Водяная система
Назначение. Водяная система служит для отвода и рассеивания в атмосферу избыточной теплоты от неподвижных деталей рабочего механизма (гильз и крышек цилиндров), а также от выпускных коллекторов дизеля во избежание их чрезмерного нагрева. Вода охлаждает эти детали дизеля при помощи его внутренней системы охлаждения (см. гл. 5) и переносит теплоту в охлаждающие устройства (радиаторы), где она передается атмосферному воздуху. Таким образом, водяная система должна быть замкнутой. Циркуляцию воды в ней обеспечивает водяной насос.
На ряде тепловозов водяная система используется для отвода тепла от водомасляного теплообменника (т. е. от масляной системы) и охладителя наддувочного воздуха.
Условия работы водяной системы характеризуются большими количествами тепла, выделяемыми в воду в тепловозных дизелях (см. табл. 6.1).
Температура воды в дизелях должна находиться, как правило, в диапазоне 65-80 °С (максимально до 95 °С — в открытых системах серийных тепловозов). Чтобы в нагретых массивных деталях дизеля не возникали значительные дополнительные напряжения, разность температур воды на выходе из дизеля и входе в него принимается небольшой (А^в = 5-10 °С). Это требует интенсивной циркуляции воды в системе, как следует из уравнения теплового баланса:
где Р„ — количество теплоты, выделяемой в воду в дизеле, кВт (см. табл. 6.1); с„ = 4,187 кДж/(кг-К)-удельная теплоемкость воды; рв == 1000 кг/м3 — плотность воды;
Источник статьи: http://www.dieselloc.ru/books/kuzmich/page_28.html
Маневровые локомотивы
Водяные насосы
Основной водяной насос (рис. 74) является насосом центробежного типа. Его подача достигает 133 200 л/ч (37 л/с) при частоте вращения рабочего колеса 1935 об/мин. Принцип действия центробежных насосов заключается в том, что вращающееся с большой частотой рабочее колесо своими лопастями приводит в движение воду, которая под действием центробежной силы отбрасывается от центра к периферии, попадает в улиткообразный канал корпуса и далее в нагнетательную трубу. Одновременно у центра колеса создается разрежение, обеспечивающее подсос воды.
Улиткообразный корпус 7 насоса отлит из чугуна и имеет по торцам два обработанных кольцевых фланца для крепления при помощи шпилек передней 9 и задней 19 крышек. Для уплотнения между крышками и корпусом ставят паронитовые прокладки 8. К передней крышке 9 крепят шпильками 10 всасывающую трубу, а к фланцу, которым заканчивается расширяющийся канал корпуса 7, — нагнетательную.
Передняя крышка 9, через которую вода поступает на лопатки рабочего колеса, выполняет роль направляющего аппарата, поэтому ее внутренняя поверхность имеет коническую форму. Задняя крышка 19 одновременно является корпусом шариковых подшипников 18 и 20, служащих опорами вала 3 рабочего колеса насоса. Между наружными кольцами подшипников поставлена дистанционная втулка 2 с отверстиями для прохода масла.
Задний подшипник 20 является опорно-упорным и удерживается от смещения кольцами 21. Смазывание подшипников осуществляется дизельным маслом, которое разбрызгивается соплом в корпусе привода насосов и через три отверстия а в задней крышке попадает к подшипникам и затем сливается в картер. Чтобы масло не просачивалось по валу в сторону водяного колеса, за подшипником 18 установлен сальник 17, зафиксированный стопорным кольцом. Для крепления насоса к дизелю на задней крышке предусмотрен фланец с отверстиями под шпильки.
Вал 3 рабочего колеса насоса изготовлен из нержавеющей стали и отполирован. На переднем конце вала закреплено лопастное колесо 13, изготовленное из бронзы. Перед насадкой на вал колесо нагревают, обеспечивая натяг. Для дополнительного крепления колеса используют шпонку 14 и гайку //с лепестковой шайбой. Гайка // изготовлена из медного сплава и имеет левую резьбу, предотвращающую самоотвертывание. Чтобы избежать возникновение осевого усилия, в колесе 13 сделаны три отверстия, через которые вода заполняет полость между колесом 13 и корпусом 7 насоса, в результате чего с обеих сторон лопастного колеса 13 вода имеет одинаковое давление. На заднем конце вала при помощи шпонки и корончатой гайки закрепляют цилиндрическую косозубую шестерню / привода (г=26), которая через промежуточную шестерню (г=45) связана с ведущей шестерней (г=67) коленчатого вала.
В полость Л задней крышки по трубе 4, соединенной со штуцером, постоянно подводится вода из улиткообразного канала корпуса, не допуская создания внутри насоса воздушной пробки, т. е. обеспечивая нормальную работу насоса. Для уплотнения водяной полости А на валу установлен сальник Гетца, состоящий из двух неподвижных и четырех подвижных деталей. Неподвижные кольца (стальное 23 и резиновое 22) прижаты к фланцу 5, который укреплен в крышке четырьмя бронзовыми шпильками 6. Подвижные детали — специальное графитовое 24, резиновое 27, стальное 26 кольца и коническая пружина 25 — вращаются вместе с валом. Резиновое кольцо 27 плотно охватывает вал, а пружина 25, упирающаяся в торец рабочего колеса, прижимает графитовое кольцо 24 к неподвижному стальному кольцу 23, имеющему полированную торцовую поверхность. Трущиеся поверхности колец не нуждаются в посторонней смазке, так как смазочными свойствами обладает графитовое кольцо 24. Чтобы избежать попадания воды в масло в случае просачивания ее через сальник Гетца (допускается просачивание до десяти капель в 1 мин), полость Б крышки между сальниками Гетца и /7сообщается с атмосферой через отверстие 16 в крышке 19. При сливе воды из системы надо дополнительно удалять воду из полости А и улиткообразного корпуса. Для этого в нижней части полости А сделано отверстие, закрытое пробкой 15, а на корпусе насоса поставлен кран 12, которым также можно пользоваться при отборе воды на анализ.
Рис. 75. Вспомогательный водяной насос: / — шестерня привода; 2 — дистанционная втулка; 3 — вал насоса; 4 — труба подвода воды к сальнику Гетца; 5 фланец; 6 ■— корпус насоса; 7 передняя крышка; 8— шпилька; 9 гайка; 10 кран для слива воды; // — рабочее колесо; 12 — сливное отверстие в корпусе; 13 — сальник; 14, 15 (париковые подшипники,- /6 — ■ стопор-нос кольцо
Вспомогательный водяной насос (рис. 75)по конструкции почти не отличается от основного водяного насоса. Разница заключается в том, что вспомогательный насос имеет меньшие размеры и его улиткообразный корпус 6 отлит заодно с задней крышкой. На заднем конце вала 3 рабочего колеса насоса укреплена шестерня привода / (г=23), находящаяся в зацеплении с ведущей шестерней коленчатого вала (г=67). Так как в приводе этого насоса нет промежуточной шестерни, как у основного насоса, то направление вращения рабочего колеса противоположно направлению вращения коленчатого вала, т. е. вал насоса вращается против часовой стрелки. Подача насоса достигает 32 400 л/ч (9 л/с) при частоте вращения рабочего колеса 2200 об/мин.
Источник статьи: http://myswitcher.ru/4me3/4me3_48.html
Маневровые локомотивы
Водяные системы тепловозов
При работе дизеля часть тепла от сгоревшего в цилиндрах топлива передается втулкам, крышкам цилиндров, выпускным коллекторам, деталям турбокомпрессора. Для отвода тепла от этих деталей предусмотрено охлаждение их водой. В современных дизелях водой охлаждается и наддувочный воздух, поступающий в цилиндры. Вода охлаждает масло в теплообменнике, в калориферах служит для обогрева кабины машиниста. Вода циркулирует в системе под давлением по замкнутому контуру: дизель — охладитель, где она охлаждается и снова поступает в дизель. Такая система обеспечивает отвод тепла до 12% от общего количества, выделяемого дизелем, прн сравнительно малом количестве воды. Водяные системы на тепловозах различаются по числу контуров циркуляции и могут быть открытыми и закрытыми. В современных дизелях, у которых предусмотрено охлаждение масла дизеля и наддувочного воздуха водой, как правило, применяются двухконтурные системы.
Обычно, применяемые водяные системы на тепловозах открытые — они связаны с атмосферой. Температура воды в таких системах не должна превышать 90-95 °С. Закрытые системы не связаны с атмосферой, вода в них находится под избыточным давлением
Рис. 140. Схема водяных систем тепловоза 2ТЭ10М: 1. 32 — соединительные трубы охлаждающих секций второго контура; 2 — секции первого контура; 3, 6, 8, 10, 12. 13. 14, 15. 19, 20, 22. 25, 27, 29, 32 — трубы; 4, 26 — соединительные головки; 5 — вестовая труба; 7 — водяной бак; 9 — пробка; 11 — бачок санузла; 16 — водяной насос; 17 — топливоподогреватель; 18 — вентиль для выпуска воздуха из калориферов; 21 — охладитель наддувочного воздуха; 23 — водяные насосы; 24 — бачок; 28 — теплообменник; 30, 33 — секции второго контура; 31 — терморегулятор (цифры в кружках — номера бирок на кранах и вентилях)
и имеет температуру 100-120°С (высокотемпературное охлаждение).
Водяные системы содержат насосы для обеспечения циркуляции воды, трубопроводы с арматурой, устройства для охлаждения воды, расширительный бак, приборы контроля и защиты.
Тепловоз 2ТЭ10М. На тепловозе применены две самостоятельные водяные системы (два контура), каждая из которых имеет отдельный трубопровод, водяной насос и охлаждающие секции. Одна система (первый контур) служит для охлаждения воды, выходящей нз дизеля, подвода горячей воды в топливоподогреватель, к отопнтель-но-вентиляционному агрегату в кабине машиниста, подогрева воды в бачке санузла. Другая система (второй контур) предназначена для охлаждения масла в водомасляном теплообменнике и для охлаждения наддувочного воздуха.
В первом контуре вода из коллектора горячей воды, расположенного с правой стороны дизеля, по трубе 15 (рис. 140), соединенной с коллектором горячей воды гибким шлангом, поступает к верхнему коллектору секций 2 охлаждающего устройства. Пройдя по
Рис. 141. Схема внутренней системы охлаждения цилиндров дизеля 1 ОД 100;
1 — выпускной коллектор; 2 — патрубок горячей воды; 3 — коллектор; 4 — втулка цилиндра; 5 — перепускной патрубок; 6 — выпускная коробка; Л — полости охлаждения коллекторов; Б — полость выпускных коробок; В, Г — полости водяной рубашки
трубкам секций и охладившись на 5- 6°С. вода из нижнего коллектора по трубе 27 поступает к водяному насосу 16 и подается в водяную полость двух патрубков выпускных коллекторов 1 цилиндров дизеля (рис. 141). Из патрубков вода направляется в водяные полости А правого и левого коллекторов, а из них в полость Б выпускных коробок 6. Охладив выпускную коробку и нижнюю часть втулки, вода через окна перетекает в верхнюю полость выпускных коллекторов и по патрубкам 5 поступает в полость В водяной рубашки втулки цилиндра 4. Поднимаясь по желобкам между ребер во втулке к полости Г, вода охлаждаетУее н поступает по патрубку 2 в коллектор 3 горячей воды. На этом круг циркуляции замыкается.
В случае попадания воздуха внутрь системы и образования пара при перегреве воды, чтобы не создавалась при этом «пробка», в системе предусмотрена труба 10 (см. рис. 140), по которой воздух и пар отводятся в водяной расширительный бак 7. Труба 10 расположена выше всех остальных труб. К отопительной системе вода нз коллектора горячей воды подводится по трубе 20 с вентилем 64, а отводится во всасывающую магистраль по трубе 19. Из отопительной системы вода может быть слита через кран № 5, а из всей системы через кран № 96.
К топливоподогревателю 17 вода подводится по трубе 14 с краном № 68, а из него во всасывающую магистраль отводится по трубе 19 с краном № 63.
Труба 12, проходящая через бачок 11 санузла, подогревает в нем воду. Водяной расширительный бак 7, расположенный выше дизеля и соединенный с всасывающими трубами систем, обеспечивает надежное заполнение всей системы водой. Из него пополняются утечки воды в системе. Вода в баке контролируется по указателю уровня воды (водомерному стеклу). Заправка системы водой производится либо через пробку 9 в расширительном баке 7, либо через трубу с соединительной головкой 4 и вентилем № 65. Вода должна удовлетворять техническим условиям, оговоренным заводом-изготовителем.
Водяной бак 7 разделен вертикальной перегородкой на две части. Объем части бака для первого контура 230 л, для второго контура—106 л. В баке имеются отверстия для удаления паровоздушной смеси и вестовая труба 5, через которую также удаляются н излишки воды. Слив воды производится через вентили №№ 65 и 91. Для полного удаления воды из системы отвертывают пробки в корпусах водяных насосов и продувают систему воздухом.
Во втором контуре (холодном) вода подается насосом 23 по трубе, проходящей с левой стороны дизеля, к воздухоохладителям 21, расположенным по обеим сторонам в задней части дизеля. Пройдя по трубкам воздухоохладителей, вода по двум трубам 22 сливается в одну трубу, подводящую воду к водомасляному теплообменнику 28. Поднявшись по трубкам теплообменника, вода подается к верхним коллекторам радиаторных секций 30 и 33. Протекая по трубкам секций, вода охлаждается и из нижних коллекторов по всасывающей трубе поступает к водяному насосу 23, замыкая круг циркуляции.
Расширительный бак 7 соединен с всасывающей трубой второго контура трубой 29, что создает необходимый напор во всасывающей линии, гарантирующий от подсасывания воздуха. Бак дает возможность расширения воды при ее нагреве и пополняет все утечки воды.
Тепловоз ТЭП70. Водяные системы (рис. 142) имеют два контура циркуляции воды, аналогичные контурам систем охлаждения дизеля, масла и наддувочного воздуха тепловоза 2ТЭ10В. В первом контуре (горячем) вода циркулирует между дизелем 2 и водовоз-душными секциями 8 под действием лопастного насоса 3. Во втором (холодном) контуре насос прокачивает воду через секции 9 и последовательно включенные два водомасляных теплообменника 28 и охладитель наддувочного воздуха 1.
Рис. і42. Схема водяных систем тепловоза ТЭП70:
1 — охладитель воздуча; 2 — дизель: 3, 4 — водяные насосы; 5. III вентили; 6 — соединительная головка; 7, — всасывающие трубы; *, 9 — секции; 12 — калорифер; 13.,27 — краны для выпуска воздуха: 14 -■ вестовая труба; 15 — бак расширительный; 15 — клапан предохранительный; П водомерное стек ло; 18 — топливоподогреватель: 19 — ручной насос; 20. 21. 22 — трубы; 23, 24 — грибки для датчиков температуры: 25 — карманы для ртутных термометров; 26 — раїдаточиая магистраль: 27 вентиль для выпуска воздуха: 28 — водомасляный теплообменник (в кружках указаны номера бирок, расположен ных на вентилях)
Оба контура циркуляции воды имеют общий расширительный бак 15 с выносным «водомерным стеклом» 17. Водяная система закрытая. В ней вода находится под избыточным давлением 0,05-0,075 МПа. Давление возникает в результате выделения пара из воды и при повышении ее температуры. Закрытая система позволяет работать в режиме высокотемпературного охлаждения, при котором температура воды в системе повышается выше 100 °С. Чтобы в системе не создавалось давление выше установленного, на расширительном баке 15 установлен предохранительный клапан 16, выпускающий часть паровоздушной смеси в атмосферу через трубу 14 при превышении давления 0,075 МПа. В предохранительный клапан 16 встроен обратный клапан, открывающийся при образовании в системе вакуума до 0,004-0,007 МПа.
При необходимости дозаправки системы водой в пути следования можно воспользоваться ручным насосом 19 В депо дозаправку системы специально приготовленной водой производят через соединительную головку 6.
В горячем контуре вода из коллекторов дизеля по трубе 22 поступает к водовоздушным секциям 8, охлаждается в них и по всасывающей трубе 7 подводится к насосу 3. Насос нагнетает охлажденную воду во внутреннюю систему охлаждения дизеля. Вода из раздаточных магистралей 26, расположенных вдоль блока дизеля с обеих сторон, по патрубкам 1 (рис.
Рис. 143. Схема охлаждения цилиндра и крышки дизеля 2А-5Д49:
1 воднпоП патрубок; 2 — раздаточная магистраль; і выпускной коллектор: 4
труба: Л коллектор горячей воды: 6 — крышка цилиндра: а полость рубашки цилиндра
Рис. 144. Схема водяной системы тепловоза ТЭМ2:
; — коллектор горячей воды; 2 — водяной насос; 3 — пульт управления; 4 — электротермометры; 5 — вентили; 6′ — кран выпуска воздуха из калорифера; 7 — калорифер; 8 — краны; 9, 16, 19 — пробки слива воды; 10 — батарея для обогрева ног машиниста; 11 — сливной трубопровод; 12 — эжектор; 13 — воронка; 14 — слив воды и масла нз поддона турбокомпрессора; 15 — слив воды, просочившейся из турбокомпрессора; 17 — слив воды, просочившейся через сальник водяного насоса; 18 — бачок подогрева воды умывальника; 20 — топливоподогреватель; 21 — водяной насос охлаждения наддувочного воздуха; 22 — бачок с воронкой; 23 — соединительная головка; 24 — ручной насос; 25 — бак для воды; 26 — горловина для залнвки воды, 27 — водомерное стекло; 28 — контрольная труба: 29 — секции охлаждения воды наддувочного воздуха; 30 — воідухоочладитель; 31 — термореле; 32 — пробка выпуска воздуха; 33 — секции охлаждения воды дизеля (правые)
143), отходящим от раздаточных магистралей 2, вводится в зарубашечные полости а цилиндровых втулок в их нижней части, омывает втулки и через трубки 4 поступает в полости в охлаждения крышек цилиндров 6. Из крышек вода перетекает в коллектор 5 горячей воды, поступает в охлаждаемые полости б выпускных коллекторов и далее в охлаждаемые полости турбокомпрессоров, откуда горячая вода по трубе 22 (см. рис. 142) подается снова к секциям радиаторов. По трубкам горячая вода подводится к топливоподо-гревателю 18 и калориферам 12 обеих кабин.
Для предотвращения переохлаждения воды и размораживания секций второго контура в холодное время года горячий и холодный контуры могут быть связаны между собой вентилями 10 и 46. Чтобы предупредить переохлаждение масла в холодное время года, на тепловозе имеется возможность отключать часть секций установкой заглушек на трубопроводах.
Тепловоз ТЭМ2. Водяные системы (рис. 144) также состоят из двух самостоятельных контуров. Вода первого контура охлаждает втулки и крышки цилиндров, блок, газовую часть турбокомпрессора. К первому контуру подключены топливоподогреватель 20, калорифер 7, батарея для обогрева ног машиниста 10. Второй контур служит для охлаждения воздуха в воздухоохладителе 30.
Горячая вода из дизеля собирается в коллекторе 1, откуда через соединительный рукав по трубе а поступает к секциям радиаторов 33. Охладившись в них, вода попадает в нижние коллекторы секций и по трубе б она вводится в дизель в его торцовой части. Охлажденная вода проходит по каналу, отлитому в блоке дизеля, к водяному насосу 2, который всасывающей полостью подсоединен к фланцу на боковой поверхности блока. Нагнетательный патрубок насоса соединен с трубой, подводящей воду в блок дизеля с его заднего торца. Поступив в блок, вода по колодцу опускается в нижнюю часть блока и подходит к цилиндрам. Омывая цилиндры, вода поднимается вверх, охлаждает их и через отверстия в блоке поступает в охлаждающие полости крышек цилиндров. Из цилиндровых крышек по патрубкам вода перетекает в водяной коллектор 1 дизеля, а из него в радиаторные секции, замыкая круг циркуляции. От трубы а отводится часть горячей воды для подогрева топлива в топли-воподогревателе 20 и воды в бачке 18 санузла.
В калорифер 7 и батарею 10 для подогрева ног горячая вода поступает через вентиль 5(52), а отводится через вентили 5(58). Эжектор 12 на отводящей трубе отсасывает из калорифера воздух, создавая условия для циркуляции воды. Слив воды из этой системы осуществляют через краны 53, 54, 55. Просочившаяся вода через неплотности турбокомпрессора из сальника водяного насоса сливается по трубкам в воронку 13 и периодически выпускается через кран 57 наружу. Вода, охлажденная в секциях 29 второго контура, засасывается водяным насосом 21 и нагнетается в воздухоохладитель 30, а из него снова в секции 29.
Приборы контроля температуры. Для контроля температуры предусмотрены электротермометры, устанавливаемые в кабине машиниста. Для защиты дизеля от перегрева воды в системе устанавливается термореле, которое воздействует на систему регулирования и снижает нагрузку дизеля при достижении максимальной температуры воды. Температуру воды в системе охлаждения наддувочного воздуха контролируют по капиллярному аэротермометру, который установлен на приборном щитке в дизельном помещении. Температуру воды в системе
Рис. 145. Водяной насос (дизель Д100):
1 — всасывающая головка; 2 — корпус: 3 — рабочее колесо: 4 — сальник; 5 — хромированная втулка; 6 — отражательная втулка; 7 — подшипники; в — станина: 9 — гнездо; 10 — вал; И — распорная втулка; 12 —
шестерня поддерживают 65-80 °С. Допустимая температура 90-95°С.
Водяные насосы. Насосы обеспечивают необходимую интенсивность циркуляции воды в системе. В основном на тепловозах применяются насосы центробежно-лопастного типа. Принцип действия этих насосов одинаков. Отличаются они размерами и подачей. На тепловозе 2ТЭ10М насос первого контура циркуляции имеет подачу 150 м3/ч, а второго- 100 м3/ч. Подача насосов дизеля 5Д49 — 80 м3/ч. На тепловозе ТЭМ2 подача насоса первого контура циркуляции 90 м3/ч, а насоса второго контура — 20 м3/ч.
Водяной насос дизеля 10Д100 (рис. 145) состоит из корпуса 2, станины 8 и всасывающей головки 1, выполненных из чугуна. Вал 10 насоса, приводимый в действие от нижнего коленчатого вала через зубчатую передачу, вращается в шариковых подшипниках 7. Между подшипниками установлена распорная втулка 1/. Рабочее колесо 3 из бронзы с загнутыми назад лопатками закреплено на хвостовике вала гайкой левой резьбой. Водяная полость отделена от подшипниковой части сальником 4, состоящим из колец, изготовленных из графитизиро-ванного промасляного шнура и поджимаемых периодически нажимной втулкой. Для защиты вала от изнашивания под сальником на его шейку напрессована стальная хромированная втулка 5. От попадания масла из станины 8 насос защищают отражательная втулка и уплотнительное разрезное кольцо. Просочившиеся воду и масло удаляют через штуцер в дренажную трубку.
Источник статьи: http://myswitcher.ru/books/poyda/page_43.html