Тепловоз дизельдері

Жылу қозғалтқыштары – отынның химиялық энергиясы бірінші жылу энергиясына, содан кейі механикалыққа айналатын машиналар. Жылу қозғалтқыштарына: бу машиналары, бу турбиналары, піспек қозғалтқыштары газ-турбиналық қозғалтқыштар, аралас турбо піспектік қозғалтқыштар, реактивті қозғалтқыштар жатады.

Тепловоздарда қолданылатын піспек типті іште жанатын қозғалтқыштарды (ДВС) қолданудың ерекшелігі мынада: химиялық энергияның жылу энергиясын арналуы отынның жұмыс цилиндрінің өзінде қысқа мерзімде және жоғары температурада өтеді.

ДВС-Д өнеркәсіп түрлі орындауда шығарады. Бірден 20000 кВт дейінгі қуатпен бір агрегатта, цилиндрлер саны 1-20 дейін., одан да көп біліктің айнал жиілігі 120-6000 об/мин дейін. Қазіргі заман тепловоздарының қозғалтқыштарының қуаты 400-5000 кВт дейін, валының айналу жиілігі 750-1500 об/мин, цилиндрінің саны 4-20 дейін. Олар 200-230 Г дизель отынын жұмсайды.

Дизель-іште жанатын піспек қозғалтқышы қысылуы жоғаоы қозғалтқыштар . дизельцилиндріне таза ауа келіп түседі, ол жоғары қысымға дейін қысылады. Қысу соңынды ауа температурасы жоғары болған кезде отын форсунок арқылы цмлиндрге шашырайды да лаулап жанады.

ДВС топтастыру. Іште жанатын қозғалтқыштар (ДВС) төмендегі негізгі белгілері бойынша топтастырылады.

Жұмыс циклының саны бойынша қозғалтқыштар төрт және екі ырғақты болып бөлінеді.

Қолданылатын отын тегіне қарай қозғалтқыштар: жеңіл сұйық отынды (дизель отыны) және газды болып бөлінеді.

Қоспа жасау тәсілі бойынша қозғалтқыштар: шикі қоспа жасаумен, онда жұмыс қоспасы жұмыс цилиндрінің ішінде отынды форсункамен шашырату нәтижесінде пайда болады – дизельдер; сыртқы қоспа жасауымен, ондағы жанғыш қоспа сұық жеңіл отынның буынан және ауадан, немесе газдың ауамен қоспасынан құрылады және жұмыс цилиндрінің ішінде емес карбюраторлық және газ қозғалтқыштары.

Жұмыс қоспасының лапылдауы бойынша отынның өзі лапылдауымен болатын; мәжбүрлі жанумен болатын, ондағы жанғыш қоспаның лапылдауы оны басқа көзден жағу нәтижесінде (электр ұшқынымен) карбюраторлық және газ қозғалтқыштары.

Қозғалтқыштары жұмыс циклының тегі бойынша бөледі: тұрақты көлемде жылуды әкелумен – қысуы төмен деңгейлі қозғалтқыштар, және отынды мәжбүрлі жағу (карбюраторлық және газ); тұрақты қысымда жылуды әкелумен – қысуы жоғары деңгейлі қозғалтқыштар – компрессорлық дизельдер (қазір ондай қозғалтқыштар қолданылмайды); жылуды аралас әкелумен – тұрақты көлемде жартысын, содан кейін тұрақты қысымда қысылуы жоғары деңгейлі қозғалтқыштар – компрессорлық дизельдер. Дизельдердің бұл түріне қазіргі тепловоздардың дизельдері жатады. Сонымен, тепловоз ДВС – дизель отынында аралас цикл бойынша жұмыс істейтін өздері лапылдайтын және іштей қоспа қоспа жасайтын компрессорсыз дизельдер болып табылады.

Жұмыс цилиндрлерінің орналасуы бойынша жұмыс қозғалтқыштарды, вертикальды, горизонтальды, бір және екі қатарлы қозғалтқыштар; параллельді орналасқан цилиндрлері бар және V – тәрізді; тарқалатын піспектері бар қозғалтқыштар деп бөлінеді.

Цилиндрлерді салқындату тәсіліне қарай қозғалтқыштар су және ауа салқындатуы бар болады.

Дизель қозғалтқыштары жұмыс цилиндрін толтыру тәсіліне қарай да топтастырылады.

Үрлеуссіз қозғалтқыштар пайдаланылады, онда ауаны соруды тікелей піспек орындайды (төрт ырғақты) немесе цилиндр үрлеу ауасымен толтырылады. (екі ырғақты) және үрленетін қозғалтқыштардағы ауа цилиндрге арнайы басқыштың қысымымен беріледі.

Қазіргі тепловоз қозғалтқыштары дегеніміз – көп цилиндрлі, екі және төрт ырғақты, жүру жылдамдығы орташа, сумен салқындататын, ауасы үрленетін дизельдер. Кейде тез жүретін төрт ырғақты дизельдер де қолданылады.

Стандарт бойынша әр қозғалтқыш шартты белгілермен сиптатталады. Оларға жататындар: цилиндрлер саны, әріптер (Ч-төрт ырғақты, Д-екі ырғақты, Н-үрленетін), олар қозғалтқыш түрін сипаттайды; цилиндр диаметрінің және піспек жүруінің сандық белгілері (см).

Шығарушы зауыттар әдетте өздерінің шартты зауыт белгілерін береді (ПД1, 10Д100, М756, т.б.). 10ДН20 дизелі 7/2х25,4 болып, 6Д70 дизелі – 6ЧН 24/27, дизель 5Д49 – 16 ЧН 26/26 болып бөлінеді.

Тепловоздарда төрт және екі ырғақты компрессорсыз іштен жанатын қозғалтқыштар қолданылады.

Төрт ырғақты дизель деп толық жұмыс циклы –ауаның цилиндрге түсу, отынның араластырылуы және жануы, газдардың кеңейтілуі және цилиндрден алынып тастауы – піспектің төрт ырғағымен жүзеге асырылады, яғни иінді біліктің 2 айналымымен. Екі ырғақты қозғалтқыштың толық жұмыс циклы піспектің екі ырғағымен, яғни иінді біліктің айналымымен орындалады. Төрт ырғақты дизельдердің цилиндрінің таза ауамен үрленуі және зарядталуы екі тактіліге қарағанда басқаша болады, ал отынның ауамен араласуы және жұмыс қоспасының жануы дизельдің екі типінде бірдей. әдетте «Бұл типтердің қайсысы жақсы?» деген сұрақ қойылады. Көп жылдар бойы экономиканың түрлі салаларында төрт және екі ырғақты дизельдер қолданылады. Сонда да дизельдің сапасын оның ырғақтығы емес, сенімділігі, үнемділігі, ұзақ мерзімділігі және белгілі бір қызметке дизель типін дұрыс таңдау анықтайды. Төрт ырғақты дизельдердің отынға жұмсалатын жеке шығыны аз, жылу кернеулігі аз болады, өйткені екі тактілі дизельдерге қарағанда уақыть білігіне олар жылу және күш циклдарының аз санын жасайды.

Екі ырғақты дизельдердегі газ тарату жүйесі жеңілдеу, бірақ ондағы цилиндрлер нашар тазаланып, таза уамен нашар үрленеді. Бірдей жағдайда екі ырғақты дизельдердің цилиндрлерінің 1 л жұмыс көлемімен төрт ырғақты дизельдердікіне қарағанда 60-70 % қуат көп алынады. Ал үрлеу қысымының ұлғаюына байланысты екі ырғақты дизельдерге қарағанда төрт ырғақты дизельдің артықшылығы көріне бастайды.

Төрт ырғақты дизельдің (2.16 сурет) піспегі төмен қозғалғанда (1-ші ырғақ), ауа цилиндрге ашық шығу клапаны арқылы беріледі. Кері қозғалыста (2 ырғақ), клапандар жабық тұрған кезде, ауа қысылады, қатты қызады. Бұл ырғақтың соңында цилиндрге дизель отыны шашырап, өзінен өзі лапылдап жанады.

ауа отын зиянды газдар

2.16 Сурет. Төрт ырғақты дизельдің жұмысы. 1-цилиндр; 2-піспек; 3-шатун; 4-кривошип; 5-кіру клапаны; 6-шығу клапаны;

Цилиндрдегі қысым мен температура көтеріледі; жану өнімдері піспекке қысым түсіріп, оны төмен жылжытады да пайдалы жұмыс жасайды (3-ші ырғақ).

Піспек жоғары көтерілгенде (4-ші ырғақ) босаған газдар цилиндрден шығады. Сөйтіп, қозғалтқыштың жұмыс циклын құрайтын бұл процесстер піспектің төрт тактісінде, иінді біліктің екі айналымында өтеді. Пайдалы жұмыс жасайтын (біліктің айналуы) піспектің жұмыс жүруі болып тек үшінші ырғақ болып табылады.

Екі ырғақты қозғалтқыштағы (2.17 сурет) піспектің жоғары қарай қозғалуы кезінде (1-ші ырғақ) алдымен шығару терезелері жабылады, содан кейін үрлегіші жабылады, сосын барып ауа қысылады. Бұл ырғақтың соңында цилиндрге дизель отыны шашырап, ол лаулап өзі жанады.

Жану өнімдері піспекке қысым түсіреді де, оны жылжытып, пайдалы жұмыс жасайды (2-ші ырғақ). 2-ші ырғақтың соңында алдымен шығару терезелері ашылып, одан босаған газдар шығады, содан кейін үрлегіш терезелер ашылып, ол арқылы таза ауа келіп түседі. Сөйтіп, екі тактілі қозғалтқыштың жұмысы піспектің екі ырғағында, иінді біліктің бір айналымында өтеді.

Қозғалтқыш қуаты цилиндрде жанатын отынның санына пропорционалды болады, бірақ отын неғұрлым көп жанса, соғұрлым көп ауа беру қажет. Осыған байланысты қазіргі тепловоздардағы цилиндрге ауа (1,35-2,4) 10⁵ Па қысыммен беріледі, бұл қозғалтқыш қуатын ұлғайтады. Цилиндрді таза ауамен зарядтаудың бұл тәсілі үрлеу (жел толтыру) деп аталады.

Қазіргі тепловоздарда екі ырғақты 10Д100 және төрт ырғақты 5Д49 қозғалтқыштары қолданылады.

1 ырғақ 2 ырғақ

Отын

2.17 Сурет. Екі ырғақты қозғалтқыш жұмысының сұлбасы. 1-піспек; 2-үрлеу терезелері; 3-шатун; 4-кривошип; 5-піспек; 6-шығару терезелері;

Д100 типті дизель – он цилиндрлі, екі ырғақты аралас үрлеу бар болады. Дизель блогы дизельасты рамалы, люктері бар қақпақпен жабылған. Цилиндрлердің төлкелерінің ортаңғы бөлігінде екі форсунка мен индикаторлық кран орнатылатын үш саңылау болады. Блоктағы түбірлі мойынтіректерге үстіңгі және астыңғы иінді біліктер салынған. Иінді біліктер бір-бірімен вертикалды беріліспен байланысқан. Төменгі иінді білік қосынды қуатты генераторға береді. Әр цилиндрлік төлкеде қарсы бағыипен төменгі және үстіңгі піспектер қозғалады, олар шатундердің көмегі арқылы білікпен жалғасқан. Қозғалу кезінде үстіңгі піспек астыңғыдан иінді біліктің бұрылу бұрышынан 12^о қалып қояды. Бұрылу бұрышы астыңғы піспектің үстіңгі нүктесінен саналады. Үстіңгі нүктеге 10^о қалғанда отын насостары форсункалар арқылы отынды жану камерасына шашырата бастайды. Шашыратуды бастау кезеңіне қарай жану камерасындағы ауаның температурасы отынның өзі жануы үшін жеткілікті деңгейде болады. Отынның жануы цилиндрдегі қысымның 9-10 МПа дейін көтерілуін қамтамассыз етеді. Газ қысымының әсерінен піспектер үстіңгі нүктеден тарқап кетеді де, шатундер арқылы иінді біліктерді бұрады. Үстіңгі нүктеден 124^о арқылы астыңғы піспек табан жиегімен шығару терезелерін ашады. Босаған газдар шығару қорабы арқылы шығару коллекеторларына, одан әрі турбиналарға бет бұрады.

Үстіңгі піспек 140^о арқылы үрлеу терезелерін ашады. Ауа ресиверінен түсетін ауа босаған газдарды ығыстырады да, цилиндрді таза зарядпен толтырады.

Үстіңгі нүктеден 236 ⁰ арқылы астыңғы піспек шығару терезелерін жабады. Зарядтау үстіңгі піспек үрлеу терезелерін толық жапқан кезде, иінді біліктің үстіңгі нүктеден 244^о бұрылған кезінде дизельдің жұмыс циклы қайталанады.

10Д100 дизелінің жалпы түрі 2.18 суретте берілген.

2.18 Сурет. Д100 типті дизель схемасы.

1-дизель асты рамасы; 2-дизель блогы; 3,11-шатун; 4,6-піспек; 5-форсунка; 7-цилиндрлік төлке; 8-тексері люктері бар алынып-салынбалы қақпақ; 9,18-түпкі мойынтіректер; 10,17-иінді білік; 12-ауаресивері; 13-үрлеу терезелері; 14-отын насостары; 15-шығару терезелері; 16-бшығару коллекторлары;

Д49 типтегі дизельдердің төрт ырғақты, V-тәрізді турбоүрлегіші және клапанның таратқышы бар. Цилиндрлер блогы рамаға орнатылған. Блок тіректеріне астыңғы жағынан ілмелер бекітіледі, олардың тесіктеріне түпкі подшипниктер кіргізіледі. Блокта цилиндр төлкелері орнатылған, олар қақпақпен жабылған. Цилиндр қақпақтарында шығару клапандары, кіргізу клапандары және форсункалар орналасқан.

Клапандар жетегі таратқыштар иінінен штогтар мен рычагтар арқылы жүзеге асырылады. Осы иінінен отын насостары әкелінеді.

5Д49 дизеліндегі жұмыс циклы иінді біліктің екі айналымымен орындалады. Иіннің астыңғы нүктеден айналуы кезінде цилиндрдің жұмыс көлеміндегі ауа піспек пен цилиндр қақпағының арасында, қысылу ырғағындағы үстіңгі нүктеге дейін 20^о қысылады да, цилиндрге отын беріледі. Газдардың әсерімен кеңею тактісінде піспек төмен жылжиды да, тіркеме және негізгі шатун арқылы иінді білікті айналдырады. Төменгі нүктеге дейін 50^о-та шығару клапандары ашылып, босаған газдар шығару коллекторына кетеді.

Шығару ырғағында піспектің жоғары қозғалуы кезінде босаған газдар итеріліп шығарылады. Кіргізу клапандары үстіңгі нүктеге дейін 55 ^о-та ашылады. Ашық шығару және кіргізу клапандарында цилиндр қозғалуы кезінде цилиндр сору ырғағында таза ауамен зарядталады. Піспек астыңғы нүктеден кейін жоғары қарай қозғалған кезде барлық клапандар 30^о кешігіп жабылады. Қысу ырғағы қайта басталады да, барлық цикл қайталанады. 5Д49 дизелінің жалпы келбеті 2.19 суретте берілген.

2.19 Сурет. Д49 типті дизельдің схемасы.

1-дизель асты рамасы; 2-дизель блогы; 3-цилиндр; 4,6-клапан; 5-форсунка; 7-піспек; 8-шатун; 9-кривошип; 10-иінді білік;