Выбор ТИПА силовой ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ установки

 

Все тепловозные дизели относятся к бескомпрессорным двигателям с внутренним сме­сеобразованием, самовоспламенением и водяным охлаждением. Большинство тепловозных дизелей имеет газотурбинный наддув и промежуточное охлаждение надувочного воздуха. Рабочий процесс этих дизелей характеризуется высоким давлением наддува (0,12…0,18) МПа, средними эффективными давлениями до 1 МПа у двухтактных и 1,4…1,8 МПа у четырехтактных, высокими и 12…15 раз) степенями сжатия при коэффициенте избытка воздуха в цилиндре 1,8…2,5 и давлении сгорания до 8…12 МПа. Дизели на тепловозах с электрической передачей средней быстроходности (средняя номинальная скорость поршня 7…10 м/с, частота вращения 800…1000 об/мин).

Д40 (14Д40, 11Д45). V-образные с прямоточной клапанно-щелевой продувкой, двухступенчатым комбинированным наддувом и промежуточным охлаждением воздуха в охладителе пластинчатого типа с поперечным током воды и воздуха (11Д45) (дизель 14Д40 охладителя воздуха не имеет). Блок цилиндров сварной с вваренными штампованными постелями коренных подшипников. Коленчатый вал литой из высокопрочного чугуна с азотированными поверхностями шеек. Шатуны (главные и прицепные) из легированной стали, в верхних головках запрессованы стальные втулки, залитые свинцовистой бронзой. Поршни составные с чугунным корпусом и вставкой из алюминиевого сплава, имеют по четыре компрессионных и два маслосъемных кольца. Втулка цилиндра чугунная, с водяной рубашкой, ниже которой расположены 18 продувочных окон. Крышка цилиндра составная – из чугунного днища, охлаждаемого водой, и алюминиевого корпуса. Четыре выпускных клапана с наплавкой из жаропрочного сплава приводятся от кулачкового распределительного вала через штанги и рычажный механизм с гидротолкателями. Распределительный вал расположен в развале блока и приводится шестеренной передачей от вала дизеля. Топливные насосы высокого давления блочные, форсунки закрытого типа.

Дизель 11Д45 мощностью 3000 л.с. двухтактный, 16-цилиндровый с V-образным расположением цилиндров, с двухступенчатым воздухоснабжением и промежуточным охлаждением воздуха после турбонагнетателей. Подрамник установлен на раме тепловоза на резиновые амортизаторы, которые воспринимают вес силовой установки и ряда вспомогательных устройств и препятствуют сдвигу их в продольном и поперечном направлениях. Установка дизель-генератора на амортизаторах исключает жесткую связь с рамой тепловоза, уменьшая передачу звуковых колебаний и сил от неуравновешенных масс дизеля на кузов и улучшая условия работы локомотивной бригады. Амортизаторы расположены вдоль дизель-генератора (с каждой стороны по 10 шт.). Под генератором амортизаторы поставлены в два ряда. Четыре упорных амортизатора препятствуют сдвигу агрегата вдоль рамы. Амортизаторы трехэлементные; между стальными элементами находится 30-мм слой резины, привулканизированной к ним. Резина синтетическая, масло- и морозостойкая, способная работать при температуре от -30 до +70° С. От вала дизеля приводится ряд вспомогательных установок тепловоза: со стороны генератора – тормозной компрессор КТ7; двухмашинный агрегат А-706А, состоящий из вспомогательного генератора, предназначенного для освещения, цепей управления и подзаряда аккумуляторной батареи и возбудителя генератора; подвозбудитель ВС-652; вентиляторы для охлаждения генератора и электродвигателей передней тележки. Все агрегаты, за исключением тормозного компрессора, расположены на остове генератора и приводятся в движение от раздаточного редуктора; со стороны турбокомпрессоров – вентилятор охлаждения тяговых электродвигателей задней тележки и мультипликатор гидростатического привода вентиляторов холодильника. Вал вентилятора задней тележки получает вращение от общего редуктора агрегатов воздухоснабжения дизеля через конический редуктор. Воздух для охлаждения электромашин засасывается снаружи кузова и по специальным кожухам подается к месту назначения. В случае необходимости воздух может засасываться из кузова. Для работы дизеля воздух поступает через маслопленочные фильтры, которые расположены над турбокомпрессорами, что позволяет исключить длинные воздухопроводы и снизить сопротивление на всасывающей стороне турбокомпрессоров до минимума. Частично или полностью воздух для работы дизеля может засасываться из кузова. При заборе воздуха из кузова он пополняется через окна в боковых стенках кузова, имеющих жалюзи. Со стороны устройств воздухоснабжения дизеля расположен холодильник, что обеспечило компактное размещение агрегатов, обслуживающих дизель, сократило длину труб к холодильнику, теплообменнику, водяному и масляному насосам. Холодильник дизеля включает два независимых контура циркуляции, расположенных в двух шахтах и охлаждаемых отдельными вентиляторами. В первом контуре охлаждается вода дизеля, во втором - вода, которая охлаждает масло дизеля в теплообменнике и воздух в холодильнике наддувочного воздуха дизеля. Применение теплообменника исключило установку ребристых масляных секций, как это сделано на тепловозах ТЭ3 и ТЭ10Л, которые в условиях низких температур работают ненадежно и с течением времени закоксовываются. Привод вентиляторов гидростатический. Вентиляторы приводятся в движение от гидромоторов, которые работают под давлением масла, создаваемым гидронасосами. Последние получают вращение от мультипликатора, который приводится в движение непосредственно от дизеля. Гидромоторы и гидронасосы - одинаковые машины, работающие в разных режимах. Их работа регулируется терморегуляторами, которые автоматически поддерживают заданный диапазон температур воды и масла, охлаждающих дизель. Привод жалюзи холодильника также автоматизирован. Все устройства холодильника дизеля с разветвленной системой трубопроводов размещены под полом кузова. Характерной особенностью холодильника дизеля является однорядное расположение воздуховодяных ребристых секций, что дало возможность более эффективно их расположить и уменьшить вес охлаждающего устройства дизеля. Со стороны генератора находится высоковольтная камера, имеющая форму прямоугольной призмы, малая сторона которой примыкает к боковой кузова. Стенка камеры, обращенная к кабине машиниста, имеет двустворчатые двери по всей площади, остекленные органическим стеклом. Доступ внутрь камеры возможен также через дверки и отъемные листы, которые предусмотрены на двух других сторонах высоковольтной камеры. Силовые провода заключены в алюминиевые трубы, которые уложены под полом в средней части главной рамы и проходят под дизелем. Слева, около передней кабины, установлен котел-подогреватель систем дизеля для прогрева их перед пуском и на стоянках. У задней стенки высоковольтной камеры находится санузел. Между кабинами и машинным отделением предусмотрены тамбур с дверями для входа снаружи в дизельное помещение с каждой стороны тепловоза. Эти тамбуры являются одновременно воздушными буферами, поглощающими шум от дизеля. Несущая конструкция кузова легче на 5500 кг обычной, имеющей несущую раму, и, как показали прочностные испытания, достаточно прочна и устойчива. В машинном отделении полы выполнены из алюминиевых ребристых плит, легко снимаемых для осмотра и ремонта агрегатов, находящихся под полом, укрепленных на настиле рамы кузова. Уровень пола повсюду сохранен постоянным и незначительно снижен лишь в кабинах. Боковые стенки и крыша теплошумоизолированы и обшиты внутри тонколистовой сталью. Кабины отделены от машинного отделения теплозвукоизолированными стенками, посредине которых навешаны герметичные двери с окнами, имеющими двойные стекла. Та кабина, около которой расположена высоковольтная камера, считается передней, или первой. Передняя и боковые стенки имеют сплошное остекление из органического стекла толщиной 10-12 мм с узкими вертикальными стойками, которые являются силовыми элементами каркаса кузова. Два таких элемента расположены на передней стенке кабины таким образом, что образуют дверной проем во второй кабине каждой секции двухсекционного тепловоза 2ТЭП60 от секции ТЭП60. По бокам кабины имеются окна, при открывании сдвигающиеся вперед. Пульт машиниста имеет наклонное табло, на котором размещены контрольно-измерительные приборы. Контроллер, измеритель скорости с телефоном радиостанции находятся слева, а тормозные краны, управляющие песочницей и средства звуковой сигнализации - справа. Для машиниста и его помощника сиденья установлены и закреплены на полу и могут регулироваться по высоте. Два дополнительных откидных сиденья укреплены на задней стенке. Под столом помощника машиниста установлены для отопления два водяных калорифера с принудительной подачей воздуха. В зимнее время специальный вентилятор засасывает воздух из кабины, прогоняет через калориферы и направляет его подогретым под сиденья, для обдува окон и обогрева кабины. В летнее время калориферы выключают из водяной системы, а вентилятор через специальное отверстие, расположенное на передней стенке будки, при открытой заслонке засасывается встречный воздух и подает его для охлаждения и вентиляции помещения кабины. Боковые стенки, потолок и в особенности пол и задняя стенка кабины тщательно изолированы. Вся кабина обшита перфорированными стальными листами, а деревянный пол покрыт линолеумом. Кузов тепловоза установлен на две трехосные сбалансированные бесчелюстные тележки. На каждую тележку кузов опирается на две главные вертикальные опоры маятникового типа, снабженные резиновыми конусами, и четыре боковые пружинные опоры, расположенные по две с каждой стороны тележки. Эти опоры позволяют раме тележки при прохождении кривых поворачиваться и иметь поперечное перемещение. Между кузовом и тележкой предусмотрена упругая связь посредством пружинных растяжек, удерживающих маятниковые опоры в вертикальном положении, а следовательно, тележки в среднем положении на прямом участке пути и обеспечивающих плавный поворот их кривых. Боковые опоры воспринимают примерно половину веса надтележечного строения. Рессорное подвешивание тележки включает цилиндрические пружины, расположенные около букс, и листовые рессоры с балансирами. Статическая осадка рессорного подвешивания без учета резиновой амортизации равна 93 мм. Тяговые электродвигатели выполнены с опорно-рамным подвешиванием, их вес не воспринимается осями, они прикреплены к раме тележки и входят в подрессоренное строение тепловоза.

Для железных дорог стран СНГ принят габарит 1-Т и Т. Конкретно для тепловоза ТЭП60 принят габарит 1-Т и его основные размеры: Н₁=5300 мм; Н₂=3950 мм; Н₃=1370 мм; Н₄=330 мм; Н₅=80 мм; В₁=3750 мм; В₂=3400мм; В₃=1400 мм.

Проверяем габариты дизеля, используя габариты подвижного состава: высота Н = 2600 мм; длина L=4484 мм; ширина – В =1950 мм. Таким образом, дизель вписывается в габарит 1-Т.

 

 

Рисунок 2.1 Габариты подвижного состава

 

Размеры проходной площадки:

 

                                           (2.1)

 

где  – ширина локомотива, мм;

     – ширина дизеля, мм.

 

 мм.

 

Таким образом, возможность безопасного прохода ремонтного и обслуживающего персонала возле дизеля обеспечена.

Среднее эффективное давление у дизеля 11Д45 9,1 кг/см² при диаметре цилиндра 230 мм. Форсирование дизеля можно провести путём увеличения среднего эффективного давления. Увеличение среднего эффективного давления может быть достигнуто двумя путями:

1) благодаря увеличению подачи топлива при постоянном количестве воздуха в цилиндре;

2) благодаря увеличению количества воздуха, подаваемого в цилиндр путем наддува.

Первый путь означает, что при лучшем распыливании топлива в камере сгорания удается работать с меньшим избытком воздуха. Теоретически для сгорания 1 кг жидкого топлива требуется 9 кг воздуха. Практически топливоподающая аппаратура дизеля не может обеспечить совершенное перемешивание частиц распыленного топлива с воздухом, поэтому для полного сгорания топлива требуется большее количество воздуха. Отношение действительного количества воздуха V _Д  в цилиндре дизеля к теоретическому V_T является важнейшим параметром работы транспортного двигателя и называется коэффициентом избытка воздуха α:

 

                                        (2.2)

 

Чем меньше коэффициент избытка воздуха, тем выше среднее индикаторное давление и температура газа внутри цилиндра, и тем труднее работа топливоподающей аппаратуры.

Современная топливоподающая аппаратура тепловозного дизеля способна обеспечить некоторые минимальные значения коэффициента избытка воздуха, ниже которых качество распыла топлива и его сгорание резко ухудшаются. Для тепловозных дизелей коэффициент избытка воздуха на номинальном режиме работы равен примерно двум.

Второй путь форсирования двигателя значительно лучше и удобнее первого, так как увеличение среднего эффективного давления происходит без возрастания температурных напряжений при постоянном коэффициенте избытка воздуха. Достигается это путем подачи в цилиндры дизеля предварительно сжатого воздуха.  Если цилиндры двух одинаковых двигателей заряжаются воздухом при давлении соответственно 2 и 1 атм., то при равной температуре свежего заряда и равных коэффициентах избытка воздуха при сгорании топлива температура рабочих циклов двигателей с наддувом и без него будет одинаковой. Это очень важное положение доказано теоретически и подтверждено практически. Именно этот путь и положен в основу форсирования мощности современных тепловозных дизелей.

Среднее эффективное давление:

 

                                      (2.3)

 

где  – тактность двигателя, ;

     – номинальное число оборотов вала дизеля,  об/мин.;

     – количество цилиндров, ;

     – рабочий объём цилиндра,  м³.

 

 мПа.

 

Выбираем второй способ форсирования дизельного двигателя путем увеличения среднего эффективного давления.