Сравненительные характеристики дизельных двигателей

Дизели типа Д100 — десятицилиндровые, двухтактные с прямоточно-щелевой продувкой с вертикальным расположением цилиндров и расходящимися поршнями

с двухступенчатым, газотурбинным наддувом.

Порядок нумерации цилиндров – со стороны отсека управления (со стороны противоположной ТГ);

Вращение коленвала – по часовой стрелке со стороны ТГ;

Максимальная частота вращения коленвала – 850об/мин.

Минимальная частота вращения коленвала (х.х.) – 270об/мин.

Поперечный разрез дизеля 10Д100:

1 — поддизельная рама; 2, 14 — крышки коренных подшипников; 3, 15 — нижний и верхний коленчатые валы; 4, 18 — нижний и верхний шатуны; 5 — вертикальный лист блока; 6, 21 — нижний и верхний поршни; 7 — выпускной коллектор; 8 — выпускная коробка; 9 — форсунка; 10 — топливный насос; 11 —толкатель; 12 — воздушный ресивер; 13 — кулачковый вал топливных насосов; 16 — крышка блока; 17, 25 — верхний и нижний масляные коллекторы; 19, 26 — опоры коленчатых валов; 20 — блок цилиндров; 22 — коллектор горячей воды; 23 — втулка цилиндра; 24 — рубашка втулки; 27 — люк с предохранительным клапаном; 28 —поддон

Остовом дизеля 10Д100 (черно-белый рисунок) служит сварной блок цилиндров 20, образованный горизонтальными и вертикальными листами. К вертикальным листам блока приварены опоры 19 верхнего и 26 нижнего коленчатых валов. С боков опоры приварены также к выступам верхних и нижних горизонтальных плит блока. Каждая опора имеет свою крышку, которая тщательно пригнана к опоре и крепится к ней шпильками или болтами. В опорах размещены подшипники верхнего 15 и нижнего 3 коленчатых валов.

Сверху блок закрыт крышкой 16, которая имеет герметично закрывающиеся люки, предназначенные для осмотра шатунно-кривошипного механизма верхнего коленчатого вала. В нижней части блока с обеих его сторон расположены смотровые люки 27. На люках одной из сторон установлены предохранительные клапаны, которые срабатывают в случае повышения давления в картере свыше 0,05 МПа. Блок установлен на сварную поддизельную раму 1, которая служит также опорой для генератора.

Внизу поддизельной рамы размещен поддон 28, являющийся маслосборником и емкостью для дизельного масла. В нижней полости поддона проходит канал, по которому масло подается к масляному насосу двигателя.

В блоке вертикально установлено десять втулок 23, в каждой из которых размещено по два поршня — верхний 21 и нижний 6. В верхней части втулка своими фланцами крепится к горизонтальному листу блока. В средней части на втулку напрессована рубашка 24. В зазоре между втулкой и рубашкой циркулирует вода для охлаждения втулки. С двух сторон в отверстиях рубашки и втулки установлены две форсунки 9 для подачи топлива в цилиндр и индикаторный кран.

В верхней полости блока помещены с обеих сторон кулачковые валы 13 топливных насосов. Под кулачковыми валами расположены толкатели 11 топливных насосов, которые приводят в действие топливные насосы 10. Толкатели установлены в горизонтальных листах блока. Полость между этими листами служит ресивером 12 для воздуха, поступающего к верхним продувочным окнам втулки цилиндра. Эта полость должна быть герметичной, чтобы предотвращать утечки над­дувочного воздуха, находящегося под избыточным давлением, в атмосферу и кривошипную камеру (картер) верхнего коленчатого вала. Герметичность должна обеспечиваться в местах посадки в блок втулки с рубашкой и толкателя топливных насосов. Воздух в ресивер 12 поступает от агрегатов воздухоснабжения.

В нижней части на втулке размещена выпускная коробка 8. С двух сторон к выпускным коробкам цилиндров присоединены правый и левый выпускные коллекторы 7. Продукты сгорания удаляются из цилиндра через выпускные окна во втулке по каналам коробки в выпускные коллекторы. Выпускные коробки и коллекторы охлаждаются водой. Вода поступает к нижней полости охлаждения выпускных кол­лекторов, перетекает в выпускные коробки, из них — в верхнюю полость выпускного коллектора, а затем по переходным патрубкам поступает в полость охлаждения втулки и из верхней ее части по патрубкам направляется в коллектор горячей воды 22.

Масло для смазки шатунно-кривошипного механизма и других трущихся деталей, а также для охлаждения поршней подводится по верхнему 17 и нижнему 25 масляным коллекторам. Поверхности трения поршня с втулкой смазываются маслом, вытекающим из зазоров в подшипниках и из поршня после его охлаждения.

Верхний и нижний коленчатые валы вращаются в коренных подшипниках, расположенных в опорах блока. Каждый вал имеет 11 опорных подшипников и один опорно-упорный. Опорно-упорные подшипники 4 и 18 расположены между шатунной шейкой последнего цилиндра и коническими шестернями вертикальной передачи.

Нижний коленчатый вал через полужесткую муфту 15 соединен с якорем генератора 14. Работа газов в цилиндрах через шатунно-кривошипные механизмы передается верхнему и нижнему коленчатым валам, суммируется на нижнем валу 16 и эффективная мощность передается генератору. На переднем конце нижнего коленчатого вала посажены маятниковый антивибратор 20 и шестерня 21 с пружинными элементами между венцом и ступицей. Антивибратор предназначен для изменения частот собственных колебаний и уменьшения амплитуды крутильных колебаний валопровода на рабочих режимах. От шестерни 21 приводятся в действие масляный и водяные насосы и регулятор частоты вращения двигателя. Через кардан 22 от нижнего вала часть мощности отбирается для вспомогательных устройств тепловоза.

На переднем конце верхнего коленчатого вала посажена шестерня с косыми зубьями. От этой шестерни приводятся во вращение кулачковые валы топливных насосов. На другом конце через шлицевое соединение верхний коленчатый вал зацеплен с торсионным валом 6 привода компрессора второй ступени наддува. Кривошипы коленчатого вала расположены между собой так, что обеспечивается работа цилиндров в порядке 1—6—10—2—4—9—5—3—7—8.

Через торсионный вал вращение от верхнего коленчатого вала передается шестерне, которая содержит упругие пружинные элементы. Шестерня с пружинными элементами предназначена для смягчения ударных нагрузок, передаваемых от коленчатого вала в процессах пуска двигателя и переходных режимов. При передаче постоянного вращаю­щего момента упругая шестерня работает как жесткая система. В случае резкого изменения передаваемого вращающего момента удар смягчается пружинными пакетами, смонтированными между ступицей и зубчатым венцом шестерни. От шестерни получает вращение промежуточный вал с расположенными на нем шестернями и далее вал с шестерней и колесом центробежного компрессора. Двухступенчатый редуктор повышает частоту вращения от верхнего коленчатого вала к валу центробежного компрессора в отношении 1 к 10. Через карданный вал приводится в действие вентилятор охлаждения генератора. Два кулачковых вала топливных насосов приводят­ся во вращение от шестерни через промежуточные шестерни и шестерни, расположенные на кулачковых валах. Шестерня закреплена на верхнем коленчатом валу. Шестерни имеют косые зубья. На каждом кулачковом валу имеется кулачков в соответствии с числом цилиндров двигателя. Шейки кулачкового вала опираются на 10 опорных подшипников, крайний подшипник — опорно-упорный. При вращении кулачок нажимает на ролик толкателя топливных насосов. От толкателя приводится в дви­жение плунжер топливного насоса, благодаря чему обеспечивается подача топлива в ци­линдр. Пружина толкателя своим давлением обеспечивает постоянное прилегание ролика к кулачку, т. е. безотрывное движение ролика по кулачку при действии сил инерции поступательно движущихся масс толкателя. На конце одного из кулачковых валов размещается регулятор предельной частоты вращения предназначенный для остановки дизеля при повышении частоты вращения коленчатого вала свыше 930 — 960 об/мин. Регулятор воздействует через механизм управления на подачу топлива ее, защищая дизель от аварийного режима работы.

От переднего конца нижнего коленчатого вала приводятся в действие масляный насос, регулятор частоты вращения, тахометр, водяной насос системы охлаждения масла двигателя и наддувочного воздуха и водяной насос системы охлаждения двигателя. Ведущий вал масляного насоса получает вращение от вала через зубчатую муфту.

Дизели типа Д40, Д45 — V-образные, двухтактные с клапанно-щелевой продувкой. Дизель (11Д45) имеет 16 гнезд, дизель (14Д40) имеет 12 гнезд расположенных в два ряда под углом 45°.

Цилиндры, устанавливаемые в правом ряду, имеют главные шатуны Цилиндр, устанавливаемые в левом ряду, имеют прицепные шатуны. Остов дизеля 11Д45 состоит из сварного блока 3 цилиндров V-образной формы, разделенного поперечными стойками на восемь секций, в которых размещены втулки 5 цилиндров. В нижней части блока к поперечным стойкам и к нижней горизонтальной плите блока приварены опоры коленчатого вала 20. Каждая опора имеет крышку. Зубцы на поверхностях стыка опор и крышек позволяют фиксировать положение крышек относительно опор в поперечном направлении. В опорах размещены подшипники коленчатого вала.

К торцовому листу блока со стороны генератора крепится призонными болтами опора выносного подшипника коленчатого вала, служащего второй опорой для якоря генератора. Блок установлен на сварную поддизельную раму 1, которая служит также опорой для генератора и сборником (ванной) для дизельного масла. На верхние плиты блока установлены крышки 8 на каждый цилиндр. Крышка цилиндра составная: днище изготовлено из высокопрочного чугуна, а верхняя часть — из алюминиевого сплава. Крышка нижней плоскостью опирается на блок и крепится к нему четырьмя шпильками, ввернутыми в верхнюю плиту блока. В крышке расположены четыре выпускных клапана 9, форсунка 16 и индикаторный вентиль. Сверху крышки закрыты колпаками.

Втулка 5 цилиндра подвешена к крышке 8 цилиндра на шести шпильках. Газовый стык уплотнен медной прокладкой, зажатой между втулкой и крышкой цилиндра. В средней утолщенной части втулки равномерно по окружности расположены продувочные окна. Втулка по своей длине имеет в блоке три опорных пояса: в верхней плите блока, над продувочными окнами и в нижней части. В верхней полости между втулкой и блоком циркулирует охлаждающая вода, которая подводится от водяного коллектора. Из блока в крышку вода поступает через трубки с резиновыми прокладками, а из крышки — в коллектор горячей воды. Воздух к продувочным окнам поступает через вырезы в блоке из впускных коллекторов 6, расположенных по обеим сторонам блока. Водяная полость и воздушный ресивер уплотнены в опорных поясах втулки круглыми кольцами из жаростой­кой резины.

Во втулках цилиндра движутся поршни 17 с прицепным 19 и главным 18 шатунами. Прицепной шатун сочленен с главным при помощи пальца и проушин в главном шатуне. Продукты сгорания из цилиндра удаляются через выпускные клапаны 9 в выпускные коллекторы 6. Выпускные коллекторы подсоединены к крышкам цилиндров на правой и левой сторонах двигателя.

В развале блока цилиндров расположен распределительный кулачковый вал и топливный насос блочного типа с кулачковым валом. От распределительного вала приводятся в движение выпускные клапаны 9 через толкатели, рычаги и траверсы. Распределительный и топливного насоса кулачковые валы приводятся во вращение от коленчатого вала через шестеренную передачу, расположенную на торце блока.

В нижней части блока с обеих его сторон размещены смотровые люки. На одной из сторон на люках имеются предохранительные клапаны, которые срабатывают в случае повышения давления в кар­тере свыше 0,05 МПа. Люки и предохранительный клапан имеются также на впускном коллекторе. Масло для смазки шатунно-кривошипного механизма и других трущихся деталей, а также для охлаждения поршней подводится по каналу. Коленчатый вал 5 вращается в десяти коренных подшипниках, расположенных в опорах блока. Все подшипники опорные. Упорный подшипник образован буртами коленчатого вала и антифрикционными накладками на торцах опор вала. Коленчатый вал на переднем конце имеет конус, на котором насажен маятниковый антивибратор, предназначенный для сдвига частот собственных колебаний и уменьшения напряжений, возникающих вследствие крутильных колебаний в системе валопровода. Торсионный вал имеет на конце шлицевые соединения со втулкой коленчатого вала, фиксирующей положение антивибратора. Вал приводит в движение масляный и водяные насосы, компрессор II ступени подачи воздуха в двигатель и вспомогательные агрегаты тепловоза.

На фланце коленчатого вала, расположенном между шейками опорно-упорных подшипников, закреплена косозубая шестерня. От нее приводятся во вращение кулачковые валы: распределительный и топливного насоса. Фланец отбора мощности коленчатого вала соединен через полужесткую муфту с валом генератора.

Кривошипы коленчатого вала расположены так, что одновременно работают два цилиндра одного ряда, например 1-й и 8-й цилиндры правого или левого ряда. Работа цилиндров одного ряда происходит через 90° поворота вала в порядке 1,8—4,5—2,7—3,6. Цилиндры с прицепными шатунами отстают по фазе на 45° от цилиндров с главными шатунами.

Торсионный вал, получая вращение от коленчатого вала, своим другим концом через шлицевое соединение приводит во вращение шестерню, которая имеет пружинные элементы. Они предназначены для смягчения ударных нагрузок, передаваемых от колен­чатого вала в процессах пуска двигателя и переходных режимов.

Шестерня вместе с центробежным компрессором и шестернями, конструктивно представляют один узел — редуктор с центробежным компрессором. Редуктор монтируется на торце блока цилиндров. Двухступенчатый редуктор позволяет повысить частоту вращения от коленчатого вала к ротору компрессора в отношении 1 к 9,82.

От шестерен приводятся во вращение следующие агрегаты: водяной насос охлаждения дизеля; водяной насос охлаждения дизельного масла и наддувочного воздуха 5 масляный насос двигателя вентилятор охлаждения тяговых двигателей. Шестерня, расположенная на коленчатом валу, приводит во вращение кулачковый вал топливных насосов, приводной вал для тахометра, регулятор частоты вращения и распреде­лительный кулачковый вал.

На распределительном кулачковом валу закреплены шестерни и я кулачки. От одного кулачка приводятся в движение два толкателя для правого и левого цилиндров. Один толкатель управляет движением двух выпускных клапанов. Таким образом, на распределительном валу имеется 16 кулачков. Кулачковый вал вращается в опорных подшипниках. Крайний подшипник является опорно-упорным. От вала через шлицевой вал и пару конических зубчатых колес приводится в действие регулятор частоты вращения. На валу привода регулятора размещается регулятор предельной частоты вращения, который останавливает двигатель при увеличении частоты вращения коленчатого вала выше 840— 870 об/мин.

Плунжер блочного топливного насоса приводится в действие толкателем, ролик которого опирается на кулачок. Кулачковый вал топливного насоса имеет 16 кулачков в соответствии с числом цилиндров двигателя. На дизеле 14Д40 привод роторного компрессора второй ступени наддува осуществляется от шестерни 1, которая получает вращение от торсионного вала 3, соединенного шлицами с коленчатым валом. Силиконовый демпфер, установленный в шестерне, может сглаживать крутильные колебания, возникающие в системе валопровода редуктора, а также передаваемые от коленчатого вала к редуктору. Торсионный вал в определенной мере является упругим элементом, который смягчает ударные нагрузки на редуктор, возникающие при пусках

двигателя и в переходных режимах. Двухступенчатый редуктор повышает частоту вращения от коленчатого вала к валу роторного компрессора в отношении дельной частоты вращения, который останавливает двигатель при увеличении частоты вращения коленчатого вала выше 840— 870 об/мин.

1 - насос масляный, 2 - нагнетатель, 3 - турбокомпрессор, 4 - бачок вентиляции картера дизеля, 5 - крышка цилиндра, 6 -лоток, 7 - вал распределительный, 8 - насос топливный, 9 - втулка цилиндра, 10 - поршень, 11 - привод насоса и тахометра, 12 - регулятор,13 - редуктор привода электроагрегатов, 14 - генератор,15 - центробежный фильтр, 16 - поддизельная рама и генератор, 17 - компенсатор выпускного коллектора, 18 - коллектор выпускной, 19 - шатун,20 - маслоприемник, 21 - коленчатый вал, 22 - труба подачи масла к насосу, 23 - антвибратор, 24 - насос водяной.

Дизели типа Д49 — четырехтактные. V-образные с турбонаддувом и клапанным распределением. Дизель 2А-5Д49 тепловоза ТЭП70— более форсированная модификация дизелей типа 5Д49.

1 - лоток с распределительным механизмом; 2 - насос топливный; 3 – крышка цилиндра; 4 - поршень; 5 - втулка цилиндра; 6 - механизм ша-тунный; 7 - вал коленчатый; 8 - антивибратор комбинированный; 9 – насос топливоподкачивающий.

Дизель представляет собой четырехтактный, 12 или 16 цилиндровый двигатель внутреннего сгорания с V-образным расположением цилиндров, газотурбинным наддувом и охлаждением наддувочного воздуха. Поперечный и продольный разрезы дизель-генератора представлены на рисунках.

Если смотреть на дизель со стороны генератора, то ряд цилиндров, расположенных справа, принято называть рядом В, а ряд цилиндров, расположенных слева – рядом А. Нумерация цилиндров каждого ряда начинается от генератора. Обозначение цилиндров состоит из обозначения ряда и номера по порядку: А₁, А₂, В₁, В₂ и т.д.

Рама под дизель и генератор сварная. В раме имеется емкость, в которую заливают масло. Блок цилиндров сварной конструкции. Подвески, в отверстиях которых установлены вкладыши коренных подшипников коленчатого вала, крепятся к стойкам блока. Коленчатый вал стальной с противовесами на каждой щеке. Рабочая поверхность коренных и шатунных шеек азотирована, галтели коренных и шатунных шеек накатаны.

Для уменьшения напряжения, возникающих вследствие крутильных колебаний в системе «коленчатый вал дизеля – ротор генератора», на переднем конце коленчатого вала установлен демпфер вязкостного трения.

Шатунный механизм состоит из главных и прицепных шатунов.

Прицепной шатун крепится болтами к пальцу, установленному в проушинах главного шатуна.

Поршень составной. Головка к тронку крепится шпильками. В отверстия тронка вставлен палец плавающего типа, застопоренный от осевого перемещения кольцами.

Поршни охлаждаются маслом, поступающим через шатуны из масляной системы дизеля.

В каждой крышке расположены по два впускных и по два выпускных клапана, форсунка и индикаторный кран. На крышке установлены рычаги привода клапанов. Крышка нижней плоскостью опирается на блок и крепится к нему шпильками, ввернутыми в плиту блока цилиндров. Втулка цилиндра 5 подвешена и закреплена к крышке цилиндра шпильками. Стык между крышкой и втулкой (газовый стык) уплотнен стальной омедненной прокладкой. На втулку напрессована рубашка, которая образует полость для прохода охлаждающей жидкости.

Лоток 1 с распределительным валом установлен на верхней части блока. На лотке установлены топливные насосы.

Распределительный вал приводится во вращение от коленчатого вала шестеренчатой передачей, расположенной на заднем торце блока цилиндров, которая одновременно является приводом регулятора и предельного выключателя.

Топливная система состоит из топливоподкачивающего насоса, фильтров грубой (устанавливаются на тепловозе) и тонкой очистки, двенадцати индивидуальных топливных насосов 9, двенадцати форсунок и редукционного клапана, обеспечивающего необходимое давление топлива. Топливо от топливных насосов поступает к форсункам по топливопроводам высокого давления.

Предельный выключатель предназначен для автоматической или принудительной аварийной остановки дизель-генератора путем перестановки реек топливных насосов в положение нулевой подачи топлива в цилиндры дизеля и одновременной подачи импульса давления масла к механизму воздушной захлопки, перекрывающей поступление воздуха из воздушной улитки турбокомпрессора в охладитель наддувочного воздуха и ресивер. В случае необходимости остановку дизеля можно произвести вручную с помощью аварийных кнопок предельного выключателя или воздушной захлопки.

Все агрегаты и трубопроводы масляной системы, кроме маслопрокачивающего насоса, и охладителя масла расположены на дизеле. Дизель оборудован масляным насосом шестеренного типа с подшипниками скольжения, фильтром самоочищающимся, терморегулятором и двумя центробежными фильтрами.

Система охлаждения дизеля двухконтурная, принудительная открытого типа. Циркуляция охлаждающей жидкости в системе обеспечивается двумя центробежными насосами.

Картер дизеля вентилируется путем отсоса газов турбокомпрессором. Величина разрежения в картере поддерживается системой регулирования разрежения, состоящей из датчика разрежения и управляемой заслонки, соединенных масляным трубопроводом. Датчик разрежения установлен на заднем корпусе привода насосов, а управляемая заслонка – на маслоотделителе. Перед датчиком разрежения в масляной системе установлен кран, отключающий систему регулирования разрежения.

На переднем торце дизеля установлены:

Ø привод насосов, водяные и масляные насосы, турбокомпрессор с воздушной захлопкой, охладитель наддувочного воздуха с регулятором наддува и датчики – реле давления масла.

Со стороны ряда А дизеля расположены:

Ø центробежный фильтр;

Ø регулятор.

Со стороны ряда В дизеля расположены: фильтр тонкой очистки топлива, предельный выключатель, маслоотделитель с установленными на него заслонкой управляемой и жидкостным манометром системы вентиляции картера, центробежный фильтр.

Дизель имеет дополнительно два вала отбора мощности для привода вспомогательных механизмов и электрических машин, обслуживающих нужды тепловоза.

Торец дизеля со стороны турбокомпрессора, водяных и масляного насосов именуется передним, а торец со стороны генератора – задним.