Дизель 2А-5Д49
Дизель 2А-5Д49 мощностью 2940 кВт является одной из модификаций мощностного ряда четырехтактных дизелей типа Д49, созданных ПО «Коломенский завод». Все основные сборочные единицы дизелей этого ряда (цилиндро-поршневая группа, ша-тунно-кривошипный механизм, клапанный механизм, топливная аппаратура, подшипники коленчатого вала, фильтры и др.) одинаковы для всех модификаций. Наибольшую степень унификации сборочных единиц и дета
Рис. 43. Внешний вид дизель-генератора 2А-9ДГ:
1 — турбокомпрессор; 2 — выпускной коллектор; 3 — крышка клапанного механизма; 4 — регулятор частоты вращения; 5 — возбудитель; 6 — тяговый генератор; 7 — центробежные очистители масла; 8 — поддизельиая рама; 9 — теплообменник; 10 — фильтры грубой очистки масла; 11 — масляный насос; 12 — водяные насосы; 13 — маслоотделительный бачок; 14 — охладитель воздухалей (до 90%) дизель 2А-5Д49 имеет со сборочными единицами и деталями дизеля 1А-5Д49 мощностью 2250 кВт. Повышение мощности дизеля до 2940 кВт достигнуто за счет увеличения давления наддувочного воздуха с 0,14 до 0,186 МПа, а также за счет более качественного воздухо-снабжения и параметров рабочего процесса. Дизель 2А-5Д49 (рис. 43) 16-цилнндровый, имеет У-образное расположение цилиндров. Дизель вместе с тяговым генератором монтируется на общей поддизельной раме 8, образуя дизель-генераторную установку 2А-9ДГ.
Дизель-геиератор установлен на раме тепловоза на резинометалличе-ских амортизаторах. Амортизаторы снижают уровень вибраций, передаваемых работающим дизелем на раму тепловоза и кабину машиниста. В поддизельной раме 8 в ее нижней части размещен резервуар для масла (картер) вместимостью 1000 л. Здесьже установлен маслозаборник. Сетки над масляным резервуаром предохраняют от попадания в масло посторонних предметов.
На поддизельной раме болтами укреплен сварно-литой блок дизеля, разделенный перегородками на отсеки (секции). В каждом отсеке выполнены расточки, в которые вставлены рабочие втулки цилиндров дизеля с надетыми на них рубашками охлаждения. Угол между осями цилиндров правого и левого рядов для всех модификаций дизелей составляет 42°. К поперечным перегородкам блока приварены литые элементы, служащие постелями для верхних вкладышей коренных подшипников коленчатого вала дизеля. Постели нижних коренных вкладышей выполнены также литыми и прикреплены болтами к верхним постелям. Сопрягаемые постели имеют зубцы по месту стыка. Коленчатый вал, укладываемый на подвесные коренные подшипники, цельноли
Рис. 44. Схема дизель-генератора 2А-9ДГ:
1 — поршень; 2, 5 — выпускной н впускной клапаны; 3 — форсунка; 4, 6 — рычаги выпускного и впускного клапанов; 7, 8 — штанги толкателей клапанов; 9, 11 — рычаги толкателей; 12 — топливный насос высокого давлення; 10, 13, 14 — кулачковые шайбы распределительного вала; 15 — распределительный вал; 16, 17, 18, 19, 20, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 30, 31, 34, 35, 36, 38, 39 — шестерни; 21 — шлицевой вал-втулка; 28 — генератор тяговый; 29 — дизель-генераторная муфта; 32 — коленчатый вал; 33 — аити-внбратор; 37 — ступица; 40 — шлицевой валик; 41 — коренные подшипники; 42 — главный шатун; 43 —
прицепной шатун; а — противовестой из высокопрочного чугуна. Его шатунные и коренные шейки для повышения износостойкости азотированы, а галтели шеек упрочнены накаткой. На шатунных шейках коленчатого вала 32 (рис. 44) в подшипниках укреплены нижние головки главных 42 и прицепных 43 шатунов, верхние головки которых соединены с поршнями 1 рабочих цилиндров. Втулки цилиндров дизеля сверху закрыты крышками и прикреплены к блоку дизеля шпильками. Стыки между крышками и втулками цилиндров уплотнены стальными покрытыми медью прокладками. В крышке расположены два впускных 5 и два выпускных 2 клапана, форсунка 3 и индикаторныйкран. Сверху на крышке установлены рычаги 4, 6 привода клапанов. Один рычаг управляет работой впускных клапанов, другой — выпускных. Над клапанным механизмом установлен защитный кожух. Втулки цилиндров вместе с крышками и клапанным механизмом образуют единые блоки. При ремонте их снимают и ремонтируют комплектно. На верхней части блока в пространстве между правым и левым рядами цилиндров установлен лоток кулачкового распределительного вала, где смонтированы топливные насосы 12 высокого давления по одному на каждый цилиндр. Распределительный вал 15 приводится во вращение от заднего конца коленча того вала (со стороны тягового генератора) через систему шестерен 31, 30, 20, 22, 23, 24, 25. Через эту систему шестерен осуществляется привод объединенного регулятора, механического тахометра, предельного выключателя, возбудителя и стартер-генератора. Распределительный вал при вращении при помощи гидротолкателей приводит в движение клапаны, в нужный момент открывая и закрывая их. Одновременно он приводит в действие топливные насосы соответственно порядку работы цилиндров. Эти функции распределительного вала выполняются благодаря кулачкам 10, 13, 14, размещенным в определенном положении на валу. Механизм управления топливными насосами 12 расположен в верхней части лотка. Он имеет устройство, которое при работе дизеля на холостом ходу автоматически отключает подачу топлива в восемь цилиндров (по четыре в каждом ря ду)-
Коленчатый вал дизеля своим задним фланцем отбора мощности через пластинчатую муфту 29 соединен с валом якоря генератора. На переднем конце коленчатого вала установлен комбинированный антивибратор 33, служащий для гашения крутильных колебаний в системе коленчатый вал- вал генератора-привод вспомогательных агрегатов. С переднего торца коленчатого вала производится отбор мощности на привод вспомогательных агрегатов: водяных и масляных насосов, насосов гидропривода вентиляторов охлаждающего устройства.
В развале блока образован воздушный коллектор для снабжения цилиндров свежим зарядом воздуха. Газовыпускные трубы от крышек цилиндра н выпускные коллекторы 2 (см. рис. 43), охлаждаемые водой, расположены по обеим сторонам блока дизеля. Отработавшие газы из цилиндров через выпускные клапаны, крышки цилиндров, газовыпускные трубы поступают в коллекторы и подводятся в полость газовой турбины турбокомпрессора 1 типа 6ТК, установленногона кронштейне у переднего торца дизеля.
Газы, имеющие еще сравнительно высокую температуру при выходе из дизеля, устремляются с большой скоростью в выпускную трубу дизеля. Установленная на газовом тракте турбина, вращает находящееся на одном валу с ней колесо Воздухонагне-тателя. Воздух, нагнетаемый турбокомпрессором, поступает в охладитель 14 и далее по воздушному коллектору к цилиндрам дизеля. На переднем торце дизеля расположена система вентиляции картера, состоящая из маслоотделительного бачка, закрепленного на кронштейне турбокомпрессора, управляемой заслонки, регулирующей разрежение в картере, и жидкостного дифференциального электроманометра. На корпусе привода распределительного вала закреплен валоповоротный механизм, который при проворачивании вала дизель-генератора вводят в зацепление с зубьями на ведущем диске муфты.
Система смазывания сборочных единиц дизеля состоит из масляных насосов, фильтров грубой и тонкой очистки, центробежных фильтроп, во-домасляных теплообменников и мас-лозаборника. Все элементы масляной системы, за исключением маслопрока-чивающего насоса, размещены на дизеле.
Охлаждение дизеля водяное, двух-контурное. В первом контуре охлаждается вода дизеля, во втором — вода, охлаждающая масло и наддувочный воздух. На дизеле 2А-5Д49 применена закрытая система охлаждения с температурой теплоносителя в горячем контуре свыше 100 °С. Циркуляция воды между дизелем и охлаждающими устройствами обеспечивается двумя водяными насосами 12 центробежного типа.
Дизель типа Д49, как было указано выше, работает по четырехтактному циклу. Это значит, что полный рабочий процесс в цилиндрах этих двигателей состоит из четырех тактов, т. е. рабочий цикл совершается за четыре хода поршня или два оборота коленчатого вала. На рис. 45 приве
Рис. 45. Диаграмма рабочего цикла дизеля 2А-5Д49:
I — начало подачи топлива; 2 — начало открытия впускных клапанов; 3 — закрытие впускных клапанов; 4 — начало открытия выпускных клапанов; > — закрытие выпускных клапанов; а-б — сжатие; я -г — расширениедена диаграмма фаз газораспределения тепловозного дизеля 2А-5Д49, на которой показаны такты, составляющие полный цикл, и отмечены все фазы газораспределения в градусах поворота коленчатого вала.
Впускные клапаны начинают открываться за 57° до в. м. т., а закрываются через 28° после н. м. т., т. е. они открыты в течение 265°. В этот период происходит наполнение цилиндра свежим воздушным зарядом. Выпускные клапаны открываются за 59,5° до и. м. т. и закрываются через 40,5° после в. м. т., т. е. они открыты в течение 280°. Опережение открытия и запаздывание закрытия клапанов позволяют улучшить очистку цилиндра от отработавших газов и заполнение его свежим воздухом. Сжатие воздуха, поступившего в цилиндр, начинается после закрытия впускных клапанов и продолжается до момента достижения поршнем верхнего крайнего положения (в. м. т.). Несколько ранее конца процесса сжатия при повороте коленчатого вала за 25° до в. м. т. начинается впрыскивание топлива в цилиндр, которое воспламеняется и горит, в это время рабочему телу (смеси продуктов сгорания и воздуха) сообщается тепловая энер гия. Продолжительность впрыскивания и горения топлива зависит от режима работы дизеля — чем больше нагрузка, тем больше длится впрыскивание и горение топлива. После того как поршень пройдет в. м. т., начинается расширение рабочего тела (рабочий ход). Расширение продолжается до начала открытия выпускных клапанов. В конце расширения после открытия выпускных клапанов начинается выпуск отработавших газов из цилиндра, который продолжается затем в течение всего хода поршня вверх до в. м. т. и далее до момента закрытия выпускных клапанов. Из цилиндра по выпускному трубопроводу (коллектору) отработавшие газы направляются к газовой турбине турбокомпрессора.
Из диаграммы видно, что в течение примерно 98° поворота коленчатого вала впускные н выпускные клапаны открыты одновременно. В это время происходит «продувка» пространства над поршнем для лучшей очистки от продуктов сгорания. Затем снова происходят наполнение цилиндра воздухом, сжатие его и т. д. — цикл повторяется снова.
Источник
Двигатель 5д49 диаметр цилиндра
Глава 1 ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И УСТРОЙСТВО МОЩНОСТНОГО РЯДА ДИЗЕЛЕЙ ТИПА Д49
1. Общая характеристика и параметры дизелей Д49
Мощностной ряд четырехтактных дизелей типа Д49 (ЧН 26/26) включает восьми-, двенадцати-, шестнадцати- и двадцатицилиндровые модификации дизелей мощностью от 585 до 4410 кВт. Дизели этого ряда предназначены для применения на магистральных и маневровых тепловозах, передвижных электростанциях, на стационарных буровых и судовых установках. Мощностной ряд дизелей типа Д49 позволяет заменить весьма многочисленные устаревшие модели однотипными дизелями с высокой степенью унификации и лучшими экономическими показателями. Требования к моторесурсу и экономичности определили выбор в качестве базовой модели четырехтактного дизеля. В основу создания мощностного ряда был положен принцип обеспечения всего диапазона мощностей ряда за счет изменения количества цилиндров и уровня форсирования V-образных дизелей, имеющих одинаковые диаметр и ход поршня. Все дизели типа Д49 имеют диаметр цилиндра и ход поршня равными 260 мм, угол развала между цилиндрами в V-об-разной модели 42°. Отношение хода поршня к диаметру цилиндра S/D = 26/26 = 1 позволило создать дизели с хорошими показателями по габаритным размерам и сравнительно малой удельной массой.
Наибольшее применение дизели типа Д49 получили на железнодорожном транспорте. Мощностной диапазон, обеспечиваемый восьми-, двенадцати-, шестнадцати- и двадцатицилиндровыми моделями тепловозных дизелей типа Д49, позволяет применять эти дизели для маневровых и магистральных тепловозов. Освоенные и планируемые мощностные диапазоны для каждой модели дизелей определяются средним эффективным давлением ре (от
0,743 до 1,922 МПа) и частотой вращения коленчатого вала (от 750 до 1100 об/мин). Степень унификации деталей между моделями ряда равна 87 %. Все основные узлы дизелей, определяющие сроки службы между ремонтами (цилиндро-поршневая группа, шатуннокривошипный механизм, клапанный механизм, топливная аппаратура, подшипники коленчатого вала, фильтры и др.), одинаковы для всех модификаций. Высокая унификация внутри ряда позволила использовать автоматические линии, специальные агрегатные станки и другое оборудование. При создании и доводке дизе-лей типа Д49 были использованы лучшие конструктивные решения, проверенные в длительной эксплуатации на отечественных дизелях 11Д45 и д100, а также учтен опыт крупнейших зарубежных фирм в области дизелестроения.
Все основные узлы ряда дизелей типа Д49 изготовлены в виде отдельных агрегатов, закрепленных на блоке цилиндров двигателя (рис. 1). Такая компоновка позволяет обеспечить высокое качество изготовления каждого узла и при необходимости провести испытания узлов на специальных стендах до начала общей сборки двигателя. Это значительно сокращает и упрощает общую сборку.
Кроме того, такое решение дает возможность весьма широко изготовлять некоторые агрегаты и узлы на ряде специализированных заводов, а при ремонте в локомотивных депо применять агрегатный метод.
Блок цилиндров 5 «сухой», сварно-литой, основные сварные швы разгружены от усилий давления сгорания. Коленчатые валы упрочнены: шейки валов азотированы, а галтели накатаны. Стальные валы для форсированных модификаций на каждой щеке вала имеют противовес. Подшипники коленчатого вала залиты свинцовистой бронзой и взаимозаменяемы.
Втулки цилиндров подвесного типа. Втулка и крышка цилиндров образуют цилиндровый комплект 3, который может быть демонтирован из блока вместе с шатуном и поршнем. Клапаны опираются на «плавающие» вставные седла в крышках цилиндров.
Клапанный механизм управляется общим для правого и левого рядов дизеля распределительным валом, а в приводе клапанов для уменьшения зазоров установлены гидротолкатели. Поршни составной конструкции охлаждаются маслом. Топливная форсунка вынесена из полости клапанного механизма, весь топливный трубопровод расположен вне системы смазки.
Все основные узлы и трубопроводы системы масла расположены на дизеле. Выпускные коллекторы 2 охлаждаются водой и имеют экранирующую жаровую трубу. Конструктивное исполнение узлов дизеля позволяет применять высокотемпературное охлаждение. На большинстве модификаций дизелей регуляторы частоты вращения и мощности имеют устройства, корректирующие подачу
топлива в зависимости от давления наддува и встроенную защиту дизеля от падения давления масла.
Рис. I. Схема компоновки дизелей типа Д49:
I— турбокомпрессор; 2 — коллектор выпускной; 3 —цилиндровый комплект (крышка цилиндра, втулка цилиндра, поршень и шатун); 4 — лоток с распределительным валом и топливными насосами; 5 — блок цилиндров с коленчатым валом; 6 — привод распределительного вала и других вспомогательных агрегатов; 7 — поддизельная рама с теплообменником масла или ванна масляная; 8 — привод водяных и масляных насосов с насосами
Для обеспечения высокого ресурса основных деталей дизелей широко применены современные методы химико-термической обработки и гальванические покрытия (цементация, азотирование, хромирование и другие методы). В производстве дизелей применены прогрессивные технологические процессы и высокопроизводительное оборудование: контактная стыковая электросварка картера блока, электрофизические и электрохимические методы обработки деталей топливной аппаратуры и турбокомпрессоров, суперфиниширование подшипниковых поверхностей валов алмазной лентой, алмазное растачивание, парное шлифование и т. д.
При создании мощностного ряда дизелей типа Д49 был выполнен комплекс опытно-конструкторских и научно-исследовательских работ, натурных испытаний узлов и дизеля в целом. Большое внимание уделено вопросам механической и термической прочности новых двигателей. Долговечность наиболее ответственных узлов двигателей оценивалась на специальных установках для проведения усталостных испытаний натурных образцов блока цилиндров, коленчатых валов, шатунов и других узлов. Усталостные испытания при нагружении усилиями, значительно превышающими рабочие усилия, с соблюдением схем действительного нагружения явились эффективным средством оценки запасов прочности основных узлов.
Долговечность термически напряженных деталей сложной формы (крышка цилиндра, поршень и др.) определялась в процессе ускоренных испытаний на дизелях, позволявших имитировать темпы накопления остаточных напряжений в условиях эксплуатации. Оценка долговечности подшипников коленчатого вала помимо расчета проводилась путем непосредственного измерения толщины масляной пленки в коренных и шатунных подшипниках на работающих дизелях. Все основные и базовые модели дизелей типа Д49 в процессе доводки и при сдаче заказчикам проходили испытания по ускоренной 840-часовой программе. Испытания осуществлялись с помощью управляющей ЭВМ «Днепр». На дизелях типа Д49, применяемых на магистральных тепловозах, достигнут ресурс до первого осмотра поршней 250—300 тыс. км пробега, а на дизелях, устанавливаемых на маневровых тепловозах, 15—20 тыс. ч.
Все дизели типа Д49 имеют газотурбинный наддув. На дизелях типа Д49 среднего форсирования (ре = 1,2 МПа) применяется одноступенчатая система наддува, на дизелях с повышенным форсированием (ре > 1,6 МПа) по среднему эффективному давлению применяется двухступенчатая система наддува с двойным промежуточным охлаждением воздуха после каждой ступени наддува. На восьми-, шестнадцати- и двадцатицилиндровых модификациях дизелей применена изобарная система наддува, на двенадцатицилиндровых модификациях система наддува с преобразователями
импульсов перед турбокомпрессорами. Наддувочный воздух охлаждается на дизелях мощностью выше 600 кВт.
Рационально выбранные для каждой модификации дизеля типа Д49 показатели по среднему эффективному давлению, скорости поршня, системе воздухоснабжения и наддува обеспечивают качественное протекание рабочего процесса и необходимые параметры по экономичности и ресурсу. В результате проведенных экспериментальных работ для каждой модификации дизеля подобраны свои фазы газораспределения и топливоподачи в зависимости от степени форсирования дизеля и принятой системы наддува. У большинства модификаций дизелей типа Д49 расход топлива на полной мощности составляет 204—212 г/(кВт-ч).
Сравнение модификаций дизелей типа Д49 с зарубежными тепловозными дизелями одинаковой быстроходности и уровня форсирования (табл. 1) показывает, что дизели типа Д49 не уступают лучшим образцам зарубежных по экономичности, расходу металла и габаритным размерам. Сравнение показателей дизелей
типа Д49 с тепловозными дизелями, применяемыми в отечественном тепловозостроении (табл. 2), также указывает на превосходство дизелей типа Д49 по расходам топлива, масла, металлоемкости и подтверждает экономическую целесообразность и эффективность их применения на железнодорожном транспорте.
Источник
