Изменения

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.

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.

Газотурбинный наддув в дизелях 1 ОД 100 комбинированный (двухступен­чатый). 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 увели­чить 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.

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.

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.

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.

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%.

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.

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 значительное 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.

Несмотря на уменьшение угла опережения подачи топлива с 16 до 10° угла поворота кривошипа, максимальное давление сгорания несколько повысилось — 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 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.

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 давлений 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.

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.

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.

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 закрыто­го 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.

Топливная система состоит из отдельного топливоподкачивающего шесте­ренного насоса, 20 индивидуальных топливных насосов, 20 форсунок закрыто­го 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.

Регулирование частоты вращения осуществляется всережимным центро­бежным 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.

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.

Можно отметить такие особенности и преимущества конструкции дизелей типа Д100 и подобных им, как: 1) отсутствие газового стыка, который может являться 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 противоположно движущихся двух поршней в цилиндре); 4) отсутствие усилий, которые обычно стремятся оторвать крышку цилиндра. Цилиндровая втулка здесь разгружена 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.

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.