Совершенствование систем охлаждения и регулирования температур теплоносителей дизеля

курсовая работа

1.3 Система охлаждения и подогрева наддувочного воздуха как объект регулирования температуры наддувочного воздуха

Для нормальной работы дизеля необходимо обеспечивать подачу воздуха в его цилиндры и выпуск из них отработавших газов. Наполнение цилиндров воздухом может осуществляться как за счет разрежения, создаваемого движущимися в цилиндрах поршнями, так и за счет подачи воздуха в цилиндры под давлением, превышающим атмосферное. Во втором случае, т. е. с применением наддува, масса воздуха, заполняющего цилиндр, значительно больше, что позволяет сжигать больше топлива за каждый цикл и повышать мощность дизеля при сохранении его габаритов.

Для нагнетания воздуха в цилиндры дизеля используется специальное оборудование, различающееся между собой по приводу и принципу действия. Сжатие воздуха всегда сопровождается повышением температуры, что приводит к снижению его плотности. Это нежелательно, так как одновременно уменьшается масса воздуха в цилиндрах дизеля (воздушный заряд). Охлаждение сжатого воздуха можно производить в промежуточных теплообменниках, расположенных между нагнетателем и воздушным коллектором. В систему наддува дизеля К683101Ж входят турбонагнетатель, воздушные фильтры, охладитель наддувочного воздуха и впускной коллектор.

Отработавшие в цилиндрах газы выбрасываются в атмосферу, но перед выбросом они отдают часть своей энергии на привод ротора турбонагнетателя. Отвод газов от цилиндров дизеля осуществляется через цилиндровые крышки и два выпускных коллектора, имеющих надежную теплоизоляцию.

Турбонагнетатель (рис.1.5, а) предназначен для подачи воздуха под давлением в цилиндры дизеля. На номинальном режиме работы давление наддувочного воздуха достигает 0,06 МПа (0,6 кгс/см ), а подача -- 6550 м /ч (при частоте вращения ротора турбонагнетателя 18 800 об/мин). Установка турбонагнетателя позволила повысить мощность дизеля с 556 до 994 кВт (с 750 до 1350 л. с), одновременно улучшив охлаждение и очистку цилиндров от отработавших газов.

На дизеле К68310БК установлен турбонагнетатель типа РВН50У, представляющий собой объединенные в одном агрегате центробежный нагнетатель воздуха и аксиальную турбину. Используя энергию выпускных газов, турбина обеспечивает привод рабочего колеса нагнетателя. С целью уменьшения габаритных размеров агрегата колеса турбины и нагнетателя укреплены на общем валу и образуют ротор турбонагнетателя, опирающийся на быстроходные шариковые подшипники.

Неподвижная часть турбонагнетателя (статор) состоит из трех корпусов: входного 6, турбинного 9 и воздушного 16, соединенных цилиндрическими фланцами.

Входной корпус 6 соединен с двумя выпускными коллекторами и имеет каналы для прохода выпускных газов к турбине, расположенной в среднем (турбинном) корпусе 9.

Патрубки коллекторов уплотнены в каналах входного корпуса тремя чугунными жаропрочными кольцами. Такое телескопическое соединение коллекторов с турбонагнетателем позволяет сохранять достаточную плотность и прочность конструкции при любых температурных линейных деформациях коллекторов. Продукты неполного сгорания топлива (а иногда даже масла), скопившиеся в коллекторах, просачиваются через зазоры в сочинениях патрубков с турбонагнетателем, попадают в ванночку и стекают по дренажной трубе, выведенной в раму тепловоза. Ванночка при помощи пух болтов подвешена к торцу входного корпуса.

Входной 6 и турбинный 9 корпусы, соприкасающиеся с горячими выпускными газами, отлиты из чугуна и имеют водяные полости для охлаждения водой, циркулирующей в основном контуре. Подвод воды из напорного коллектора осуществляется через нижние, а отвод -- через верхние штуцера корпусов, причем из турбинного корпуса вода выходит через два верхних штуцера. Охладившая турбонагнетатель вода отводится по трубопроводу в коллектор горячей воды.

К торцу входного корпуса, обращенному к турбинному, крепят тремя болтами 7 с лепестковыми шайбами сопловой аппарат 8, представляющий собой стальное лопастное колесо. Газы, проходящие через сопловой аппарат, перед тем как попасть на лопатки турбинного колеса приобретают нужное направление и большую скорость за счет специальной формы неподвижных лопастей аппарата.

Из турбинного корпуса 9 газы отводятся через глушитель в выпускную трубу. В верхней части корпуса имеется прямоугольное отверстие, заканчивающееся обработанным фланцем для крепления глушителя. Снизу к турбинному корпусу крепят болтами 28 две лапы 27 для установки турбонагнетателя на кронштейн, прикрепленный восемью шпильками к заднему торцу блока цилиндров. Турбонагнетатель закрепляют на кронштейне восемью болтами.

Воздушный корпус 16 центробежного нагнетателя отлит из алюминиевого сплава и имеет форму улитки. К переднему фланцу корпуса при помощи шпилек прикреплен воздушный фильтр 18 с четырьмя сменными кассетами 20. В качестве фильтрующего материала используется металлическая вата или путанка из капроновых нитей. Подготовленные к работе кассеты промасливают и устанавливают на корпусе фильтра 18, закрепляя каждую кассету двумя барашковыми гайками 19. Легкий алюминиевый корпус фильтра имеет перегородки, создающие лабиринт для прохода воздуха. Внутренние поверхности корпуса покрыты поролоном, выполняющим роль звукоизолятора.

Чтобы ограничить передачу тепла от выпускных газов к нагнетаемому воздуху, между турбинным 9 и воздушным 16 корпусами имеется теплоизоляция. Она состоит из стекловаты 26, заключенной в металлический кожух 12, который прикреплен болтами к воздушному корпусу. Кожух 12 одновременно охватывает вал ротора, уменьшая возможность его нагрева и передачи тепла по валу к рабочему колесу нагнетателя.

В воздушном корпусе 16 смонтированы два диффузора -- безлопаточный 15 и лопаточный 24, соединенные между собой восемью болтами 25. Безлопаточный диффузор 15 направляет воздух, прошедший через воздушные фильтры, на лопатки рабочего колеса 14.

Лопаточный диффузор 24 служит для направления воздуха, отбрасываемого лопастями рабочего колеса, в расширяющийся канал улиткообразного корпуса. За счет формы лопаток диффузора уменьшается скорость нагнетаемого воздуха и одновременно увеличивается его давление.

Ротор турбонагнетателя (рис.1.5, б) состоит из вала 11 и двух колес: турбинного 10 и рабочего 14. Диск турбины приварен к валу 11, причем плавный переход (галтель) от вала к диску обеспечивает достаточную прочность турбины. В диске сделано 45 елочных пазов для крепления лопаток, изготовленных из жаропрочной стали и имеющих елочные хвостовики. Все лопатки для прочности скреплены бандажной проволокой.

Рабочее колесо нагнетателя состоит из двух частей, отлитых из алюминиевого сплава. Одна часть колеса -- заборник 23 -- имеет спиральные лопасти, а другая (рабочая) -- прямые радиальные, причем переход от спиральных лопастей к радиальным выполнен плавным. Колесо с помощью шпонки 13 напрессовано на вал до упора в выступ и закреплено кольцом. 22, которое насаживается на вал в горячем состоянии.

Вал ротора через внутренние втулки 32 (рис.1.5, в и г) опирается на быстроходные шариковые подшипники, смонтированные в камерах корпусов 33 и 36. Со стороны турбинного колеса расположен один опорный подшипник 1, а со стороны рабочего колеса нагнетателя -- два опорно-упорных подшипника 21. Между наружными кольцами подшипников и корпусами установлены эластичные элементы, состоящие из наружных втулок 35 и пружинного комплекта перфорированных стальных пластин 34, смягчающих удары при высокой частоте вращения ротора.

Смазывание подшипников осуществляется дизельным маслом, заливаемым в камеры через специальные горловины, которые закрыты пробками 4. Для контроля за уровнем масла в камерах крышки 2 оснащены круглыми стеклами 3. При неработающем дизеле уровень масла должен быть выше центра стекла на 4 мм. Для смазывания подшипников применены центробежные диски 5, укрепленные на валу ротора. Вращающиеся диски захватывают масло и забрасывают его в корпуса подшипников, после чего масло вновь стекает в камеру.

Уплотнение по валу ротора осуществляется лабиринтами 17 и 31. лабиринт 31 предотвращает попадание выпускных газов в подшипник 1 со стороны турбинного колеса, а лабиринт 17 не допускает подсоса масла рабочим колесом нагнетателя из масляной камеры подшипников 21. Для более надежной защиты подшипника 1 от выпускных газов к лабиринту 31 подводится воздух под давлением из улиткообразного канала корпуса нагнетателя по каналам а, б и в. Количество нагнетаемого воздуха регулируется винтом 29, ввернутым в корпус. Просочившийся через лабиринт воздух не попадает в подшипниковую камеру, а выходит в атмосферу через отверстие в корпусе 6, закрытое сеткой 30.

Отработавшие газы, выходящие из цилиндров дизеля, проходят по двумя выпускным коллекторам и поступают во входной корпус 6 турбонагнетателя. Пройдя по каналам входного корпуса, газы через сопловой аппарат 8 выбрасываются на лопатки турбинного колеса 10, приводя его вместе с валом 11 ротора во вращение, и затем через глушитель и выпускную трубу выходят в атмосферу.

Рис.1.5 Турбонагнетатель

а -- продольный разрез; 6 -- ротор в сборе; в -- опорный подшипник в сборе; г -- опорно-упорный подшипник в сборе; 1 -- опорный подшипник; 2 -- крышка; 3 -- маслоуказательное стекло; 4 -- пробка; 5 -- центробежный диск; б -- входной корпус; 7, 25, 28 -- болты; 8 -- сопловой аппарат; 9 -- турбинный корпус; 10 -- турбинное колесо; 11 -- вал ротора; 12 -- металлический кожух; 13 -- шпонка; 14 -- рабочее колесо; 15 -- безлопаточный диффузор; 16 -- воздушный корпус; 17, 31 -- лабиринты; 18 -- воздушный фильтр; 19 -- гайка; 20 -- сменная кассета; 21 -- опорно-упорный подшипник; 22 -- кольцо; 23 -- заборник; 24 -- лопаточный диффузор; 26 -- стекловата; 27 -- лапа; 29 -- винт; 30 -- сетка; 32 -- внутренняя втулка; 33,36 -- корпус подшипников; 34 -- стальная пластина; 35 -- наружная втулка; а, б, в -- каналы

Рабочее колесо 14 нагнетателя раскручивает своими лопастями воздух. Под действием центробежной силы вращающиеся частицы воздуха отбрасываются к периферии, и по центру рабочего колеса создается разрежение. За счет разницы давлений происходит подсос воздуха из дизельного помещения тепловоза в полость воздушного корпуса 16. Воздух поступает в дизельное помещение из атмосферы через воздушные фильтры, смонтированные на дверях капота, оборудованных жалюзи с неподвижными створками. Далее воздух очищается в фильтрующих кассетах 20 самого турбонагнетателя.

Очищенный воздух направляется безлопаточным диффузором на лопасти заборника 23, захватывается вращающимся колесом и попадает в лопаточный диффузор 24, из которого подается в расширяющийся канал улиткообразного корпуса 16. В диффузоре скорость движения воздуха снижается, а давление растет. Воздух под давлением проходит по патрубку в промежуточный охладитель, где отдает часть тепла воде вспомогательного контура, циркулирующей по горизонтальным трубкам охладителя, а затем поступает во впускной коллектор. Снижение температуры воздуха увеличивает его плотность и позволяет подавать больше воздуха в цилиндры дизеля, что необходимо для получения хорошей горючей смеси.

Теплообмен между горячим сжатым воздухом, выходящим из турбонагнетателя, и водой вспомогательного контура, температура которой значительно меньше, обеспечивает промежуточный охладитель (рис.1.6). Охладитель воздуха имеет девять рядов латунных трубок 4, концы которых развальцованы и пропаяны в отверстиях двух стальных трубных досок 3, стянутых между собой четырьмя винтами. Для лучшего теплообмена трубки разбиты на колонки и оребрены тонкими пластинами, припаянными к трубкам.

Трубки заключены в корпус, который состоит из двух боковых листов 6. двух стальных прямоугольных рамок 8 и двух торцовых крышек -- передней 2 и задней 7. Прямоугольные рамки установлены между трубными досками и укреплены болтами. К рамкам 5 прикреплены два патрубка: верхний -- для подвода горячего воздуха и нижний -- для отвода охлажденного. К одному из боковых листов приварены шесть бонок 5 под болты крепления охладителя к турбонагнетателю. Кроме того, охладитель наддувочного воздуха опирается на подшипниковый щит тягового генератора через специальное амортизирующее устройство.

Схема охлаждения наддувочного воздуха

Рис.1.6 Охладитель наддувочного воздуха

1--водяной патрубок; 2,7--передняя и задняя крышки; 3-- трубная доска; 4--латунная трубка; 5-- бонка; 6 -- боковой лист; 8 -- рамка; 9 --перегородка

Вход воды в охладитель и выход ее происходят через переднюю крышку 2, имеющую перегородки 9. В задней крышке 7 сделана одна фигурная перегородка. Относительно трубных досок крышки надежно уплотнены резиновыми прокладками на тканевой основе, которые перед постановкой покрывают герметиком.

В верхней части передней крышки установлен краник. При заправке тепловоза водой краник открывают для удаления воздуха из системы. Во время эксплуатации тепловоза краник закрыт, а при сливе воды из системы его открывают, облегчая удаление воды. Для транспортировки охладителя к его задней крышке приварены две скобы.

Вода, подаваемая вспомогательным водяным насосом, входит в нижнюю часть передней крышки 2 и по двум рядам трубок (в каждом ряду по 11 трубок) проходит в заднюю крышку 7, где меняет направление движения. За счет перегородок 9, отлитых заодно с крышками, вода делает в охладителе четыре хода и через верхнее отверстие в передней крышке выходит в трубопровод, по которому идет к водомасляному теплообменнику. Горячий воздух из турбины проходит через охладитель сверху вниз и отдает часть тепла воде, циркулирующей по трубкам 4.

1.4 Автоматический релейный регулятор температуры воды дизеля

На тепловозе ЧМЭЗ применяются два релейных APT: с ГДПВ 1 с ЭПВ на постоянном токе. На рис.8, 9, 10 приведены функциональная и принципиальная схемы этих APT, функциональная схема APT с ГДПВ аналогична приведенной на рис.7.

Принципиально APT с ГДПВ (рис.1.8) состоит из термореле типа Т-35 1, электропневматического вентиля 2, пневмопривода золотника управления 3. гидромуфты 4 и ВО 5. Регулятор работает следующим образом: при температуре Тр ниже установленного предела контакты термореле 1 разомкнуты, выходной сигнал Р2 вентиля 2 равен нулю, золотник перекрывает входное отверстие и масло не поступает в муфту 4, турбинное колесо муфты и ВО 5 не вращаются.

При достижении температуры Тр установленного Принципиально APT с ГДПВ (рис.1.8) состоит из термореле типа Т-35 1, электропневматического вентиля 2, пневмопривода золотника управления 3. гидромуфты 4 и ВО 5. Регулятор работает следующим образом: при температуре Тр ниже установленного предела контакты термореле 1 разомкнуты, выходной предела контакты реле 1 замыкаются, катушка вентиля 2 получает питание и выходной сигнал Р2 принимает максимальное значение. Под действием Р2 золотник перемещается вниз и открывает входное отверстие, масло поступает в муфту, муфта передает вращение от вала дизеля к ВО 5. который вращается с максимальной пв-, пропорциональной пдг на данной ПК.

При снижении Тр ниже установленного предела контакты термореле 1 размыкаются и разрывают цепь питания катушки вентиля 2, выходной сигнал Р2 становится равным нулю. Под действием пружины пневмопривода 3 золотник перекрывает входное отверстие, масло из муфты сливается, вращение ВО 5 прекращается.

Рис.7 Функциональная схема релейного АРТ воды дизеля тепловоза ЧМЭ3

Рис.8 Принципиальная схема релейного АРТ воды дизеля тепловоза ЧМЭ3 с ГДПВ

Делись добром ;)