Дизель Д100

  Дизельные двигатели внутреннего сгорания типа Д100 представлены в нескольких исполнениях, из которых мне известны следующие:

  • дизель марки 2Д100 мощностью 1470 кВт (2000 л.с), использовался на тепловозах ТЭ3. Первый дизель был создан в 1952 году;
  • дизель марки 2Д100М, обладающий повышенной мощностью — 2200 л.с., в сравнении с его предшественником 2Д100. Двигатель 2Д100М ставился на все тепловозы ТЭ3, которые проходили модернизацию. Данный двигатель имел множество унифицированных деталей взаимозаменяемых с дизелями 10Д100;
  • дизеля 3Д100, 3Д100м и 13Д100 использовались на водном транспорте;
  • дизеля 4Д100, 7Д100, 11Д100 и 12Д100 работали в сочетании с генераторами в качестве стационарных электростанций;
  • дизель 6Д100 работал на тепловозах ТЭ3Л. К его особенностям можно отнести уменьшенное количество цилиндров, сведенное до восьми, но при этом он не уступал по мощности дизелю 2д100, имеющий 10 цилиндров;
  • дизель 9Д100, эта модель имела двенадцать цилиндров, но по не неведанных мне причинам, серийное производство 9Д100 не началось;
  • дизель марки 10д100 является очередным звеном в «эволюционной цепочке», первая модель была построена в 1960 на Харьковском заводе им. Малышева. Способен развивать мощность 2208 кВт, что эквивалентно трем тысячам лошадиных сил. Применяется на односекционных тепловозах ТЭ10, а также на локомотивах ТЭ10, состоящих из нескольких секций (2тэ10м, 2тэ10л, 2тэ10в,3тэ10м и прочих модификациях). В настоящее время большинство тепловозов ТЭ10, прошедшие модернизацию, оборудуются дизельными двигателями типа Д49 Коломенского тепловозостроительного завода;
  • 14Д100 — служил в составе с генератором на больших морских ЖД паромах.

Принцип работы, недостатки и преимущества

  Двигатель типа Д100 (кроме 6Д100) представляет собой двухтактный дизель с двумя коленчатыми валами, на каждом из которых установлено по десять поршней, имеющих вертикальное расположение. В блоке дизеля установлено пять гильз, в каждой из которых перемещаются по два поршня. При максимальном сближении двух поршни образуется камера сгорания, куда и подается топливо двумя топливными форсунками через отверстия в цилиндровых втулках. Очистка от продуктов сгорания и наполнения свежим зарядом воздуха осуществляется поршнями, которые в определенные моменты, согласно фазам газораспределения, открывают или закрывают продувочные и выпускные окна, выполненные в гильзе. Дизеля 2Д100 и 10Д100 владеют кардинально разными системами воздухоснабжения, которые будут упомянуты ниже в статье.
Оба коленчатых вала дизеля соединены между собой вертикальной передачей, установленной в одном из отсеков блока дизеля. Нижний коленчатый вал передает вращающий момент на тяговый генератор и прочее оборудование. Верхний коленчатый вал приводит во вращение два кулачковых вала ТНВД, а также воздуходувку (на дизеле 2Д100) или нагнетатель второй ступени (на дизеле 10Д100).
Из-за особенностей конструкции дизеля положение поршней в крайних мертвых точках принято называть следующим образом:

  • нахождение верхнего или нижнего поршня ближе к коленчатому валу положено называть, как наружная мертвая точка (н.м.т);
  • пребывание поршней вблизи топливных форсунок — внутренняя мертвая точка (в.м.т).

  Положительные черты двигателей Д100:

  • отсутствие цилиндровых крышек, которые в дизелях привычной конструкции, воспринимают усилия от давления расширяющихся газов во время сгорания топлива. В дизелях д100 продукты сгорания воздействуют лишь на поршни, которые совершают полезную работу;
  • отменная уравновешенная работа двигателя. Такое качество присвоено дизелю благодаря специфике его конструкции, а именно вследствие вращения коленчатых валов в разные стороны и наличия антивибратора обеспечивается спокойная работа двигателя.

  Недостатки:

  • из-за постоянного контакта выпускных окон с нижними поршнями возникает повышение тепловой напряженности с последними;
  • применение 2-х коленвалов усложняет конструкцию двигателя.

Далее в данной статье я постараюсь максимально описать конструкционные особенности и отличия дизелей 2Д100 и 10Д100.
Ниже приведены технические характеристики дизелей 2Д100, 2Д100м и 10Д100.

технические характеристики дизелей Д100

 

Устройство дизелей 10Д100 и 2Д100

  Блок дизелей 10Д100 и 2Д100 образован из листовой стали, сваренной между собой, благодаря чему обеспечивается нужная прочность всей конструкции при относительном небольшом весе. Внутри остова располагается множество перегородок с гнездами, где размещаются следующие узлы:

  • цилиндровые втулки;
  • передача, соединяющая верхний коленчатый вал с нижним коленчатым валом;
  • топливная аппаратура;
  • прочие детали дизельного двигателя.

С обеих сторон дизеля присутствуют смотровые окна, которые закрываются крышками. Окна предназначены для осмотра узлов и деталей.
Для каждого из коленчатых валов предусмотрены опоры и крышки, где размещаются коренные подшипники. Опоры закреплены к основной конструкции с помощью сварки. Опоры вместе с крышками образуют отверстия диаметром 242 мм. На каждый коленвал приходится по двадцать четыре вкладыша (12 подшипников), из которых один подшипник является опорно-упорным. В верхней части остова размещаются гнезда под подшипники валов, воздействующих на ТНВД.
Ввиду конструкционных различий дизелей 10Д100 и 2Д100, они не взаимозаменяемы.

Коленчатый вал дизеля Д100

  Материалом для изготовления нижнего и верхнего коленчатых валов выступает специальный чугун. Способ изготовления — литье. Чугун, используемый для отливки валов, может содержать в себе магний или молибден, эти «добавки» повышают качество изделия.
Диаметр шатунной шейки составляет 171,88 мм, а коренной — 203,88 мм.
Коленчатые валы дизелей бывают новой и старой конструкции. Основным отличием их является изменение подвода смазки к шатунным подшипникам. Верхний и нижний коленчатые валы между собой не взаимозаменяемые так, как концы обоих валов имеют разные конструкции для привода во вращение разных механизмов дизеля.
Верхний коленчатый вал приводит во вращение:

  • кулачковые валы топливных насосов высокого давления;
  • воздуходувку на двигателе 2Д100 или нагнетатель второй ступени на двигателе 10Д100.

Нижний коленчатый вал передает вращающий момент на такие основные механизмы:

  • тяговый генератор;
  • регулятор числа оборотов на двигателе 2Д100 или объединённый регулятор числа оборотов и мощности на 10Д100;
  • основной масляный насос и дополнительный для центробежного фильтра. Этот дополнительный насос присутствовал только на дизеле 2Д100;
  • один водяной насос на дизеле 2Д100 или два водяных насоса на 10Д100.

  Во время вращения коленчатых валов дизеля Д100 (и на других дизелях тоже), возникают крутильные колебания. Так вот частота этих колебаний имеет зависимость от таких факторов: вес коленчатого вала и вес всех смонтированных на нем узлов; упругость коленчатого вала и сопряженных с ним деталей. На протяжении работы двигателя существуют такие моменты, когда колебания от расширяющихся газов идентичны крутильным колебаниям и возникает высокая вероятность поломки коленвала. Дабы избежать этой поломки, особенно это касается чугунных коленвалов, устанавливают маятниковый антивибратор, который снижает амплитуду колебаний. На дизелях типа Д100 устанавливается по одному маятниковому антивибратору и только на нижний коленчатый вал, так как согласно расчетам было установлено, что крутильные колебания почти полностью отсутствуют на верхнем коленвалу.

Шатуны и поршни дизелей Д100

  Шатуны дизелей Д100 производят из стали 40XФA. Из особенностей устройства дизелей шатуны верхнего коленчатого вала нельзя менять с шатунами нижнего коленчатого вала, из-за того, что верхний шатун в длину короче нижнего. Но ход обоих шатунов одинаковый и составляет по 254 мм. В меньшей головке шатуна запрессовуется составная втулка, состоящая из двух втулок. Наружная втулка стальная, а внутренняя — бронзовая, последняя доводится до температуры в 100o и «садится» в стальную втулку. После процедуры запрессовки составная втулка подвергается окончательной обработке с последующей запрессовкой в головку шатуна. Шатун также имеет съемную крышку, которая вместе с шатуном образует постель для шатунных подшипников.
Шатуны бывают двух типов:

  1. с одним вертикальным каналом для подвода масла к малой (внутренней) головке — старая конструкция;
  2. с двумя наклонными масляными каналами — новая конструкция.

У шатунов старой конструкции предусмотрено два штифта для предохранения вкладышей от вероятного смещения. Также для таких шатунов было предусмотрено использование только вкладышей со сплошными канавками. Вкладыши с канавками взаимозаменяемые. На практике было установлено, что вкладыши с канавками подвергались серьёзным износам. Такие вкладыши работали совместно с шатунами старой конструкции на дизелях 2Д100.
Дизеля 10Д100 оборудовались шатунами модернизованной конструкции в сочетании с безканавочными вкладышами. Если быть точнее, то вкладыш установленный в крышке шатуна имел канавку, а вкладыш, размещенный в шатуне был без канавок, но имел два канала для масла.
Теперь о совместимости:

  • «старые» шатуны со «старыми» вкладышами будут работать на коленвалах новой и старой конструкции;
  • «новые» шатуны с «новыми» вкладышами можно ставить только на «новые» коленвалы.

Поршни

поршень дизеля 10Д100

  Поршень двигателя д100 во время работы подвергается серьёзным нагрузкам в результате сгорания топливовоздушной смеси и давлению расширяющихся газов. Особенно «достается» нижнему поршню, который постоянно пересекается с выпускными окнами. Вследствие этого начиная с момента появления «на свет» дизеля «семейства» Д100 велись работы по усовершенствования поршней.
Мне известны такие модификации поршней:

  • поршень варианта «14В», изначально был разработан для дизеля 2Д100;
  • вариант «3» для дизеля 10Д100;
  • вариант «3а» для дизеля 10Д100;
  • вариант «5», был разработан, как компромиссное решение для применения, как на дизелях 2Д100, так и на 10Д100.

Схематическое изображение поршней дизеля Д100:

поршни дизелей Д100

поршень дизеля Д100

Поршня дизелей 10д100 варианта «3» состоят из стакана и вставки. Стакан изготавливается из чугуна с добавлением легирующих компонентов. Наружная поверхность стакана, а также ее цилиндрический участок до 1-го компрессионного кольца покрыта хромом некоторой толщины для защиты от газовой коррозии, которая приводит к негативным последствиям, связанных с потерей качеств в чугуне. Для предотвращения задиров на поршнях, достижения хорошей приработки между поршнем и гильзой и для снижения истирания гильзы и поршня наружную цилиндрическую поверхность стакана покрывали оловом.
На цилиндрической поверхности поршня выполнено 7 ручьев для колец, из них:

  • четыре верхних — компрессионные;
  • три нижних маслосъемные.

Поршневая вставка и стакан отливается из чугуна. Для ее крепления к стакану в варианте «3» применено четыре шпильки, а варианте «5» — стопорное кольцо. Для соединения вставки с шатуном используется поршневой палец плавающего типа. А что касается поршней варианта «14В», то в нем поршневой палец во вставке зажимается неподвижно.
Отличительные «черты» конструкции поршней:

  • поршень каждого варианта исполнения обладает собственной формой днища;
  • поршни, находящиеся в одном цилиндре невзаимозаменимы между собой, так как каждый из них имеет определенную форму днища и юбки;
  • поршни дизелей 2Д100 варианта «14В» охлаждали масло при помощи циркуляционного способа, а вот отвод тепла от поршней двигателей 10Д100 происходит двумя путями: циркуляция масла и его взбалтывание во время перемещения поршней;
  • в ручьях стакана нет штифтов, которые бы предотвращали перемещения поршневых колец по оси поршня. Из-за такой особенности иногда встречаются поломки колец вследствие постоянного контакта с кромками газораспределительных окон.

Втулка цилиндра

  Гильзы дизелей Д100 изготавливаются из чугуна с «добавками» методом отливки. Зеркало гильзы при изготовлении подвергаются абразивной обработке и процессу фосфатирования для улучшенной притирки компрессионных и маслосъемных колец. На каждой цилиндровой втулке в нижней и верхней ее части размещены выпускные и продувочные окна соответственно. Продувочные окна выполнены равномерно по всей окружности втулки. Благодаря особому профилю продувочных окон достигается качественная очистка полости гильзы от продуктов сгорания, хорошее смешивание с топливом и последующая зарядка свежим воздухом, давление которого превышает атмосферное. На дизелях Д100 применена прямоточно-щелевая продувка, которая считается наиболее эффективной схемой газораспределения в двухтактных двигателях.
Средняя часть гильзы во время работы дизеля постоянно подвергается тепловому воздействию, поэтому для поддержания оптимальной температуры втулки цилиндра применено охлаждение водой в ее средней части. Циркуляция охлаждающей жидкости происходит между гильзой и стальной рубашкой, которая «посажена» поверх гильзы. Для уплотнения пространства с водой используется по два резиновых кольца в верхней и нижней части цилиндровой втулки. На цилиндрических поверхностях гильзы и рубашки выполнено два отверстия для двух топливных форсунок и одно отверстие для индикаторного крана.

 

Система воздухоснабжения

  Как известно мощность дизеля 10Д100 (масса дизеля 19,5 т) равна 3000 л.с., а дизеля 2Д100 (масса 19,4 т) — лишь 2000л.с. Достичь такого прироста мощности на 10Д100 разработчикам дизелей удалось благодаря существенной модернизации системы воздухоснабжения. В дизелях тепловозов ТЭ3 для очистки цилиндров от продуктов сгорания и их наполнения воздухом использовалось лишь одно устройство — это объемный нагнетатель, он же воздуходувка. Воздуходувка давала возможность приблизится к отметке 1,3 атм давления наддувочного воздуха.
Двигатель 10Д100 оборудуется несколько иными узлами наддува, обеспечивающими давление 2,2 атм. К этим узлам относятся:

  • два турбокомпрессора ТК-34 1-й ступени;
  • центробежный компрессор 2-й ступени;
  • два интеркулера (водовоздушные теплообменники).

Принцип работы системы воздухоснабжения 10Д100

  Продукты сгорания, выходящие из цилиндров, направляются в турбокомпрессора ТК-34. После сжатия в устройствах первой ступени, наддувочный воздух устремляется к нагнетателю второй ступени, где происходит окончательное сжатие воздуха. Затем совершается охлаждение сжатого воздуха, который после этого поступает во впускные коллектора и распределяется по цилиндрам дизеля.
Фазы газораспределения дизелей 2Д100 и 10Д100 также подверглись незначительным изменениям, которые выражены лишь в изменении игла подачи топлива.

 

Дизель 10Д100

 

Дизель Д40

  Дизельные двигатели типа Д40 производились в двух исполнениях, это дизель 14д40 и дизель 11д45. Значительное количество узлов и деталей этих дизелей взаимозаменяемые между собой. Дизеля типа д40 являют собой двухтактные машины V-образного исполнения с клапанно-щелевой продувкой цилиндров, развал, которых равен 45o. Эти двигателя обладают особой системой наддува, состоящей из двух этапов нагнетания воздуха. 16-ти цилиндровый дизель 11д45 мощностью в три тысячи лошадиных сил приводил во вращение тяговый генератор МПТ — 120/55А (позже ему на смену «пришел» тяговый генератор ГП-311В) и вспомогательное оборудование на тепловозе ТЭП60. Его менее мощному (2000 лошадиных сил.) 12-ти цилиндровому «собрату» приходилось работать на тепловозе М62, также в сочетании с тяговым генератором ГП-312.

Технические характеристики дизелей 14Д40 и 11Д45

Технические характеристики дизелей 14Д40 и 11Д45

Система наддува дизелей 14д40 и 11д45

  Помимо разного количества цилиндров у дизелей д40, они еще вдобавок имели разные системы воздухоснабжения. В дизель 14д40 для нагнетания сжатого воздуха в цилиндры двухтактного дизеля применялось два схожих турбокомпрессора и один роторный компрессор (он же объемный нагнетатель), задача которого увеличить давление сжатого воздуха после турбокомпрессоров. Турбокомпрессора имеют лишь одно отличие, заключающиеся в направлении вращения: ротор левой турбины вращался влево, а ротор правого турбокомпрессора крутился по часовой стрелке. За счет вращения роторов в разных направлениях поток нагнетаемого воздуха подавался одновременно во вторую ступень — объемный нагнетатель, который схож по конструкции с воздуходувкой дизеля 2Д100. К основным деталям объемного нагнетателя, отвечающим на повышение давления после первой ступени наддува, относятся два ротора.
Наддув воздуха в двигателе 11д45 происходил также с помощью двух турбин в первой ступени. Но турбокомпрессора дизелей 11д45 отличались от турбин 14д40 разной высотой лопастей турбинного колеса и другой геометрией диффузора. Благодаря иным параметрам отдельных узлов турбокомпрессоров 11д45 удалось достичь значения в 0,219 Мпа давления наддува. Сжатый воздух, прошедший первую ступень поступает в воздушно-водяной теплообменник, где снижается его температура. Кстати, на дизеле 14Д40 это промежуточное охлаждение отсутствует. Затем охлажденный поток воздуха окончательно сжимается за счет центробежного компрессора (он же роторный нагнетатель). При работе дизеля на холостых оборотах (400 об/мин) рабочее колесо роторного нагнетателя совершает 3920 об/мин.
«…согласно теоретическим расчетам и проведенным практическим испытаниям было выявлено, что применение объемного (роторного) компрессора на дизелях способствует хорошим пусковым качествам, а также обеспечивает подачу необходимого количества воздуха в цилиндры двигателя…»

Устройство дизелей 14д40 и 11д45

  Остов обоих дизельных двигателей включает в себя блок цилиндров сварной конструкции и раму дизеля. На раму дизеля опирается тяговый генератор, а также рама имеет поддон, служащий в качестве масляной ванны. В нижней части блока цилиндров расположены места крепления для подвесок коренных подшипников коленвала двигателя. В качестве материала для подшипников скольжения используется стальные вкладыши, поверх которых наносится антифрикционный сплав, состоящий из свинцовистой бронзы. Для предотвращения возможного перемещения коленчатого вала в осевом направлении внедрены специальные упорные кольца, размещенные на некоторых вкладышах.
Коленвалы двигателей типа д40 цельнолитые и изготовляются чугуна, обладающего высокими показателями прочности. Правда, на некоторых дизелях 14д40 применяли коленчатые валы из легированной стали. Поверхности шатунных и коренных шеек коленчатых валов подвергались процессу химико-термической обработки (азотированию) для придания шейкам стойкости против коррозии. Шатунные и коренные шейки каждого коленчатого вала имеют полости для подачи смазки.
Главными отличиями у коленвалов дизелей 11д45 и 14д40 являются:

  • размеры и количество шеек: у 14Д40 было 6 шатунных и 8 коренных шеек, а у 11Д45 8 шатунных и 10 коренных;
  • методы подачи масла;
  • размещение кривошипов: кривошипы дизеля 14Д40 расположены на коленвале через каждые 60o согласно порядку работы цилиндров дизеля, а на 11Д45 — через каждые 90o.

Порядок работы цилиндров дизелей Д40

порядок работы цилиндров дизелей 11Д45 и 14Д40

  Оба коленчатых вала обладают антивибраторами, но эти устройства не взаимозаменяемые и имеют некоторые конструктивные отличия. На коленвале дизеля 14Д40 устанавливается маятниковый антивибратор, задача которого «сгладить» напряжения, возникающие из-за крутильных колебаний. А вот коленвал двигателя 11Д45 оснащен комбинированным антивибратором, выполняющим гашение не только крутильных колебаний, но еще и изгибных колебаний.

антивибратор дизелей 14Д40 и 11Д45

 

Цилиндропоршневая группа

  Цилиндровые крышки обоих дизелей одинаковы и количество их зависит от общего числа цилиндров двигателя, на 14д40 — 12 штук и 16 штук на 11д45. Цилиндровая крышка дизелей Д40 имеет следующие конструктивные особенности:

  • «головка» состоит из двух частей: чугунное днище и алюминиевая «верхушка»;
  • наличие 4-х выпускных клапанов (впускные клапаны отсутствуют так как двигатель двухтактный).

Крепление «головки» к блоку цилиндров осуществляется при помощи 4-х шпилек, а для крепления «головки» к гильзе (ее диаметр 230 мм) предусмотрено шесть шпилек, которые вкручены в саму гильзу. Стык между цилиндровой крышкой и втулкой цилиндра уплотняется установкой медной прокладки. Средняя часть гильзы имеет утолщение, где присутствуют 18 окон, через которые осуществляется наполнение и продувка воздухом полости цилиндра. На наружной поверхности втулки цилиндра предусмотрены места для размещения резиновых колец, задача которых герметично разделить полости с охлаждающей жидкостью и наддувочным воздухом.
Поршень дизелей Д40 имеет особое устройство, так как в его конструкцию входит три составные части: вставка из алюминиевого сплава, стальная головка и чугунный тронк.
Ниже смотрите схематическое изображение поршня:

поршень дизеля 14Д40 (11Д45)

  Как Вам видно из схемы на цилиндрической поверхности поршня предусмотрено шесть ручьев для поршневых колец. Из них в головке выполнено 4 ручья для компрессионных колец. Верхнее компрессионное кольцо подвергается серьёзным термическим нагрузкам во время работы дизеля и поэтому для его изготовления используется высокопрочный чугун, а контактная поверхность этого кольца вдобавок хромируется. В три нижние канавки устанавливаются особые компрессионные кольца из легированного чугуна в сочетании с бронзовым пояском. Миссию удаления масла с зеркала гильзы успешно выполняют два маслосъёмных кольца располагающиеся в тронке. Материалом для маслосъемных колец является легированный чугун.
Вкратце об особенностях поршней дизеля Д40:

  • в конструкции поршня не предусмотрено элементы, которые бы не предотвращали возможный поворот тронка с головкой на вставке во время работы двигателя;
  • есть возможность изменить степень сжатия в цилиндре, меняя прокладки (на рисунке — 8) между тронком и вставкой;
  • надежность соединения тронка с головкой достигается за счет 4-х болтов;
  • для соединения поршня с шатуном применяется палец плавающего типа;
  • тепло у поршня «отбирается» маслом, поступающим по сверлению в шатуне.

  Шатунный механизм представляет собой сочетание главного и прицепного шатуна, соединенных при помощи пальца, размещенного в проушинах. Конструкция шатунного механизма Д40 схожа с шатунами дизелей Д49. Во время работы двигателя поршень с прицепным шатуном совершает движение протяженностью в 304 мм, а поршень с главным — 300 мм.

Системы дизелей 14д40 и 11Д45

  Распредвал механизма газораспределения дизельных двигателей Д40 расположен между цилиндровыми крышками левого и правого рядов. На него возложены следующие функции:

  • открытие и закрытие выпускных клапанов, расположенных в цилиндровых крышках посредством рычажных механизмов;
  • приводит во вращение кулачковый вал блочного ТНВД дизеля;
  • приводит во вращение объединенный регулятор;
  • приводит во вращение механический тахометр;
  • приводит во вращение предельный регулятор частоты оборотов (при достижении 850 об/мин происходит принудительная остановка дизеля).

  В состав топливной системы входит:

  • один топливный насос высокого давления с числом секций, соответствующим количеству цилиндров дизеля;
  • для 14д40 — 12 форсунок закрытого типа и для 11д45 — 16 форсунок тоже закрытого типа;
  • устройства фильтрации топлива, в состав которых входят фильтра грубой и тонкой очистки топлива;
  • помпы для подкачки топлива: для дизелей 14Д40 (на тепловозе М62) было предусмотрено одна помпа, на дизелях 11Д45 (на тепловозе ТЭП60) — две;
  • предохранительный клапан для поддержания надлежащего давление топлива;
  • топливоподогреватель;
  • системы аварийной подачи топлива на 14Д40, при поломке топливоподкачивающего насоса.

Принцип работы аварийной подачи топлива такой: на случай, когда происходит поломка основного топливоподкачивающего насоса, забор топлива происходит через клапан аварийной подачи топлива при помощи ТНВД. Однако топливный насос высокого давление не может создавать необходимого давления топлива для корректной работы всей топливной аппаратуры, что впоследствии приводит к невозможности развить полную мощность дизелем. Как указано в литературе при использовании системы аварийной подачи топлива на тепловозах М62 наблюдается снижение мощности с 2000 л.с. до 1000 л.с., да и к тому чаще всего не возможно запустить дизель только на аварийной подкачке топлива. Из-за особенностей топливной системы тепловоза М62 длительная работа на «аварийном топливе» сильно загрязняет фильтр тонкой очистки топлива.

топливная система дизеля 11Д45

 

топливная система дизеля 14Д40

Схемы масляных систем дизелей 14Д40 и 11Д45

масляная система дизеля 14д40

 

масляная система дизеля 11Д45

Схемы водяных систем дизелей 14Д40 и 11Д45

водяная система дизеля 14Д40

 

водяная система дизеля 11Д45

О ТНВД

 Топливный насос высокого давления (сокращенно ТНВД) является своеобразным «посредником» между оборудованием топливной системы высокого и низкого давления.
К узлам низкого давления можно отнести следующие оборудование:

  • топливные баки, отвечают за хранения дизельного топлива;
  • фильтра грубой и тонкой очистки; топливный насос с приводом от дизеля тепловоза. Служит для забора
  • топлива с расходных баков и наполнения полостей топливной системы во время работы двигателя. Это устройство присутствует не во всех топливных системах, по разным причинам;
  • топливный насос с электрическим приводом. Тоже предназначен для забора и подачи топлива. Присутствует во всех топливных системах тепловозов;
  • редукционные (перепускные) клапана, защищают трубопроводы низкого давления от избыточного давления путем поддержки оптимального давления, которое зачастую колеблется в пределах от 1,5 до 2,5 атм.;
  • топливоподогреватель. Представляет собой емкость с двумя разобщенными полостями, по которым циркулирует топливо и охлаждающая жидкость водяной системы локомотива, «обмениваясь» теплом;


Аппаратура высокого давления:

Иногда трубки высокого давления могут вообще отсутствовать из-за конструкционных особенностей ДВС, на которых внедрены особые устройства, имеющие в своем корпусе насос и форсунку.
В этой статье я Вам постараюсь в понятной форме предоставить информацию касательно видов, компоновки и неисправностей насосов высокого давления.

Конструкция ТНВД

тнвд д49

 Подавляющие число двигателей внутреннего сгорания тепловозов оборудуются насосами блочной или индивидуальной конструкции. То есть, блочный ТНВД представляет собой устройство, которое содержит в себе один кулачковый вал и определенное число толкателей, плунжерных пар, нагнетательных клапанов и т.д. Такие насосы выполняют подачу топлива ко всем форсункам в определенной очередности. ТНВД индивидуального типа являет собой узел, в котором присутствует только один толкатель, одна плунжерная пара и один нагнетательный клапан. Индивидуальные насосы подают топливо только в один цилиндр.

блочный ТНВД индивидуальный ТНВД
установлены на дизелях
  • д49;
  • д70;
  • д100.
преимущества удобство в обслуживании; для управления ТНВД используется небольшое количество рычагов и тяг хорошо зарекомендовали себя при работе с многоцилиндровыми дизелями, где индивидуальные ТНВД монтируются в близости с соответствующим цилиндром, что позволяет максимально уменьшить длину трубок высокого давления
недостатки общее число топливных секций в блочных ТНВД ограничивается шестнадцатью (11д45) для управления индивидуальными насосами на дизеле предусмотрена система тяги и рычагов, которая при отсутствии надлежащего ухода может снижать чувствительность РЧО (появятся «провалы» при сбросе позиций или дизель может работать неустойчиво)

Классификация ТНВД по устройству и способу дозировки

топливный насос дизеля Д100

 Насосы высокого давления разделяются на 3 класса по методу дозировки топлива:

  • регулируемые началом подачи топлива;
  • регулируемые концом подачи топлива;
  • регулируемые изменением начало и концом подачи топлива;

Что касается тепловозных дизелей, то на них наиболее распространенными являются топливные насосы второго и третьего классов.

регулируемые концом подачи топлива; регулируемые изменением начало и концом подачи топлива;
Дизели
  • 1д12;
  • д50;
  • д70;
  • д100;
  • м750.

Вдобавок ТНВД также делятся по конструкционным особенностям на две группы:

  • насосы, у которых нагнетание нужного количества топлива происходит только за счет самой плунжерной пары (насосы этой группы применяются почти на всех тепловозных двигателях);
  • насосы, имеющие клапанное управление, что включает в себя некоторое количество клапанов, работа которых контролируется дополнительным механизмом (насосы с такими конструкционными особенностями применяются лишь на некоторых ДВС).

Насосы высокого давления в основу, которых заложено золотниковое управление подачи топлива, отличается простотой и надежностью конструкции. Общее число установленных подвижных узлов в таких насосах минимально, к ним относятся: толкатель, плунжерная пара и нагнетательный клапан.

Неисправность прецизионных пар

 

плунжерная пара насоса тепловозного дизеля

 В индивидуальных топливных насосах золотникового типа присутствует только две (в блочных ТНВД конечно же больше) прецизионных пары, это плунжерная пара и нагнетательный клапан с его седлом.
Износ рабочих поверхностей плунжерных пар это частая и распространенная их неисправность. Также эти прецизионные пары считаются непригодными для дальнейшей работы в случае, если:

  • плунжер имеет затупленные кромки на торце головки, а также на отсечной спирали;
  • на контактной поверхности головки плунжера присутствует большое количество коррозионных участков;
  • на плунжере или на его гильзе есть трещины, риски или другие визуальные недостатки.

Качественно работающая плунжерная пара имеет зеркальную поверхность с малозаметными штрихами и прямым блеском.
Преждевременный выход из строя плунжерных пар зачастую вызывается вследствие работы топливной аппаратуры на некачественно отфильтрованном дизельном топливе и вдобавок из-за содержания в топливе мельчайших абразивных частичек. Степень износа плунжерных пар определяют исходя из величины ее плотности.
Плотность плунжерной пары — это отрезок времени, за который определенное количество топлива перетечет из полости над плунжером через диаметральный зазор между плунжером и его гильзой, во время этого испытания плунжер должен совершать возвратно-поступательно движение. Такое испытание проводится на стенде А53, после которого полученные результаты сравнивают с соответствующими нормами, и решается вопрос о дальнейшей эксплуатации или о браковке плунжерной пары.

Нагнетательный клапан

 

нагнетательный клапан тнвд тепловозного дизеля

 К основной неисправности нагнетательного клапана относится снижение герметичности притирочной фаски клапана. Из-за такого явления происходит перетечка топлива в надплунжерное пространство, что пагубно повлияет на процесс впрыска топлива в особенности на холостых оборотах дизеля. А именно это приведет к частичной потери мощности дизеля по причине снижения дозировки подаваемого топлива и искажения угла подачи топлива.
Помимо износа герметизирующих свойств нагнетательного клапана также следует обращать внимание на пружину клапана, прокладку и нажимной штуцер.
Нажимной штуцер должен быть осмотрен в обязательном порядке перед вкручиванием в ТНВД, его резьбовые поверхности не должны содержать задиров или наклепов, а поверхность, на которую опирается пружина нагнетательного клапана, должна быть плоской.
В качестве прокладок для нагнетательных клапанов выступают резино-технические изделия или медные прокладки. Медные изделия перед установкой отжигаются, а резинки почти всегда подлежат замене, дабы избежать подтеканий топлива из-под нажимных штуцеров, что часто бывает на топливных секциях дизеля Д50.
Теперь о пружинах, их состояние (изменение размеров и упругости) может вызвать серьезные нарушения топливоподачи. Ниже приведены параметры пружин нагнетательных клапанов некоторые типов дизелей.

дизель д40 дизель д49 дизель д100
высота пружины без приложенного усилия от 33 мм до 34 мм 14 мм от 26 мм до 27 мм
проверочное усилие сжатия пружины 58 — 59 H 18,7 — 22,7 H 16 H
высота пружины после приложения усилия от 6,8 мм до 7,8 мм 9,5 мм 23 мм

Нижний корпус

Нижний корпус регулятора скорости ВРН-100

 Нижний корпус состоит из корпуса 9 и крышки 10. Во внутренних полостях корпуса и крышки установлен шестереночный масляный насос и размещена масляная ванна «В». В днище масляной ванны имеется отверстие для слива масла, закрытое пробкой сливного отверстия 15 (см. рис. 2, 3, 4). Фланец «D» (см. рис. 6) корпуса является основанием регулятора. Для крепления регулятора к корпусу привода во фланце предусмотрены четыре отверстия d=12 мм. Взаимное положение регулятора и привода при установке регулятора на дизель обеспечивается центрирующим пояском «С» и соответствующей проточкой в корпусе привода.
 Масляный шестереночный насос размещен в верхней части корпуса 9. Ведущая шестерня насоса выполнена на приводном вале 2, а ведомая шестерня на приводном валике 12 измерителя частоты вращения. Приводной вал 2 вращается в бронзовой втулке 8. Смазка поверхностей трения осуществляется маслом, поступающим через канал в корпусе и продольные канавки на внутренней поверхности втулки. Приводной вал 2 уплотнен манжетой 7, установленной в крышке 6. От продольных смещений манжета фиксируется шайбами с двумя лапками, установленными под винты крепления крышки к корпусу. На шлицевом конце приводного вала установлена шлицевая втулка 3, которая входит в зацепление со шлицевым валом привода дизеля. От продольных смещений шлицевая втулка фиксируется стопорным кольцом и корончатой гайкой со шплинтом. Приводной валик 12 измерителя частоты вращения установлен в бронзовую втулку, запрессованную в крышку 10. Смазка поверхностей трения осуществляется маслом, поступающим через каналы в ступице шестерни приводного валика 12. Уплотнение во фланцевом соединении крышки с корпусом обеспечивается резиновой прокладкой круглого сечения, размещенной в канавке фланца корпуса. В крышке и корпусе выполнены всасывающий и напорный каналы, установлены всасывающие и нагнетательные клапаны масляного насоса. На регуляторах в. вариантах исполнения с любым направлением вращения установлено четыре клапана. При вращении приводного вала по часовой стрелке (см. рис. 1) всасывание масла в насос будет осуществляться через левый всасывающий клапан 29 и левый канал, а напорными будут правые канал и нагнетательный клапан 28. При вращении приводного вала против часовой стрелки всасывание масла будет осуществляться через правые всасывающий клапан 29 и канал, а напорными будут левые нагнетательный клапан 28 и канал.
 На регуляторах в вариантах исполнения с односторонним вращением приводного вала клапаны не установлены. В плите и корпусе выполнены каналы, обеспечивающие работу масляного насоса только в одном установленном направлении вращения приводного вала.

Устройство и работа компрессора ВУ-3,5

Режим работы

Режим работы компрессора: повторно-кратковременный с продолжительностью включения (ПВ) до 50% при продолжительности цикла до 10 минут включительно в диапазоне давлений 0.6…1,0 МПа (6,0…10,0 кгc|см2).
Разрешается непрерывная работа компрессора с номинальным противодавлением не больше 45 минут, но не чаще одного раза в течение 2-х часов.

Смазка компрессора

Смазка компрессора ВУ-3,5

Смазка компрессора комбинированная: шатунные подшипники смазываются под давлением от шестеренчатого насоса, приводимого в действие от коленчатого вала 8 и разбрызгиванием (цилиндры, верхние головки шатунов, коренные подшипники коленчатого вала).
Система смазки, кроме шестеренчатого насоса, состоит из магистрали всасывающей 1, расположенной в картере 2, трубопровода масляного фильтра 4, регулировочного клапана 5.
Масло заливается в картер через заливочную горловину, которая закрывается пробкой 9. Контроль уровня масла производится маслоуказателем 10. Спуск отработанного масла производится через отверстие, расположенное внизу корпуса.
Трущиеся поверхности компрессора смазываются очищенным маслом. Для очистки масла во всасывающей магистрали имеется сетка, а в нагнетательном тракте установлен фильтр. Кроме того, в коленчатом вале имеется полость центробежной очистки масла.
Для нормальном работы необходимо, чтобы давление в масляной системе на номинальном скоростном режиме прогретого компрессора было в пределах 2,5…3,5 кгс|см2. В случае не соответствия давления по манометру с указанным выше интервалом давлений необходимо произвести его регулировку регулировочным клапаном. Регулировка производится при включенном компрессоре, давление проверяется по масляному манометру. При минимальной частоте вращения компрессора давление масла может понижаться до 0,147-0,02МПа.
Для сигнализации при снижении давления масла в системе смазки служит датчик давления 7 и сигнальная лампочка, устанавливаемая на пульте управления машиниста. Контакты датчика отрегулированы на срабатывание в электрической цепи при снижении давления в системе смазки компрессора до 0,11+0,051 МПа.
Контакты датчика способны разрывать электрическую цепь постоянного тока напряжением 50В, 110В мощностью 50Вт при постоянной временной цепи 0,05 секунд. Подсоединение контактов датчика ДЕМ 105 и обслуживание его производить согласно паспорта ТКСЙ.421262.003 ПС.
Предусматривается при монтаже компрессора на локомотивах система сигнализации, выведенная на пульт управления машиниста, включающая себя: контроль давления масла в системе смазки компрессора; включения и отключения нагревателей масла (ТЭНов) и компрессора. На тепловозах серии ЧМЭ-3 контроль за состоянием давления в системе смазки компрессора осуществляется по манометру.

Охлаждение компрессора

Для снижения температуры сжатого воздуха служит принудительная система охлаждения, состоящая из межступенчатого холодильника и осевого вентилятора.
Для снижения общей теллонапряженности компрессора цилиндры и крышки клапанов имеют развитую оребрённую поверхность, которая интенсивно обдувается вентилятором.
Вентилятор — осевой с приводом от коленчатого вала через ременную передачу. Схема натяжения ремня показана на рисунке ниже.

Схема натяжения ремня компрессора ВУ 3,5

Холодильник алюминиевый, барабанно-петлевой, сварной размешен в развале между цилиндрами I и II ступеней. На воздухопроводе между цилиндрами устанавливается предохранительный клапан.

Фильтр-глушитель

Компрессор на всасывании имеет фильтр-глушитель, предназначенный для очистки всасываемого воздуха и снижения уровня шума на всасывании. Он состоит иа основных сборочных единиц и деталей-кронштейна (алюминиевая отливка корпуса), кожуха колпака, двух крышек и фильтрующего элемента. Поток воздуха всасывается через крышку под верхним колпаком и проходит через фильтрующий элемент во всасывающую полость компрессора. Глушение шума, возникающего во всасывающей полости компрессора, осуществляющегося за счет изменения направления потока всасываемого воздуха в крышке глушителя и при прохождении через фильтрующий элемент. Фильтр-глушитель приведен ниже.

Фильтр-глушитель компрессора ВУ 3,5

Система регулирования производительности

Производительность компрессора на подвижном составе регулируется автоматически в зависимости от давления воздуха в главных резервуарах. При этом но достижении верхнего установленного предела давлений воздуха в главных резервуарах локомотива срабатывает электропневматический регулятор и компрессор автоматически останавливается (при отключаемом приводе). При не отключаемом приводе компрессор переводится на холостой ход. После снижения давления в резервуарах до нижнего установленного предела, компрессор начинает работать с подачей воздуха в напорную магистраль.
Верхний и нижний пределы давления воздуха в главных резервуарах устанавливаются в зависимости от конструктивных особенностей и назначения подвижного состава, но не должны выходить за пределы минимального и максимального давления нагнетания, компрессора. Например, пределы нижнего и верхнего уровней давления главных резервуарах могут составить 0,75+0,02 МПа 0,90+0,02 МПа.
Для предотвращения чрезмерного повышения давления на нагнетательном трубопроводе должны быть установлены предохранительные клапаны, с пропускной способностью не менее 3,5 м3/мин.

Привод компрессора

Привод компрессора на локомотивах осуществляется:

  • от дизеля через гидромеханический редуктор;
  • от электродвигателей постоянного или переменного тока через муфту или шестеренчатый понижающий редуктор.

Сапун

Для предотвращения появления давления в картере компрессора служит сапун.

Сапун компрессора ВУ 3,5