Горение топлива в цилиндрах дизеля

По химическому составу топлива и реакциям горения определяется теоретически необходимое количество воздуха для сгорания единицы массы топлива (1 кг). Химический состав дизельного топлива устанав­ливается в лабораториях.

Дизельные топлива разных марок имеют примерно одинаковый состав: 86 % углерода (С), 13,0 % водорода (Н) и 1 % кислорода (О). Для сжигания 1 кг топлива такого состава теоретически требуется

L_o = 14,4 кг воздуха. В действительности же, чтобы обеспечить пол­ное сгорание впрыснутого топлива, в цилиндр необходимо подать боль­ше воздуха (L), чем требуется теоретически. Отношение а = L/L_o на­зывается коэффициентом избытка воздуха. Исследованиями установ­лено, что для нормальной работы дизеля при номинальной мощности коэффициент избытка воздуха должен составлять 1,8—2,2. Если он будет меньше, то топливо сгорает не полностью, что сопровождается «дымлением», перегревом деталей двигателя и работой его при повышенных температурах отработавших газов. Если а будет слиш­ком большим, то в двигателе не будет реализована полная мощность, и, кроме того, он будет иметь повышенные потери тепла с отработав­шими газами. При снижении нагрузки коэффициент избытка воздуха возрастает (рис. 3.9) и на холостом ходу может увеличиться до 6—12. Выбор коэффициента избытка воздуха имеет весьма важное значение для экономичной и надежной работы дизеля. Его величина зависит от того, насколько конструкция дизеля обеспечивает хорошее перемеши­вание частиц топлива с воздухом по всей камере сгорания.

При распыливании топлива через сопла форсунки с малыми от­верстиями в цилиндре образуется кольцевой факел из мелких частиц

\
\
	\

Рис. 3.9. Изменение коэффициента избытка воздуха с ростом нагрузки 130

топлива. Форма камеры сгорания должна быть такой, чтобы частицы топлива в виде факела заполнили все пространство камеры, однако не достигли стенок поршня и цилиндра, а сгорали во взвешенном сос­тоянии (рис. 3.10). Вопросам распыла топлива и его перемешивания с воздухом в цилиндре двигателя посвящено много опытных работ и теоретических исследований. Путем подбора диаметра отверстий со­пла форсунок, давления распыла и угла между осями отверстий и осью распылителя можно получать различные диаметры капель топлива, скорости и дальности полета частиц топлива (дальнобойность), на­правления и формы факела распыла.

Хорошим считается распыл, когда диаметр капель равен 10— 20 мкм. На качество смесеобразования существенное влияние оказы­вает вязкость топлива (рис. 3.10, в). Увеличивая диаметр отверстий в

Р, = 14 кгс/см

'у	\	у — ^
^■■■■^■:;-|.--г';		щ\			\
	f'	W		§щ	!/' '		"л	I:""	\
		щ		V/ w						■и/

Рис. 3.10. Форма факела распыла топлива при разных цикловых подачах

(справа налево — увеличение цикловой подачи):

а — без завихрения воздуха: б—с завихрением; в — влияние вязкости топлива; 1 — факел при маловязком топливе; 2 — при вязком топливе

сопле форсунки, можно получить более крупные капли топлива при одновременном возрастании дальности их полета. Повышение давле­ния распыла топлива (при прочих неизменных условиях) приводит к уменьшению диаметра капель, увеличению дальнобойности части топлива и сокращению времени полета частиц. При возрастании дав­ления в конце сжатия (увеличении плотности воздуха в цилиндре) скорость полета частиц уменьшается, дальнобойность сокращается, диаметр капель топлива увеличивается.

При возрастании частоты вращения вала двигателя увеличивается давление распыла, диаметр капель топлива уменьшается, скорость и путь полета частиц увеличиваются. Большая вязкость топлива спо­собствует увеличению диаметра капель, возрастанию дальнобойнос­ти, удлинению факела топлива с одновременным уменьшением его диаметра. С уменьшением вязкости топлива факел становится коро­че, но большего диаметра.

Завихрение воздуха в цилиндре вызывает укорочение и утолще­ние факела. Чем больше завихрение, тем интенсивнее происходит раз­рушение трудновоспламеняемой фазы и проникновение свежего воз­духа к центру капли топлива, что ускоряет и улучшает процесс го­рения. Все эти зависимости при их умелом использовании дают воз­можность правильно регулировать топливную аппаратуру и процесс смесеобразования в цилиндрах дизелей.

Теоретические исследования и опыты показывают, что впрысну­тая в цилиндр капля топлива в жидкой фазе мгновенно воспламениться не может. Требуется какое-то время t, чтобы капля топлива прогре­лась, испарилась, чтобы пары смешались с воздухом и потом воспла­менились. Время t на подготовку топлива к самовоспламенению тем больше, чем больше диаметр капли и меньше завихрение воздуха в цилиндре.

Подготовка топлива к самовоспламенению протекает таким обра­зом: пары топлива проникают (диффундируют) в среду сжатого воз­духа и образуют вокруг капли вначале трудновоспламеняющуюся (из-за недостатка кислорода) паровоздушную фазу. При дальнейшем испарении и распространении паров топлива в среде сжатого возду­ха образуется легковоспламеняющаяся паровая фаза с коэффициен­том избытка воздуха а = 0,8/0,9. В этой фазе зарождается пламя, которое способствует быстрому испарению топлива и распростра-

нению горения по всему объему цилиндра. Таким образом, t есть время, которое необходимо для подготовки топлива к самовоспла­менению. Это так называемый период задержки воспламенения топ­лива; он может измеряться в градусах угла поворота коленчатого вала Ф° или в секундах. Период запаздывания воспламенения обычно составляет 6—15° угла поворота коленчатого вала или 0,001—0,002 с. Когда капля топлива и воздух находятся в состоянии покоя в ци­линдре, то проникновение воздуха через зоны 2 и 3 к воспламеня­ющейся капле затруднено. При относительном перемещении кап­ли в воздухе доступ его к топливу облегчается, поэтому при завих­рении воздуха в цилиндре t уменьшается. Период задержки вос­пламенения оказывает большое влияние на процесс горения в ци­линдре дизеля: чем больше t, тем более «жестко» протекает работа дизеля. При больших значениях t происходит скопление топлива в цилиндре до его воспламенения, и процесс сгорания в дизеле ста­новится мало управляемым, резко повышается давление сгорания p_zn скорость нарастания давления в цилиндре. Особенно резко это проявляется при низких температурах окружающего воздуха Т_ок, когда могут наблюдаться даже пропуски вспышек на холостом ходу и малых нагрузках.

Чем лучше распылено топливо при впрыске в цилиндр, чем выше давление и температура воздуха в конце сжатия, тем меньше период задержки воспламенения топлива и, следовательно, лучше параметр процесса сгорания. Отметим, что для обеспечения надежного воспла­менения впрыснутого в цилиндр топлива температура конца сжатия Т_о должна превышать на 100—200 °С температуру самовоспламене­ния топлива Т_св. Склонность к воспламенению является одной из важ­нейших характеристик дизельного топлива. Топлива, более склонные к воспламенению, имеют меньший период задержки воспламенения, в результате чего рабочий процесс в цилиндре протекает более благо­приятно, двигатель работает «мягко». Если бы период задержки вос­пламенения был равен нулю и топливо, попав в цилиндр, сразу же воспламенялось, то закон сгорания топлива полностью соответство­вал бы закону подачи топлива в цилиндр и мы бы могли управлять процессом горения топлива в цилиндре, задавая требуемый закон впрыскивания. В действительности же, как мы видим, этого нет. Склонность дизельного топлива к воспламенению обычно оценива-

ется цетановым числом, которое определяется на специальной мотор­ной установке путем сравнения воспламеняемости испытываемого образца топлива и эталонной смеси. Чем больше цетановое число, тем качество топлива выше. На тепловозах применяют дизельное топ­ливо с цетановым числом, лежащим в пределах от 45 до 60 единиц. Отметим также, что при применении дизельного топлива с большим цетановым числом значительно улучшаются пусковые свойства дизе­ля и уменьшается нагарообразованне.

Фазы газораспределения дизелей. Правильный выбор моментов (фаз) открытия и закрытия клапанов и окон определяет качество очистки цилиндров от газов и зарядки их свежим воздухом (рис. 3.11). Чтобы повысить коэффициент наполнения г\₀ и улучшить зарядку цилиндров свежим воздухом, клапаны (окна) открывают и закрыва­ют не при крайних положениях поршня, а раньше или позже. При движении поршня вправо в период расширения газов выпускной клапан открывается в точке е, когда поршень еще не дойдет до НМТ, а закрывается в точке е', когда поршень пройдет ВМТ. Впускной кла­пан открывается в точке а и закрывается в точке а'. В период ае' оба клапана открыты. Такие фазы газораспределения дают наилучшее наполнение цилиндров свежим воздухом. Наивыгоднейшие фазы газораспределения устанавливаются заводом опытным путем.

Рис 3.11. Фазы открытия и закрытия клапанов двигателя: е, е' — моменты открытия и закрытия выпускных клапанов; а, а' — моменты открытия и закрытия впускных клапанов; />₀ — атмосферное давление (1 кгс/см²);р_а,р_г — давление в цилиндре соответственно в период наполнения

и выпуска

Угол поворота коленчатого вала дизеля от начала впрыска топлива в цилиндр до прихода поршня в ВМТ называется углом опережения подачи топлива ср_оп. Угол опережения подачи оказывает большое влия­ние на протекание рабочего процесса дизеля. При увеличении ср_оп го­рение топлива начинается раньше, максимальное давление сгорания p_z повышается, горение топлива заканчивается раньше и температура отработавших газов уменьшается. С уменьшением угла опережения подачи давление сгорания снижается, а температура отработавших газов повышается. На развернутых индикаторных диаграммах дизеля (рис. 3.12) можно видеть, что если во время сжатия начать впрыск топлива в точке 1, то процесс горения и расширения будет протекать по сплошной линии а. Если топливо начать подавать в точке 2, то дальнейшее протекание процесса будет описываться штриховой ли­нией б. Штриховая линия в соответствует расширению воздуха в ци­линдре при отсутствии впрыска топлива. На этой же диаграмме пока­зан угол задержки воспламенения топлива ср.. Оптимальный угол опе­режения впрыска зависит от частоты вращения вала и нагрузки дизе­ля. Он устанавливается заводом опытным путем.

Рл

ф, П.К.В.

Рис. 3.12. Развернутые индикаторные диаграммы дизеля при различных

углах опережения впрыска топлива:

Ф_оп — угол опережения впрыска; ср_г-—угол запаздывания воспламенения топлива; 1 и 2 — начало впрыска; Г я 2' — начало воспламенения топлива

Тепловой баланс дизелей

Не все тепло, выделившееся при сгорании топлива, используется полезно. Значительная часть тепла уносится с охлаждающей водой, маслом, выбрасывается с отработавшими газами, расходуется при ох­лаждении наддувочного воздуха и рассеивается в окружающую среду.

Распределение тепла по составляющим, расходуемым на полезную работу и на различные потери, называется тепловым балансом. Теп­ловой баланс может меняться в зависимости от нагрузки, темпера­туры воды и масла, температуры окружающего воздуха, частоты вра­щения вала дизеля и т.д. Так, например, при температуре охлаждаю­щей воды 50 °С отвод тепла в воду примерно в 1,4 раза больше, чем при температуре воды в системе 90 °С; соответственно тепло перераспределяется и по другим составляющим.

В табл. 3.1. приведены тепловые балансы различных тепловозных дизелей при температуре воды 70—80 °С.

Таблица 3.1

Распределение тепла	Дизели
1 ОД 100	5-Д49
Тепло, внесенное в цилиндры дизеля с топливом: тыс. ккал/ч %	4950 100	4650 100
Полезно использованное тепло: тыс. ккал/ч %	1890 38	1906 41,5
Отвод тепла с водой: тыс. ккал/ч %	564 11,5	660 14
Отвод тепла с маслом: тыс. ккал/ч %	486 10	4,7
Отвод тепла от наддувочного воздуха: тыс. ккал/ч %	400 8	144 3
Унос тепла с отработавшими газами: тыс. ккал/ч %	32,5	37,3

Мощность и КПД дизеля

Предполагается, что в многоцилиндровых двигателях рабочие процес­сы в цилиндрах протекают примерно одинаково и только смещены по фа­зам на угол сдвига кривошипов коленчатого вала. Поэтому можно считать, что мощность, развиваемая в отдельных цилиндрах, тоже одинакова; тог­да мощность дизеля равна сумме мощностей всех цилиндров.

Различают индикаторную мощность L., получаемую в цилиндрах дизеля, и эффективную мощность N_e, реализуемую на коленчатом валу дизеля. В технической документации, которая составляется на каж­дый двигатель заводом-изготовителем, указывается номинальная мощ­ность дизеля N_eH.

Номинальная мощность — это эффективная мощность, развивае­мая двигателем при наибольшей частоте вращения коленчатого вала и при нормальных условиях. При повышении температуры и умень­шении давления воздуха мощность дизеля падает, а при понижении температуры и повышении давления мощность возрастает. С увели­чением влажности воздуха мощность дизеля снижается. Изменение внешних условий (температуры и давления воздуха) может вызвать изменение мощности дизеля примерно до 8—10 %. Поэтому мощность N_e и удельный расход топлива g_e полученные при данных атмосфер­ных условиях, пересчитывают на нормальные.

Индикаторная мощность дизеля. Зная площадь поршня

можно определить работу, выполненную в одном цилиндре за пол­ный рабочий цикл:

где/). — среднее индикаторное давление, кгс/см²; D — диаметр поршня, м; S — ход поршня, м. Работа в цилиндрах дизеля, выполненная за минуту:

L =p_jFSni,

где п — частота вращения, об/мин;

i — число цилиндров.

Известно, что мощность N_t=Lll5, так как 1 л.с. = 75 (кгс-м)/с. Под­ставив в это выражение значение L, получим

_{= Pl}nD²Sni ¹ 4-60-75т'

где т — тактность (т = 2 — для двухтактного и т = 4 для четырех­тактного дизеля). Индикаторная мощность, подсчитанная по этой формуле, будет в лошадиных силах. Среднее индикаторное давление p_t определяется по индикаторной диаграмме. Для этого строится рав­новеликий прямоугольник, длина и площадь которого соответствен­но равны длине и площади индикаторной диаграммы. Затем замеря­ют высоту этого прямоугольника hi и умножают ее на масштаб давле­ния а, т.е.

_Pi = h_ta.

Для получения индикаторной диаграммы применяют специальные приборы-индикаторы. В тихоходных двигателях (п не более 500 об/мин) используют механические индикаторы, а в быстроход­ных — электропневматические или электрические (см. далее). Пос­ледние два прибора дают развернутую индикаторную диаграмму — по углу поворота вала.

Среднее индикаторное давление в зависимости от конструкции машины и ее форсировки может меняться в широких пределах. В двух­тактном дизеле 10Д100 —/>. = 12кгс/см²; четырехтактных дизелях 2-5Д49 —p_t = 18,2 кгс/см².

Эффективная и индикаторная мощности связаны соотношением

где г)_м — механический КПД дизеля.

Механический КПД дизеля, определяемый как отношение эф­фективной мощности к индикаторной, характеризует величину меха­нических и гидравлических потерь в трущихся частях двигателя, а так­же затрату мощности на привод вспомогательных механизмов дизеля (топливные, водяные, масляные насосы, механизм газораспределения

и др.); он зависит от конструкции и качества сборки машины и при номинальной мощности принимает значения от 0,75 до 0,9.

Если двигатель приводит во вращение электрический генератор постоянного тока, то эффективную мощность можно подсчитать по показаниям электрических приборов, подключенных к клеммам гене­ратора:

Ц6Л/ ^е 1000т1_г '

где /и U— соответственно ток генератора, А, и его напряжение, В;

Л_г — КПД генератора (0,9—0,95);

1,36 — переводной коэффициент (1 кВт = 1,36 л.с). Эффективная мощность дизеля, установленного на тепловозах с электрической пере­дачей:

1,36IU

N =--------- +N ,

^е 1000т1_г

где N_B — мощность, расходуемая на вспомогательные нужды тепло­воза (вентилятор холодильника, возбудитель, вспомогательный гене­ратор, компрессор и т.д.), л. с. Обычно N_B составляет 8—12 % от эф­фективной мощности дизеля.

Общим коэффициентом полезного действия дизеля, определяющим в конечном итоге его экономичность, является эффективный КПД. Эф­фективным КПД дизеля г\_в называется отношение выработанной им механической энергии к количеству тепла, введенному в дизель с топливом за то же время:

₌ 632N_e

где В_ч — расход топлива дизелем, кг/ч;

Q_T — теплота сгорания дизельного топлива, ккал/кг;

632 — тепловой эквивалент механической энергии, ккал/(л.с. -ч).

Степень совершенства использования тепла в цилиндрах двигате­ля характеризуется величиной индикаторного коэффициента полез-

ного действия г\, Индикаторный КПД определяется как отношение механической энергии, выработанной в цилиндрах дизеля, к теплу, внесенному в дизель с топливом за определенное время (например, за 1 ч):

, 632N_i

Эффективный и индикаторный КПД связаны соотношением

4 = 4л_м-

Индикаторный КПД в современных тепловозных дизелях состав­ляет 0,43—0,49. Тогда, приняв средние значения r_t и г_м, получим:

4 = 0,47-0,85 = 0,4.

В новых четырехтактных тепловозных дизелях эффективный КПД достигает значения 0,42, что соответствует удельному эффективному расходу топлива 150 г/(э.л.с.-ч).

Отношение индикаторного КПД к термическому называется от­носительным КПД г)₀. Этот коэффициент учитывает потери тепла в действительной машине по отношению к идеальной.

Как видим, КПД современного дизеля достиг высоких значений. Следует ожидать, что дальнейший рост КПД дизелей будет сопровож­даться большими трудностями, так как он уже значительно прибли­зился к КПД идеальной машины (r\_t = 0,62 / 0,66).

Поэтому усилия ученых направлены на поиски новых путей пре­вращения тепловой (а также и атомной) энергии в механическую с более высоким КПД (60—65 %).

Рамы дизеля

Назначение рам. Все дизель-генераторы оснащены поддизельны-ми рамами. Рамы дизелей 5Д49 и 10Д100 имеют сварную конструк­цию, предназначены для установки на них дизеля, генератора, раз­мещения масла для смазки дизеля, а также для крепления дизель-ге­нератора к раме тепловоза.

Устройство поддизелънойрамы дизеля 1 ОД 100. К двум продольным вертикальным листам рамы сверху и снизу приварены горизонтальные

листы (рис. 3.13). Нижние листы являются опорными фланцами для установки поддизельной рамы на настильный лист рамы тепловоза, а верхние—для установки на него блока дизеля. Со стороны генерато­ра горизонтальные листы усилены накладками. С этой же стороны к вертикальным листам приварены наделки 18, являющиеся опорами под пружины, которые служат амортизаторами для станины главного генератора. Продольные вертикальные листы связаны двумя попе­речными листами. Для придания жесткости и увеличения прочности вертикальные и горизонтальные листы рамы по всей длине связаны ребрами жесткости. Снизу к раме приварен поддон 23, который слу­жит маслосборником, где хранится масло для смазки деталей дизеля и охлаждения поршней. Сюда же сливается масло из подшипников, а также после охлаждения поршней.

В поддон вварен коллектор, служащий каналом для подвода мас­ла к масляному насосу. Масло из поддона в коллектор поступает че­рез отверстия, расположенные с обеих сторон и закрытые сетками 9, а из коллектора к масляному насосу — через трубу. Для придания жесткости поддону внутри него по всей длине приварены попереч­ные перегородки. Поддон спереди и сзади ограничен торцевыми стенками. На передней торцевой стенке имеет три фланца 2, 3 и 5. К фланцу 2 прикрепляют сливную трубу от фильтра тонкой очистки масла; к фланцу 3 — трубу подвода масла к масляному насосу; фла­нец 5 служит для крепления опорной плиты насосов. На задней тор­цевой стенке имеется фланец 16, к которому прикрепляют корпус уплотнения коленчатого вала. Масло в поддон заливают через гор­ловину 12 с фильтрующей сеткой и закрытой крышкой. Для слива масла из поддона в дне его имеется труба 13. Уровень масла в мас­лосборнике измеряют рейкой. Сверху поддона на уголках прикреп­лены шпильками съемные сетки 9, заключенные в рамки. Сетки пре­дохраняют масло в поддоне от засорения относительно крупными посторонними частицами.

На верхнем горизонтальном листе имеются отверстия, предна­значенные для болтов крепления блока с поддизельной рамой. Меж­ду болтом и рамой для уплотнения ставится паронитовая прокладка.

Задняя часть рамы имеет форму вилки, на ней четырьмя болтами с каждой стороны, которые входят в отверстие 17, укрепляют главный генератор.

21

Рис. 3.13. Рама дизеля 10Д100:

1 — забор масла; 2 — слив масла из фильтра тонкой очистки; 3 — забор масла насосом; 4 — слив масла из вспомогательных агрегатов; 5 — поверхность креп­ления опорной плиты насосов; б — отверстия для болтов крепления блока с рамой; 7, 15 — отверстие для болтов крепления чалочного приспособления; 8 — верхний лист для установки блока дизеля; 9 — сетки; 10 — трубка масло-мерной рейки; 11 — отверстие заправки дизеля маслом; 12 — горловина залив­ки масла; 13 — отверстие для слива масла в картер; 14, 25 — отверстия для болтов и шпилек крепления дизель-генератора к раме тепловоза; 16 — поверх­ность крепления корпуса уплотнения коленчатого вала; 17— отверстие болтов крепления тягового генератора; 18 — опоры для пружин; 19 — монтажные от­верстия; 20,22 — отверстие и труба подачи воды к воздухоохладителям; 21 — опорные лапы; 23 — поддон (маслосборник) рамы; 24 — забор масла масло-прокачивающим агрегатом; 25 — отверстия для болтов крепления поддизельной рамы к раме тепловоза

Для крепления приспособления при снятии и транспортировке дизеля в сборке с главным генератором служат отверстия 7, 75 для болтов. Четыре отверстия 19 с каждой стороны в вертикальных лис­тах со стороны генератора служат для монтажа и демонтажа болтов крепления генератора к раме и болтов крепления приспособления для подъемки и транспортировки дизеля в сборке с генератором.

Поддизельную раму со стороны управления через опорные лапы 21 прикрепляют к раме тепловоза четырьмя болтами с мощными пружи­нами. Для этих болтов в лапах 21 имеются отверстия 25. Со стороны генератора поддизельная рама прикреплена четырьмя болтами к на­стильному листу по два болта с каждой стороны, вставленными в от­верстие 14. Для предохранения болтов от среза со стороны генератора на нижних горизонтальных листах рамы слева и справа имеются вы­ступы, которыми поддизельная рама упирается как с торца, так и с бо­ков в упоры, приваренные к настильному листу рамы тепловоза.

При таком креплении деформация поддизельной рамы и блока ди­зеля не зависит от деформации рамы тепловоза. Этим самым улучша­ются условия работы поддизельной рамы и блока дизеля и увеличи­вается срок их службы.

Устройство поддизельной рамы дизеля 5Д49. Рама состоит из бо­ковых, торцевых, верхних и нижних листов, к которым приварен под-дон4(рис. 3.14—вкладка). На раме установлены центробежные филь­тры масла, теплообменник масла 35 и маслопрокачивающий насос 39. К раме тепловоза поддизельная рама прикреплена жестко с помощью болтов и пружин, место установки которых отмечено буквами Л, М, III. Масло из поддона во всасывающую полость масляного насоса подается через маслозаборник 2 с сеткой. Обратный клапан маслоза-борника 36 уменьшает утечки масла при прокачке маслопрокачиваю-щим насосом перед пуском дизеля и после его остановки. Для умень­шения образования масляной пены используются сетки 6. Через гор­ловину 16с сеткой 17масло заливают в дизель. Уровень масла в под­доне рамы измеряют щупом 14. В полость Гсливается масло из воз­душного ресивера дизеля. Масло из этой полости сливается через вен­тиль 24; воздух выпускается через отверстие сапуна.

Отверстия Ф предназначены для установки приспособления при подъеме дизель-генератора. Масляная ванна дизеля предназначена для размещения масла дизеля.

Ремонт поддизельных рам. Наиболее серьезными неисправ­ностями поддизельных рам являются трещины по целому месту и в сварных соединениях, кавитационные разрушения и коррозии. Эти неисправности являются результатом перенапряжения отдельных уз­лов вследствие конструктивных недоработок, неправильного режи­ма сварки, несоблюдения технологического процесса сварки, непра­вильной затяжки болтов, гаек. Кавитационные разрушения являют­ся следствием гидравлических ударов газопаровых пузырьков охлаж­дающей воды. Слабо подтянутые болты и гайки крепления блока с рамой и рамы дизеля с рамой тепловоза обнаруживают обстукивани­ем и закрепляют. Перед затяжкой проверяют прилегания сопрягае­мых плоскостей. В заводских условиях раму очищают от грязи, ос­матривают, дефектоскопируют, обмеряют и ремонтируют. В подди­зельных рамах дизелей трещины в сварных швах и околошевных зо­нах, а также в крышке патрубка для заливки масла заваривают с пред­варительной расчисткой. Отремонтированную поддизельную раму испытывают на проницаемость сварных швов наливом керосина с выдержкой в течение 10 мин. Поврежденные механически или кор­розией картерные сетки и сетки всасывающего канала масляного на­соса и фильтра патрубка для заливки масла восстанавливают поста­новкой заплат или заменяют при уменьшении живого сечения в кар-терных сетках более 25 %.

Картеры дизелей. Картерная часть блока предназначена для раз­мещения коленчатого вала и кривошипно-шатунного механизма ди­зеля, там установлены коренные подшипники вала. Нижняя картер­ная часть блока 5Д49 сварена из поперечных литых элементов-стоек. Сварные швы расположены по осям цилиндров. Такая схема позволи­ла применить контактную сварку элементов, образующих картер. Кар­тер сваривают на специальной автоматической контактной машине по всему поперечному периметру одновременно. Контактная сварка обеспечивает высокое качество сварных швов, их контролируют уль­тразвуком. Все сварные швы элементов конструкции сжаты усилия­ми затяжки шпилек, сварные швы разгружены от растягивающих уси­лий. В этом отличие конструкции блока 5Д49 от 10Д100, где все свар­ные швы подвержены растягивающим усилиям. В нижней части бло­ка имеются люки для доступа в картер, на крышках люков, установ­ленных с правой стороны, имеются предохранительные клапаны, ко-

торые открываются в аварийных случаях при повышении давления в картере дизеля. Картерная часть блока дизеля 10Д100 также сварная, в наклонных боковых листах картера дизеля имеются люки, предназ­наченные для осмотра нижнего коленчатого вала, коренных и шатун­ных подшипников и их монтажа, а также для выемки поршней. Фун­кции и конструкция картеров дизелей 5Д49 и 10Д100 сходны. Неисп­равности картеров аналогичны неисправностям поддизельной рамы. Трещины в околошевных зонах и сварных швах устраняются также расчисткой и заваркой. Не допускается ремонт сквозных трещин свар­ных плит и свищей, блоки с такими дефектами подлежат замене.

Соединения рамы с блоком дизеля и рамой тепловоза. Блок отно­сительно рамы устанавливают с максимальным сопряжением со­ответствующих торцевых поверхностей. Блок к раме крепят равно­мерно с переходом от середины к краям. Прилегания плоскостей бло­ка к раме проверяют щупом. Положение блока относительно рамы фиксируют штифтами на дизеле 10Д100 или призонными болтами на дизеле 5Д49. При соединении блока и рамы дизеля используют про­кладку, для улучшения плотности прилегания. Соединение блока ди­зеля с рамой дизеля у дизелей 5Д49 и 10Д100 аналогично.

Дизель-генератор 5Д49 при установке на раму тепловоза опирается поддизельной рамой на четыре платика в передней и средней частях, а под генератором рама опирается на две пружины. В передней части поддизельная рама крепится к раме тепловоза через пружины, эти пружины имеют предварительную затяжку 50 кН. Для фиксации ди­зель-генератора от поперечных перемещений на раме тепловоза при­варены упоры, от продольных перемещений он фиксируется также упорами, приваренными к раме тепловоза и плотно входящими в вы­рез в нижнем месте поддизельной рамы. У заднего поддизельная рама крепится к раме тепловоза болтами. Опорные пружины под генера­торной частью рамы устанавливаются с усилием, уравновешивающим массу генератора.

Дизель-генератор 10Д100 устанавливают на четыре опорных пла­тика, приваренных к раме тепловоза, опорные поверхности платиков лежат в одной плоскости, поэтому необходима подгонка опорных по­верхностей. Подшлифовкой добиваются такого положения, чтобы в пределах одного платика между ним и рамой дизеля не проходил щуп толщиной 0,05 мм. Для выполнения этого требования при установ-

ленном на опорные поверхности платиков дизель-генераторе замеря­ют зазоры между платиками и рамой дизеля и по результатам замеров подбирают наборы регулируемых прокладок. Набор регулируемых прокладок устанавливают не более чем под две опоры, и толщина его не должна превышать 4 мм, то же выполняется и при установке ди­зель-генератора 5Д49.

После подгонки дизель-генератора по платикам и определения чис­ла регулируемых прокладок его окончательно устанавливают и крепят. Дизель-генератор крепят и болтами и со стороны нагнетателя—двумя шпильками и пружинами. Крепления концевой опоры шпильками и пружинами исключает передачу дополнительных напряжений, связан­ных с возникновением тепловых деформаций дизеля, а также динами­ческих и статических деформаций рамы тепловоза. Пружины затягива­ют до высоты 182+1 мм, каждая из них обеспечивает натяжение по 49 кН. После затяжки болтов и шпилек их шплинтуют. Под опорой ге­нератора установлены пружины, затянутые до высоты 187 + 1 мм пу­тем установки регулировочных прокладок. Прокладки приваривают к нажимной шайбе и платику. Разгружение пружины равно 39 кН.

Закрепив дизель-генератор, приваривают продольные и поперечные упоры, предотвращающие его смещение от различных сил, возника­ющих при работе тепловоза. Продольные упоры приваривают в выре­зе нижнего листа рамы дизеля вплотную к местам на специальных платиках рамы тепловоза. Для полного прилегания между нижними листами рамы дизеля и упором забивают регулировочные прокладки, которые на боках приваривают к полу электросваркой. Поперечные упоры устанавливают на опорных платиках с зазором между нижним листом рамы дизеля и упором 0,1—0,5 мм. Зазор необходим, чтобы во время теплового расширения дизеля не срезало упоры. Зазоры, получающиеся между нижним листом рамы дизель-генератора и на­стильным листом рамы, закрывают заделкой.

3.4. Блоки цилиндров и втулки

Блок цилиндров дизеля 10Д100(рис. 3.15) сварен из стальных плит, листов, опор, усиливающих угольников, косынок и представляет собой жесткий и прочный остов, способный выдерживать силовые и температурные напряжения во время работы дизеля. Все основные

Рис. 3.15. Блок цилиндров дизеля 10Д100:

1 — ниши для выпускных коллекторов; 2 — отсек управления; 3 — отсек верхнего коленчатого вала; 4 — место установки воздухоохладителя; 5 — люк в отсеке вертикальной передачи; б — люки в отсеке топливной аппара­туры; 7 — люки в отсеке воздушного ресивера; 8 — люки в отсеке нижнего коленчатого вала; 9 — опоры нижних коренных подшипников

детали и узлы дизеля расположены внутри блока. Для их осмотра, регулировки, разборки и сборки в блоке предусмотрены люки, закры­ваемые крышками.

Вертикальными листами толщиной 16 мм (сталь 20Г) блок поде­лен на двенадцать отсеков, из которых в десяти средних размещены втулки цилиндров с верхним и нижним поршнями и шатунами; впе­реди отделен отсек управления 2, а с противоположной стороны — отсек вертикальной передачи. В отсеке управления расположены все механизмы управления топливными насосами, приводные шестерни

кулачковых валов; отсек закрыт крышкой. На торце блока со стороны управления в верхней части укреплен кронштейн для установки двух турбокомпрессоров; внизу — выпускные патрубки и опорная плита для установки водяных и масляного насосов и их приводы. В отсеке 5 расположена вертикальная передача, соединяющая верхний и ниж­ний коленчатые валы. На торце блока со стороны тягового генератора в верхней части установлены воздушный нагнетатель с редуктором, воздухоохладители, в нижней—корпус уплотнения коленчатого вала и валоповоротный механизм.

По всей длине внутри блока приварены четыре узких (300—350 мм) горизонтальных листа (сталь 20) толщиной 25 мм, а сверху и снизу плиты толщиной 25 мм (верхние) и 22 мм (нижние). Горизонтальными листами блок разделен на отсеки.

К верхней плите и вертикальным листам приварены двенадцать опор для коренных подшипников верхнего коленчатого вала, а к ниж­ней плите и вертикальным листам—двенадцать опор 9 для коренных подшипников нижнего коленчатого вала.

В каждой верхней опоре имеется по два отверстия для шпилек, а в нижней — для болтов крепления крышек коренных подшипников. В вертикальных листах с правой и левой сторон внутри блока вва­рено по одиннадцать опор для подшипников кулачковых валов топ­ливных насосов. К верхнему листу отсека воздушного ресивера с ле­вой и правой сторон приварено по десять направляющих втулок, а к нижнему по десять фланцев крепления корпусов толкателей топливных насосов. Втулки цилиндров вставляют в блок сверху и каждую при­крепляют четырьмя шпильками к фланцу, приваренному к гори­зонтальному листу. К двум ниже расположенным горизонтальным листам приварены кольца для направления втулки при монтаже.

С обеих сторон блока к боковым вертикальным наружным лис­там приварены воздушные ресиверы, в которых имеются люки 7 для осмотра колец, поршней и очистки впускных окон на втулках ци­линдров. Люки 6 служат для осмотра и монтажа топливной аппара­туры.

Справа и слева вдоль блока имеются ниши 1, в которые уста­навливают выпускные коллекторы. Через эти ниши перед монтажом выпускных коллекторов устанавливают выпускные коробки, при­крепляемые к фланцам, приваренным к листу над отсеком нижнего

картера. Ниши для выпускных коллекторов закрыты плитами жест­кости, которые крепят к полосам рамки боковых вертикальных наруж­ных листов блока призонными болтами и шпильками.

В плитах вырезаны люки для постановки и снятия крышек люков выпускных коллекторов и термопар. Для удобства обслуживания, а также монтажа над плитами жесткости с левой и правой сторон при­креплены откидные металлические площадки. В наклонных боковых листах выштампованы люки 8 для осмотра нижнего вала, коренных и шатунных подшипников, их монтажа, а также для выемки поршней.

Блок цилиндров дизеля 5Д49 представляет собой сварно-литую кон­струкцию V-образной формы (рис. 3.16). Нижняя картерная часть бло­ка сварена из литых стоек, верхняя часть — из листов. Шпильки 10 крепления крышек цилиндров установлены в нижнюю картерную часть, поэтому основные сварные швы верхней части блока разгру­жены от газовых растягивающих сил, что обеспечивает их высокую надежность.

К стойкам блока болтами 2 прикреплены штампованные подвес­ки 1. Стык стоек блока и подвесок плоский. Подвески монтируются в стойки блока с зазором по боковым поверхностям 0,03—0,12 мм.

Для ограничения перемещения подвесок в поперечном направ­лении нижняя часть стоек блока и подвесок стянута четырьмя болта­ми 4 и 5. При монтаже коренных подшипников затяжка болтов 2, 4, 5 и 14 должна выполняться в определенной последовательности по инструкции.

Для размещения втулок цилиндров блок разделен на восемь сек­ций. В развале блока образованы ресивер наддувочного воздуха Д и канал /"для прохода масла к подшипникам коленчатого вала.

Для повышения долговечности нижнего пояса блока и предохра­нения его от коррозии в отверстия блока запрессованы втулки 37 из нержавеющей стали повышенной твердости. Для перетока охлаж­дающей воды из коллекторов 9 к втулкам цилиндров и предохранения блока от коррозии установлены втулки 38 из нержавеющей стали.

Вода к коллекторам блока поступает через привод насосов по про-ставкам 18 с уплотнительными кольцами 17. В нижней части боковых продольных листов блока против каждого цилиндра имеются от­верстия Ж для контроля герметичности полости охлаждения втулки цилиндра.

О

Рис. 3.16. Блок цилиндров дизеля 5Д49:

1 — подвеска; 2, 4, 5, 14— болты крепления подвесок; 3— шайба; 6, 11 — крышки люков; 7—шайба сферическая; 8, 26 — гайки; 9 — водяной коллектор; 10 — шпилька крепления крышки цилиндра; 12, 13 — стойки; 15 — упорные полукольца; 16 — вкладыш коренного подшипника; 17, 19, 23, 28, 30, 35 — уплотнительные кольца; 18, 24 — проставки; 20 — штифт; 21 — угольник; 22 — трубка для слива масла из крышки цилиндра в картер дизеля; 25 — шплинт; 27 — пружина; 29 — тарелка клапана; 31,36 — болты; 32, 34 — кольца; 33 — обечайка; 37,38 — втулки; А — канавка для отвода топлива и масла с опорной плиты; Б—канал подвода масла к коренным подшипникам; В — канал подвода масла для смазывания привода насосов; Г — центральный масляный канал; Д — ресивер наддувочного воздуха; Ж — контрольное отверстие; И —

канал слива масла из ресивера

Проставок, по которому подводится воздух из ресивера к впуск­ным клапанам крышки цилиндра, состоит из колец 32 и 34, обечай­ки 33 и болтов 36. При завертывании болтов кольца 32 и 34 раздви­гаются и уплотняют стыки между ресивером и проставком, крышкой цилиндра.

В отверстия, образованные стойками блока и подвесками, установ­лены вкладыши коренных подшипников 16. На девятой стойке и под­веске предусмотрены полукольца 75 упорного подшипника, препят­ствующие перемещению коленчатого вала в осевом направлении. В торцевом листе имеется отверстие, по которому масло подводится в центральный масляный канал Г, откуда по каналам Б в стойках блока — на смазывание коренных подшипников. К десятому ко­ренному подшипнику масло поступает из полости коленчатого вала. По каналу В масло идет на смазывание привода насосов. Трубки 22 и проставки 24 с уплотнительными кольцами 23 предназначены для сли­ва масла из крышек цилиндров в картер дизеля. Масло, скопившееся в ресивере, сливается по отверстию И в полость рамы. Доступ в картер дизеля обеспечивается через люки, закрытые крышками биП.С пра­вой стороны блока крышки 11 имеют предохранительные клапаны, которые открываются в аварийных случаях при повышении давления в картере дизеля.