Приборы контроля температуры и защиты дизеля от перегрева.

Для контроля температуры предусмотрены электротермометры в кабинах машиниста. Датчики этих термометров установлены на выходном трубопроводе первого контура системы охлаждения. В дизельном отделении тепловоза размещаются ртутные термометры для периодического контроля соответственно температуры первого и второго контуров циркуляции на входе и выходе из дизеля. На выходном трубопроводе установлены датчики температуры, которые связаны с термореле, управляющими соответственно открытием жалюзи и сбросом нагрузки дизеля.

В тепловозе ТЭП70 к выходному трубопроводу подсоединен трубопровод терморегулятора, управляющего работой гидромотора вентилятора, который при увеличении температуры воды в горячем контуре пропускает в гидромотор большее количество масла, при этом увеличивается частота вращения гидромотора и тем самым снижается температура воды.

 

Водяной (расширительный) бакпредназначен для размещения части увеличивающегося объема воды при повышении температуры в системе охлаждения агрегатов локомотива, обеспечения необходимого давления, а также пополнения системы при утечках воды. Наличие расширительного бака устраняет образование воздушных и паровых пробок и создает возможность термосифонного охлаждения двигателей после остановки, когда горячая вода поднимается от двигателя в бак, а холодная поступает в двигатель. Расширительный бак устанавливают в самой верхней точке водяной системы. Емкость водяной системы современных тепловозов составляет 900—-1500 л. При нагревании воды от 20 до 90 °С объем увеличивается на 30—60 л. Емкость расширительного бака 100—300 л.

Корпус бака оборудуют водомерными стеклами, трубкой для отвода пара в атмосферу, заливной горловиной, перегородками для создания жесткости бака. Площадь сечения трубы, соединяющей бак с водяной системой, значительно меньше, чем площадь сечения труб основной магистрали, при этом вода проходит в основном по кругам циркуляции. На локомотивах с двумя кругами циркуляции бак разделен перегородкой с отверстием для выравнивания уровня воды в разных частях бака, причем каждый отсек бака обслуживает свой круг. У тепловоза ЧМЭЗТ два расширительных бака, сообщающихся трубопроводом.

Форма бака обусловлена пространством для его установки. Баки тепловозов ТЭМ2, ТГМ4, ТГМ6, 2ТЭ10М и ТЭП70 выполнены в виде прямоугольного параллелепипеда, а тепловозов ТЭ109, М62, ТЭ121 и 2ТЭ116 — цилиндра.

 

Водяные насосы.При термосифонной циркуляции вода от горячих элементов к холодным перемещается вследствие перепада плотности холодной и горячей воды. Такие системы для локомотивов не применяют из-за малых скоростей перемещения воды, хотя эффект термосифонной циркуляции есть. Для обеспечения принудительной циркуляции в водяных системах охлаждения дизелей тепловозов устанавливают водяные насосы центробежного типа с механическим приводом.

Устройство водяных насосов тепловозных дизелей одинаково. Они отличаются размерами рабочего колеса и, следовательно, производительностью, а также устройствами уплотнения со стороны привода.

Необходимую подачу насоса G_в (м³/с), обеспечивающую отвод теплоты от поверхностей дизеля и передачу ее в окружающую среду, определяют из выражения:

(4.14)

где Р_в — количество теплоты, выделяемое в воду дизелем, кВт (см. табл. 4.2); с_в = 4,187 кДж/(кг-К) — удельная теплоемкость воды; ρ_в = 1000 кг/м³ — плотность воды; Δt_в = 6—10°С — перепад температур воды на выходе из дизеля и на входе.

Количество теплоты, отводимой из дизеля охлаждающей водой, можно ориентировочно определить по выражению (4.13), приняв для дизелей средней быстроходности а₂ = 0,15—0,20, а для быстроходных а₂ = 0,1—0,15.

Мощность, потребляемую насосом, определяют по выражению (5.6). Гидравлическое сопротивление водяной системы принимают по экспериментальным данным или рассчитывают.

Из выражения (4.14) следует, что необходимая подача водяного насоса зависит от разности Δt температур. Для уменьшения размеров водяного насоса и потребляемой мощности необходимо снизить подачу насоса, что возможно при увеличении Δt. Наибольшая температура воды, выходящей из дизеля, обусловлена типом системы охлаждения. Разность температур воды на входе в дизель и выходе определяют исходя из предотвращения возникновения в двигателе недопустимых температурных деформаций.

 

Системи повітропостачання і повітряного охолоджування.

Очисники повітря.

 

§4.4. Системы воздухоснабжения.

Назначение и условия работы системы подачи воздуха.Локомотив является мощным потребителем воздуха. Во-первых, воздух используется как компонент рабочей смеси в силовых установках тепловозов и газотурбовозов, во-вторых, для охлаждения тяговых электрических машин и аппаратов. Современные тепловозные дизели требуют для своей работы большой расход воздуха (15—17 тыс. м³/ч — дизели 10Д100 и 11Д45 и 14—15 тыс. м³/ч — дизель 1А—5Д49). Для подачи воздуха в системах тепловозов используются нагнетатели (компрессоры) различных типов. Воздух забирается извне тепловоза через воздухоприемные устройства.

Воздух, окружающий тепловоз во время движения, содержит во взвешенном состоянии большое количество разнообразных по природе и различных по размерам твердых частиц — пылинок. Движение локомотива с поездом, особенно с большей скоростью, вызывает завихрение окружающего железнодорожный путь воздуха и способствует отрыву от земли и подъему более крупных и тяжелых частиц, главным образом кремнезема SiO₂, а также металлической пыли от истирания тормозных колодок. Запыленность воздуха вокруг тепловоза во время движения зависит от многих условий и в среднем равна 2—4 мг пыли на 1 м³ воздуха. В особо неблагоприятных условиях она может достигать 50 и даже 100 мг/м³.

Железнодорожная пыль характерна своей высокой раздробленностью или, как говорят, дисперсностью. В ней преобладают очень мелкие частицы. В средних условиях 65—70 % частиц пыли имеют размеры менее 5 мкм (0,005 мм). Наличие пыли в воздухе ускоряет абразивный износ деталей двигателей, так как твердость некоторых частиц, особенно кремнезема, выше твердости материалов деталей шатунно-поршневой группы. Поэтому все тепловозные дизели обязательно снабжаются воздухоочистителями.

Количество влаги в воздухе, поступающего к дизелю, обусловлено интенсивностью дождя, предельное значение которой принимают 3 мм/мин. Такая интенсивность принимается до 5 мин 1—2 раза в год. Кроме этого, в расчетах можно принимать интенсивность дождя 1,5 мм/мин в течение 1 ч и 0,5 мм/мин — за 5 ч. Загрязненность воздуха в помещении машинного отделения масляным туманом может быть до 0,3 мг/м³.

Система воздухоснабжения дизеля предназначена для забора воздуха, его очистки, охлаждения (подогрева) и нагнетания в дизель. К показателям работы системы воздухоснабжения прежде всего относят эффективность очистки воздуха от пыли, влаги и других примесей, гидравлическое сопротивление и пылеемкость воздухоочистителя. В систему воздухоснабжения входят устройство для очистки воздуха (воздухоочистители), агрегаты наддува (воз- духонагнетатели), воздухоохладители, воздуховоды и воздухозаборные устройства.

Применяют систему воздухоснабжения с одной (рис. 4.26, а) и двумя (рис. 4.26, б) ступенями сжатия, с воздухоохладителями и без них. Охлаждение наддувочного воздуха для тепловозных дизелей применяют преимущественно при его давлении выше 0,13—0,2 МПа и осуществляют либо охлаждающим воздухом, либо водой. Такое охлаждение уменьшает удельный объем воздуха, нагнетаемого в цилиндры дизеля, увеличивая этим массу воздушного заряда.

Охлаждение наддувочного воздуха атмосферным воздухом применено на опытном тепловозе ТЭП75. Для двухтактных дизелей, требующих большего количества воздуха при одинаковой мощности по сравнению с четырехтактными из-за необходимости продувки цилиндров применяется двухступенчатый наддув. Как правило, в первой ступени используется турбокомпрессор, а во второй — приводимые от коленчатого вала дизеля нагнетатели: центробежные (дизель 10Д100) или объемные роторного типа (дизель Д40). При этом воздухоохладитель может стоять после первой (Д40) или после второй (10Д100) ступени. Приводной нагнетатель облегчает пуск дизеля и обеспечивает подачу необходимого количества воздуха при малых нагрузках дизеля, когда энергия выхлопных газов недостаточна для выхода турбокомпрессора на устойчивый режим работы.

При работе локомотива в условиях низких зимних температур (наличие переохлажденного воздуха) ухудшаются условия полного сгорания топлива и увеличивается время прогрева дизеля. Поэтому необходимо проводить подогрев наддувочного воздуха, например, введением дросселирования его до или после агрегата наддува. В этом случае увеличивается коэффициент остаточных газов в ресивере. Более эффективен подогрев воздуха перепуском воды из контура охлаждения дизеля в контур охлаждения наддувочного воздуха (тепловозы 2ТЭ116, ТЭП70, ТЭП70БС), так как на холостом ходу и малых нагрузках температура воды контура охлаждения дизеля намного превышает температуру воды в контуре охлаждения воздуха.

Система воздухоснабжения забирает воздух из атмосферы и подводит его к дизелю по трубе, от которой к каждому всасывающему каналу в крышке цилиндра ответвляется патрубок. Диаметр трубы выбирают в зависимости от числа цилиндров и их диаметра, а также угловой скорости вращения вала двигателя. Для шести- и восьмицилиндровых двигателей при угловой скорости вала двигателя 60—160 рад/с он равен 0,6—0,7 диаметра цилиндра, а при наличии наддува — 0,7—1,0. Конструкция воздуховодов и воздухозаборных устройств обусловлена компоновкой локомотива, типом и числом дизелей.

 

Агрегаты наддува и воздухоохладители являются узлами дизеля. Конструкция и основные параметры воздуховодов, воздухозаборных устройств и воздухоочистителей определяются в процессе проектирования тепловозов.

 

§4.5.Воздухоочистители.

Воздухоочистители предназначены для улавливания пыли из воздуха, подаваемого в энергетическую установку и систему вентиляции тяговых электрических машин и аппаратов. Качество воздухоочистителей оценивают по коэффициенту очистки (%):

(4.15)

где m₃ — масса пыли, задержанной воздухоочистителем, мг; т_в — масса пыли в воздухе, поступившем в фильтр, мг. Часто критерием оценки очистки воздуха служит коэффициент пропуска пыли ε' = (1 - η')100, %.

В соответствии с ГОСТ 11729-78 для тепловозных дизелей, работающих при среднегодовой запыленности воздуха 4 мг/м³ и менее, ε' допускается не более 1,5 %. Для систем вентиляции тяговых электрических машин и аппаратов коэффициент очистки η' равен 75—85 % (ε' = 15—25 %). Важным фактором оценки воздухоочистителей является гидравлическое сопротивление проходу воздуха. Начальное сопротивление воздухоочистителей при номинальном расходе воздуха допускается не более 3 кПа, предельное сопротивление — не более 7 кПа.

Типы воздухоочистителей, применяемых в локомотивах.В зависимости от требуемой степени очистки пыли в локомотивах применяют воздухоочистители инерционные и фильтрующего действия. По способу удаления уловленных частиц пыли различают воздухоочистители с периодической очисткой, самоочищающиеся и с постоянным отсосом пыли.