5.1. Масляная система и ее оборудование
Масло дизеля предназначено:
• для уменьшения сопротивления от трения рабочих поверхностей;
• смывания с деталей продуктов износа и нагара;
• охлаждения деталей или части их, подверженных температурным нагрузкам.
Масляная система и ее оборудование должны:
• подавать масло в достаточном количестве к трущимся частям дизеля;
• поддерживать определенный температурный режим масла;
• обеспечивать необходимую чистоту масла.
Соблюдение перечисленных требований и к маслу, и к системе повышают экономичность и надежность дизеля. Масляная система тепловозов подразделяется на внутреннюю и внешнюю.
Внутренняя масляная система (рис. 9.1) сконструирована с целью подведения масла в достаточном количестве ко всем трущимся деталям дизеля.
Внешняя масляная система (рис. 9.2) включает в себя масляные насосы, охлаждающие устройства, фильтры и соединяющие их трубопроводы. Перед пуском дизеля, для того чтобы заполнить его систему маслом и подвести смазку ко всем трущимся частям до начала работы, включают маслопрокачивающий агрегат, состоящий из насоса и электродвигателя (рис. 9.3). При прокачке масло из масляной ванны дизеля насосом подается в фильтр грубой очистки и далее в дизель по основному контуру циркуляции.
Все масляные насосы на тепловозах шестеренного типа. Конструкция главного масляного насоса представлена на рис. 9.4. Рабочими элементами масляных насосов являются косозубые шестерни, выполненные как единое целое с валами. В косозубом зацеплении рабочих шестерен насоса появляются осевые силы. Разгрузочное устройство компенсирует эти силы. Давление масла в нагнетательной полости ограничивается предохранительным клапаном насоса, который регулируется на давление 0,55 МПа.
Характерными неисправностями масляных насосов являются: уменьшение подачи; падение давления в нагнетательной полости; трещины и износ корпусов, подшипниковых планок, крышек, втулок; разрушение подшипников. Падение давления и подачи насоса является следствием увеличенного бокового зазора между зубьями шестерен и торцевого зазора между шестернями и корпусными деталями.
При проведении ТО-3, ТР-1 и ТР-2 прослушивают насосы при работающем дизеле, (посторонний шум свидетельствует о ненормальной работе); осматривают доступные части насосов и их привод; убеждаются в надежности крепления частей насоса и деталей привода. Убеждаются в отсутствии утечек масла у маслопрокачивающего насоса, надежности крепления и исправности соединительной муфты. В случае снятия насоса для проверки на стенде и установки его на место, проверяют соосность валов насоса и электродвигателя.
При проведении ТР-3 и всех видов КР масляные насосы снимают, разбирают, ремонтируют и испытывают на стендах на производительность и давление в нагнетательной полости при различной частоте вращения.
Масляные фильтры подразделяются на фильтры грубой и тонкой очистки. Для грубой очистки масла в настоящее время применяют сетчатые дисковые фильтры вместо пластинчато-щелевых (рис. 9.5). Секция фильтра состоит из набора двусторонних сетчатых дисковых элементов, установленных на центральной трубе. Масло, проходя через элементы снаружи (через ячейки 0,14 мм), очищается, поступает в центральную трубу и далее по назначению. Сетчатые дисковые фильтры обладают большой поверхностью на единицу объема и поэтому имеют меньшие размеры по сравнению с пластинчато-щелевыми. Однако их трудно очистить от загрязнений без разборки фильтра. Фильтр тонкой очистки с бумажными элементами (рис. 9.6) представляет собой сварной цилиндрический корпус с двойным дном.
Рис. 9.1. Внутренняя система смазки и масляного охлаждения поршня дизеля:
1 — подвеска коренного подшипника; 2 — коленчатый вал; 3 — трубка для перетока масла от коренного подшипника к шатунному; 4— подвод масла из коллектора к коренному подшипнику; 5 — шатунный подшипник; 6— шатун; 7— поршень; 8 — поршневой палец
Рис. 9.2. Принципиальные схемы внешних масляных систем тепловозных дизелей:
а — с одним насосом; б, в — с двумя насосами; 1 — фильтр тонкой очистки масла; 2 — дизель; 3 — фильтр грубой очистки масла; 4 — масляный насос; 5 — охлаждающие устройства — радиатор или теплообменник.
Сквозь перегородку проходят семь пустотелых стержней. На каждый стержень установлено по четыре фильтрующих элемента. Элемент состоит из картонной ленты с отверстиями, свернутой спирально и обтянутой с обеих сторон согнутыми вдвое двумя полосами фильтровальной бумаги. Весь элемент для жесткости охвачен картонной полоской.
Масло через входной патрубок поступает в корпус фильтра, где просачивается через бумажные поверхности элементов. Загрязнения крупнее 3,0 мкм задерживаются. Очищенное масло поступает в нижнюю полость фильтра.
Для предупреждения чрезмерного перепада давлений между полостями неочищенного и очищенного масла, что может разрушить бумажные элементы, установлен перепускной клапан, отрегулированный на давление
0,25 МПа. Бумажные элементы не подлежат очистке и после загрязнения (пробег 50 тыс. км) на ТР-1 заменяются на новые. Центробежный очиститель масла (рис. 9.7) представляет собой центрифугу, в которой масло проходит через вращающийся с большой частотой (более 6000 об/мин) ротор. Взвешенные в масле частицы под действием центробежных сил выделяются в виде плотного слоя на внутренней поверхности ротора. Очищенное масло сливается в поддон дизеля. Ротор вращается вокруг центрального стержня за счет реактивного момента, создаваемого истечением масла из сопел.
Рис. 9.3. Насос маслопрокачивающий:
1 — электродвигатель; 2 — кольцо; 3, 5 — полумуфты; 4 — муфта; 6 — обойма; 7 — сальник; 8 — втулка; 9 — ведущее зубчатое колесо; 10 — заглушка; 11 — крышка; 12 — ведомое зубчатое колесо; 13 — корпус; 14 — штуцер; 15 — плита; 16 — прокладка
Уход за центробежным очистителем масла в эксплуатации, при проведении ТО-3 и текущем ремонте заключается в удалении отложений из внутренней полости корпуса ротора. После очистки и промывки деталей ротор собирают согласно нанесенным цифровым меткам.
Рис. 9.4. Главный масляный насос:
/ — пружины предохранительного клапана; 2 — корпус предохранительного клапана; 3 — поршень; 4 — ведущая шестерня; 5, 6 — планки; 7 — поршень разгрузочного устройства; 8 — крышка; 9 — роликовые подшипники; 10, 12 — косозубые шестерни; 11 — литой чугунный корпус; Н — нагнетательная полость (сообщается с полостью М); П — полость для отвода масла на слив.
При несоблюдении этого условия нарушается балансировка ротора, что может привести к разрушению центрифуги. После сборки через отверстие в колпаке проверяют легкость вращения ротора на оси. Вращение должно быть без заклинивания. Затем отверстие закрывают пробкой.
Давление в системе смазки можно контролировать по манометру на пульте управления. Кроме того, в системе устанавливаются реле, контролирующие давление масла и при снижении его ниже определенного уровня. Реле прекращают процесс пуска дизеля, снимают нагрузку или останавливают дизель. Причины падения давления могут быть разными: разжижение масла топливом или вследствие высокой температуры; утечки по зазорам в подшипниках и неплотным соединениям; повышенная загрязненность фильтров; низкая подача масляных насосов и т. п. При низких давлениях в масляной системе на ТО и ТР необходимо выяснить причины и устранить их.
Рис. 9.5. Фильтр грубой очистки масла:
I — клапан; 2 — патрубок; 3 — фильтрующий элемент; 4 — труба; 5 — корпус; 6, II — болты; 7 — крышка; 8— пружина; Р— клапан; 10— опора; а — отверстие; б — полость
Рис. 9.6. Бумажный фильтр тонкой очистки масла:
1 — входной патрубок; 2 — картонная полоска; 3 — фильтровальная бумага; 4 — пустотелые стержни; 5 — перепускной клапан; 6 — картонная лента с отверстиями; 7 — сварной цилиндрический корпус; 8 — фильтрующий элемент; 9 —перегородка
Рис. 9.7. Центробежный очиститель масла:
/ — кронштейн; 2 — крышка; 3, 8, 9, 20 — втулки; 4 — отбойник; 5 — корпус; 6— прокладка; 7— колпак; 10— ось; 11 — пробка; 12, 16 — кольца; 13 — сопло; 14— шарикоподшипник; 15— штуцер; 17— клапан; 18— пружина; 19— шайба; 21 — болт
5.2. Водяная система и ее оборудование
Водяная система (рис. 9.8) служит для отвода и рассеивания в окружающую среду тепла от двигателя для обеспечения его нормальной работы в течение длительного времени, независимо от величины его загруженности. Чем уже диапазон температур частей двигателя в рабочих режимах, тем надежнее его работа. Температура воды в дизелях должна поддерживаться в диапазоне 65... 85 "С. Увеличение или понижение температуры по сравнению с нормативной существенно влияет на интенсивность износа трущихся частей механизма двигателя. В процессе поддержания теплового режима двигателя разность температур воды на выходе из дизеля и входе в него должна быть не более 10 "С.
Это условие требует интенсивной циркуляции охлаждающих жидкостей (воды, масла), поэтому устанавливают насосы (масляный и водяной) с высокой подачей. Например, на тепловозах 2ТЭ116 и ТЭП70 подача водяного насоса 80 м3/ч, а масляного — ПО м3/ч (масса масла — 1000 кг). Водяные системы охлаждения подразделяются на открытые и закрытые. Открытые водяные системы охлаждения применяются при среднетемпературном охлаждении (температура воды на выходе из дизеля 85...90°С).
В закрытых или высокотемпературных водяных системах охлаждения допускаемая температура воды равна 120 "С и выше. Также водяные системы подразделяются на одно, двух и трехконтурные (рис. 9.9).
В одноконтурных водяных системах с воздушно-радиаторным охлаждением горячая вода из дизеля поступает в холодильник, откуда засасывается насосом и нагнетается в дизель для охлаждения цилиндров.
В двухконтурных водяных системах охлаждения есть дополнительный контур циркуляции воды для охлаждения масла и наддувочного воздуха.
В трехконтурных системах в одном независимом контуре охлаждается вода дизеля; в другом — вода, охлаждающая масло дизеля; а третьим независимым контуром воды охлаждается наддувочный воздух.
Трехконтурные водяные системы охлаждения создают наиболее благоприятные условия работы ДВС, однако при этом значительно усложняют конструкцию дизеля и системы охлаждения, снижая надежность тепловоза.
Рис. 9.8. Схема водяной системы дизеля:
а — с масляными секциями и расширительным баком; б — с водомасляным теплообменником; 1, 10, 16, 17 — электротермометры; 2, 6, 8, 9 — трубы от воздушных и паровых «пробок»; 3 — расширительный бак; 4 — заправочная горловина; 5, 12, 14, 15, 20, 23, 25, 26, 32 — соединительные трубопроводы; 7 — вентиль; 11, 13 — вентили к калориферам; 19 — воздухоохладитель; 21, 22 — водяные насосы; 27— заправочные и сливные головки; 28, 30, 34— вентили; 29 — терморегулятор управления вентилятором; 31, 33, 36, 38, 39 — радиаторы; 35 — трубопровод; 37 — водомасляный теплообменник
Высокотемпературное охлаждение ДВС является наиболее эффективным направлением по созданию компактных систем с уменьшением затрат мощности на их функционирование. Закрытая водяная система должна иметь повышенное давление, исключающее кипение и образование паровых пробок. Такие системы применяются на тепловозах ТГ16, 2ТЭ116 и др. С увеличением секционной мощности тепловозов переход на закрытые водяные системы охлаждения неизбежен, так как они более эффективны при уменьшенных габаритах, что крайне важно для тепловозостроения.
На рис. 9.10 приведена конструкция центробежного водяного насоса дизеля 14Д40 с подачей 75 м3/ч при напоре 0,35 МПа и
Рис. 9.9. Схемы водяных систем тепловозных дизелей:
а — трехконтурная; б — двухконтурная; в — одноконтурная; ВО — воздухоохладитель; Д — дизель; Ш, Н2, НЗ — водяной насос; ВМТ — водомасляный теплообменник; ВВР — водовоздушный радиатор
Рис. 9.10. Насос водяной:
1 — колесо; 2 — вал; 3 — болт; 4 — замок; 5, 14, 24 — фланцы; 6 — пробка; 7 — улитка; 8 — пружина; 9 — прокладка; 10, 11, 28 — втулки; 12 — обойма; 13, 21, 27 — кольца; 15— гайка; 16— шпонка; 17 — зубчатое колесо; 18, 22— шарикоподшипники; 19 — распорная втулка; 20 — кронштейн; 23 — отбойник; 25 — уплотнение; 26 — корпус; а, б — каналы; Ъ — зазор п = 750 об/мин; на тепловозе запас воды 950 кг.
Колесо 7 установлено на конус вала 2 и закреплено болтом 3, застопоренным пластинчатым замком 4. Опорами вала служат шарикоподшипники 18 и 22. На цилиндрическом конце вала, на шпонке 16, установлено приводное зубчатое колесо 17, которое вместе с шарикоподшипниками, распорной втулкой 19, лабиринтовым уплотнением 25 и отбойником 23, закреплено на валу гайкой 15.
Основными неисправностями центробежных водяных насосов являются: изломы валов; трещины и ослабление рабочего колеса на валу; снижение подачи и уменьшение давления нагнетания воды вследствие увеличения радиальных зазоров между корпусом и рабочим колесом; износ втулки или вала, сопрягающихся с сальниковым уплотнением; трещины в корпусе; износ и повреждение подшипников.
При техническом обслуживании и текущем ремонте ТР-1 прослушивают насос при работающем дизеле — посторонний шум свидетельствует о ненормальной работе, осматривают доступные части насосов и их приводов и убеждаются в надежности их крепления, проверяют частоту каплепадения — при частоте вращения
Рис. 9.11. Схемы размещения радиаторов на тепловозах:
а -2ТЭ10В (Л); б - ТЭП60; в - 2ТЭП6; г - ТГ16; ТЭП70; д - ТЭ109 (стрелками показано течение охлаждающего воздуха); 1, 6 — поворотные жалюзи; 2 — секции радиаторов нормальной длины; 3 — секция радиатора укороченная; 4 — вентиляторное колесо; 5 — диффузор; 7, 8 — горизонтальные и наклонные листы шахты холодильника; 9 — коллектор; 10 — карданный вал; 11 — редуктор; 12 — гидростатический мотор; 13 — электропривод вентилятора
коленчатого вала 400 об/мин должно быть не более 20 капель в минуту через текстолитовое уплотнение.
При проведении ТР-2 снимают всасывающую головку для обследования крепления и прочности посадки крыльчатки на валу; при ТР-3 и КР — насосы снимают, разбирают, ремонтируют и испытывают на стендах.
Охлаждающие устройства тепловоза занимают часть кузова тепловоза, называемую холодильной камерой или шахтой холодильника. Они состоят из секций радиатора, коллекторов, вентилятора и его привода, жалюзи и системы управления жалюзи. Схемы размещения радиаторов в кузове представлены на рис. 9.11. На тепловозах применяются вентиляторы с механическим, электрическим и гидростатическим приводом. Система управления открытием и закрытием жалюзи регулирует величину потока охлаждающего воздуха в зависимости от температуры охлаждающей жидкости.
Секции радиаторов представляют собой часть общего радиатора и применяются нормальной и укороченной длины. Секция радиатора (рис. 9.12) — это многотрубный теплообменник, состоящий из двух пакетов тонкостенных плоскоовальных трубок из латуни марки Л96 (томпак). Общее число трубок 76, из них 68 — рабочие, а 8 — глухие, обеспечивающие жесткость секции. Каждый пакет трубок имеет общие ребра из пластин медной фольги, толщиной 0,1 мм с шагом 2,3 мм, припаянные к трубкам и предназначенные для увеличения плоскости охлаждения воздухом.
На современных тепловозах секции радиаторов применяются в основном для охлаждения воды, дизеля или воды, охлаждающей наддувочный воздух и масло дизеля. Такая система значительно повысила надежность тепловоза, так как применявшиеся ранее воздушно-масляные секции быстро засорялись, плохо поддавались промывке и не обеспечивали надежного охлаждения масла дизеля.
Водомасляные теплообменники устанавливаются на всех выпускаемых современных тепловозах. Они представляют собой кожухотрубные теплообменники, в которых одна жидкость (вода) протекает по трубкам, а другая (масло) омывает их снаружи, заполняя кожух. Водомасляные теплообменники других тепловозов устроены, в принципе, так же. Они могут отличаться числом и длиной трубок, числом ходов масла и т.п. В теплообменниках тепловозов 2ТЭ116 и ТЭП70 применены трубки, имеющие наружное поперечно-винтовое оребрение, увеличивающее поверхность теплообмена со стороны масла. Оребрение создается путем накатки. Недостаток такой конструкции — трудность очистки масляной полости от загрязнений.
Рис. 9.12. Водовоздушная секция радиатора:
а — общий вид; б — сечение трубки; 1,7 — плоскоовальные трубки; 2— нижняя (верхняя) коробка; 3 — стальной коллектор; 4 — отверстия для воды; 5 — отверстия для шпилек; 6 — медная пластина; 8 — пластины оребрения; / — длина радиатора; 1Р — активная длина радиатора
Воздухоохладители применяются в системах воздухоснабжения дизеля.
Они представляют собой водовоздушные трубчатые теплообменники, в которых по трубкам протекает вода из системы охлаждения, а пространство между ними омывается воздухом.
Рис. 9.14. Охладитель наддувочного воздуха:
1 — водяной патрубок; 2, 7— передняя и задняя крышки; 3 — трубная доска; 4 — латунная трубка; 5 — банка; 6 — боковой лист; 8 — рамка; 9 — перегородка
В настоящее время продолжается поиск наиболее рациональной конструкции (малогабаритной и высо-коэффективной) воздухоохладителя, но принципиального отличия от представленной на рис. 9.14 между ними нет. В эксплуатации наиболее часто встречающимися неисправностями секций холодильников являются течи из-за обрыва трубок и нарушения пайки у решеток; загрязнение наружных поверхностей трубок отложениями грязи и пыли, а внутренних — продуктами окисления масла, нагаром и накипью. У масляного теплообменника наиболее характерными неисправностями являются течь трубок и загрязнение внутренней поверхности. У воздухоохладителей, помимо течи трубок и загрязнения внутренних поверхно-стей, возникают также трещины сварных швов корпуса и крышек.
При проведении ТО-2 и ТО-3 у секций холодильника проверяют плотность соединений, убеждаются в отсутствии течи масла и воды, контролируют исправность действия и плотность закрытия жалюзи. В летнее время через одно ТО-3 секции холодильника продувают сжатым воздухом. В зимнее время проверяют исправность утеплительных щитов. Теплообменники и воздухоохладители осматривают снаружи и контролируют надежность их крепления. Проверяют состояние трубопроводов воды, масла и воздуха, герметичность их соединений и креплений.
При проведении ТР-1, помимо перечисленных операций, проверяют исправность системы автоматического и ручного регулирования температуры воды и масла. Обнаруженные течи устраняют, при ухудшении функционирования — промывают масляную полость. Для этого маслоохладитель снимают с тепловоза и устанавливают на стенд для промывки охлаждающих секций. Сначала в течение 30 мин трубное пространство промывают раствором (состав раствора: вода температурой 40...60"С; кальцинированная сода — 3...5 %; жидкое стекло — 1 %; хозяйственное мыло — 1 %), затем в течение. 15 мин — горячей водой. После этого последовательно раствором и горячей водой промывают межтрубное пространство.В локо-мотивных депо получила распространение технология промывки секций холодильника методом пневмогидроудара без снятия их с тепловоза, которая применяется при текущих ремонтах ТР-1 и ТР-2.
Промывка каждого контура осуществляется отдельно. Для этого перекрываются соответствующие вентили. Из контура, предназначенного к промывке, сливается вода. Средняя секция соответствующего контура снимается, а на коллекторы (верхний и нижний) устанавливают патрубки с рукавами. Один рукав подключают в воздушной сети депо через пробковый кран, а другой, соединенный с верхним коллектором, соединяют с трубой для слива воды.
Затем контур заполняют горячей водой (40...60°С). Заполнение считается законченным при появлении воды из рукава верхнего коллектора. Вентиль заправки перекрывают. Подачу воздуха производят импульсами по 5... 10 с с интервалами 5...6 с. Общая продолжительность очистки составляет 6...8 мин. При необходимости добавляют воду и операцию очистки повторяют.
При проведении ТР-3 секции холодильника, водомасляный теплообменник, воздухоохладитель снимают с тепловоза, затем промывают, проверяют, нужен ли ремонт, разбирают, ремонтируют, после сборки и ремонта опрессовывают. Отделение по ремонту секций холодильников, теплообменников должно иметь хорошую вентиляцию с местными отсосами на рабочих местах для обеспечения удаления вредных испарений.