Назначение, типы и компоновочные решения.
Охлаждающее устройство предназначено для отвода теплоты и обеспечения заданного температурного режима дизеля. В тепловозных дизелях только около 40% теплоты, выделяемой при сгорании топлива, превращается в полезную работу, остальная часть теряется с отработавшими газами или отводится в охлаждающее устройство.
Теплота работающего дизеля отводится от стенок цилиндров, поршней и других деталей, нагревающихся в результате контакта с горячими газами или трения. Чтобы поддерживать температуру этих деталей в допустимых пределах, их охлаждают водой и маслом. Нагретые вода и масло отдают полученную теплоту в окружающую среду в охлаждающем устройстве тепловоза.
В тепловозных дизелях с наддувом с целью повышения их цилиндровой мощности необходимо, кроме того, отводить теплоту от наддувочного воздуха, который обычно охлаждается водой.
На тепловозах с гидропередачей охлаждающие устройства предназначаются и для охлаждения рабочей жидкости (масла) гидропередачи.
Охлаждающее устройство включает в себя теплообменники для охлаждения воды, масла и наддувочного воздуха, вентиляторы, воздушные каналы для подвода и отвода атмосферного воздуха, трубопроводы и насосы для циркуляции воды и масла, приборы и устройства для контроля и регулирования работы системы охлаждения.
Теплообменники для охлаждения воды и масла атмосферным воздухом собирают из соответствующих стандартных секций. Секции, объединенные коллекторами, образуют радиаторы. Радиаторы, воздушные каналы и вентиляторы компонуют в части тепловоза, называемой холодильной камерой (холодильником).
Основные требования к охлаждающим устройствам тепловозов:
– обеспечивать теплорассеивающую способность, при которой возможна реализация номинальной мощности дизеля без ограничений при любых условиях эксплуатации;
– быть надежными в работе;
– отличаться наименьшими затратами мощности для функционирования в ограниченных габаритах и массе;
– быть изготовлеными из недефицитных цветных металлов с наименьшей стоимостью изготовления;
– быть удобными в обслуживании и при ремонте;
– автоматизированно управлять режимами работы.
На тепловозах применяются следующие основные схемы охлаждающих устройств, представленные на рис. 4.36:
1) охлаждение воды в водовоздушных радиаторах 7, масла в масловоздушных радиаторах 2 (рис. 4.36, а). По такой схеме выполнены охлаждающие устройства тепловозов с электропередачей ТЭ3, ТЭМ1 и ТЭМ2. Данная схема оказывается малоэффективной при охлаждении форсированных дизелей с большой долей тепла, отводимого в смазочное масло, так как коэффициент теплопередачи у масловоздушных радиаторов значительно ниже, чем у водовоздушных;
2) охлаждение воды в водовоздушных радиаторах 1, масла в водомасляном теплообменнике 5 (рис. 4.36, б). Вода, охлаждающая масло, затем охлаждается воздухом так же, как и вода охлаждения двигателя. Такая схема применена на тепловозах 2ТЭ10В(Л), 2ТЭ116, ТЭП60, ТЭП70, ТЭМ7, ТГМ6.
Охлаждение масла промежуточным теплоносителем (водой) уменьшает общие размеры радиатора у тепловоза и способствует более устойчивой температуре масла, что важно при переменных режимах работы дизеля. Обе схемы включают масляный 3 и водяной 4 насосы в первой схеме и соответственно 3 и 4, 6 — во второй. Наддувочный воздух обычно охлаждается в воздухоохладителе 7 (см. рис. 4.36, б) водой в качестве промежуточного теплоносителя. На опытных тепловозах ТЭП75 и ТЭ136 применено охлаждение воздуха в воздуховоздушном теплообменнике.
Размещение основных частей охлаждающих устройств. Охлаждающие устройства тепловозных дизелей (радиаторы, вентилятор и его привод) занимают обычно часть кузова тепловоза, называемую шахтой холодильника (рис. 4.37, а), в боковых стенках которой размещаются воздухоприемники — поворотные жалюзи 1 и секции радиаторов — водяные 2 и масляные 3 (у тепловозов 2ТЭ10Л первых выпусков). У тепловозов 2ТЭ10В и 2ТЭ10Л с водомасляным охлаждением секции 3 также водяные. Охлаждающие жидкости собираются в коллекторах 9. В центре камеры размещается осевой вентилятор 4. Внутренняя часть камеры ограничена наклонными стенками 8, которые, смыкаясь с горизонтальным листом 7, образуют арку («шахту») для прохода к торцевым дверям секции.
У тепловозов ТЭП70 и 2ТЭ116 радиаторные секции слегка наклонены (рис. 4.37, б, в) для уменьшения сопротивления движению воздуха через секции в пространстве от секций до вентиляторов.
На магистральных тепловозах Людиновского завода ТГ16, ТГ22, ТЭРА1 применяются укороченные секции радиаторов, устанавливаемые в съемных крышевых блоках (рис. 4.37, д, е).
Радиаторы в торце кузова устанавливают на некоторых маневровых и промышленных тепловозах небольшой мощности (ТГМ1, ТГК2, ТГК11, ТГМ40), а также на тепловозах узкой колеи (ТК6А, ТУ7А, ТУ8).
Воздух засасывается вентилятором через боковые жалюзи 1 и секции радиаторов 2 и 3, охлаждая их, проходит через диффузор 5 вентилятора и выбрасывается наружу. Открытием боковых жалюзи 1, а также верхних 6 регулируется подача воздуха, а следовательно, температура воды и масла.
Вентилятор 4 приводится либо механически через редуктор 11 и карданный вал 10 от вала дизеля (см. рис. 4.37, а), либо индивидуальным гидростатическим приводом 12 (см. рис. 4.37, б, д), либо электрическим 13 (см. рис. 4.37, в, г, е). Количество вентиляторов зависит от длины фронта радиаторов и схемы компоновки холодильной камеры. При центральном размещении вентиляторов может быть один (тепловозы ТЭЗ, 2ТЭ10В), два (ТЭП60) или три (ТЭ109, ТЕРА1). При двухрядном расположении (см. рис. 4.37, в) на тепловозе 2ТЭ116 установлены четыре вентилятора.
Водомасляные теплообменники обычно размещаются непосредственно на дизеле (дизель Д49) либо вблизи него в машинном помещении тепловоза (2ТЭ10В, ТЭП60). Воздухоохладители размещаются непосредственно на дизелях.
На тепловозах с гидропередачей водомасляный теплообменник масла гидропередачи размещается рядом с дизелем на вертикальной перегородке холодильной камеры (тепловозы типа ТГМ6) или рядом с гидропередачей на вертикальной стенке, отделяющей кабину от машинного помещения (тепловоз типа ТГМ4).
Основные технические данные охлаждающих устройств тепловозных дизелей приведены в табл. 4.5.
Охлаждающее устройство пассажирского тепловоза ТЭП70 (рис. 4.38) шахтного типа размещается по боковой стенке кузова в виде четырех блоков водяных секций ВС 12 с рабочей длиной трубок 1206 мм. Секции 4, 12 первого контура циркуляции (17 шт.) располагаются в передней части шахты, а секции 3,13 второго контура — в задней (24 шт.) и в передней (6 шт.) ее частях. В передней части шахты (левая сторона) установлена одна масляная секция 5 типа МВ12 для охлаждения масла гидропривода вентилятора. Каждый контур циркуляции оборудован водяными насосами 6,11. В первом контуре циркуляции охлаждается вода дизеля, во втором — вода, охлаждающая масло в теплообменнике 7,9 и воздух в охладителе наддувочного воздуха 10. Вверху шахты располагаются два осевых вентилятора 1 типа УК-2М. Через жалюзи боковых стенок вентиляторы закачивают воздух, который приходит через секции радиаторов и выбрасывается вверх через жалюзи, расположенные на крыше.
На тепловозе предусмотрено автоматическое управление открытием и закрытием жалюзи для защиты радиаторных секций от переохлаждения. Зимой, чтобы избежать размораживания секций, воздух через специальные люки засасывается из машинного отделения. При этом боковые жалюзи закрываются, а верхние можно приоткрыть.