2130
правок
Изменения
Перейти к навигации
Перейти к поиску
Строка 96:
Строка 96: + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
→Дизели типа Д100
==Дизели типа Д100==
==Дизели типа Д100==
Дизель Д100 двухтактный, рядный, вертикальный, с противоположно дви жущимися поршнями, двумя коленчатыми валами, прямоточно-щелевой про дувкой, непосредственным впрыском топлива. Для продувки дизеля 2Д100 применяется приводной объемный нагнетатель.
Газотурбинный наддув в дизелях 1 ОД 100 комбинированный (двухступен чатый). Первая ступень сжатия воздуха производится в двух турбокомпрессорах типа ТК34, использующих энергию выпускных газов дизеля. Затем воздух поступает во вторую ступень сжатия — центробежный нагнетатель, имеющий привод от верхнего коленчатого вала дизеля через редуктор. Чтобы снизить тепловую напряженность цилиндро-поршневой группы, а также увели чить воздушный заряд цилиндра, воздух перед поступлением в воздушный ре сивер дизеля проходит через два параллельно работающих воздухоохладителя.
В дизеле 10Д100 за счет энергии выпускных газов обеспечивается 74% мощности, необходимой для полного сжатия наддувочного воздуха. Остальные 26% мощности приходится снимать с коленчатого вала дизеля.
Рассмотрим на примере дизелей типа Д 100 изменение параметров рабочего процесса при форсировании его наддувом, а также влияние рабочего процесса на экономичность и надежность работы тепловозных дизелей в эксплуатации.
Дизели типа Д100 отличаются высоким качеством очистки и наполнения ци линдра воздушным зарядом. Благодаря расположению продувочных и выпуск ных окон по концам цилиндров и опережению выпускным поршнем продувоч ного на 12° угла поворота кривошипа обеспечивается достаточное время— сече ния впускных и выпускных органов, хорошее наполнение и очистка цилиндров, возможность получения фазы, когда после закрытия выпускных окон остаются открытыми продувочные и происходит дозарядка цилиндра воздухом. Фазы газораспределения дизелей типа Д100 (рис. 164) остаются неизменными для мощностей от 147 до 220 кВт в цилиндре. Исключение составляет угол опере жения впрыска топлива, который с ростом мощности в цилиндре уменьшается.
Технические данные, приведенные в табл. 24, характеризуют рабочий про цесс тепловозных модификаций дизелей типа Д100. Все они имеют степень ежа тия действительную 15,1 и геометрическую 18,6. Порядок работы цилиндров 1—6—10—2—4—9—5—3—7—8 как для 2Д100, так и для 10Д100 сохраняется.
В дизелях типа Д100 имеет место наиболее интенсивное по сравнению с другими двухтактными дизелями (например, 11Д45 и др.) удаление из цилиндра отработанных газов, что является результатом весьма резкого нарастания сечений выпускных окон, открываемых поршнем. К моменту, соответствующему минимуму давления в цилиндре, количество газа, вышедшего из цилинд ра, составляет 40% количества газов в начале выпуска. Рабочий процесс ди зеля Д100 протекает при интенсивном вихревом движении воздуха в цилиндре,остигающем в момент продувки ПО м/с. Продувочные окна имеют тангенци альный наклон и расположены под углом 24°, а также небольшой наклон к вер тикальной оси цилиндра. Процесс продувки характеризуется относительно не большим коэффициентом избытка продувочного воздуха = 1,3. Коэффи циент остаточных газов для дизелей типа Д100 оценивается значением у = 0,06 на номинальном режиме. Величина у возрастает на холостом ходу при = = 400 об/мин до 0,112. Давление в цилиндре в начале сжатия в среднем при мерно равно давлению в продувочном ресивере. К моменту геометрического начала впрыска топлива в процессе сжатия сохраняется интенсивное вихревое движение воздуха со скоростью около 60 м/с. Исследование [14) показало, что в дизеле 2Д100 уже при наличии в конце сжатия тангенциальных скоростей вихря около 40 м/с впрыснутое (двумя расположенными друг против друга форсунками) топливо успевает до начала горения распространиться по всему сечению цилиндра. Таким образом, вихревое движение воздуха обеспечивает наилучшие условия смесеобразования в дизелях типа Д100. Процесс сжатия характеризуется средним показателем политропы = 1,33. За 16° до в.м.т. по углу поворота нижнего коленчатого вала у дизеля 2Д100 плунжер топливно го насоса перекрывает окно гильзы насоса (так называемый геометрический угол опережения подачи топлива). В действительности поступление топлива в цилиндр начинается за 10° до в. м. т. За цикл в цилиндр дизеля 2Д100 на мощ ности 147 кВт подается 0,7 г топлива. Хорошо организованное смесеобразова ние, а также высокая температура и давление воздуха в период впрыска топ лива способствуют уменьшению периода задержки самовоспламенения топ лива. Величина этого периода составляет около 7° по углу поворота кривоши па, или 0,0144 с. Максимальное давление сгорания достигается примерно при угле 6° после в. м. т. Кривая выделения теплоты на участке процесса сгорания нарастает круто, и к 30° угла поворота кривошипа после в. м. т. выделяется 82% вводимого с топливом тепла. Это соответствует коэффициенту эффектив ного выделения тепла 5 = 0,75. Средний показатель политропы расширения для дизеля 2Д100 пр = 1,25, а для дизеля 10Д100 пр = 1,22.
Приведенные в таблице данные позволяют проследить изменения рабочего процесса при повышении цилиндровой мощности с 147 до 162 и 220 кВт за счет газотурбинного наддува. Наддув увеличен с 0,132 соответственно до 0,172 и 0,221 МПа. Одновременно введено охлаждение воздуха до 60° С (вместо 69°С без охлаждения воздуха), увеличена цикловая подача топлива на 20 и 40%.
При этом коэффициент избытка воздуха а ц в цилиндре возрос с 1,85 до 2,05 и 2,0. Охлаждение воздуха перед поступлением в цилиндры дизеля и значитель ное увеличение а позволили практически сохранить, а на режиме 162 кВт да же снизить температуры газов на участке сгорания— расширения. Соответ ственно несколько снизились, как показали измерения, температуры поршней и цилиндровых втулок.
Несмотря на уменьшение угла опережения подачи топлива с 16 до 10° угла поворота кривошипа, максимальное давление сгорания несколько повы силось — с 8,5 до 10,0 МПа. Однако жесткость процесса сгорания уменьшилась: степень повышения давления X с 1,76 до 1,44 и 1,2, а скорость нарастания давления Др/Д<р с 0,35 до 0,2 МПа. Индикаторный к. п. д. дизеля на мощности 162 кВт сохраняется и незначительно уменьшается при форсировании до 220 кВт в цилиндре. Эффективный к. п.д. повышается за счет роста механи ческого к. п. д., а расход топлива достигает 228—224 г/(экВт-ч). Таким образом, форсирование мощности в 1,5 раза произведено в дизелях типа Д100 без существенного увеличения как тепловой, так и механической напряженности, что имеет большое значение для сохранения моторесурса и надежности дизелей.
В табл. 24 даны характеристики рабочего процесса дизелей 2Д100, 2Д100М (модернизированного) и 10Д100, отражающие оптимальные соотношения между эффективностью индикаторного процесса и температурным состоянием деталей цилиндро-поршневой группы.
В условиях эксплуатации эти соотношения могут нарушаться. Внешними признаками нарушения протекания рабочего процесса является снижениемаксимального давления сгорания р2, повышение температуры выпускных газов по цилиндрам и перед турбокомпрессором, уменьшение перепада давле ний р?’р т . Отношение р*!рч характеризует гидравлическое сопротивление дизеля. От расхода воздуха через дизель, который практически однозначно определяется этим отношением, зависит и скорость его движения в цилиндре, т. е. скорость вихря. Различие температур выпускных газов по цилиндрам свидетельствует о разнице нагрузок по цилиндрам и не должно выходить за установ ленный предел 55° С. Разность рг по цилиндрам не должна превышать 0,7 МПа, зависит от угла опережения впрыска топлива и состояния топливной аппаратуры.
Попытки улучшить индикаторный к. п. д. дизеля Д100 путем изменений топливной аппаратуры, степени сжатия и т. п. не дали положительных ре зультатов. Наоборот, рядом работ доказано, что дизели типа Д100 имеют зна чительные резервы повышения экономичности за счет повышения механического к. п. д. при сохранении уровня индикаторного к.п.д. На дизелях 10Д100 повышение может быть достигнуто отключением нагнетателя II ступени на мощностях, близких к номинальным. Дизели типа Д100 имеют ряд конструк тивных особенностей и отвечают требованиям ГОСТ 10150—75.
[[Файл:10Д100.jpg|200px|thumb|right|Дизель 10Д100:
1 — поддизельная рака; 2 ~ блок-картер; 3 — плита жесткости; 4 — выпускной коллектор: В — ша тун; 6 — воздухопровод; 7 — масляный коллектор верхний; 8 — подвод масла к подшипнику ко ленчатого вала; 9 — коленчатый вал верхний; 10 — подвеска коленчатого вала; 11 — вал топливных насосов; 12 — поршень верхний; 13 — водяной патрубок; 14 — водяной коллектор; 15 - топливный насос; 16 форсунка; 17 — втулка цилиндра; 18 — подвод воды; 19 — поршень ннжвий; 20 — коллектор масляный]]
Остовом дизеля 10Д100 служит сварной блок-картер 2. Нижний коленчатый вал опережает верхний на 12°, вследствие чего он передает примерно 70% всей мощности. От верхнего коленчатого вала приводятся в движение компрессор, кулачковые валы топливных насосов, а остальная мощность передается на нижний вал через вертикальную передачу. На нижнем коленчатом валу установлен маятниковый антивибратор для устранения резонансных крутильных колебаний на рабочих режимах. Для провертывания коленчатых валов имеется валоповоротный механизм.
Топливная система состоит из отдельного топливоподкачивающего шестеренного насоса, 20 индивидуальных топливных насосов, 20 форсунок закрыто го типа со щелевыми фильтрами и топливных фильтров. В дизелях 2Д100, 10Д100, несмотря на различные уровни форсирования, оказалось возможным использовать 85—90% серийных унифицированных деталей и узлов.
Регулирование частоты вращения осуществляется всережимным центро бежным непрямого действия с гидравлическим серводвигателем и изодромной обратной связью регулятором, вынесенным на боковую сторону дизеля вместе с приводом. Частоту вращения изменяют дистанционно с помощью электропневматического или электрогидравлического устройства. На дизелях 10Д100 ус тановлен объединенный регулятор нагрузки и частоты вращения. Регулятор предельной частоты вращения центробежного типа смонтирован на одном из кулачковых валов и служит для остановки дизеля путем выключения подачи топлива в случае превышения 930—960 об/мин.
Система смазки циркуляционная под давлением 0,18—0,35 МПа на входе в дизель. В систему смазки включены регулирующие клапаны, манометры и термометры, а также реле, которые сбрасывают нагрузку при давлении масла в верхнем коллекторе дизеля ниже 0,1—0,11 МПа и останавливают его при падении давления ниже 0,05 МПа. Система охлаждения водяная принудитель ная замкнутого типа. Циркуляция воды в дизеле обеспечивается водяным на сосом центробежного типа, который подает ее на охлаждение выпускных кол лекторов и цилиндровых втулок. Из верхней, части водяных рубашек цилиндровых втулок вода поступает в водяной коллектор и далее в холодильник, установленный отдельно от дизеля. В систему охлаждения включено термореле, которое автоматически сбрасывает нагрузку при температуре воды на выходе из дизеля более 92°С. Пусковое устройство электрическое от аккумуляторной батареи с использованием генератора в качестве пускового электродвигателя.
Можно отметить такие особенности и преимущества конструкции дизелей типа Д100 и подобных им, как: 1) отсутствие газового стыка, который может яв ляться слабым местом в двигателе при высоком давлении вспышки; 2) возможность взаимного уравновешивания сил инерции и моментов поступательно движущихся масс кривошипных механизмов (если не учитывать угол сдвига фаз верхнего и нижнего коленчатых валов); 3) использование эффекта большого хода поршня (без увеличения его средней скорости в результате противопо ложно движущихся двух поршней в цилиндре); 4) отсутствие усилий, которые обычно стремятся оторвать крышку цилиндра. Цилиндровая втулка здесь раз гружена от осевых усилий. На базе дизеля 10Д100 может быть создан дизель мощностью 2650—3000 кВт в 12-цилиндровом исполнении.
Недостатком конструкции дизелей с встречно движущимися поршнями является повышенная тепловая напряженность нижнего поршня. Этот поршень все время соприкасается с выпускным газом, вытекающим с большой скоростью из выпускных окон. Срок их службы в значительной степени зависит от качества рабочего процесса в эксплуатационных условиях. Наличие двух коленчатых валов усложняет и утяжеляет дизель, увеличивает число подшипников И Др.
==Дизели типа 11Д45 и 14Д40==
==Дизели типа 11Д45 и 14Д40==
==Дизели Д50 и K6S310DR==
==Дизели Д50 и K6S310DR==