XI. Система наддува дизеля и выпуска газов

Для нормальной работы дизеля не­обходимо обеспечивать подачу возду­ха в его цилиндры и выпуск из них отработавших газов. Наполнение ци­линдров воздухом может осуществ­ляться как за счет разрежения, созда­ваемого движущимися в цилиндрах поршнями, так и за счет подачи возду­ха в цилиндры под давлением, превы­шающим атмосферное. Во втором слу­чае, т. е. с применением наддува, масса воздуха, заполняющего цилиндр, зна­чительно больше, что позволяет сжи­гать больше топлива за каждый цикл и повышать мощность дизеля при со­хранении его габаритов.

Для нагнетания воздуха в цилиндры дизеля используется специальное обо­рудование, различающееся между со­бой по приводу и принципу действия. Сжатие воздуха всегда сопровождается повышением температуры, что приво­дит к снижению его плотности. Это не­желательно, так как одновременно уменьшается масса воздуха в цилинд­рах дизеля (воздушный заряд). Охлаж­дение сжатого воздуха можно произво­дить в промежуточных теплообменни­ках, расположенных между нагнетате­лем и воздушным коллектором. В систему наддува дизеля K6S310DR вхо­дят турбонагнетатель, воздушные фильтры, охладитель наддувочного воздуха и впускной коллектор.

Отработавшие в цилиндрах газы выбрасываются в атмосферу, но перед выбросом они отдают часть своей энергии на привод ротора турбонагне­тателя. Отвод газов от цилиндров ди­зеля осуществляется через цилиндро­вые крышки и два выпускных коллек­тора, имеющих надежную теплоизо­ляцию.

Турбонагнетатель

Назначение и устройство. Турбонаг­нетатель (рис. 76, а) предназначен для подачи воздуха под давлением в цилин­дры дизеля. На номинальном режиме ра­боты давление наддувочного воздуха до­стигает 0,06 МПа (0,6 кгс/см2), а подача — 6550 м /ч (при частоте вращения ротора турбонагнетателя 18 800 об/мин). Уста­новка турбонагнетателя позволила по­высить мощность дизеля с 556 до 994 кВт (с 750 до 1350 л. с), одновременно улуч­шив охлаждение и очистку цилиндров от отработавших газов.

На дизеле K6S3I0DR установлен турбонагнетатель типа PDH50V, представляющий собой объединенные в одном агрегате центробежный на­гнетатель воздуха и аксиальную тур­бину. Используя энергию выпускных газов, турбина обеспечивает привод рабочего колеса нагнетателя. С целью уменьшения габаритных размеров аг­регата колеса турбины и нагнетателя укреплены на общем валу и образуют ротор турбонагнетателя, опирающий­ся на быстроходные шариковые под­шипники.

Неподвижная часть турбонагнета­теля (статор) состоит из трех корпу­сов: входного 6, турбинного 9 и воз­душного 16, соединенных цилиндри­ческими фланцами.

Входной корпус 6 соединен с двумя выпускными коллекторами и имеет каналы для прохода выпускных газов к турбине, расположенной в среднем (турбинном) корпусе 9.

Патрубки коллекторов уплотнены в каналах входного корпуса тремя чу­гунными жаропрочными кольцами. Такое телескопическое соединение коллекторов с турбонагнетателем по­зволяет сохранять достаточную плот­ность и прочность конструкции при любых температурных линейных де­формациях коллекторов. Продукты неполного сгорания топлива (а иногда даже масла), скопившиеся в коллекто­рах, просачиваются через зазоры в со­единениях патрубков с турбонагнета­телем, попадают в ванночку и стекают по дренажной трубе, выведенной в ра­му тепловоза. Ванночка при помощи двух болтов подвешена к торцу вход­ного корпуса.

Входной 6 и турбинный 9 корпусы, соприкасающиеся с горячими выпуск­ными газами, отлиты из чугуна и име­ют водяные полости для охлаждения водой, циркулирующей в основном контуре. Подвод воды из напорного коллектора осуществляется через нижние, а отвод — через верхние штуцера корпусов, причем из турбин­ного корпуса вода выходит через два верхних штуцера. Охладившая турбонагнетатель вода отводится по тру­бопроводу в коллектор горячей воды.

К торцу входного корпуса, обра­щенному к турбинному, крепят тремя болтами 7 с лепестковыми шайбами сопловой аппарат 8, представляющий собой стальное лопастное колесо. Га­зы, проходящие через сопловой аппа­рат, перед тем как попасть на лопатки турбинного колеса приобретают нуж­ное направление и большую скорость за счет специальной формы непод­вижных лопастей аппарата.

Из турбинного корпуса 9 газы от­водятся через глушитель в выпускную трубу. В верхней части корпуса име­ется прямоугольное отверстие, закан­чивающееся обработанным фланцем для крепления глушителя. Снизу к турбинному корпусу крепят болтами 28 две лапы 27 для установки турбо­нагнетателя на кронщтейн, прикреп­ленный восемью шпильками к задне­му торцу блока цилиндров. Турбонагнетатель закрепляют на кронштейне восемью болтами.

Воздушный корпус 16 центробеж­ного нагнетателя отлит из алюминие­вого сплава и имеет форму улитки. К переднему фланцу корпуса при помо­щи шпилек прикреплен воздушный фильтр 18 с четырьмя сменными кас­сетами 20. В качестве фильтрующего материала используется металличе­ская вата или путанка из капроновых нитей. Подготовленные к работе кас­сеты промасливают и устанавливают на корпусе фильтра 18, закрепляя каждую кассету двумя барашковыми гайками 19. Легкий алюминиевый корпус фильтра имеет перегородки, создающие лабиринт для прохода воз­духа. Внутренние поверхности корпу­са покрыты поролоном, выполняю­щим роль звукоизолятора.

Чтобы ограничить передачу тепла от выпускных газов к нагнетаемому воздуху, между турбинным 9 и воз­душным 16 корпусами имеется тепло­изоляция. Она состоит из стекловаты 26, заключенной в металлический ко­жух 12, который прикреплен болтами к воздушному корпусу. Кожух 12 од­новременно охватывает вал ротора, уменьшая возможность его нагрева и передачи тепла по валу к рабочему колесу нагнетателя.

В воздушном корпусе 16 смонтиро­ваны два диффузора — безлопаточ­ный 15 и лопаточный 24, соединенные между собой восемью болтами 25. Без­лопаточный диффузор 15 направляет воздух, прошедший через воздушные фильтры, на лопатки рабочего коле­са 14.

Лопаточный диффузор 24 служит для направления воздуха, отбрасыва­емого лопастями рабочего колеса, в расширяющийся канал улиткообраз­ного корпуса. За счет формы лопаток диффузора уменьшается скорость на­гнетаемого воздуха и одновременно увеличивается его давление.

Ротор турбонагнетателя (рис. 76, б) состоит из вала 11 и двух колес: тур­бинного 10 и рабочего 14. Диск турби­ны приварен к валу 11, причем плав­ный переход (галтель) от вала к диску обеспечивает достаточную прочность турбины. В диске сделано 45 елочных пазов для крепления лопаток, изго­товленных из жаропрочной стали и имеющих елочные хвостовики. Все лопатки для прочности скреплены бандажной проволокой.

Рабочее колесо нагнетателя состо­ит из двух частей, отлитых из алюми­ниевого сплава. Одна часть колеса — заборник 23 — имеет спиральные ло­пасти, а другая (рабочая) — прямые радиальные, причем переход от спи­ральных лопастей к радиальным вы­полнен плавным. Колесо с помощью шпонки 13 напрессовано на вал до упора в выступ и закреплено кольцом 22, которое насаживается на вал в го­рячем состоянии.

Вал ротора через внутренние втулки 32 (рис. 76, в и г) опирается на быстроходные шариковые подшипни­ки, смонтированные в камерах корпу­сов 33 и 36. Со стороны турбинного колеса расположен один опорный под­шипник 1, а со стороны рабочего коле­са нагнетателя — два опорно-упор­ных подшипника 21. Между наружны­ми кольцами подшипников и корпуса­ми установлены эластичные элемен­ты, состоящие из наружных втулок 35 и пружинного комплекта перфориро­ванных стальных пластин 34, смягча­ющих удары при высокой частоте вра­щения ротора.

Смазывание подшипников осуще­ствляется дизельным маслом, залива­емым в камеры через специальные горловины, которые закрыты пробка­ми 4. Для контроля за уровнем масла в камерах крышки 2 оснащены круг­лыми стеклами 3. При неработающем дизеле уровень масла должен быть выше центра стекла на 4 мм. Для сма­зывания подшипников применены центробежные диски 5, укрепленные на валу ротора. Вращающиеся диски захватывают масло и забрасывают его в корпуса подшипников, после чего масло вновь стекает в камеру.

Уплотнение по валу ротора осуще­ствляется лабиринтами 17 и 31. Лаби­ринт 31 предотвращает попадание вы­пускных газов в подшипник 1 со сто­роны турбинного колеса, а лабиринт 17 не допускает подсоса масла рабо­чим колесом нагнетателя из масляной камеры подшипников 21. Для более надежной защиты подшипника 1 от выпускных газов к лабиринту 31 под­водится воздух под давлением из улиткообразного канала корпуса на­гнетателя по каналам а, бив. Количе­ство нагнетаемого воздуха регулиру­ется винтом 29, ввернутым в корпус. Просочившийся через лабиринт воз­дух не попадает в подшипниковую ка­меру, а выходит в атмосферу через отверстие в корпусе 6, закрытое сет­кой 30.

Работа турбонагнетателя. Отрабо­тавшие газы, выходящие из цилинд­ров дизеля, проходят по двумя выпу­скным коллекторам и поступают во входной корпус 6 турбонагнетателя. Пройдя по каналам входного корпуса, газы через сопловой аппарат 8 выбра­сываются на лопатки турбинного ко­леса 10, приводя его вместе с валом 11 ротора во вращение, и затем через глушитель и выпускную трубу выхо­дят в атмосферу.

Рабочее колесо 14 нагнетателя раскручивает своими лопастями воз­дух. Под действием центробежной си­лы вращающиеся частицы воздуха от­брасываются к периферии, и по цент­ру рабочего колеса создается разреже­ние. За счет разницы давлений происходит подсос воздуха из дизель­ного помещения тепловоза в полость воздушного корпуса 16. Воздух посту­пает в дизельное помещение из атмос­феры через воздушные фильтры, смонтированные на дверях капота, оборудованных жалюзи с неподвиж­ными створками. Далее воздух очища­ется в фильтрующих кассетах 20 са­мого турбонагнетателя.

Очищенный воздух направляется безлопаточным диффузором на лопа­сти заборника 23, захватывается вра­щающимся колесом и попадает в ло­паточный диффузор 24, из которого подается в расширяющийся канал улиткообразного корпуса 16. В диф­фузоре скорость движения воздуха снижается, а давление растет. Воздух под давлением проходит по патрубку в промежуточный охладитель, где от­дает часть тепла воде вспомогатель­ного контура, циркулирующей по го­ризонтальным трубкам охладителя, а затем поступает во впускной коллек­тор. Снижение температуры воздуха увеличивает его плотность и позволя­ет подавать больше воздуха в цилин­дры дизеля, что необходимо для по­лучения хорошей горючей смеси.