Генератор высокократной пены ГВП-100

Генератор образует пену, по объему превосходящую в 70—100 раз объем водного раствора пенообразователя. При приведении в дей­ствие противопожарной установки водный раствор пенообразовате­ля подводится к генератору и, пройдя ниппель 14 и кран 12, попадает в полость (рис. 2.31), образованную соединительной гайкой 9 и кор­пусом распылителя 6, затем через тангенциальные прорези внутри вихревой камеры 7. В вихревой камере раствор закручивается и вы­ходит из соплового отверстия диаметром 8,4 мм в виде резко расши­ряющейся распылительной струи. Распыленная струя раствора вры-

Рис. 2.31. Генератор высокократной пены:

1 — насадок; 2 —кассета; 3 — диффузор; 4 — коллектор; 5 — связь; б — корпус распылителя; 7—вихревая камера; 8 — ступица; 9 — соединительная гайка; 10, 11, 13 — прокладки; 12 — кран; 14 — ниппель; 75 — рукоятка крана

вается через коллектор 4 в диффузор 3 корпуса генератора пены. При этом она увлекает воздух из атмосферы. Поток воздуха и капли мел­кораспыленного раствора попадают на кассету 2 (пакет сеток). Обра­зование пены происходит путем выдувания через ячейки сетки пен­ных пузырьков, образующихся из водного раствора пенообразователя, который в смеси с воздухом в виде пленки покрывает поверхность сетки. Насадок 1 придает форму и направление струе выходящей пены. Пена изолирует горящие предметы от окружающей воздушной среды, содержащей кислород, необходимый для поддержания про­цесса горения, кроме того, отнимает тепло от горящих предметов и этим снижает интенсивность процесса горения.

Качество пенообразования проверяется при давлении воздуха не менее 7,5 кгс/см² по кратности выхода пены. Для определения крат­ности выхода пены после приведения установки в действие и появ­ления устойчивости струи заполняется какая-нибудь емкость, закры­вается крышкой и после отстоя пены замеряется объем жидкости, получившийся в результате отстоя пены. Сетки должны быть плотно натянуты, чисты и их ячейки не засорены. Затем проверяют состоя­ние центробежного распылителя и соосность его соплового отвер­стия с диффузором корпуса генератора. Если после этих проверок кратность выхода пены окажется неудовлетворительной, необходи­мо проверить качество пенообразователя.

3. ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

3.1. Общие сведения о двигателях внутреннего сгорания

Тепловые двигатели — это машины, в которых химическая энер­гия топлива преобразуется сначала в тепловую энергию, а затем в механическую работу. К тепловым двигателям относятся паровые машины, паровые турбины, поршневые двигатели внутреннего сго­рания (ДВС), газотурбинные двигатели (ГТД), комбинированные тур-бопоршневые двигатели, реактивные двигатели.

Особенность применяемых на тепловозах двигателей внутреннего сгорания поршневого типа состоит в том, что превращение химической энергии в тепловую, совершающееся при сгорании топлива, происхо­дит непосредственно в самом рабочем цилиндре в течение очень корот­кого времени (тысячных долей секунды) при высоких температурах. Это и обусловливает преимущества поршневых ДВС—малые тепловые и гидравлические потери и высокий коэффициент полезного действия, а также компактность.

На тепловозах 2ТЭ10М установлены дизели 10Д100, созданные 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 наддувочного 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. 3.1) установлен на под-дизельной 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

Рис. 3.1. Продольный и поперечные разрезы дизеля 1 ОД 100:

а — продольный разрез; б— поперечный по десятому цилиндру; 1 — вал отбора мощно­сти; 2 — насос масляный; 3 — регулятор частоты вращения; 4 — патрубок выпускной; 5 — тахометр; 6 — компенсатор; 7 — турбокомпрессор; 8 — маслоотделитель; 9 — блок цилиндров; 10 — крышка блока; 11 — трубопровод воздушный; 12 — насос топливный; 13 — форсунка; 14 — верхний шатун; 75 — верхний коленчатый вал; 16— вертикальная передача; 17—вал торсионный; 18 — центробежный нагнетатель второй ступени; 19 — воздухоохладитель; 20—валоповоротный механизм; 21 — тяговый генератор; 22 — муфта привода генератора; 23 — нижний коленчатый вал; 24 — нижний шатун; 25 — рама ди­зель-генератора; 26— антивибратор; 27— привод эластичный; 28, 29 — люки смотро­вые; 30 — трубопровод масла; 31 — коренной подшипник верхнего коленчатого вала; 32 — вал распределительный; 33— поршень верхнего коленчатого вала; 34 — втулка цилиндра; 55 — патрубок водяной; 36 — поршень нижний; 37 — коренной подшипник

нижнего коленчатого вала

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.

Воздух через воздушные фильтры с правой и левой сторон тепло­воза поступает к всасывающим патрубкам турбокомпрессоров. Сжа­тый в первой ступени нагнетания, он поступает в расположенные по обе стороны верхней части дизеля воздушные трубопроводы 11. 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. 3.2) 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 ас-бостальных прокладках. В передней части дизеля от нижнего коленчатого вала выведен вал отбора мощности 1 (см. рис. 3.1) для привода вспомогательных механизмов тепловоза (вентилятора хо­лодильной камеры, масляного насоса центробежного фильтра, вен­тилятора охлаждения тяговых электродвигателей). С этой же сто­роны на нижнем коленчатом валу 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. 3.2), а оттуда идет на смазку деталей турбокомпрессоров. Ниже оси вала отбора мощности слева и спра-

Рис. 3.2. Дизель

10Д100:

1 — водяной насос системы охлаждения дизеля; 2 — центро­бежный фильтр мас­ла; 3 — масляный фильтр; 4 — водяной коллектор; 5 — водя­ной насос системы охлаждения надду­вочного 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

О

ва от него в корпусе приводов расположены водяные насосы 1 и 5, осуществляющие циркуляцию воды дизеля и охлаждающей воды контура охладителей наддувочного воздуха.

С левой стороны дизеля над корпусом приводов установлен регу­лятор частоты вращения 3 (см. рис. 3.1) 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.

ПО

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, предохраняющие масляный насос от попадания посторонних частиц. Сетки гасят пену, а также предотвращают унос масла из ванны при движении шатунов. В самой нижней части масло-заборного устройства установлена дополнительная сетка. При осмот­рах и промывке картера предохранительные сетки легко снимают и удаляют через смотровые люки 28. Для замера уровня масла в подди-зельной 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 муфты при проворачивании дизеля вручную на­ходится в зацеплении червяк валоповоротного 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, 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 (см. рис. 3.2). Водяной насос забирает охлажденную воду из системы тепловоза и подает ее через два выпускных патрубка в вы-

пускной 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 наддувочного 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 1 ОД 100 показана на рис. 3.3.

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. 3.4) во взаимно противопо­ложных направлениях движутся нижний 8 и верхний 5 поршни, кото­рые при помощи шатунов lull соединены соответственно с верхним и нижним коленчатыми валами. Между собой они связаны верти­кальной передачей.

При сгорании топлива, поступившего через форсунку 7, в камере сгорания б, образованной днищами двух поршней и стенками цилин­дровой втулки (рис. 3.4, 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 (ВМТ) поворота нижнего коленчатого вала (3.4, 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.

Через 140° поворота нижнего коленчатого вала от в. м. т. верхний поршень открывает выпускные окна 4. К этому времени давление га­зов в цилиндре равно или меньше давления наддувочного воздуха. Кроме того, создавшееся движение выпускных газов устанавливает

направленный в выпускные окна 9 инерционный поток струи. Таким образом, воздух, поступая из воздушного ресивера 3, вытесняет отра­ботавшие газы и заполняет свежим воздушным зарядом объем цилин­дра (рис. 3.4, 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) выпускные 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 выпускные еще открыты (рис. 3.4, 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 ВМТ нижнего поршня через форсунки /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 распыливается 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-кри-вошипного механизма. Максимальное давление сгорания приходится на момент, когда поршни перешли ВМТ 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. Эффективной мерой повыше­ния мощности одного цилиндра является увеличение массового заря­да воздуха в цилиндре за счет повышения давления наддувочного воз­духа. В двухтактных дизелях из-за большего расхода воздуха для про-

Условно повернуто / на 90°

§§11¥/ П YZA П VZA П 1И П tiJ П ^Ш./У

2700 об/мин

8500 об/мин

2060 об/мин

Рис. 3.3. Взаимодействие основных узлов дизеля 10Д100:

1 — предельный регулятор частоты вращения; 2, 33 — топливные насосы левой и правой стороны; 3, 34 — кулачковые валы топливных насосов; 4 — верхний коленчатый вал; 5 — вал торсионный; б — шестерня с пру­жинной муфтой; 7— вал пружинной муфты; 8 — валик промежуточный; 9 — шестерня с центробежно-фрикци-онной муфтой; 10 — вал рабочего колеса нагнетателя; 11—рабочее колесо нагнетателя второй ступени; 12 — вал верхний вертикальной передачи; 13 — торсионный вал; 14 — полый вал; 15 — механизм валоповоротный; 16 — муфта привода генератора; 17—тяговый генератор; 18 — нижний коленчатый вал; 19 — антивибратор; 20 — насос водяной системы охлаждения наддувочного воздуха; 21 — привод эластичный; 22 — вал отбора мощности; 23 — насос водяной системы охлаждения дизеля; 24 — насос масляный; 25— привод тахометра; 26 — муфта разобщительная; 27 — тахометр; 28 — объединенный регулятор; 29 — шатун нижнего поршня; 30 — поршень нижний; 31 — поршень верхний; 32 — шатун верхнего поршня

нмт

нмт

Рис. 3.4. Схема работы шатунно-кривошипного механизма и поршней

дизеля 10Д100:

1 — шатун верхний; 2 — втулка цилиндров; 3 — воздушный ресивер; 4 — окна впускные; 5 — поршень верхний; б — камера сгорания; 7 — форсунка; 8 — поршень нижний; 9 — окна выпускные; 10— коробка выпускная; 11 —

шатун нижний

дувки цилиндров это осуществить значительно сложнее, чем у четы­рехтактных. В дизелях 10Д100 давление наддувочного 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— 0,130 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 наддувочного 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 топлива. Вследствие этого удельный расход топлива дизеля 1 ОД 100 на номинальном режиме ниже, чем у своего прототипа 2Д100, и составляет 222 вместо 240 г/кВтч. Охлаждение наддувочного воз­духа и увеличение коэффициента избытка воздуха у дизеля 10Д100 обеспечили умеренную тепловую напряженность деталей цилиндро-поршневой группы.