Центробежный очиститель масла

Описанные схемы фильтров более или менее похожи друг на друга и основаны на улавливании твердых частиц с помощью фильтрующего элемента. Центробежные очистители масла (центрифуги) с вращающимся ротором работают по совершенно иному принципу. До сих пор была фильтрация, т. е. процеживание через перегородку, размеры ячеек которой меньше размеров улавливаемых частиц. Центробежная очистка в точном смысле слова не является фильтрацией. Для отделения механических примесей от масла здесь используется центробежная сила, которую приобретает твердая частица при большой частоте вращения.
Так как плотность твердых частиц, содержащихся в движущемся масле, в несколько раз больше плотности масла, то твердые частицы под действием центробежных сил выделяются из потока масла в направлении действия этих сил. Очень важно, чтобы такое выделение (сепарация) осуществлялось достаточно эффективно и быстро. Этого можно достигнуть, если центробежное ускорение твердых частиц во много раз превысит ускорение свободного падения. В тепловозных маслоочистителях центробежного типа твердые частицы испытывают «космические» перегрузки: их масса увеличивается в 2500 раз и более! Для создания таких перегрузок требуется очень большая частота вращения. Как же можно ее получить?
Вспомним, что вращение шара в первом реактивном двигателе, построенном еще за 120 лет до нашей эры Героном Александрийским, происходило благодаря двум трубкам (изогнутым в противоположные стороны), из которых непрерывно вырывался пар: трубки играли роль постоянно действующих ракет, реактивные силы которых и заставляли шар вращаться. Такой же принцип использован для вращения главной детали центрифуги — ротора (рис. 122).

Рис. 122. Центробежный фильтр очистки масла: а - схема работы; б- схема устройства

Ротор, состоящий из корпуса, крышки и двух вертикальных трубок, в нижней части которых укреплены в диаметрально противоположных точках два сопла, насаживается на неподвижную ось (стержень). Для входа неочищенного масла в ротор нижняя часть его неподвижной оси сделана пустотелой и снабжена тремя отверстиями (окнами). Как работает центрифуга?
Неочищенное масло под давлением 0,78—0,98 МПа (8—10 кгс/см2), создаваемым вспомогательным насосом (устанавливается дополнительно, рис. 123), подводится к окнам неподвижной оси ротора и, поступая в полость ротора, заполняет его. Затем оно через вертикальные трубки ротора проходит к двум соплам. По истечении масла из сопел (см. нижнюю проекцию, рис. 122) с большой скоростью создается реактивный вращающий момент, и ротор начинает вращаться на своей оси с частотой вращения более 6000 об/мин (на дизелях типа 10Д100). При вращении ротора масло, протекающее через внутреннюю полость ротора, начинает испытывать действие центробежных сил. Содержащиеся в масле тяжелые частицы, имеющие большую плотность, чем масло, отбрасываются центробежной силой к вертикальным стенкам корпуса ротора и откладываются на них (показано точками). Ротор заключен в сварной корпус.

Рис. 123. Схема размещения центробежного фильтра очистки маслп

Схема включения центробежного маслоочистителя в масляную систему дизеля 10Д100 представлена на рис. 123. Очищенное масло, выброшенное через сопла, попадает по трубе в поддон дизеля.
Центробежная очистка позволяет получать масло, почти полностью очищенное от наиболее опасных тяжелых частиц и механических примесей.

ТОПЛИВНЫЕ ФИЛЬТРЫ

Топливные фильтры служат для очистки дизельного топлива от попавших в него посторонних твердых частиц. В системе топливопровода тепловоза имеются два отдельных фильтра, из которых один (грубой очистки) установлен перед топливоподкачивающим насосом, а другой (тонкой очистки) — перед топливными насосами высокого давления.
На тепловозах старой постройки применяются фильтры грубой очистки топлива, в которых фильтрующим элементом служит хлопчатобумажная пряжа-путанка, набиваемая между внутренними и наружными сетками. Этот фильтр называется сетчатонабив-ным. Однако он имеет недостаток: после определенного пробега тепловоза пряжу-путанку приходится заменять. Более совершенным является фильтр, изображенный на рис. 124.

Рис. 124. Фильтр грубой очистки топлива

На стакан (каркас гофрированной формы) намотана латунная лента (проволока), между витками которой оставлены щели шириной 0,07 мм. Поэтому такой фильтр часто называют проволочно-щелевым. Топливо под разрежением, создаваемым топливопрокачивающим насосом, засасывается из полости А и проходит фильтрующие щели. При этом механические частицы, превышающие размер щелей (0,07 мм), остаются на внешней стороне стакана. Чтобы увеличить фильтрующую поверхность, проволока наматывается не на один стакан, а на два — наружный и внутренний. Пройдя стаканы, очищенное топливо направляется в полость Б и далее во всасывающую трубу топливопрокачивающего насоса. Усилием пружины фильтрующий элемент прижимается к корпусу. Достоинством описанного фильтра является то, что грязь на его стаканах легко смывается при ремонте тепловоза.
Фильтр тонкой очистки топлива состоит из четырех одинаковых секций (рис. 125), расположенных в общем корпусе и закрываемых колпаками.

Рис. 125. Фильтр тонкой очистки топлива

Рассмотрим устройство секции. В центральной части ее размещен стержень, ввернутый в корпус фильтра. На стержень надет фильтрующий элемент (стакан), внутри которого находится свернутая (в гофр) фильтровальная бумага. Гофрированная поверхность бумаги позволяет, как это нетрудно догадаться, значительно увеличить площадь ее соприкосновения с топливом. Чтобы бумага не порвалась, она установлена в картонный каркас. Топливо, поступающее в фильтр, через отверстия в картонном каркасе направляется к фильтровальной бумаге, поры которой задерживают частицы топлива размером более 3—4 мкм. Таким образом, дизельное топливо может выйти из фильтра, только пройдя гофрированную бумагу. После этого топливо попадает в канал центрального стержня, затем в канал нижней части корпуса фильтра и далее к топливным насосам дизеля.
Надетый на стержень фильтрующий элемент уплотняется с торцов резиновыми прокладками, которые поджимаются пружиной. Степень затяжки пружины регулируется гайкой. После определенного срока службы фильтрующий элемент снимают и заменяют новым.
Топливные фильтры грубой и тонкой очистки отличаются между собой устройством фильтрующих секций. Общим является то, что как в том, так и в другом имеется несколько фильтрующих элементов (секций), включенных между собой параллельно. Благодаря этому дизельное топливо проходит одновременно через все секции фильтра, что уменьшает сопротивление проходу масла.

ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛИ

Что было бы, если бы в цилиндры дизеля засасывался атмосферный воздух в том виде, в каком он существует в природе? Возьмем самый благоприятный случай. Пусть тепловоз мчится в ясную погоду по самому лучшему железнодорожному полотну с балластным слоем из щебня. В этом случае запыленность воздуха на уровне воздухозаборных отверстий дизеля, конечно, меньше, чем при движении по рельсовому пути с песчаным балластом. И все же каждый кубометр воздуха в среднем содержит от 0,0025 до 0,01 г пыли. На первый взгляд это ничтожно мало. Но если учесть, что потребность в воздухе дизеля 1 ОД 100 мощностью 2200 кВт (3000 л. с.) достигает 400 м3/мин, или 24 000 м3/ч, то за 1 ч в цилиндры дизеля сможет попасть 0,01X24 000=240 г, а за 4 ч около килограмма пыли. А ведь тепловозу нередко (например, на Среднеазиатской дороге) приходится работать и во время песчаных бурь, когда в воздухе содержится до 0,4 г/м3 пыли. В этих условиях за 4 ч дизель на полной мощности засосет 0,4Х X 24 000X4 = 38 400 г, или 38,4 кг, пыли, т. е. 38 кг твердых минеральных частиц различной формы и размеров.
Легко представить себе, как исцарапают эти частицы зеркало втулки, поверхности колец и других трущихся деталей. Вот почему на всех дизелях устанавливают специальные очистители (фильтры), очищающие воздух от пыли, прежде чем он попадет в цилиндры.
Как устроены и на чем основано действие современных воздухоочистителей? На тепловозах применяются воздушные фильтры разных типов.

Рис. 126. Схема воздухоочистителя тепловоза 2ТЭ10В

Воздух, засасываемый снаружи (рис. 126), поступает в одну из четырех кассет, представляющих собой набор различных проволочных сеток. Сетки задерживают пыль, но недостаточно эффективно. А что если смочить их маслом? В этом случае сцепление частиц пыли с проволокой сеток увеличивается. Чтобы кассеты постоянно смазывались свежим маслом и периодически очищались, их размещают на колесе, нижнюю часть которого погружают в ванну, наполненную маслом. Соединив ось колеса с двигателем, заставляют колесо медленно вращаться. В результате пыль, задержанная соответствующей кассетой, смывается маслом и оседает на дно ванны. Очищенная же от пыли, увлажненная свежим маслом кассета поднимается вверх. Таким образом, масло непрерывно очищает и смачивает кассеты. Такого типа воздухоочиститель получил название фильтра непрерывного действия (ФНД). Дополнительная очистка воздуха и улавливание капель масла осуществляются в неподвижных сетках, установленных, как это видно на рис. 126, за колесом с подвижными кассетами: воздух проходит две ступени очистки и только после этого поступает в турбокомпрессор.
Смачивать кассеты маслом можно не только окуная их в масляную ванну, как это описано выше, но и путем разбрызгивания масла. В этом случае запыленный воздух (рис. 127) через жалюзи проходит по узкому наклонному каналу и над поверхностью масла, находящегося в ванне, делает резкий (на 90°) поворот. От этого крупные твердые частицы пыли по инерции продолжают двигаться в том же направлении и оседают в масляной ванне. Это первая ступень очистки. Мелкие частицы уносятся с небольшим количеством масла к очистительным сеткам, установленным А-образно. Ударяясь о сетки, оно разбивается на мелкие брызги, смачивает сетки и затем стекает в ванну. Мелкие частицы оседают на этих сетках. Так завершается очистка запыленного воздуха во второй ступени.

Рис. 127. Схема работы масляно-инерционного воздухоочистителя

Во время пыльных бурь, что случается в южных районах страны, доступ наружного воздуха в первую ступень воздухоочистителей прекращается.
Машинист закрывает жалюзи воздухоочистителей. При этом более чистый воздух забирается из кузова через специальные окна. Воздух очищается только во второй ступени фильтра. Забор воздуха из кузова тепловоза производится и в зимних условиях при очень низких наружных температурах, снежных метелях.
В результате предотвращается попадание снега в воздушные фильтры. Кроме того, из кузова в дизель поступает подогретый воздух, что благоприятно сказывается на протекании рабочего процесса дизеля, особенно на холостом ходу. Чтобы повысить эффективность фильтрации, на тепловозах 2ТЭ10Л в качестве кассетных фильтров второй ступени применили набивку из пенопласта. Такие фильтры успешно прошли опытную эксплуатацию на Среднеазиатской дороге.

В начало статьи
<< Назад --------------------------------- Дальше >>

 

ВИДЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ

ТРЕБОВАНИЯ К ЭЛЕКТРИЧЕСКОМУ ОБОРУДОВАНИЮ

На тепловозах с электрической передачей тяговый (главный) генератор преобразует механическую энергию двигателя внутреннего сгорания в электрическую для питания тяговых электродвигателей. Полученную от тягового генератора электрическую энергию электродвигатели вновь преобразуют в механическую энергию и приводят во вращение движущие колесные пары локомотива. Такова в самых общих чертах схема электрической передачи тепловозов. Кроме тяговых электрических машин, на тепловозах установлены различные дополнительные электрические генераторы и электродвигатели, электрические аппараты и устройства управления, автоматического регулирования работы отдельных агрегатов, защиты оборудования от недопустимых режимов работы. Тепловозы имеют электрические световые сигналы, прожекторы, систему внутреннего и наружного освещения. Для пуска дизелей, а также действия сигналов, освещения при неработающем дизеле используются аккумуляторные батареи. Агрегаты и устройства электрического оборудования объединены для взаимодействия электрическими цепями, выполненными из проводов различного сечения.
Электрические машины и аппараты в процессе работы нагреваются вследствие потерь энергии в них. Для охлаждения атмосферным воздухом применяют как вентиляторы, установленные непосредственно на валах электрических машин (самовентиляция), так и дополнительные отдельные вентиляторы. В качестве примера на рис. 128 представлено расположение электрического оборудования на тепловозе 2ТЭ10В.

Рис. 128. Расположение оборудования на тепловозе 2ТЭ10 В

Рассмотрим подробнее условия работы и основные требования, которые предъявляются к электрической передаче тепловозов и электрооборудованию в целом.
Передача прежде всего должна обеспечить эффективную работу тепловоза в условиях железнодорожного транспорта. Именно передача позволяет отсоединить дизель от движущих колесных пар при его пуске или движении поезда на «выбеге» перед остановкой, а также на участках пути со спусками. Для плавного трогания поезда с места, устойчивой работы дизеля с помощью передачи машинист может постепенно наращивать силу тяги локомотива вплоть до максимальной, ограничиваемой условиями сцепления колес с рельсами. В передачу введено устройство для быстрого изменения направления вращения (реверсирования) движущих колесных пар локомотива и изменения направления движения без изменения направления вращения коленчатого вала дизеля. Реверсирование дизеля связано со значительным усложнением его конструкции, а главное, требует продолжительного времени. Например, производительность маневрового тепловоза может снизиться в несколько раз, если изменять направление движения путем реверсирования дизеля. Передача реализует заданную машинистом мощность дизель-генератора (в том числе и номинальную) при изменении скорости движения локомотива с поездом в зависимости от профиля пути и других условий.
Не менее важным требованием к передаче является обеспечение экономичной по расходу топлива работы тепловоза. С учетом веса поезда, профиля пути, допустимой скорости движения машинист тепловоза реализует различную мощность дизеля, обычно изменяя частоту вращения коленчатого вала посредством контроллера. Передача должна при каждой установленной машинистом частоте вращения вала обеспечивать такую мощность дизеля, при которой удельный расход топлива будет наименьшим. Таким образом, при снижении мощности дизель будет работать в режимах наибольшей экономичности для каждого значения реализуемой мощности, или, как говорят, работать по экономической характеристике. Выполняя это условие, удается значительно снизить расход дизельного топлива в эксплуатации, так как тепловозы большую часть времени работают на частичной мощности (являющейся частью от номинальной мощности).
Повышение к.п.д. самой передачи также сокращает невосполнимые потери энергии, улучшает использование дизельного топлива, расходуемого тепловозом. Уменьшение потерь в передаче тепловозов всего на 5% эквивалентно экономии в целом на железнодорожном транспорте более 100 тыс. т дизельного топлива в год стоимостью свыше 8 млн. руб.
В настоящее время к. п. д. электрической передачи тепловозов достигает 82—86% при работе на номинальной мощности.
Требования по компактности и ограничению массы электрического оборудования тепловозов обусловлены не только стремлением снизить затраты дефицитных материалов и общую стоимость изготовления тепловозов. Задачи обеспечения непрерывно растущих требований народного хозяйства и населения страны в увеличении грузовых и пассажирских перевозок могут решаться только при условии создания все более мощных локомотивов. При существующих ограничениях осевых нагрузок повышение мощности локомотивов должно сопровождаться снижением удельной металлоемкости основного оборудования. Так, по мере развития отечественного тепловозостроения в послевоенный период от создания тепловозов серии ТЭ1 до выпуска тепловозов типа ТЭ10 удельная масса дизелей была снижена с 23,4 кг/кВт (17,2 кг/л, с.) до 8,8 кг/кВт (6,5 кг/л. с). На перспективных тепловозах ТЭП70, 2ТЭ121 этот показатель дизелей мощностью 2940 кВт (4000 л. с.) доведен до 5,4 кг/кВт (4 кг/л. с). Масса дизеля, являющегося источником механической энергии на тепловозе, составляет 16—19 т. Суммарная масса только тягового генератора и тяговых электродвигателей одной секции тепловоза 2ТЭ10Л, несмотря на все принятые меры по ее снижению, достигает 27,5 т. Поэтому электрооборудование ограничивает, и при том в большей мере, чем дизель, дальнейшее повышение секционной мощности тепловозов. Отсюда вытекает необходимость улучшения показателей по удельной массе и компактности электрооборудования при одновременном обеспечении высокой эксплуатационной надежности.
Железнодорожный транспорт представляет собой единый конвейер. Повреждение, выход из строя оборудования, приводящие к остановке тепловоза в пути следования с поездом, являются недопустимыми. Ведь это повлечет за собой нарушение движения поездов на всей линии. Если тепловоз имеет недостаточную надежность, то он вообще непригоден для железнодорожного транспорта, несмотря на любые другие его высокие показатели. Надежность и достаточная долговечность оборудования тепловозов являются необходимыми условиями повышения экономической эффективности локомотивного хозяйства. Сложность обеспечения высокой работоспособности электрооборудования усугубляется крайне тяжелыми условиями эксплуатации. Так, температура окружающего воздуха меняется от плюс 40—45е до минус 40—55°С. Тепловозы работают и при снежных метелях, и в песчаных бурях. Оборудование при движении локомотива подвергается сильной вибрации, загрязнению — особенно тяговые электродвигатели.
Требования удобства обслуживания в эксплуатации, технологичности ремонта электрооборудования являются очевидными и вытекают из необходимости облегчения труда обслуживающего персонала, снижения трудоемкости, стоимости эксплуатации и ремонта локомотивов.
Только исходя из учета перечисленных требований можно понять особенности устройства, работы электрических машин и другого электрического оборудования тепловозов.