Система воздухоснабжения дизеля

Система воздухоснабжения предназначена для подачи в цилиндры дизеля достаточного количества воздуха, необходимого для сжигания впрыснутого топлива, а также для их продувки. На современных т- зах применяются только двигатели с наддувом.

Наддув - это подача в цилиндры дизеля воздуха предварительно сжатого компрессором, при этом возрастает воздушный заряд цилиндров что дает возможность подать и сжечь в цилиндрах больше топлива тем самым получить большую мощность. Совокупность устройств, обеспечивающих подачу воздуха в цилиндры называется системой воздухоснабжения.

Воздух подаваемый в цилиндры дизеля должен быть очищен от примесей и для увеличения объема охложден.

Существуют три способа наддува дизелей: нагнетателем, имеющим привод от вала дизеля (механический наддув), газотурбинный и комбинированный.

Механический наддув. Нагнетатель 5 приводится во вращение через редуктор 6" от коленчатого вала. Воздух засасывается нагнетателем из атмосферы и через впускной клапан 4 нагнетается в цилиндр.

Рис. 13. Схема наддува дизеля с механическим приводом воздушного нагнетателя: 1— цилиндр дизеля; 2 — поршень; 3 — клапан выпускной; 4 — клапан впускной; 5 — нагнетатель центробежный, 6 — редуктор

Недостаток такого способа наддува состоит в том, что количество подаваемого в цилиндр воздуха зависит от частоты вращения вала дизеля, а не от нагрузки, т. е. подача воздуха в цилиндр при данной частоте вращения вала будет одинакова на холостом ходу и при полной нагрузке. Так осуществляется воздухоснабжение в дизеле 2Д100. Для правильной же организации рабочего процесса дизеля необходимо, чтобы под нагрузкой подавалось воздуха больше, чем на холостом ходу. Это особенно важно для тепловозных двигателей. Кроме того, на привод нагнетателя при этом способе наддува расходуется часть полезной мощности дизеля, поэтому экономичность двигателя повышается мало.

Газотурбинный наддув. В четырехтактном дизеле с газотурбинным наддувом (рис. 14) отработавшие газы, пройдя выпускной клапан 4, поступают на газовое колесо турбины 1 и, совершив работу, выбрасываются в атмосферу. На одном валу с турбиной находится крыльчатка центробежного нагнетателя 2, который забирает воздух из атмосферы, сжимает его до давления рк и через впускной клапан 3 нагнетает в цилиндр.

Рис. 14. Схема дизеля с газотурбинным наддувом

1- турбина газовая; 2 — нагнетатель центробежный 3 - клапан впускной; 5 — цилиндр; 6 — поршень

При газотурбинном наддуве количество воздуха, подаваемого в цилиндры, будет тем больше, чем больше внешняя нагрузка на дизель, так как в этом случае через турбину пройдет большее количество отработавших газов, имеющих более высокую температуру; частота вращения ее увеличится, а следовательно, возрастет и подача нагнетателя.

Это свойство дизеля с газотурбинным наддувом для тепловозов особенно ценно, так как этим достигается «саморегулирование» дизеля. Кроме того, при газотурбинном наддуве благодаря дополнительному использованию тепла отработавших газов повышается коэффициент полезного действия двигателя. Газотурбинный наддув применен в четырехтактных тепловозных дизелях типов Д70, Д49. В четырехтактных дизелях нагнетатель, приводимый от коленчатого вала, не нужен, так как энергии отработавших газов достаточно для сжатия воздуха до необходимого давления в турбокомпрессоре при всех скоростных и нагрузочных режимах работы.

Комбинированный наддув. Комбинированный (двухступенчатый) наддув (рис. 15) применяется в двухтактных дизелях в том случае, когда воздух необходимо сжать до сравнительно высокого давления (0,2-т-0,3) МПа. Одного нагнетателя 5, приводимого от газовой турбины, оказывается недостаточно для обеспечения дизеля воздухом требуемых параметров, особенно на пониженных нагрузках, так как температура выпускных газов перед турбиной у двухтактного дизеля ниже, чем у четырехтактного, вследствие интенсивной продувки цилиндров воздухом.

Рис. 15. Схема дизеля с комбинированным (двухступенчатым) наддувом: 1 — поршень; 2 — цилиндр дизеля; 3 — клапаны выпускные; 4 — газовая турбина; 5 — нагнетатель первой ступени; 6 — воздухоотделитель; 7 — нагнетатель второй ступени; 8 — редуктор привода нагнетателя второй ступени; 9 — кривошип; 10 — наддувочный коллектор

Поэтому в двухтактных дизелях применяют вторую ступень сжатия воздуха в нагнетателе 7, который имеет механический привод (через редуктор 8) от вала двигателя. При сжатии в первой ступени (турбонагнетателе) воздух нагревается до высокой температуры (100— 150°С), что уменьшает воздушный заряд цилиндра и, следовательно, мощность и экономичность дизеля. Чтобы избежать этого, после нагнетателя 5 воздух направляется в охладитель 6, где он охлаждается до 50—60 °С.

Нагнетатель объемного типа

Схемы устройства двухроторных воздуходувок: а) - с двумя лопастями; б) - с тремя лопастями; в) - общий вид роторов в тремя лопастями

Внутри корпуса расположены два рабочих колеса — ротора (слово «ротор» происходит от латинского roto — вращаюсь). Каждый ротор имеет две (рис. 30, а) или три (рис. 30, б) лопасти специальной формы.

Познакомимся с принципом работы воздуходувки на примере двухроторной трехлопастной воздуходувки двухтактного дизеля 2Д100. Корпус воздуходувки сообщается с атмосферным воздухом (очищаемым в особых фильтрах) через впускной патрубок «Впуск воздуха» (рис. 31, а).

Центробежный нагнетатель

На дизелях 10Д100 применяется в качестве второй ступени сжатия при комбинированном наддуве

Турбокомпрессоры это воздушные нагнетатели которые объединяют одноступенчатую реактивную газовую турбину и одноступенчатый центробежный нагнетатель. Турбина изготавливается из высокопрочной жаростойкой стали и размещается на одном валу с лопаточным диффузором центробеж. нагнетателя воздуха изготовленного из алюминиевого сплава. Ротор размещается в разъемном литом улиткообразном корпусе. Корпус охлаждается водой, подшипники смазываются маслом из масляной системы

Для очистки воздуха, поступающего в дизель, в машинном отделении тепловоза на стенках кузова установлены два воздухоочистителя, двухступенчатые, непрерывного действия.

1-окно маслоуказателя; 2-заправочная горловина; 3-упор; 4-неподвижные касеты; 5-жалюзи забора воздуха из дизельного помещения; 6-привод колеса воздухоочистителя; 7-вращающиеся касеты; 8-корпус.