ОЧИСТКА МАСЛА, ТОПЛИВА И ВОЗДУХА

ВАЖНОЕ УСЛОВИЕ НАДЕЖНОЙ РАБОТЫ ДИЗЕЛЯ

Масло, топливо, воздух, без которых работа дизелей невозможна, обычно содержат посторонние твердые частицы, размер которых не превышает 10—20 мкм (пыль). Твердые частицы представляют большую угрозу для трущихся деталей. Особенно опасны «остроконечные» частички кварца, так как они тверже даже стали. Если не принять специальных мер, то эти частицы, попав внутрь цилиндров дизеля, топливных насосов и других узлов, имеющих трущиеся детали, проникнут в самые маленькие зазоры между ними и, вклинившись в поверхности трения, металл которых более мягок, исцарапают их. Это вызовет быстрый износ, сопровождающийся увеличением первоначального зазора между трущимися поверхностями и искажением их геометрической формы. Например, искажение геометрической формы уплотнительного кольца может вызвать утечку воздуха при такте сжатия в цилиндре, что ухудшит условия воспламенения топлива при впрыске. При больших зазорах увеличивается утечка масла и ухудшаются условия смазки трущихся деталей. Отрицательно сказывается на техническом состоянии дизеля увеличение зазора между поршнем и цилиндровой втулкой, в подшипниках валов, между плунжером топливного насоса и его втулкой.
Кроме того, по мере работы в дизеле масло засоряется частицами металла, образующимися в результате истирания сопряженных деталей, отвердевшими частицами сгоревшего топлива, продуктами разложения масел и т. п. Будучи загрязненным, масло, предназначенное для уменьшения износа, само начинает ускорять износ смазываемых им трущихся деталей, поэтому очень важно вовремя улавливать и отделять от масла посторонние частицы.
Для борьбы с загрязнением топлива, масла и воздуха тепловозные дизели снабжаются специальными устройствами: топливными и масляными фильтрами, воздухоочистителями и др.

ФИЛЬТР ГРУБОЙ ОЧИСТКИ МАСЛА

Чтобы «поймать» продукты, загрязняющие масло, в масляную систему каждого тепловозного дизеля включено несколько своеобразных ловушек. Самой простой из них является сетка, закрывающая поддон поддизельной рамы, где хранится масло. На тепловозе сетка имеет много отверстий (ячеек) диаметром 1,5 мм, поэтому она задерживает частицы размером только свыше 1,5 мм.
Масло из поддона в масляный коллектор дизеля попадает, как уже указывалось, через специальный фильтр, который задерживает относительно крупные частицы (размером более 0,15 мм), содержащиеся в масле, отчего этот фильтр называется фильтром грубой очистки.

Рис. 116. Устройство пластинчато-щелевого фильтра грубой очистки масла

В его конструкцию заложена идея щелевой решетки, напоминающей гребенку. Решетка образуется из набора тонких круглых пластинок с восемью вырезами в каждой (рис. 116, а и б) и прокладок, отделяющих пластинки друг от друга (толщина прокладки 0,15 мм определяет кольцевой зазор-щель между пластинками и, следовательно, размер улавливаемых частиц). Несколько сотен таких чередующихся между собой пластинок и прокладок своими центральными отверстиями насажены на вертикальный валик, снабженный вверху рукояткой, и плотно прижаты друг к другу.
Масло, поступающее от насоса под давлением к фильтру, вынуждено разделяться на сотни плоских струек. Двигаясь с маслом, твердые частицы (размером  больше  0,15   мм)   попадают в кольцевые зазоры и застревают там или остаются на поверхности фильтра, а масло, продавливаемое через щели, уходит в вертикальные каналы, образованные всеми вырезами в пластинках и прокладках. Частицы размером меньше высоты щели (зазора) проходят через фильтр с потоком масла, не задерживаясь.

Рис. 117.Корпус фильтра грубой очистки масла и его камеры

Корпус, где помещаются фильтры, разделен на две изолированные друг от друга камеры (рис. 117): для очищенного и неочищенного масла. В корпусе установлено несколько одинаковых фильтрующих элементов-секций, которые работают параллельно. При фильтрации масла твердые частицы, застревая в щелях, постепенно забивают их. Поэтому щели фильтра нужно периодически очищать.
Для этого рядом с фильтром крепят на неподвижной стойке ножи-скребки (см. рис. 116, б), число которых равно числу  щелей.  Ножи    входят в зазоры между пластинками, где скапливается грязь. Чтобы удалить твердые частицы с наружной поверхности фильтра, помощник машиниста (или машинист), несколько раз поворачивая рукоятку фильтра, вращает тем самым весь набор пластинок относительно неподвижных ножей. Накопившиеся твердые частицы, наталкиваясь на ножи, сбрасываются в камеру неочищенного масла (см. рис. 117) и оседают на дно корпуса. Таким образом в камеру очищенного масла они не попадают.
А что произойдет, если вовремя не прочистить фильтр? В этом случае он полностью засорится и подача масла через него прекратится. Чтобы детали дизеля не остались без смазки, перед фильтром ставится перепускной клапан (рис. 118).

Рис.118. Схема размещения фильтра тонкой очистки масла

Если фильтр будет загрязнен, давление масла у входа в фильтр возрастает. При чрезмерном повышении давления масло сожмет пружину клапана (см. рис. 117, правую часть), который поднимется и пропустит мимо фильтра неочищенное масло к деталям дизеля: это лучше, чем работа дизеля вообще без смазки. Фильтр грубой очистки включается в поток масла последовательно, поэтому через него проходит все масло. Однако эти фильтры не задерживают частиц, меньших 0,15 мм. Поэтому очистка масла недостаточно полная.
В отличие от описанных пластинчато-щелевых фильтров на некоторых тепловозах применяются проволочно-щелевые фильтры грубой очистки масла.

ФИЛЬТР ТОНКОЙ ОЧИСТКИ МАСЛА

 Чтобы в зазоры между деталями дизеля меньше проникло твердых частиц (размером меньше 0,15 мм), в систему смазки дизелей включается еще один фильтр, называемый фильтром тонкой очистки. Но фильтр тонкой очистки, задерживающий частицы значительно тоньше волоса, создает большое сопротивление для прохода масла. Если такой фильтр включать в систему смазки последовательно, т. е. так же, как и фильтр грубой очистки, то для пропуска большого количества масла потребовалось бы в несколько раз увеличить размеры фильтра или затрачивать очень большую мощность на прокачивание масла. Поэтому фильтр тонкой очистки включается в систему смазки не последовательно, а параллельно основному потоку масла (см. рис. 118). Он стоит на ответвлении, и через него проходит только часть потока масла (до 5—6%). Эта часть  профильтрованного  масла  сливается в поддон, непрерывно освежая масло в системе. На первый взгляд работа такого фильтра кажется бесполезной, так как масло, прошедшее через него, не подается к деталям дизеля. Но это неверно. В масляной системе дизеля содержится 1,7 м3 масла (тепловоз 2ТЭ10В), а подача (производительность) шестеренного насоса равна 120 м3/ч. Значит, весь объем масла проходит по системе 70 раз в течение часа (120:1,7). Если при каждом кругообороте масла одна двадцатая часть его 5%) прокачивается через фильтр тонкой очистки, то весь объем масла пройдет через него за час трижды, точнее 3,5 раза (70:20). Благодаря этому масло потеряет мельчайшие частицы, что существенно уменьшит   износ   деталей   дизеля.
Имеется несколько конструкций фильтров тонкой очистки масла. Рассмотрим принцип устройства фильтра, установленного на тепловозах с дизелями типа Д100. Такой фильтр изготовлен из бумаги и картона. Бумага, имеющая микроскопические поры, выступает исключительно в роли фильтрующей перегородки, а более плотный картон представляет каркас, на котором держится бумага.

Рис. 119. Лента фильтра тонкой очистки масла

На рис. 119 показана лента картона, на которой посередине с помощью особого прибора — перфоратора — пробиты на расстоянии 10 мм друг от друга маленькие отверстия диаметром 5 мм. Такая лента называется перфорированной. Отверстия в ней, как увидим дальше, предназначены для пропуска профильтрованного через бумагу масла. Длина одной ленты картона 15 м, ширина — 106 мм. На верхние и нижние кромки перфорированной ленты (на картон) по всей ее длине надеты две согнутые пополам в продольном направлении бумажные полосы такой же длины; края (борта) каждой из этих полос отогнуты по всей длине на 10—20 мм так, как показано на рис. 119.
На узкие загибы-борта бумаги предварительно наносят слой клея и всю ленту наматывают спиралью на пустотелый стержень, как на катушку. При свертывании бумажных лент их борта (края)   смыкаются   и  должны быть хорошо склеены (рис. 120).

Рис. 120. Разрез секции фильтра тонкой очистки масла

Мы подчеркиваем слово «должны», так как если герметичность соединения не будет обеспечена, то в этом случае неочищенное масло проникает через шов, не фильтруясь. Это является недостатком фильтра клееной конструкции. Мы рассмотрели устройство одного бумажного фильтрующего элемента. Но комплект всего фильтра тонкой очистки состоит не из одного, а из 28 описанных элементов, работающих одновременно. Как они размещаются, как монтируются? Для этого служит цилиндрический резервуар (корпус) с двойным дном (рис. 121).

Рис. 121. Размещений фильтрующих элементов (секций) в корпусе фильтра тонкой очистки масла

Внутри корпуса размещено семь трубок-стержней (на рисунке видны три такие трубки), нижние концы которых вставлены во внутреннее днище. По этим трубкам очищенное масло стекает в полость между двумя днищами. На каждую из семи трубок-стержней надето по четыре фильтрующих элемента. При сборке между стержнями и секциями прокладывают для уплотнения резиновые и картонные шайбы.
Развернутая длина бумажных лент всех секций составляет 840 м. Таким образом обеспечивается общая, достаточно большая фильтрующая поверхность бумаги (около 40 м2) при относительно небольших размерах фильтра.
Каждый фильтрующий элемент, или, как принято называть, секция, работает следующим образом. Масло из корпуса фильтра поступает с торцов в каждую секцию (показано стрелками на рис. 121). Просочившись через множество бумажных перегородок всех 28 секций, очищенное масло проходит по отверстиям в картоне в пустотелые центральные трубки-стержни секции. Из всех трубок-стержней масло попадает в полость очищенного масла, откуда через отверстие в корпусе сливается общим потоком   по   трубе  в   поддон  дизеля.

ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ОЧИСТИТЕЛЬ МАСЛА

Описанные схемы фильтров более или менее похожи друг на друга и основаны на улавливании твердых частиц с помощью фильтрующего элемента. Центробежные очистители масла (центрифуги) с вращающимся ротором работают по совершенно иному принципу. До сих пор была фильтрация, т. е. процеживание через перегородку, размеры ячеек которой меньше размеров улавливаемых частиц. Центробежная очистка в точном смысле слова не является фильтрацией. Для отделения механических примесей от масла здесь используется центробежная сила, которую приобретает твердая частица при большой частоте вращения.
Так как плотность твердых частиц, содержащихся в движущемся масле, в несколько раз больше плотности масла, то твердые частицы под действием центробежных сил выделяются из потока масла в направлении действия этих сил. Очень важно, чтобы такое выделение (сепарация) осуществлялось достаточно эффективно и быстро. Этого можно достигнуть, если центробежное ускорение твердых частиц во много раз превысит ускорение свободного падения. В  тепловозных маслоочистителях центробежного типа твердые частицы испытывают «космические» перегрузки: их масса увеличивается в 2500 раз и более! Для создания таких перегрузок требуется очень большая частота вращения. Как же можно ее получить?
Вспомним, что вращение шара в первом реактивном двигателе, построенном еще за 120 лет до нашей эры Героном Александрийским, происходило благодаря двум трубкам (изогнутым в противоположные стороны), из которых непрерывно вырывался пар: трубки играли роль постоянно действующих ракет, реактивные силы которых и заставляли шар вращаться. Такой же принцип использован для вращения главной детали центрифуги — ротора (рис. 122).

Рис. 122. Центробежный фильтр очистки масла: а - схема работы; б- схема устройства

Ротор, состоящий из корпуса, крышки и двух вертикальных трубок, в нижней части которых укреплены в диаметрально противоположных точках два сопла, насаживается на неподвижную ось (стержень). Для входа неочищенного масла в ротор нижняя часть его неподвижной оси сделана пустотелой и снабжена тремя отверстиями (окнами). Как работает центрифуга?
Неочищенное масло под давлением 0,78—0,98 МПа (8—10 кгс/см2), создаваемым вспомогательным насосом (устанавливается дополнительно, рис. 123), подводится к окнам неподвижной оси ротора и, поступая в полость ротора, заполняет его. Затем оно через вертикальные трубки ротора проходит к двум соплам. По истечении масла из сопел (см. нижнюю проекцию, рис. 122) с большой скоростью создается реактивный вращающий момент, и ротор начинает вращаться на своей оси с частотой вращения более 6000 об/мин (на дизелях типа 10Д100). При вращении ротора масло, протекающее через внутреннюю полость ротора, начинает испытывать действие центробежных сил. Содержащиеся в масле тяжелые частицы, имеющие большую плотность, чем масло, отбрасываются центробежной силой к вертикальным стенкам корпуса ротора и откладываются на них (показано точками). Ротор заключен в сварной корпус.

Рис. 123. Схема размещения центробежного фильтра очистки маслп

Схема включения центробежного маслоочистителя в масляную систему дизеля 10Д100 представлена на рис. 123. Очищенное масло, выброшенное через сопла, попадает по трубе в поддон   дизеля.
Центробежная очистка позволяет получать масло, почти полностью очищенное от наиболее опасных тяжелых частиц и механических примесей.

ТОПЛИВНЫЕ ФИЛЬТРЫ

Топливные фильтры служат для очистки дизельного топлива от попавших в него посторонних твердых частиц. В системе топливопровода тепловоза имеются два отдельных фильтра, из которых один (грубой очистки) установлен перед топливоподкачивающим насосом, а другой (тонкой очистки) — перед топливными насосами высокого давления.
На тепловозах старой постройки применяются фильтры грубой очистки топлива, в которых фильтрующим элементом служит хлопчатобумажная пряжа-путанка, набиваемая между внутренними и наружными сетками. Этот фильтр называется сетчатонабив-ным. Однако он имеет недостаток: после определенного пробега тепловоза пряжу-путанку приходится заменять. Более совершенным является фильтр, изображенный на рис. 124.

Рис. 124. Фильтр грубой очистки топлива

На стакан (каркас гофрированной формы) намотана латунная лента (проволока), между витками которой оставлены щели шириной 0,07 мм. Поэтому такой фильтр часто называют проволочно-щелевым. Топливо под разрежением, создаваемым топливопрокачивающим насосом, засасывается из полости А и проходит фильтрующие щели. При этом механические частицы, превышающие размер щелей (0,07 мм), остаются на внешней стороне стакана. Чтобы увеличить фильтрующую поверхность, проволока наматывается не на один стакан, а на два — наружный и внутренний. Пройдя стаканы, очищенное топливо направляется в полость Б и далее во всасывающую трубу топливопрокачивающего насоса. Усилием пружины фильтрующий элемент прижимается к корпусу. Достоинством описанного фильтра является то, что грязь на его стаканах   легко   смывается   при  ремонте тепловоза.
Фильтр тонкой очистки топлива состоит из четырех одинаковых секций (рис. 125), расположенных в общем корпусе и закрываемых колпаками.

Рис. 125. Фильтр тонкой очистки топлива

Рассмотрим устройство секции. В центральной части ее размещен стержень, ввернутый в корпус фильтра. На стержень надет фильтрующий элемент (стакан), внутри которого находится свернутая (в гофр) фильтровальная бумага. Гофрированная поверхность бумаги позволяет, как это нетрудно догадаться, значительно увеличить площадь ее соприкосновения с топливом. Чтобы бумага не порвалась, она установлена в картонный каркас. Топливо, поступающее в фильтр, через отверстия в картонном каркасе направляется к фильтровальной бумаге, поры которой задерживают частицы топлива размером более 3—4 мкм. Таким образом, дизельное топливо может выйти из фильтра, только пройдя гофрированную бумагу. После этого топливо попадает в канал центрального стержня, затем в канал нижней части корпуса фильтра и далее к топливным насосам дизеля.
Надетый на стержень фильтрующий элемент уплотняется с торцов резиновыми прокладками, которые поджимаются пружиной. Степень затяжки пружины регулируется гайкой. После определенного срока службы фильтрующий элемент снимают и заменяют новым.
Топливные фильтры грубой и тонкой очистки отличаются между собой устройством фильтрующих секций. Общим является то, что как в том, так и в другом имеется несколько фильтрующих элементов (секций), включенных между собой параллельно. Благодаря этому дизельное топливо проходит одновременно через все секции фильтра, что уменьшает сопротивление проходу масла.

ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛИ

Что было бы, если бы в цилиндры дизеля засасывался атмосферный воздух в том виде, в каком он существует в природе? Возьмем самый благоприятный случай. Пусть тепловоз мчится в ясную погоду по самому лучшему железнодорожному полотну с балластным  слоем  из  щебня.  В этом случае запыленность воздуха на уровне воздухозаборных отверстий дизеля, конечно, меньше, чем при движении по рельсовому пути с песчаным балластом. И все же каждый кубометр воздуха в среднем содержит от 0,0025 до 0,01 г пыли. На первый взгляд это ничтожно мало. Но если учесть, что потребность в воздухе дизеля 1 ОД 100 мощностью 2200 кВт (3000 л. с.) достигает 400 м3/мин, или 24 000 м3/ч, то за 1 ч в цилиндры дизеля сможет попасть 0,01X24 000=240 г, а за 4 ч около килограмма пыли. А ведь тепловозу нередко (например, на Среднеазиатской дороге) приходится работать и во время песчаных бурь, когда в воздухе содержится до 0,4 г/м3 пыли. В этих условиях за 4 ч дизель на полной мощности засосет 0,4Х X 24 000X4 = 38 400 г, или 38,4 кг, пыли, т. е. 38 кг твердых минеральных частиц различной формы и размеров.
Легко представить себе, как исцарапают эти частицы зеркало втулки, поверхности колец и других трущихся деталей. Вот почему на всех дизелях устанавливают специальные очистители (фильтры), очищающие воздух от пыли, прежде чем он попадет в цилиндры.
Как устроены и на чем основано действие современных воздухоочистителей? На тепловозах применяются воздушные  фильтры разных типов.

Рис. 126. Схема воздухоочистителя тепловоза 2ТЭ10В

Воздух, засасываемый снаружи (рис. 126), поступает в одну из четырех кассет, представляющих собой набор различных проволочных сеток. Сетки задерживают пыль, но недостаточно эффективно. А что если смочить их маслом? В этом случае сцепление частиц пыли с проволокой сеток увеличивается. Чтобы кассеты постоянно смазывались свежим маслом и периодически очищались, их размещают на колесе, нижнюю часть которого погружают в ванну, наполненную маслом. Соединив ось колеса с двигателем, заставляют колесо медленно вращаться. В результате пыль, задержанная соответствующей кассетой, смывается маслом и оседает на дно ванны. Очищенная же от пыли, увлажненная свежим маслом кассета поднимается вверх. Таким образом, масло непрерывно очищает и смачивает кассеты. Такого типа воздухоочиститель получил название фильтра непрерывного действия (ФНД). Дополнительная очистка воздуха и улавливание капель масла осуществляются в неподвижных сетках, установленных, как это видно на рис. 126, за колесом с подвижными кассетами: воздух проходит две ступени очистки и только после этого поступает в турбокомпрессор.
Смачивать кассеты маслом можно не только окуная их в масляную ванну, как это описано выше, но и путем разбрызгивания масла. В этом случае запыленный воздух (рис. 127) через жалюзи проходит по узкому наклонному каналу и над поверхностью масла, находящегося в ванне, делает резкий (на 90°) поворот. От этого крупные твердые частицы пыли по инерции продолжают двигаться в том же направлении и оседают в масляной ванне. Это первая ступень очистки. Мелкие частицы уносятся с небольшим количеством масла к очистительным сеткам, установленным А-образно. Ударяясь о сетки, оно разбивается на мелкие брызги, смачивает сетки и затем стекает в ванну. Мелкие частицы оседают на этих сетках. Так завершается очистка запыленного воздуха во второй ступени.

Рис. 127. Схема работы масляно-инерционного воздухоочистителя

Во время пыльных бурь, что случается в южных районах страны, доступ наружного воздуха в первую ступень воздухоочистителей прекращается.
Машинист закрывает жалюзи воздухоочистителей. При этом более чистый воздух забирается из кузова через специальные окна. Воздух очищается только во второй ступени фильтра.     Забор   воздуха   из   кузова тепловоза производится и в зимних условиях при очень низких наружных температурах, снежных метелях.
В результате предотвращается попадание снега в воздушные фильтры. Кроме того, из кузова в дизель поступает подогретый воздух, что благоприятно сказывается на протекании рабочего процесса дизеля, особенно на холостом ходу. Чтобы повысить эффективность фильтрации, на тепловозах 2ТЭ10Л в качестве кассетных фильтров второй ступени применили набивку из пенопласта. Такие фильтры успешно прошли опытную эксплуатацию на Среднеазиатской дороге.

В начало статьи
<< Назад --------------------------------- Дальше >>