Воздухоснабжение

Дизель 1А-5Д49. На боковых стенках с обеих сторон кузо­ва (рис. 1) в средней части его расположены двухступенчатые воздухоочистители 4, предназначенные для фильтрации воздуха, поступающего в дизель. Воздух засасывается из окружающей сре­ды через регулируемые жалюзи 1 или из машинного помещения через жалюзи 5. Пройдя фильтры, воздух поступает в нагнетатель Н турбокомпрессора 7. Дизель 1А-5Д49, как и другие тепловозные дизели, снабжен системой газотурбинного наддува с одноступенча­тым сжатием воздуха и последующим его охлаждением в трубча­том воздухоохладителе 8. После охлаждения воздух поступает в ресивер 9 блока, проходящий в развале цилиндровых рядов вдоль всего дизеля, а оттуда через впускные клапаны в период наполне­ния проходит в полости цилиндров.

Рис. 1. Принципиальная схема системы воздухоснабжения дизеля 1А-5 Д49 (тепловоз 2ТЭ116)

1 - жалюзи на кузове; 2 - кассета подвижная; 3 - стенка кузова; 4 - воздухоочи­ститель; 5 - жалюзи внутренние; 6 - кассета неподвижная; 7 - турбокомпрессор; 8 - охладитель наддувочного воздуха; 9 - воздушный ресивер; 10 - выпускной патрубок; 11 - дизель; 12 - клапан

Нагнетатель турбокомпрессора приводится во вращение от газовой турбины Т. Нагнетатель и газовая турбина смонтиро­ваны в одном корпусе и представляют единый агрегат турбо-компрессор. Отработавшие газы из цилиндров дизеля через от­крытые в период выпуска клапаны 12 поступают в выпускные пат­рубки 10, расположенные с наружной стороны дизеля, и далее в газовую турбину, где энергия газов используется для приведения во вращение ротора турбокомпрессора. Из турбины отработавшие газы по выпускному патрубку направляются в глушитель и далее в атмосферу.

Турбокомпрессор. Агрегат, объединяющий осевую односту­пенчатую реактивную газовую турбину и центробежный односту­пенчатый компрессор (нагнетатель), называется турбокомпрессором.

На тепловозных дизелях уста­навливаются турбокомпрессоры унифицированного ряда ТК с осе­вой газовой турбиной и центробежным нагнетателем, имеющие вы­сокий к.п.д. и обеспечивающие высокую надежность.

На тепловозные дизели устанавлива­ют четыре типоразмера турбокомпрессоров: ТК-23, ТК-30, ТК-34, ТК-38 Буквы ТК означают турбокомпрессор, а цифры 23, 30 и т. д. - диаметр колеса компрессора в сантиметрах.

В зависимости от степени повышения давления¹ турбоком­прессоры делятся на три группы: низкого давления n= 1,3+1,9 (Н);среднего дав-ния п =2+2,5 (С);высокого давления п =2,5+3,5(В). Степенью повышения давления называется отношение давления воздуха после на­гнетателя к давлению воздуха на входе в нагнетатель

Газовая турбина явля­ется лопаточным тепловым двигателем, который преобра­зует тепловую энергию газо­вого потока в механическую работу. Элементами, преобра­зующими энергию газа в тур­бине, является сопловой аппа­рат и рабочее колесо с лопат­ками по окружности. Газовый тракт - сопловой аппарат, за­зор, межлопаточные каналы -называется протонной час­тью турбины.

Газ из выпускного кол­лектора дизеля поступает в сопловой аппарат 4 (см. рис.3). Здесь скорость газа зна­чительно возрастает, так как тепловая (потенциальная) энергия газа в сопловом аппарате пре­вращается в кинетическую. Из сопел газ поступает на лопатки 3, проходит между ними по криволинейным каналам, создавая вра­щающий момент на валу. В зависимости от характера протекания газового потока по межлопаточным каналам турбины делятся на активные и реактивные. В активных турбинах на рабочих лопат­ках не происходит изменения состояния газа - давление и темпе­ратура остаются постоянными, относительная скорость газа в меж­лопаточных каналах почти не меняется.

В реактивных турбинах процесс расширения газа, начавшийся в сопловом аппарате, продолжается и в межлопаточных каналах тур­бинного колеса, т. е. в реактивных турбинах;

процесс преобразова­ния тепловой (потенциальной) энергии в кинетическую происходит также и в рабочих лопатках, вследствие этого относительная ско­рость газа в межлопаточных каналах возрастает со₂>со_] (рис. 3), а давление и температура его снижаются. Так как при этом рабо­чее колесо турбины вращается с высокой окружной скоростью u, то уменьшается также и абсо­лютная скорость газового потока на выходе из межлопаточных ка­налов, что понятно из рассмотре­ния входного и выходного треу­гольников скоростей, приведен­ных на рис. 3. Из этого рисунка видно также, что межлопаточные каналы соплового аппарата и ра­бочего колеса турбины имеют су­жающуюся форму. Скорость ис­течения газа из этих каналов определяется разностью тепло­содержаний газа соответственно до и после каналов.

Рис. 3. Схема проточной части и треугольники скоростей реак­тивной турбины:

1 - сопловой аппарат; 2 - направля­ющие лопатки; 3 - рабочие лопатки; 4 - рабочее колесо турбины; с, с,, с₂ - скорости газа на входе в направ­ляющие рабочие лопатки и на выходе из них; ю,,со₂, - относительная ско­рость газа на входе в рабочие лопатки и на выходе из них; р, Т- давление и абсолютная температура газа; и - ок­ружная скорость вращения колеса турбины.

Как уже указывалось выше, в каналах между лопатками тур­бинного колеса абсолютная скорость газа и кинетическая энергия его падают. Газ подводится к сопловому аппарату с температурой порядка 600° С и имеет скорость 40-60 м/с. На выходе из соплового аппарата температура и давление газа понижаются в результате преобразования тепловой энергии в кинетическую, и скорость газа возрастает до 300-500 м/с. При протекании газа по межлопаточным каналам рабочего колеса температура и давление газа продолжают снижаться: температура газа на выходе из лопаток колеса на 150-200° С ниже, чем на входе в каналы лопаток.

Механическая работа на лопатках турбинного колеса совер­шается за счет разности энергий газового потока до и после лопаточного аппарата.

Требуемая подача нагнетателя турбокомпрессора определя­ется количеством воздуха, потребляемого дизелем в 1 ч.