Дизель Курс лекций Дизель l l l

Дизель Курс лекций

Дизель l l l Вопросы к рассмотрению: 1. Основные понятия; 2. Конструкция дизеля; 3. Принцип работы 4 -х тактных дизелей; 4. Технико-экономические параметры дизеля; Вспомогательные системы дизеля.

Основные понятия l l Дизелем называют поршневой двигатель с самовоспламенением топлива от сжатия, у которого процесс сжигания топлива и превращение выделенного тепла в механическую работу происходят в цилиндрах. При сжигании топлива в цилиндре (замкнутом объеме) образуются продукты сгорания - газы с большим давлением и высокой температурой. Сила давления газов перемещает поршень, прямолинейное движение которого в цилиндре передается через шатун и кривошип на коленчатый вал, поворачивая его. И, наоборот, если вращать коленчатый вал, то поршень будет совершать возвратно-поступательное движение.

Основные понятия l l Рабочий цикл - это совокупность периодически повторяющихся процессов, происходящих в цилиндрах в определенной последовательности преобразовании теплоты в механическую работу. Периодичность рабочих циклов характеризуется числом ходов поршня (тактов). Тактом называют часть рабочего цикла, совершающегося в цилиндре при перемещении поршня из одного крайнего положения в другое (т. е. за один ход поршня).

Основные понятия l l Крайние положения поршней называют мертвыми точками, потому что в них ось шатуна совпадает с осью кривошипа и давление рабочего тела на поршень не вызывает его перемещения. Графическое изображение изменения давления Р в цилиндре в зависимости от объема V за цикл называется индикаторной диаграммой.

Конструкция Дизеля l l Конструкция дизелей разнообразна и напрямую зависит от: допустимых габаритных размеров, области применения локомотива, необходимой мощности, типа передачи и т. д. Но среди этого всего разнообразия в дизелях можно выделить основные элементы.

Конструкция Дизеля

Дизель Д 49

Дизель 10 Д 100

Конструкция Дизеля l l Все детали дизеля можно объединить в несколько групп: Остов; Шатунно-кривошипный механизм; Газораспределительный механизм; Топливная и регулирующая аппаратура.

Конструкция Дизеля l l Для нормальной работы дизеля необходимо также иметь вспомогательные системы и оборудование обеспечивающее: Подачу топлива; Подвод смазки; Подвод воды; Подачу воздуха.

Конструкция Дизеля l l l Остов дизеля состоит из фундаментной рамы (картера), блока цилиндров с цилиндровыми втулками (гильзами), цилиндровых крышек (головок) и всех неподвижных постелей подшипников. Остов воспринимает усилия от давления газов на стенки цилиндров и поршни и от силы инерции движущихся деталей кривошипно-шатунного механизма. Различают два вида остовов: первый – блоки и картер изготовлены в виде одной детали, второй - рама (картер) и блок (или блоки V-образных дизелей) являются отдельными деталями.

Конструкция Дизеля Остов дизеля

Конструкция Дизеля Цилиндровый блок вместе с тяговым генератором укрепляют на поддизельной раме, к которой снизу привают корытообразный поддон (картер), служащий маслосборником. Масло стекает в поддон со всех трущихся и охлаждаемых деталей дизеля. В современных дизелях применяют съемные цилиндровые втулки, которые вставляют в гнезда блока. Втулки отливают, как правило, из высококачественного чугуна или стали. На них надевают рубашки, полость, образованная между втулкой и рубашкой охлаждается при работе циркулирующей водой. l

Конструкция Дизеля Конструкция цилиндровой втулки дизеля типа Д 100 и схема охлаждения Цилиндровая втулка дизеля Д 49

Конструкция Дизеля l В блоках укреплены коренные подшипники, в которых вращаются коленчатые валы. Подшипники разъемные: состоят из двух вкладышей. Материал для них бронза, залитая баббитом, или сталеалюминевый сплав А 20 -1. Во вкладышах имеются кольцевые канавки 2, предназначенные для подвода смазки, поступающей через отверстие 3. Опорно-упорные подшипники имеют еще и опорные бурты 4.

Конструкция Дизеля Вкладыш опорного (а) и опорно-упорного (б) коренных подшипников коленчатого вала дизеля

Конструкция Дизеля l Кривошипно-шатунный механизм. Этот механизм служит для превращения поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. В него входят поршни с уплотнительными и маслосрезывающими кольцами, пальцы, шатуны с подшипниками, коленчатый вал (или валы).

Конструкция Дизеля l Поршни дизеля работают в тяжелых условиях. Они воспринимают давление газов, достигающее 120 -105 Па, и подвергаются воздействию высоких температур (1700 -1900 °С); поэтому к ним предъявляют высокие требования. В зависимости от развиваемой в цилиндре мощности поршни выполняют с охлаждением или без охлаждения. Поршень с охлаждением бывает, как правило, составным.

Конструкция Дизеля l l Поршень 1 имеет форму стакана, отливается из модифицированного чугуна или алюминиевого сплава. Верхняя часть стакана называется головкой, а нижняя – юбкой. С помощью пальца 6 поршень соединен с шатуном. В головке поршня сделано овальное углубление, образующее камеру сгорания. На наружной поверхности поршня имеются кольцевые канавки (ручьи), в которые вставляются упругие чугунные кольца. Нижние маслосрезывающие кольца 7 и 8 снимают масло со стенок цилиндра, предотвращая образование нагара. Верхние компрессионные кольца 2 и 3.

Конструкция Дизеля Поршень дизеля Д 100

Конструкция Дизеля l Шатуны дизеля имеет малую 4 и большую 1 головки, стержень 5. Малая головка шатуна предназначена для соединения его с поршнем с помощью поршневого пальца 3, а большая, имеющая отъемную крышку 7, - для соединения с коленчатым валом. В нем просверлен по оси канал, по которому подается масло для смазки и охлаждения поршня.

Конструкция Дизеля Шатуны дизелей типов Д 100 (а), Д 49 (б) и их детали

Конструкция Дизеля l Коленчатые валы дизелей воспринимают усилия от поршней через шатуны, суммируют силы, создаваемые во всех цилиндрах, и передают всю мощность к потребителям через отборные фланцы. Коленчатые валы отливаются из высококачественного чугуна или отковываются из стали. Валы имеют коренные 1 и шатунные 2 шейки, которые соединены щеками 3. В шейках для уменьшения массы и охлаждения вала имеются каналы. Для подачи смазки от коренных шеек к шатунным и далее к поршню в щеках вала просверлены отверстия, в которые запрессованы трубки.

Конструкция Дизеля Коленчатый вал дизеля

Конструкция Дизеля l Газораспределительный механизм. Этот механизм дизеля управляет впуском свежего из цилиндра. От коленчатого вала дизеля с помощью шестерен или специальных наклонных передач газораспределения приводится во вращение кулачковый распределительный вал 1. Его кулачки 2 расположены таким образом, что вершины их через ролик 3, толкатель 4, штангу 5 и рычаг 6 могут открывать и закрывать впускные и выпускные клапаны 8. Клапаны размещены в цилиндровых крышках, их тарелки притерты к посадочным местам крышек. Плотное прижатие клапанов к посадочным местам крышек обеспечивают стальные пружины 7. Клапаны изготовляют из высококачественной жаростойкой стали.

Конструкция Дизеля Принципиальная схема газораспределительного механизма дизеля.

Конструкция Дизеля l l l Топливная и регулирующая аппаратура. К топливной аппаратуре относятся форсунки, насосы высокого давления, регуляторы частоты вращения, трубки высокого давления подвода топлива. Все тепловозные дизели имеют струйное распыливание топлива. Дизельное топливо, поданное насосом через форсунку под большим давлением, распыляется до туманообразного состояния и поступает в камеру сгорания. Топливный насос высокого давления отмеряет строго определенную дозу топлива на каждый цикл и обеспечивает подачу его в форсунки под необходимым давлением. Он может также уменьшать или увеличивать подачу топлива в зависимости от изменения внешней нагрузки на дизель.

Конструкция Дизеля Схема топливной форсунки Регулятор частоты вращения

Конструкция Дизеля l l l Для улучшения очистки цилиндров от отработавших газов а, следовательно, повышения мощности, к. п. д. в дизелях осуществляется продувка и наддув. Часть такта, когда открыты впускные и выпускные окна, называется продувкой. Процесс, когда выпускные органы дизеля закрыты, а через впускные продолжает поступать свежий заряд в цилиндр, называется наддувом. Для осуществления продувки и наддува в тепловозных дизелях используют турбокомпрессоры.

Конструкция Дизеля Турбокомпрессор

Принцип работы 4 -хтактного дизеля l l l Дизель, в котором рабочий цикл совершается за четыре такта, называется 4 -хтактным. Цилиндр 1 такого дизеля, находящийся в блоке цилиндров 6, закрыт крышкой 10, в которой расположены топливная аппаратура 8, клапаны 7 для впуска свежего воздуха и клапаны 9 для выпуска отработавших газов. Клапаны открываются с помощью специального газораспределительного механизма, приводимого в действие коленчатым валом дизеля.

Принцип работы 4 -хтактного дизеля Рабочий цикл четырехтактного дизеля

Принцип работы 4 -хтактного дизеля l l l l Такт 1 - наполнение. При движении поршня 2 от верхней мертвой точки (в. м. т. ) вниз специальный распределительный механизм открывает впускной клапан 7 и воздух заполняет полость цилиндра. Впускные клапаны открываются чуть раньше прихода поршня в в. м. т. - точка r" на индикаторной диаграмме под цилиндром (рис. а). В точке г давление меньше, чем во впускном канале трубопровода (давление Рк), но больше атмосферного Р 0. Процесс впуска воздуха в цилиндр описывается линией r"rr'аm. Когда поршень придет в нижнюю мертвую точку (н. м. т. ), распре делительный механизм закроет впускной клапан. Такт 1 закончен. Произошло наполнение цилиндра зарядом свежего воздуха.

Принцип работы 4 -хтактного дизеля l l l Такт 2 - сжатие. Поршень движется от н. м. т. (точка а) к в. м. т. Заряд свежего воздуха сжимается до давления и температуры, обеспечивающих надежное воспламенение топлива, поданного в цилиндр через топливную аппаратуру 8 (см. рис. а) - этому соответствует линия ас. Топливо подается в точке n (рис. б), горение начинается в точке n' еще до прихода поршня в в. м. т.

Принцип работы 4 -хтактного дизеля l l l Такт 3 - рабочий ход (расширение). Поршень движется от в. м. т. к н. м. т. под действием образовавшихся газов - линия сzz'b'b (рис. в). Температура образованных газов достигает 17001900°С, давление повышается до 90 -105 Па. В цилиндре 1 происходит расширение газов, во время которого теплота преобразуется в механическую работу - в перемещение поршня 2, а затем кривошипно-шатунным механизмом 4, 5 - во вращение коленчатого вала 3.

Принцип работы 4 -хтактного дизеля l l l Такт 4 - выхлоп (выпуск) газов. Выпускные клапаны 9 открываются на такте расширения (в точке b', рис. г), когда давление в цилиндре еще достаточно высокое. Это уменьшает сопротивление движению поршня к н. м. т. и улучшает очистку цилиндра. На индикаторной диаграмме выпуск происходит по линии b'br"rr'. В точке r рабочий цикл завершается.

Принцип работы 4 -хтактного дизеля ¨ Индикаторная диаграмма делает процесс наглядным и, кроме того, позволяет определить работу, совершаемую рабочим телом за цикл. ¨ Заштрихованная площадь диаграммы, измеренная в определенном масштабе, показывает полезную работу.

Технико-экономические параметры дизеля (основные) l l l Индикаторная мощность - мощность, развиваемая в цилиндре дизеля. Ее определяют по индикаторной диаграмме. Эффективная мощность - снимаемая с отборного фланца коленчатого вала; она всегда меньше индикаторной на значение потерь, на трение деталей дизеля и расход ее на привод вспомогательных агрегатов. Номинальная мощность - эффективная мощность, гарантируемая заводом-изготовителем при длительной работе дизеля. Эффективный к. п. д. - для оценки экономичности дизеля. Он показывает, какая доля тепла, выделяемого при сгорании топлива, расходуется на совершение полезной работы. Эффективный к. п. д. дизелей находится в пределах 0. 42. А так же частота вращения вала, об/мин, объем цилиндров, л; расход топлива, л, и т. д.

Вспомогательные системы дизеля l На тепловозе имеются специальные системы, обеспечивающие бесперебойную подачу топлива и воздуха в дизель, смазывание трущихся частей, охлаждение нагревающихся узлов. Эти системы и относят к вспомогательному оборудованию дизеля.

Вспомогательные системы дизеля l Топливная система обеспечивает подачу в дизель топлива. Топливные системы на всех отечественных тепловозах имеют почти одинаковое взаимное размещение основных частей.

Топливная система 1 - топливо подогревателя 2, 14, 15 - трубопровод 3 - топливный коллектор 5 – перепускной клапан 6 - фильтру тонкой очистки 7 - нагнетательная труба 8 - электродвигатель 9 - насос 10 - фильтр грубой очистки 11 - заборная труба 12 - предохранительная сетка 13 - мерное стекло 16 - топливный бак

Система воздухоснабжения дизеля l l Система воздухоснабжения дизеля предназначена для забора воздуха из атмосферы, его очистки, охлаждения и подачи в дизель в количестве и под давлением, достаточными для полного сгорания топлива и продувки цилиндров. В систему воздухоснабжения входят маслопленочные или сетчатые непрерывного действия воздухоочистители, агрегаты наддува и продувки (нагнетатели) и воздухоохладители. Сжатый воздух на тепловозах в используется для автотормозов, электропневматических контакторов, вентилей механизма регулятора частоты вращения, привода жалюзи холодильника, привод песочниц и др. Питает системы компрессор, который нагнетает воздух давлением 8 Ат в питательную магистраль.

Система воздухоснабжения дизеля

Турбокомпрессор ТК-34 С дизеля 10 Д 100

Вспомогательные системы дизеля l Масляная система предназначена для непрерывной подачи масла к трущимся деталям дизеля и охлаждения отдельных его де талей (например, поршней). В масляную систему входят масляные насосы, фильтры, трубопроводы, клапаны, контрольные приборы. Резервуаром для хранения запасов масла служит картер дизеля.

Масляная система 1 -маслянный насос 2 -всасывающая труба 3 -центробежный насос 4, 5, 14, 15, 20, 22, 25 -трубопровод 6, 18, 19 -невозвратный клапан 7 -фильтр тонкой очистки 8 -общий коллектор 9 -холодильник 10 -задние коллекторы 11, 13, 24 -вентиль 16 -байпасный клапан 17 -фильтр грубой очистки 21 -насос высокого давления 23 -масло прокачивающий насос 26 -картер

Вспомогательные системы дизеля l Водяная система служит для охлаждения сильно нагревающихся узлов дизеля. Самым эффективным способом отвода теплоты от неподвижных деталей (цилиндровые втулки, крышки цилиндров и др. ) признано охлаждение их циркулирующей водой. На тепловозах применяются замкнутая принудительная открытого типа система охлаждения с одним или двумя контурами циркуляции.

Водяная система 1, 2 -холодильник 3 -верхние коллекторы 4, 15 -труба 5 -бак 6 -электротермометр 7 -дизель 8 -коллектор горячей воды 9 -выпускной коллектор 10 -пространство 11 -водяной насос 12 -выхлопные коллекторы 13 -нижний коллектор 14 -труба