Дизель является важнейшим силовым агрегатом тепловоза, который в значительной степени определяет экономичность, надежность, эксплуатационные качества и тяговые возможности всего локомотива. Поэтому тепловозный дизель должен удовлетворять ряду требований.
На габаритные размеры и массовые характеристики тепловозного дизеля накладываются жесткие ограничения. Действительно, дизель устанавливают на раму тепловоза, длина которой не превышает 21-22 м, и размещают в кузове, поперечные размеры которого должны укладываться в габарит 1-Т. Вертикальная нагрузка от колесной пары на рельсы не должна превышать 235-250 кН (±3%). При этом необходимо обеспечить удобные условия обслуживания, монтажа и демонтажа оборудования. Исходя из этих ограничений длина современного мощного тепловозного дизеля равна 4500-6200, ширина 1500- 1900, высота 2500-3200 мм.
Масса дизеля на отечественных тепловозах составляет 12-16 % массы всего локомотива. Удельная масса двухтактных тепловозных дизелей 6,3-8,8 кг/кВт, четырехтактных - 5,0-8,4 кг/кВт. Частота вращения коленчатого вала дизеля должна быть в пределах 800-1100 об/мин, средняя скорость поршня не более 9-10 м/с, среднее эффективное давление 0,9- 1,0 МПа у двухтактных и 1,4-1,8МПа у четырехтактных дизелей. Современные тепловозные дизели имеют удельный расход топлива на номинальной мощности 205-220 г/(кВт-ч), причем такой расход должен выдерживаться в интервале от номинального режима до 60-70 % от номинальной мощности двигателя. Удельный расход масла должен быть не более 1,5- 2 г/(кВт-ч). Чтобы обеспечить вождение поездов большой массы, мощность дизелей перспективных тепловозов должна составлять 3000-6000 кВт.
В последние годы на тепловозах все чаще применяют четырехтактные дизели, которые по сравнению с двухтактными лучше приспособлены к локомотивной службе, характеризующейся частыми и резкими изменениями режима работы силовой установки, имеют повышенную топливную экономичность и меньшую удельную металлоемкость (при применении высокого наддува). Наиболее компактным и весьма целесообразным для тепловозного дизеля является У-образное расположение цилиндров.
Работа тепловозного дизеля в эксплуатации характеризуется частой сменой рабочих режимов (частот вращения коленчатого вала и нагрузок), сопровождающейся значительной долей переходных процессов, что снижает среднеэксплуатационную экономичность тепловозов и их надежность. Это обстоятельство особенно существенно для маневровых тепловозов, дизели которых работают большую часть времени на малых нагрузках и холостом ходу (80-90% общего времени) с очень большим числом переключений контроллера. В связи с этим на маневровых тепловозах целесообразно применять дизели с малой степенью наддува (см. также с. 139), что благоприятно скажется на протекании переходных процессов и режимов малых нагрузок и холостого хода, а следовательно, на экономичности этих тепловозов. Это тем более возможно, что в силу характера работы маневровые тепловозы должны иметь по сравнению с магистральными локомотивами относительно более высокий сцепной вес при небольшой мощности силовой установки. Использование таких дизелей с повышенной удельной массой на маневровых тепловозах будет также способствовать повышению эксплуатационной надежности локомотивной силовой установки.
Тепловозы в нашей стране работают и на Крайнем Севере, где температура доходит до минус 50°С, и в Средней Азии, где температура воздуха достигает плюс 50 °С, на горных участках с барометрическим давлением шачительно ниже нормального. В этих условиях дизель должен работать устойчиво, без значительного понижения мощности. Тепловозы, предназначенные для работы в северных и восточных районах СССР и, в частности, на Байкало-Амурской магистрали, должны быть оборудованы системой, позволяющей подогревать наддувочный воздух при низких температурах окружающей среды и малых нагрузках
Конструкция дизеля должна обеспечивать полную безопасность обслуживающего персонала при всех эксплуатационных условиях его работы, а также удобство разборки, сборки и возможность ремонта всех его узлов.
Срок службы тепловозного дизеля до переборки с выемкой поршней должен быть не менее 200-250 тыс. км пробега тепловоза (или 12000- 15000 ч), а до капитального ремонта (моторесурс) - не менее 750- 800 млн. км пробега (45 000- 50 000 ч).
Как видим, требования, предъявляемые к тепловозным дизелям, весьма разнообразны и иногда противоречивы. Например, сочетание высокой мощности и надежности двигателя с жестко ограниченными габаритными размерами и массовыми показателями представляет собой трудную инженерную проблему и требует обоснованного оптимального решения этой задачи.
Для тепловозных дизелей большое значение имеет возможность развертывания конструкции в мощностной ряд для применения на локомотивах разной мощности с целью унификации .отдельных узлов и деталей, снижения расходов на их ремонт и обслуживание и обеспечения возможности повышения мощности силового агрегата в перспективе. Мощностные ряды развертываются на базе цилиндров и ша-тунно-кривошипных механизмов одинаковой конструкции и размеренности. Изменение мощности двигателя достигается варьированием числом цилиндров, их расположением, давлением наддувочного воздуха, частотой вращения вала. При этом для дизелей одного ряда можно сохранить 85- 85 % унифицированных деталей и узлов одинаковой конструкции, что обеспечивает возможность их массового производства, снижает стоимость изготовления н расходы в эксплуатации. Примером мощностного ряда являются дизели семейства Д49 ПО «Коломенский завод».
Каждый завод выпускающий дизели, обычно прнсраивает им условное обозначение (заводскую марку), например, 1 ОД 100, 1А-5Д49. ПД1М и т.д.
Таблица З
|
Основные параметры |
Тип тепловозного дизеля |
||||||||||||
|
о о с£ <м |
о о о |
1С |
с |
О Г- СО |
О! "Г" < |
О! "Г" < см |
О! "Г" |
«О Ю Г- |
|||||
|
Обозначения по ГОСТ 4393 - 82 |
[-о |
X Е =1 3 |
г-© |
x см X |
СМ 1 го X СО |
00 - со - ГО го X У «о |
1С 1 Г- см см X У |
СО СО ЇМ См У |
СО СО см [ см X |
<£} со СМ см X У о см |
оо 1 о - см X У см |
||
|
Эффективная мощность на номинальном режиме. кВт* Частота вращения коленчатого вала, об1 мин: на номинальном режиме на холостом ходу Конструктивная схема Тактносіь Число цилиндров Диаметр цилиндра, мм Ход поршня, мм Среднее давление при номинальной мощности, МПа Средняя скорость поршня, м'с Давление наддува, МПа Удельный расход топлива, г/(кВт-ч) Масса дизеля (сухая), кг** Габаритные размеры дизеля, мм: высота длина ширина Серия тепловоза |
1470 400 Со вст ж у П1 2 10 207 2 X 254 0,61 7,2 0,135 231 19 400 3240 61 15 1140 ТЭЗ ТЭ7 |
2200 400 >ечно дви-щимися )ршнями 2 10 207 2 *254 0,92 7.2 0,215 218 19 500 6180 1730 ЗТЭ10М 2ТЭ10Л 2ТЭ10В |
2200 400 V-образный 2 16 230 300 0,90 7,5 0,21 231 13 800 2600 4484 1950 ТЭП60 2ТЭГ160 |
880 300 Од-норяд-ный 4 6 330 0,91 8,25 0,162 225 16 200 2478 5192 1467 ТЭМ2 |
2940 1000 350 16 250 270 1,68 9,0 0,29 207 18 000 2950 5000 1930 |
2200 1000 350 V- 4 16 260 260 1,22 8,7 0,235 214 18 500 2890 4696 1610 2ТЭ116 |
2940 350 образный 4 16 260 260 1,63 8,7 0,29 211 18 500 4722 1610 ТЭП70 2ТЭ121 |
4410 1100 400 4 20 260 260 1 ,80 9,53 0,315 220 22 000 2890 4926 1610 ТЭП75 |
735 1500 600 4 12 180 200 0,94 9,3 0,14 220 1900 1480 2420 1120 ТГ16 |
||||
* При нормальных атмосферных условиях: температура воздуха +20 °С давление 7Ь0 мм рт. ст., влажность 70%: при других условиях мощность определяется пересчетом. ** С иоддшельной рамой.
ГОСТом предусмотрены единые правила обозначения типа двигателя, учитывающие его наиважнейшие особенности и параметры. Так, дизель 1А-5Д49 в соответствии с ГОСТом имеет обозначение 16ЧН -щ-, которое расшифровывается так: 16 - число цилиндров; Ч - четырехтактный двигатель (буква Д на этом месте означала бы двухтактный); Н - двигатель с наддувом; 26 - (в числителе) диаметр цилиндра в сантиметрах; 26 - (в знаменателе) ход поршня в сантиметрах. Основные технические характеристики тепловозных дизелей отечественных тепловозов приведены в табл. 3.
⇐ | Измерение давления в цилиндрах и снятие индикаторных диаграмм дизелей | | Тепловозы: Механическое оборудование: Устройство и ремонт | | Технико-экономические характеристики тепловозных двигателей | ⇒