 (ЧН 26/26) включает восьми-, двенадцати-, шестнадцати- и двадцатицилиндровые модификации дизелей мощностью от 585 до 4410 кВт. Дизели этого ряда предназначены для применения на магистральных и маневровых тепловозах, передвижных электростанциях, на стационарных буровых и судовых установках. Мощностной ряд дизелей типа Д49 позволяет заменить весьма многочисленные устаревшие модели однотипными дизелями с высокой степенью унификации и лучшими экономическими показателями. Все дизели типа Д49 имеют диаметр цилиндра и ход поршня равными 260 мм, угол развала между цилиндрами в У-об-разной модели 42°.

Наибольшее применение дизели типа Д49 получили на железнодорожном транспорте. Мощностной диапазон, обеспечиваемый восьми-, двенадцати-, шестнадцати- и двадцатицилиндровыми моделями тепловозных дизелей типа Д49, позволяет применять эти дизели для маневровых и магистральных тепловозов. Освоенные и планируемые мощностные диапазоны для каждой модели дизелей определяются средним эффективным давлением и частотой вращения коленчатого вала (от 750 до 1100 об/мин). Степень унификации деталей между моделями ряда равна 87 %. Все основные узлы дизелей, определяющие сроки службы между ремонтами (цилиндро-поршневая группа, шатунно-кривошипный механизм, клапанный механизм, топливная аппаратура, подшипники коленчатого вала, фильтры и др.), одинаковы для всех модификаций. Высокая унификация внутри ряда позволила использовать автоматические линии, специальные агрегатные станки и другое оборудование. При создании и доводке дизелей типа Д49 были использованы лучшие конструктивные решения, проверенные в длительной эксплуатации на отечественных дизелях 11Д45 и Д100, а также учтен опыт крупнейших зарубежных фирм в области дизелестроения.

­­­­­­Клапанный механизм управляется общим для правого и левого рядов дизеля распределительным валом, а в приводе клапанов для уменьшения зазоров установлены гидротолкатели. Поршни составной конструкции охлаждаются маслом. Топливная форсунка вынесена из полости клапанного механизма, весь топливный трубопровод расположен вне системы смазки.

Все основные узлы и трубопроводы системы масла расположены на дизеле. Выпускные коллекторы охлаждаются водой и имеют экранирующую жаровую трубу. Конструктивное исполнение узлов дизеля позволяет применять высокотемпературное охлаждение. На большинстве модификаций дизелей регуляторы частоты вращения и мощности имеют устройства, корректирующие подачу

Для обеспечения высокого ресурса основных деталей дизелей широко применены современные методы химико-термической обработки и гальванические покрытия (цементация, азотирование, хромирование и другие методы). В производстве дизелей применены прогрессивные технологические процессы и высокопроизводительное оборудование: контактная стыковая электросварка картера блока, электрофизические и электрохимические методы обработки деталей топливной аппаратуры и турбокомпрессоров, суперфиниширование подшипниковых поверхностей валов алмазной лентой, алмазное растачивание, парное шлифование и т.д

При создании мощностного ряда дизелей типа Д49 был выполнен комплекс опытно-конструкторских и научно-исследовательских работ, натурных испытаний узлов и дизеля в целом. Большое внимание уделено вопросам механической и термической прочности новых двигателей. Долговечность наиболее ответственных узлов двигателей оценивалась на специальных установках для проведения усталостных испытаний натурных образцов блока цилиндров, коленчатых валов, шатунов и других узлов. Усталостные испытания при нагружении усилиями, значительно превышающими рабочие усилия, с соблюдением схем действительного нагру-жения явились эффективным средством оценки запасов прочности основных узлов.

Долговечность термически напряженных деталей сложной формы (крышка цилиндра, поршень и др.) определялась в процессе ускоренных испытаний на дизелях, позволявших имитировать темпы накопления остаточных напряжений в условиях эксплуатации. Все основные и базовые модели дизелей типа Д49 в процессе доводки и при сдаче заказчикам проходили испытания по ускоренной 840-часовой программе. Испытания осуществлялись с помощью управляющей ЭВМ «Днепр». На дизелях типа Д49, применяемых на магистральных тепловозах, достигнут ресурс до первого осмотра поршней 250-300 тыс. км пробега, а на дизелях, устанавливаемых на маневровых тепловозах, 15-20 тыс. ч.

ТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА ТЕПЛОВОЗА

Назначение и условия работы системы. Топливная система предназначена для хранения дизельного топлива и подачи его к топливной аппаратуре (насосам высокого давления) дизеля. Во внешнюю топливную систему дизеля любого тепловоза входят топливные баки, топли-воподкачивающие насосы и трубопроводы.

Топливная система должна обеспечивать бесперебойную подачу топлива для работы дизеля в любых возможных режимах его эксплуатации. Дизельное топливо при транспортировке и последующем хранении может загрязняться, в него может попадать пыль из воздуха. Возможно засорение дизельного топлива и при экипировке тепловозов, особенно если заправка топливного бака производится одновременно с набором песка или после этой операции.

Для надежной эксплуатации дизеля необходима постоянная и тщательная очистка топлива, и поэтому в топливную систему дизеля для этой цели обязательно включают топливные фильтры.

Вязкость дизельного топлива сильно возрастает при понижении температуры. Во избежание затруднений в подаче «загустевшего» топлива в зимних условиях (ведь топливный бак размещен снаружи тепловоза под его рамой) в топливные системы обязательно включают устройства для подогрева топлива - топли воподогреватели.

МАСЛЯНАЯ СИСТЕМА ТЕПЛОВОЗА

Масляная система (система смазки) дизеля на тепловозе выполняет несколько функций. Главная из них- поддержание необходимого давления масла для обеспечения жидкостного режима трения в подшипниках коленчатого вала и других трущихся узлах дизеля, а также для возможности смазки его цилиндро-поршневой группы.

Кроме того, масляная система служит для охлаждения поршней дизеля и отвода теплоты, образующейся при трении, от смазываемых узлов дизеля и его агрегатов, а также для удаления от рабочих поверхностей трущихся узлов дизеля продуктов их износа.

Для выполнения этих функций масляная система должна быть замкнутой, циркуляционной. Она состоит из внутренней смазочной системы дизеля (она рассмотрена в предыдущей главе) и внешней системы, которая обеспечивает циркуляцию, охлаждение и очистку масла.

Условия работы масляной системы характеризуются несколькими особенностями.

Масло отводит от дизеля значительные количества теплоты, эквивалентные примерно 25 % эффективной его мощности. В то же время температура масла не должна быть слишком высокой (обычно 60-80, максимально до 85 °С).

Масло работает в дизеле в очень тяжелых условиях. В цилиндрах оно соприкасается с горячими газами (температура 1700-2000 °С) нагретыми поверхностями цилиндров и поршней (температура 300-400 °С). При этом масло частично сгорает и коксуется. Часть масла запекается в виде тонкой лаковой пленки на стенках цилиндров и днищах поршней, образуя нагар. При работе дизеля частицы нагара, кокса, сажи, золы под давлением газов из камеры сгорания через зазоры между гильзами, поршнями и поршневыми кольцами попадают в картерное масло и накапливаются в нем.

Масло, в процессе циркуляции стекающее из поршней в картер, разбрызгивается и в мелкораздробленном капельном состоянии, соприкасаясь с воздухом картера, окисляется. При окислении масла в нем образуются как твердые частицы, так и густые смолистые осадки, которые, отлагаясь на стенках маслопроводов, стесняют их сечения и затрудняют циркуляцию масла.

Кроме того, в масло постоянно попадают мелкие металлические частицы, являющиеся результатом износа, истирания поверхностей деталей дизеля и его агрегатов. Они усиливают износ трущихся деталей при циркуляции масла.

Важной особенностью всех твердых частиц любого происхождения, накапливающихся в смазочном масле, является их высокая дисперсность- большинство их имеют размеры не более 1-2 мкм.

В результате накопления твердых частиц, продуктов сгорания и окисления масло ухудшает свои смазочные свойства. Так называемое «старение» масла в процессе работы требует периодической его замены, так как «состарившееся» масло не только не уменьшает износа трущихся деталей дизеля, но и может способствовать его усилению из-за высокого содержания абразивных частиц.

Для продления срока службы масла, для того чтобы оно отвечало своему назначению - уменьшению трения и износа деталей дизеля,- из него необходимо отделять накапливающиеся твердые частицы и осадки. При хорошей очистке срок службы масла может быть продлен в два-три раза с одновременным уменьшением износа деталей дизеля.

Очистка масла в системах смазки тепловозных дизелей осуществляется путем непрерывной его фильтрации. Для надежности очистки система фильтрации масла состоит обычно из нескольких различных фильтров, включенных последовательно или параллельно.

Таким образом, масляная система тепловоза должна включать в себя масляные насосы, охлаждающие устройства, фильтры, трубопроводы, контрольные, регулирующие и защитные приборы. Из-за сложности системы масляные насосы должны развивать достаточно высокое давление (до 0,5-0,8 МПа).Типы масляных систем. Отдельные элементы масляной системы (насосы, фильтры,теплообменники) могут соединяться между собой по-разному, в зависимости от особенностей их конструкции

 

ВОДЯНАЯ СИСТЕМА ТЕПЛОВОЗА

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 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

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

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 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.