Устройство, принцип работы

  • Марка — 10д100
  • Тактность — 2
  • Расположение цилиндров — однорядное, вертикальное
  • Число цилиндров — 10
  • Диаметр цилиндра, мм — 207
  • Ход поршня, мм — 2 х 254
  • Частота вращения коленчатого вала на номинальном режиме,  — 850 об/мин
  • Полная мощность при:
    • нормальных атмосферных условиях,
    • разряжение на впуске не более 2,94 кПа,
    • противодавление на выпуске не более 0,98 кПа
    • температуре воды на входе в охладитель наддувочного воздуха (45º) — 2206 кВт
  • Минимальная устойчивая частота вращения коленчатого вала на холостом ходу, об/мин — 400±15
  • Порядок работы цилиндров — 1-6-10-2-4-9-5-3-7-8
  • Порядок нумерации цилиндров — со стороны противоположной генератору
  • Направление вращения нижнего коленчатого вала — по часовой стрелке, если смотреть со стороны генератора
  • Рабочий объем цилиндров, м³(л) — 0,1709 (170,9)
  • Степень сжатия действительная — 13,7
  • Средняя скорость поршня, м/с — 7,2

Установленный на тепловозе дизель создан на базе дизеля 2Д100. По конструкции примерно 80% деталей и сборочных единиц дизеля 10Д100 аналогичны деталям и сборочным единицам дизеля 2Д100 Мощность дизеля увеличена до 2206 кВт путем повышения давле­ния надувочного воздуха с 0,03 до 0,13 МПа, его промежуточного охлажде­ния и увеличения цикловой подачи топлива.

Дизель 10Д100— двухтактный, однорядный со встречно движущимися поршнями, непосредственным впрыскиванием топлива, прямоточной продув­кой. Блок цилиндров 9 (рис. 1) установлен на поддизельной раме 25 В верх­ней части блок закрыт крышкой 10 со смотровыми люками и маслоотдели­телями 8 с обеих сторон дизеля. Блок является остовом, где размещены и смонтированы все механизмы и узлы, обеспечивающие работу дизеля. В пе­редней части блока расположен механизм управления, от которого считают номера цилиндров Стороны дизеля (левая и правая) определяются, если смотреть на него со стороны генератора.

В блоке дизеля вертикально в ряд установлены десять втулок цилиндров 34. В каждой из них расположено по два встречно движущихся порш­ня — верхний 33 и нижний 36. В верхней части втулки цилиндра имеются впускные окна, через которые воздух поступает в цилиндр, в нижней части расположены выпускные окна, через которые отработавшие в цилиндре газы поступают в выпускной коллектор, в три отверстия в средней части втулки установлены с помощью соответствующих адаптеров — две форсун­ки 13 и индикаторный кран В верхней части блока в коренных подшипни­ках 31 уложен верхний коленчатый вал 15, а в коренных подшипниках 37 — нижний коленчатый вал 23. Коленчатые валы между собой связаны верти­кальной передачей 16. Нижний вал при вращении опережает верхний колен­чатый вал на 12° Эта связь, кроме синхронизации движения поршней, позво­ляет передавать до 30% мощности от верхнего коленчатого вала нижнему. Установленное опережение нижнего вала обеспечивает соответствующее запаздывание закрытия впускных окон относительно выпускных, чем дости­гается «дозарядка» дизеля свежим воздухом. От нижнего коленчатого вала вся мощность дизеля передается генератору. В нижней части блока по обе стороны расположены герметично закрывающиеся смотровые люки 28, причем пять левых люков и люк закрытия отсека вертикальной передачи имеют предохранительные клапаны, которые в случае повышения давления в картере свыше 0,05 МПа открываются. В передней верхней части блока дизеля на специальном кронштейне установлены два турбокомпрессора 7, к которым от выпускных коллекторов через выпускные патрубки 4 и ком­пенсаторы 6 направляются выпускные газы. Отработавшие в турбокомпрес­сорах газы удаляются через выпускные трубы тепловоза.

Рис. 1  Дизель 10Д100, продольный разрез и поперечный по десятому цилиндру:

1, 17—валы отбора мощности, 2—масляный насос, 3—регулятор частоты вращения, 4—выпускной патрубок, 5—тахометр, 6—компенсатор, 7—турбокомпрессор, 8—маслоотделитель, 9—блок цилиндров, 10—крышка блока, 11—трубопровод воздушный, 12—топливный насос, 13—форсунка, 14—верхний шатун, 15—верхний коленчатый вал, 16—вертикальная передача, 18—нагнетатель второй ступени, 19—воздухоохладитель, 20—валоповоротный механизм, 21—генератор, 22— муфта привода генератора, 23—нижний коленчатый вал, 24—нижний шатун, 25—поддизельная рама, 26—антивибратор, 27—привод масляного насоса и регулятора, 28, 29—смотровые люки, 30— маслопровод, 31, 37—коренные подшипники, 32—распределительный вал, 33, 36— поршни верхний и нижний, 34—втулка цилиндра, 35—водяной патрубок

Воздух через воздушные фильтры с правой и левой стороны тепловоза поступает к всасывающим патрубкам турбокомпрессоров. Сжатый в первой ступени нагнетания, он поступает в расположенные по обе стороны верхней части дизеля воздушные трубопроводы . Отсюда воздух проходит в нагне­татель второй ступени 18, представляющий собой центробежный нагнетатель, приводимый во вращение через редуктор от верхнего коленчатого вала. Редуктор соединен с коленчатым валом торсионом. После дополнительного сжатия в нагнетателе второй ступени и прохождения через воздухоохлади­тели 19, расположенные по обеим сторонам двигателя, воздух поступает в воздушные ресиверы 10 (рис. 2) и далее в цилиндры дизеля.

Для осмотра поршневых колец, очистки ресивера и продувочных окон втулок цилиндров в воздушном ресивере предусмотрены крышки, три из ко­торых имеют предохранительные клапаны, срабатывающие при повышении давления свыше 0,15 МПа. Поршневые кольца нижнего поршня осматри­вают, очищают от нагара коллекторы и выпускные окна втулок цилиндров и выпускных коллекторов через круглые люки с крышками, установленными на асбостальных прокладках. В передней части дизеля от нижнего коленчато­го вала выведен вал отбора мощности 1 (см. рис. 1) для привода вспомога­тельных механизмов тепловоза (вентилятора холодильной камеры, масляного насоса центробежного фильтра, вентилятора охлаждения тяговых электро­двигателей). С этой же стороны на нижнем коленчатом установлен антивибратор 26, гасящий крутильные колебания. В нижней части переднего торца блока расположен корпус приводов. В нем установлен масляный насос 2 системы дизеля и тепловоза. На нагнетательном патрубке масляного насоса имеется штуцер, через который часть масла подается к фильтрам 3 (см. рис. 2), а оттуда идет на смазку деталей турбокомпрессоров. Ниже оси вала отбора мощности слева и справа от него в корпусе приводов располо­жены водяные насосы 1 и 5, осуществляющие циркуляцию воды дизеля и охлаждающей воды контура охладителей надувочного воздуха.

Рис. 2 Дизель 1 ОД 100

а—вид со стороны турбокомпрессора, б—разрез по отсеку управления, 1—водяной насос системы охлаждения дизеля, 2—центробежный фильтр масла, 3—масляный фильтр, 4—водяной коллектор, 5—водяной насос системы охлаждения надувочного воздуха, 6—топливопровод, 7—рукоятка повторного включения механизма предельной частоты вращения, 8—привод валов топливных насосов, 9—механизм управления частотой вращения коленчатого вала дизеля, 10—воздушный ресивер, 11—выпускной коллектор

С левой стороны дизеля над корпусом приводов установлен регулятор частоты вращения 3 (см. рис. 1) и тахометр 5 с кнопкой для его включения. Такое расположение регулятора удобно при регулировке и ремонте, а перио­дические включения тахометра увеличивают срок его службы. Регулятор частоты вращения обеспечивает поддержание заданной частоты вращения коленчатого вала независимо от нагрузки. Привод регулятора и тахометра осуществляется через специальную передачу от нижнего коленчатого вала. С левой стороны блока ниже воздушного ресивера вдоль всего дизеля распо­ложен водяной коллектор, отводящий нагретую воду от всех цилиндров и направляющий ее в водяную систему тепловоза для охлаждения.

В каждом цилиндре дизеля установлено по две форсунки, работающие от своего топливного насоса 12. Топливные насосы прикреплены к нижней части воздушного ресивера по обе стороны каждого цилиндра. Толкатели топливных насосов проходят» через воздушный ресивер и своими роликами упираются в кулачки распределительных валов 32. Дизель оборудован двумя распределительными валами для правого и левого рядов топливных насосов. Они приводятся во вращение от верхнего коленчатого вала через две пара­зитные шестерни привода валов. Подачу топлива устанавливает регулятор частоты вращения при помощи системы тяг, расположенных в отсеке управле­ния, и продольных тяг, соединенных с рейками топливных насосов. Механизм управления имеет серводвигатель, связанный с электропневматическим вен­тилем для отключения десяти либо пятнадцати топливных насосов при работе на холостом ходу.

С правой стороны дизеля на кронштейне крепления турбокомпрессора расположен фильтр тонкой очистки топлива, откуда топливо поступает в топливный коллектор, а затем к каждому топливному насосу высокого давле­ния. На выходе топлива из коллектора установлен клапан, поддерживающий давление в системе 0,15—0,25 МПа. На правой передней части дизеля распо­ложены кнопка аварийной остановки дизеля и рукоятка повторного вклю­чения механизма предельной частоты вращения, связанные с механизмом управления дизеля.

Поддизельная рама или картер — это основание для крепления дизеля. Рама представляет собой жесткую сварную конструкцию, состоящую из продольных листов с поперечным оребрением. Внутренняя часть рамы являет­ся резервуаром для дизельного масла и имеет уклон в сторону генератора, заканчивающийся отстойником. К нижней части отстойника приварен фланец для сливной трубы. Масло, сливающееся из блока дизеля, перед тем как поступить в картер, проходит через сетки 38, предохраняющие масляный насос от попадания посторонних частиц. Сетки гасят пену, а также предотвра­щают унос масла из ванны при движении шатунов. В самой нижней части маслозаборного устройства установлена дополнительная сетка. При осмот­рах и промывке картера предохранительные сетки легко снимают и удаляют через смотровые люки 28. Для замера уровня масла в поддизельной раме с правой стороны имеется щуп.

Нижний коленчатый вал соединен с валом якоря генератора муфтой 22. На ведущем диске муфты нанесена градуировка, определяющая положение внутренних и наружных мертвых точек поршней. С зубчатым венцом муфт при проворачивании дизеля вручную находится в зацеплении поворотного механизма 20. Для предотвращения пуска дизеля с включенным валоповоротным механизмом установлен блокирующий концевой выключатель, разрывающий цепь пуска, если механизм включен.

С левой задней стороны дизеля для контроля давления масла в конце верх­него масляного коллектора имеются два датчика электроманометра. В этом же месте расположены два реле давления масла, одно из которых предназ­начено для сброса нагрузки, а второе — для остановки двигателя при пони­жении Давления масла ниже допустимого. Сброс (резкое уменьшение) нагрузки происходит, если давление масла ниже 0,1—0,11 МПа (при поло­жении контроллера от 12-й позиции и выше). Дизель останавливается при давлении масла меньше 0,05—0,06 МПа. С правой стороны передней части дизеля установлен центробежный фильтр масла 2 (см. рис. 2), работающий при давлении масла 0,8—1,05 МПа Масло в фильтр поступает от специаль­ного насоса, установленного на заднем распределительном редукторе тепло­воза.

Дизель охлаждается водой, циркулирующей при работе водяного насо­са 1. Водяной насос забирает охлажденную воду из системы тепловоза и подает ее через два выпускных патрубка в выпускной коллектор 11, откуда она по патрубкам, расположенным с обеих сторон цилиндровой втулки, поступает в пространство между рубашкой и цилиндровой втулкой. Горя­чая вода отводится через специальные патрубки в коллектор 4 и далее — в водяную систему тепловоза для охлаждения Для охлаждения надувочного воздуха предусмотрен второй замкнутый контур, состоящий из водяного насоса 5, обеспечивающего циркуляцию воды через водовоздушные охлади­тели и секции холодильной камеры тепловоза.

Кинематическая связь приводимых в движение узлов и механизмов дизе­ля 10Д100 показана на рис. 3

Рис. 3 Кинематическая схема дизеля 10Д100

1—предельный регулятор, 2, 33—правый и левый ряды топливных насосов, 3, 34—распределительные валы правый и левый, 4, 18—коленчатые валы верхний и нижний, 5, 13—торсионные валы, 6, 21—пружинные муфты, 7—вал пружинной муфты, 8—вал центробежно фрикционной муфты, 9—фрикционная муфта, 10—вал нагнетателя, 11—рабочее колесо нагнетателя, 12, 14—валы верхний и нижний, 15—валоповоротный механизм, 16—соединительная муфта, 17—тяговый генератор, 19—антивибратор, 20, 23—водяные насосы левый н правый, 22—вал отбора мощности, 24—масляный насос, 25—привод тахометра, 26—муфта разобщительная, 27—тахометр, 28—регулятор частоты вра­щения, 29, 32—шатуны нижний и верхний, 30, 31—поршни нижний и верхний

В двухтактных дизелях полный рабочий цикл (наполнение цилиндра чистым воздухом, его сжатие, сгорание поступившего топлива в цилиндр и расширение газов, а также очистка цилиндра от отработавших газов) происходит за один оборот коленчатого вала. Коленчатый вал дизеля на номинальном режиме имеет частоту вращения 850 об/мин. Следовательно, в каждом цилиндре происходит 850 полных циклов в 1 мин.

Каждый цикл в цилиндре протекает следующим образом: в цилиндровой втулке 2 (рис. 4) во взаимно противоположных направлениях движутся нижний 8 и верхний 5 поршни, которые при помощи шатунов 1 а 11 соединены соответственно с верхним и нижним коленчатыми валами. Между собой они связаны верти­кальной передачей.

Рис. 4 Схема работы шатунно-кривошипного механизма и поршней дизеля 1 ОД 100:

1—шатун верхний, 2—втулка цилиндра; 3—воздушный ресивер; 4—продувочные окна, 5—поршень верхний; 6—камера сгораний; 7—форсунка; 8—поршень нижний; 9—выпускные окна; 10—выпускная коробка; 11—шатун нижний

При сгорании топлива, поступившего через форсунку 7, в камере сгора­ния 6, образованной днищами двух поршней и стенками цилиндровой втулки (положение а), повышается давление до 9,5—10,5 МПа. Под действием давления газов поршни начинают расходиться и через шатуны вращают коленчатые валы. Через 124° от внутренней мертвой точки (в.м.т.) пово­рота нижнего коленчатого вала (положение б) поршень кромкой днища открывает выпускные окна 9. К этому времени энергия газов передана колен­чатым валам дизеля. Отработавшие газы под давлением, превышающим атмосферное, через выпускные окна 9 устремляются по двум отверстиям выпускной коробки 10 в выпускные коллекторы и далее к турбинам (поло­жение б — выпуск).

Через 140° поворота нижнего коленчатого вала от в.м.т. верхний пор­шень открывает продувочные окна 4. К этому времени давление газов в цилиндре равно или меньше давления надувочного воздуха. Кроме того, создавшееся движение выпускных газов устанавливает направленный в выпускные инерционный поток струи. Таким образом, воздух, поступая из воздушного ресивера 3, вытесняет отработавшие газы и заполняет свежим воздушным зарядом объем цилиндра (положение в — продувка цилиндров).

Процесс продувки и заполнения цилиндра воздухом происходит за очень малый промежуток времени. Поэтому для создания условий наиболее полного удаления отработавших газов и заполнения цилиндра свежим воздушным зарядом (продувка) продувочные 4 и выпускные 9 окна выполнены со специальным наклоном в горизонтальном (тангенциальном) и вертикальном направлениях. Через 236° поворота коленчатого вала нижний поршень закрывает полностью выпускные окна, тогда как продувочные еще открыты, (положение г). Установившийся ранее поток обеспечивает дальнейшее пос­тупление (дозаряд) свежего воздуха в цилиндр до закрытия верхним поршнем продувочных окон. Воздушный вихрь, образованный при продувке, сохраняется и в момент впрыскивания топлива, что обеспечивает хорошее перемешивание воздуха с топливом и полное его сгорание. Полному смесеобразованию способствует и чечевицеобразная форма камеры сгорания поршней, приспособленная для периферийной подачи топлива. За 10° до в.м.т. нижнего поршня через форсунки 7 начинается впрыскивание топлива в камеру сгорания. Благодаря высокому давлению топлива в процессе впрыскивания (свыше 20 МПа) и малому диаметру (0,56 мм) отверстий в наконечнике распылителя форсунки топливо распиливается на мелкие туманообразные частицы и смешивается с воздухом. К моменту впрыскивания воздух в камере сгорания имеет температуру, достаточную для самовоспла­менения топлива. Постепенное его сгорание обеспечивает плавное повыше­ние давления в цилиндре, что благоприятно сказывается на динамике шатун­но-кривошипного механизма. Максимальное давление сгорания приходится в момент, когда поршни перешли в.м.т. и начинают двигаться к наружной мертвой точке. В это время давление газов от сгоревшего топлива передается на днища поршней и далее через шатуны к коленчатым валам (рабочий ход). Таким образом, за один оборот коленчатого вала происходит полный рабочий цикл. Диаграмма фаз газораспределения изображена на рис. 5.

Рис. 5 Диаграмма фаз газораспределения

Эффективной мерой повышения мощности одного цилиндра является увеличение массового заряда воздуха в цилиндре за счет повышения давле­ния надувочного воздуха. В двухтактных дизелях из-за большего расхода воздуха для продувки цилиндров это осуществить значительно сложнее, чем у четырехтактных. В дизелях 2Д100 давление надувочного воздуха составляет примерно 0,03 МПа и создается за счет сжатия воздуха в нагне­тателе второй ступени с механическим приводом от коленчатого вала ди­зеля. Следовательно, часть полезной мощности, полученной коленчатым валом, идет на сжатие воздуха.

В отработавших газах дизеля 10Д100 содержится свыше 30% общего количества тепла, введенного с топливом. Энергия отработавших газов, не используемая на 2Д100, у дизеля 10Д100 используется в двух турбокомпрес­сорах первой ступени наддува. В турбокомпрессоре на одном валу смонтиро­ваны турбинное и насосное колеса. Энергия расширения выпускных газов, реализуемая турбинным колесом, превращается в механическую энергию вращения центробежного насосного колеса компрессора, которая сжимает воздух, поступающий от воздухоочистителей. Вторая ступень наддува дизе­ля — нагнетатель второй ступени, установленный с противоположной сто­роны дизеля над генератором и приводимый во вращение через повышающий редуктор от верхнего коленчатого вала. Отбираемая мощность от колен­чатого вала нагнетателем второй ступени составляет примерно 26 % об­щей мощности, необходимой для создания давления 0,105—0,13 МПа при подаче воздуха 5,7—5,8 кг/с.

При сжатии воздуха в обоих компрессорах (первой и вто­рой ступенях системы наддува) температура воздуха повыша­ется примерно до 130 °С. Такое повышение температуры уменьшает массовый заряд воз­духа в цилиндре и ухудшает работу поршневой группы. Для устранения этого явления пос­ле компрессора второй ступени установлены охладители надувочного воздуха, обеспечи­вающие снижение температуры воздуха в ресивере до 65 °С. Этим увеличивается масса воз­душного заряда цилиндра, ко­эффициент избытка воздуха, снижается температура деталей поршневой группы. Благодаря увеличению коэффициента из­бытка воздуха улучшается эффективность рабочего процесса. И снижается удельный расход Рис. 5. Диаграмма фаз газораспределения дизеля ход топлива. Вследствие этого 1 од 100 удельный расход топлива ди­зеля 10Д100 на номинальном режиме ниже, чем у своего прототипа 2Д100, и составляет 222 вместо 240 г/ (кВт/ч). Охлаждение надувочного возд­уха и увеличение коэффициента избытка воздуха у дизеля 10Д100 обес­печили умеренную тепловую напряженность деталей цилиндро-поршневой группы.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *