III.3. Водяная система

Для отвода тепла, выделяющегося при работе дизель-генератора, служит водяная система тепловоза закрытого типа с принудительной циркуляцией (рис. 50). На тепловозе имеются две самостоятельные системы охлаждения воды, каждая из которых имеет свой трубопровод, водяной насос, секции радиатора и мотор-вентиляторы.

Водяная система охлаждения дизеля предназначена для охлаждения втулок и крышек цилиндров дизеля, корпуса турбокомпрессора и выпускных коллекторов. В холодное время года вода используется для подогрева топлива, обогрева кабины машиниста отопительно-вентиляционной установкой, подогрева воды в баке санитарного узла и огнегасящей жидкости в резервуаре установки пенного пожаротушения. Эта система предусматривает как высокотемпературное, так и низко­температурное охлаждение, причем переход на высокотемпературное охлаждение допускается при наличии давления в расширительном баке не менее 0,03 МПа (0,3 кгс/см²). Переход осуществляется вручную установкой тумблера на шкафу холодильной камеры в положение «104 °С», при этом отключается реле, работающее на снятие нагрузки дизель-генератора при 96 °С.  

Водяной насос дизеля (правый по ходу тепловоза) нагнетает воду в охлаждающие полости дизеля. Нагретая вода отводится от дизеля в верхний коллектор холодильника тепловоза, проходит через секции радиатора 21 и из нижнего правого коллектора поступает во всасывающую полость насоса, замыкая круг циркуляции «горячего» контура. 

На трубопроводе отвода воды из дизеля предусмотрены две бонки под электротермометры, показывающие температуру воды на выходе из дизеля, пять бонок 20 под установку датчиков-реле температуры. Из них три датчика-реле служат для управления холодильником тепловоза, а два других предназначены для защиты дизель-генератора от перегрева воды при высокотемпературном и низкотемпературном охлаждении, т. е. для снятия нагрузки дизель-генератора при достижении предельных температур воды. На этом же трубопроводе имеется штуцер 6 под манометр. Такой же штуцер есть на трубопроводе подвода воды к всасывающей полости водяного насоса и рядом с ним установлен патрубок 7 под ртутный термометр. На выходе воды из дизеля из наивысшей точки трубопровода и от верхней части коллекторов охлаждающих секций идут трубопроводы в расширительный водяной бак. Они отводят паровоздушную смесь во время работы дизель-генератора и воздух при заправке системы, благодаря чему исключается возможность создания в системе «пробки», которая может привести к нарушению режима охлаждения.

Трубопровод на всасывании соединен с расширительным баком через невозвратный клапан 18 и служит для подпитки водяной системы, Кроме того, столб воды от расширительного бака до полости на всасывании насоса создает подпор, улучшающий условия работы водяного насоса. От системы дизеля преду смотрен отбор горячей воды через вентиль 26 на подогрев топлива. При открытом вентиле 23 происходит циркуляция воды, подогревающей воду в бачке санитарного узла. От задней части дизель-генератора отбирается вода для отопительно-вентиляционного агрегата через вентиль 33. Для выпуска воды из трубопровода отопительно-вентиляционного агрегата необходимо открыть вентиль 31 и краны 41 и 42. Кран 42 служит также для выпуска воздуха при заправке системы водой. Его необходимо открывать перед каждым пуском дизель-генератора во избежание образования воздушной «пробки» и замерзания воды в трубопроводе к отопительно-вентиляционному агрегату в холодное время года. Так как трубопровод отопительно-вентиляционной установки в зимнее время может подвергаться переохлаждению, то на нем предусмотрена теплоизоляция.

Для пополнения системы водой служит ручной водяной насос 19. Перед работой ручным насосом нужно соединить заправочную головку с емкостью, заполненной приготовленной водой, и открыть вентили 24 и 25. После окончания заправки эти вентили необходимо перекрыть, слить воду из корпуса насоса, вывернув пробку в нижней части корпуса. Ручным насосом пользуются в местах, удаленных от мест экипировки тепловозов. Водяную систему заправляют через вентили 30 и 35. При этом открывают вентиль 28, соединяющий верхнюю полость расширительного бака с атмосферой. Пробки слива 13 и 14 отворачиваются для полного удаления воды из системы. Невозвратный клапан 18 предотвращает выброс воды в расширительный бак после остановки дизель-генератора при высокой температуре воды.

Температура воды, охлаждающей дизель, масло и наддувочный воздух, регулируется открытием и закрытием боковых жалюзи, включением и отключением мотор-вентиляторов холодильной камеры с одновременным открытием и закрытием верхних жалюзи.

Водяная система охлаждения масла и наддувочного воздуха образует «холодный» контур. Водяной насос, левый по ходу тепловоза, нагнетает воду в левый нижний коллектор холодильника тепловоза и по передним секциям радиатора — в верхний левый коллектор. Из левого верхнего коллектора вода отводится в правый верхний коллектор и по восьми левым и трем правым секциям радиатора опускается вниз, охлаждается и от нижних коллекторов подходит к охладителю масла. Охладив масло, вода идет на охлаждение наддувочного воздуха и к всасывающей полости водяного насоса, т. е. замыкается «холодный» контур водяной системы.

Всасывающая полость водяного насоса этого трубопровода также соединяется с расширительным баком через трубу с невозвратным клапаном 18. Параллельно этому клапану установлен вентиль 29, который открывают при заправке и сливе воды из системы. От этого контура в зимнее время подогревается огнегасящая жидкость в резервуаре воздухопенной противопожарной установки. Отключается обогрев вентилем 40. На трубопроводе охлаждения масла и наддувочного воздуха также имеются штуцера 6 под манометры и патрубки 7 для ртутных термометров.

В зимнее время при работе дизель-генератора на малых позициях контроллера машиниста наддувочный воздух бывает холоднее, чем охлаждающая его вода, и наблюдается обратный процесс передачи тепла от воды к наддувочному воздуху. В результате этого процесса возникает опасность переохлаждения воды «холодного» контура. Поэтому в системе предусмотрен вентиль 27, при открытии которого часть горячей воды, выходящей из дизеля,попадает во всасывающую полость водяного насоса «холодного» контура, а циркуляционный насос охлаждающей воды дизеля отбирает воду из контура охлаждения масла и наддувочного воздуха после охладителя масла дизеля. Автоматическое управление левыми жалюзи и мотор-вентиляторами осуществляется датчиками-реле температуры, установленными на выходе масла из дизеля.

Расширительный бак для воды (рис. 51) предназначен для компенсации тепловых расширений воды, пополне­ния системы водой, создания напора на всасывании водя­ных насосов и представляет собой цилиндрическую ем­кость с теоретическим объемом 0,34 м³ (340 л), разделенную перегородкой 12, установленной по центру паровоздушного клапана. Перегородка не доходит до верхней и нижней частей обечайки 10, чем создается возможность сообщения левой и правой частей бака между собой. Одна часть бака сообщается с системой охлаждения дизеля, а другая — с системой охлаждения масла и наддувочного воздуха через патрубки 17, приваренные к обечайке бака. В месте приварки патрубков обечайка усилена накладками. Бак крепится к кронштейну в крыше тепловоза двумя лентами 9 и четырьмя болтовыми соединениями 8.

Внутри бака установлена труба 7, которая служит для выпуска воздуха из системы при заправке и в то же время не допускает переполнения бака водой. Объем воды в баке при полностью заправленной системе составляет 0,295 м³ (295 л). С правой стороны по ходу тепловоза на днище бака приварено два штуцера 16 для крепления водомерного устройства 15. Через эти штуцера сообщаются полости бака и водомерного устройства. По водомерному устройству визуально контролируется уровень воды в баке. Для улучшения видимости уровня воды предусмотрен светильник, укрепленный на бонках 14. Пароотводные трубки от систем охлаждения дизеля, масла и наддувочного воздуха подсоединяются к штуцерам 6 и 13. В днище бака с левой стороны вварено ограждение 2, в котором установлено реле уровня воды 3, которое при достижении уровня воды в баке ниже допустимого замыкает электрическую цепь лампочки, установленной на пульте управления. Бонка 4 служит для крепления электрических проводов к реле. Штуцер 5 предназначен для подсоединения трубопровода к манометру. Манометр служит для контроля за давлением в расширительном баке при высокотемпературном режиме охлаждения дизеля. Паровоздушный клапан и реле уровня воды уплотнены прокладками.

Водомерное устройство (рис. 52) показывает уровень воды в расширительном баке для воды и представляет собой сосуд, сообщающийся с баком. Это устройство крепится к штуцерам 2, вваренным в днище бака, с помощью муфт 3 и контргаек 4. Монтаж этих резьбовых соединений производится с подмоткой из пеньки на цинковых белилах. Бак сообщается с водомерным устройством в верхней части через штуцер 5, а в нижней части — через корпус крана 11. К верхней части корпуса крана крепится наконечник 8 с помощью накидной гайки 9. Корпус крана и наконечник уплотнены втулкой 10. На наконечник 8 и штуцер 5 надеты рукава 6, в которые вставлена стеклянная трубка 7. Рукава 6 обеспечивают герметизацию соединений, а также предохраняют стеклянную трубку от повреждений, выполняя функции амортизаторов. На стеклянной трубке красной эмалью нанесены метки нижнего и верхнего допустимых уровней.

Разобщение водомерного устройства от расширительного бака производится клапаном 14 крана. На хвостовике клапана закреплен маховичок 15. Со стороны маховичка в корпус крана установлены поднабивное кольцо, уплотнение и втулка сальника. Уплотнение изготовлено жгутом из двух-трех нитей расплетенной асбестопроволочной набивки. Образованный таким образом сальник поджимается накидной гайкой 13. В нижнюю часть корпуса ввернут штуцер 12. К нему подсоединяется водоспускной кран.

Чтобы проверить уровень воды в баке, необходимо при закрытом водоспускном кране открыть кран водомерного устройства вращением маховичка 15. При этом образуются два сообщающихся сосуда: бак и водомерное устройство. Вода из бака пройдет по нижнему штуцеру, внутренней полости корпуса крана 11, переходнику и заполнит стеклянную трубку. Воздух, вытесненный водой, уйдет из водомерного устройства через верхние штуцера 5 и 2 в расширительный бак. Уровень воды в стеклянной трубке будет соответствовать уровню в расширительном баке. Чтобы проверить правильность показаний водомерного устройства в эксплуатации, необходимо закрыть кран 11, открыть водоспускной кран и выпустить воду из водомерного стекла. Затем закрыть водоспускной кран и открыть кран водомерного устройства. После заполнения водомерного устройства водой и прекращения колебания мениска необходимо заметить занятое положение уровня. Потом повторить все сначала. Уровень воды должен занять то же положение.

Паровоздушный клапан (рис. 53) предназначен для поддержания необходимого давления в расширительном баке при высокотемпературном режиме охлаждения дизеля и для сообщения бака с атмосферой при разрежении в водяной системе. Клапан установлен в верхней части бака. Для его установки в отверстии обечайки вварена гайка с резьбой. На корпусе клапана также нарезана резьба. При ввертывании клапана между гайкой и фланцевой поверхностью корпуса установлена прокладка. Между колпаком 11 и корпусом также установлена прокладка 15. К колпаку приварен штуцер, к которому присоединяется труба, соединяющаяся с атмосферной трубой после вентиля от расширительного бака. В корпус клапана ввернут корпус 18 парового клапана, который также уплотнен прокладкой 13. Для фиксации взаимного положения оба корпуса зашплинтованы проволокой 8. При повышении давления в баке более 0,05—0,075 МПа (0,5—0,75 кгс/см²) грибок 12 парового клапана поднимается вверх, преодолевая сопротивление пружины 3. После поднятия грибка образуется кольцевой зазор между прокладкой 14 и посадочной поверхностью грибка. Через этот зазор выходит пар из бака по пароотводной трубе в атмосферу. При установившемся нормальном давлении в баке пружина 3, разжимаясь, своим нижним концом давит на шток 4 через опорную шайбу 20, нижний изолятор 21, шайбу 2, контровочную шайбу 22 и гайку 1. Грибок 12, жестко закрепленный на верхней части штока, опускается вниз и прижимается к прокладке 14, обеспечивая герметичность, и дальнейшее понижение давления в баке прекращается.

При охлаждении воды в расширительном баке образуется разрежение, а при достижении его 2—8 кПа (0,02—0,08 кгс/см²) под действием избыточного атмосферного давления опускается верхняя тарелка 7 воздушного клапана, сжимая пружину 10. После открытия воздушного клапана внутренняя полость бака сообщается с атмосферой через отверстия А. Как только давление в баке выравняется с атмосферным, пружина 10 снова прижмет верхнюю тарелку к грибку 12. Герметичность закрытия обеспечивается уплотнительным кольцом 9. На некоторых тепловозах первых выпусков имеются клапаны в несколько другом исполнении, но принцип и параметры срабатывания те же.

Реле уровня воды предназначено для дистанционного контроля за нижним уровнем воды в расширительном баке. При снижении уровня воды ниже допустимого поплавок реле опускается и рычагом воздействует на контакты микровыключателя. В результате замыкания контактов микровыключателя замыкается электрическая цепь сигнальной лампы на пульте управления. Уровень воды, при котором срабатывает реле, регулируют болтом, ввернутым в рычаг поплавка с наружной стороны бака. При транспортировке реле поплавок фиксируется стопорным винтом, для чего поворотом винта по часовой стрелке нужно совместить индекс на его головке с буквой Т на крышке реле. При вводе реле в.эксплуатацию стопорный винт поворачивают на 180° против часовой стрелки до совмещения на головке винта с буквой Э на крышке реле.

Датчики-реле температуры (рис. 54) предназначены для обеспечения работы холодильника тепловоза в автоматическом режиме и для защиты дизеля от перегрева воды и масла. Три датчика служат для регулирования температуры воды, три — для регулирования температуры масла, два — для защиты дизеля от перегрева воды при высокотемпературном и низкотемпературном режимах охлаждения, один датчик — для защиты от перегрева масла.

Датчик-реле температуры состоит из манометрической жидкостной термосистемы 1, к дну сильфона которой прижат пружиной 3 шток 2. Другим концом шток 2 воздействует на систему рычагов 6 и 8, шарнирно укрепленную на оси 12 и поджатую к штоку 2 двумя пружинами 11 и 13. Кинематическая связь рычагов 6 и 8 осуществляется пружиной 14 и винтом уставок 15. Переключатель 9 жестко закреплен на панели прибора. Корпус прибора металлический и с термосистемой соединяется винтами.

При изменении температуры воды, окружающей термосистему 1, объем жидкости в ней изменяется, что приводит к перемещению дна сильфона и штока 2, который передает движение рычагу 8. При повышении температуры воды рычаг 8, перемещаясь, через пружину 14 перемещает рычаг 6, который свободным концом воздействует на кнопку переключателя 9. После переключения электрических контактов переключателя 9 в случае продолжающегося повышения температуры воды рычаг 6 садится на упор 7, а рычаг 8 продолжает движение. При понижении температуры воды объем жидкости в термосистеме уменьшается, дно сильфона и шток 2 перемещаются вниз, а вместе с ними идут вниз под действием пружин 11 и 14 рычаги 6 и 8. Рычаг 6 отойдет от кнопки переключателя 9 и переключатель сработает в обратном направлении. Контакты микропереключателей датчиков-реле, управляющих холодильником тепловоза, замыкают поочередно электрические цепи катушек электропневматических вентилей цилиндров привода боковых жалюзи, затем — катушек контакторов включения мотор-вентиляторов и электропневматических вентилей включения приводов верхних жалюзи над соответствующими мотор-вентиляторами. В случае повышения температуры воды или масла до максимально допустимых в действие вступят датчики-реле температуры, снимающие на­грузку дизель-генератора. Конструкция прибора допускает перенастройку на температуры, необходимые для управления холодильником тепловоза и для защиты дизель-генератора от перегрева воды и масла. Для уменьшения уставки нужно винт 15 вращать против часовой стрелки (глядя сверху), для увеличения — по часовой стрелке. После изменения уставки необходимо понизить температуру воды (или масла) на 7—10 °С меньше уставки и затем равномерно, со скоростью не более 0,5 °С в мин повышать температуру и проверить уставку срабатывания датчика-реле, т. е. срабатывание проверяется при повышении температуры, а возврат в исходное положение происходит при понижении температуры воды на величину зоны нечувствительности. Зона нечувствительности (нерегулируемая зона) равна 3—6 °С.

Проверять и регулировать уставки датчиков-реле температуры можно как в специальном нагревательном сосуде с помещенным в него ртутным термометром (при этом термосистема датчика-реле и термометр не должны касаться стенок и дна сосуда), так и в системах тепловоза.

Отспительнс-вентиляционный агрегат (рис. 55) предназначен для вентиляции и обогрева воздуха в кабине машиниста. Он собран на раме 18 и устанавливается в столе помощника машиниста. К полу кабины агрегат крепится болтами, а к передней стенке кабины — планкой 14. Электродвигатель 9 постоянного тока вращает вентилятор 23. Вентилятор по соединительному каналу подает холодный воздух к нагревательной секции 4. Горячая вода по трубе 22 подводится к коллектору секции. Пройдя по трубкам охлаждения и отдав тепло через стенки трубок потоку воздуха, охлажденная вода по трубе 21 отводится в дизель. Подогретый воздух из нагревательной секции поступает в распределительный канал 7, оттуда — в канал подвода воздуха для обогрева лобовых стекол и для обогрева ног машиниста. В обоих каналах стоят заслонки. Увеличивая или уменьшая зазор между заслонкой и стенками канала, мы тем самым увеличиваем или уменьшаем поток воздуха. Регулируются заслонки рукоятками 5 и 1.  

Воздух можно забирать через люк 11 снаружи и изнутри тепловоза. Фильтр устанавливается большими ячейками наружу тепловоза. В дросселе 13 имеются створки для переключения забора воздуха, управляемые рукояткой 5. Вентиляция может быть и без подогрева воздуха. Первый способ заключается в отключении подвода горячей воды к нагревательной секции и включении электродвигателя 9, второй — в том, что при движении тепловоза оставляют открытыми створки дросселя. Электродвигатель вентилятора отопительно-вентиляционного агрегата включается с пульта управления в кабине машиниста.

Коллекторы охлаждающего устройства установлены по два с каждой стороны прохода холодильной камеры. Водяная полость нижнего левого коллектора разделена вертикальной перегородкой. Большая часть коллектора соединена с одиннадцатью охлаждающими секциями, а меньшая — с восемью. Водяные полости правых верхнего и нижнего коллекторов также имеют вертикальные перегородки, отделяющие три секции охлаждения воды наддувочного воздуха и масла дизеля, которые расположены с правой стороны от шестнадцати охлаждающих секций воды дизеля. Верхний левый коллектор перегородок не имеет. Коллекторы сварные, корпус — из гнутой листовой стали толщиной 5 мм. С торцов коллекторы закрыты крышками, в крышке с одной стороны вмонтирована сливная пробка.

Для присоединения трубопровода, подводящего горячую воду к трем секциям охлаждения, расположенным в правой половине холодильника тепловоза, к верхнему и нижнему правым коллекторам и к верхнему левому коллектору привариваются трубы. Трубы большого диаметра имеют фланцевые соединения, поэтому к коллекторам в местах соединения таких труб приваривается фланец с ввернутыми шпильками. В планке для подсоединения каждой секции сверлится и нарезается по два отверстия. Два круглых и одно эллипсное отверстие предназначены для соединения водяной полости коллектора с водяной полостью в крышке коллектора секции радиатора.

Секции радиатора расположены по обе стороны от прохода охлаждающего устройства тепловоза по 19 шт. с каждой стороны. Длина каждой секции 1356 мм. Секции крепятся к верхнему и нижнему коллекторам четырьмя шпильками — двумя сверху и двумя снизу. Отверстия под шпильки в крышке коллектора секции сквозные. Для уплотнения соединения секции с коллектором применяется паронитовая прокладка. По конструкции все секции одинаковые. Они представляют собой набор плоских трубок, на трубки насажены пластины толщиной 0,08—0,1 мм для увеличения поверхности охлаждения. На пластинах выдавлены бугорки, способствующие завихрениям воздуха.

Сверху и снизу на трубки надевают трубные коробки, прикрепленные заклепками к пластинам: Концы трубок перед пайкой раздают пуансоном так, чтобы щуп толщиной 0,8 мм и шириной 15 мм проходил на глубину не менее 30 мм, а затем приваривают сверху к трубной коробке меднофосфористым припоем. С боков трубки защищены щитками.

В секции 76 трубок, но вода проходит только по 68. Восемь трубок, по четыре с двух сторон секции, заглушены. По длине эти трубки короче остальных и своими концами упираются в усилительную доску с целью уменьшения напряжения в зоне пайки крайних рядов трубок и в самих трубках. Глухие трубки, упираясь в усилительные доски, передают часть напряжений на трубные коробки, уменьшая случаи повреждения трубок и течь секций. В одной охлаждающей секции находится 1038 пластин, что значительно увеличивает площадь теплоотдачи. Пластины расположены параллельно потоку охлаждающего воздуха, следовательно, сопротивление его прохождению незначительно.

Ручной водяной насос служит для пополнения водяной системы вручную. При работе насос создает давление 0,3 МПа (30 м вод. ст.) на выходе, а на всасывании — разрежение, т. е. вакуумметрическую высоту всасывания 55 кПа (5,5 м вод. ст.). Насос состоит из корпуса с диаметром цилиндра 80 мм, клапанов с седлами, поршня и механизма передачи движения к поршню. В верхней части корпуса расположена клапанная коробка, отлитая заодно с корпусом. В клапанной коробке, соединенной со всасывающими и нагнетательными каналами корпуса, имеются четыре отверстия, в которых на запрессованных седлах расположены два нагнетательных и два всасывающих клапана.

Насос приводится в действие ручкой, движение которой передается поршню через вал, рычаг и тягу. При движении поршня в цилиндре с одной стороны поршня происходит всасывание, а с другой — выталкивание жидкости. Подача за двойной ход поршня составляет 0,74 л. Поршень снабжен двумя поршневыми кольцами. Торцовые крышки и крышка клапанной коробки уплотнены с корпусом прокладками. В нижней части корпуса ввернута пробка с ушютнительным кольцом. Пробка выворачивается после окончания работы насоса и при сливе во­ды из системы во избежание замерзания воды в корпусе в зимнее время.

Упругое компенсирующее соединение устанавливается на трубопроводе в местах подвода и отвода воды к дизелю и от дизеля, а также на подпиточных и перепускных трубах. Оно предназначено для предохранения труб от воздействия сил вибрации и тепловых расширений, возникающих при работе дизель-генератора. Уплотнение состоит из втулки, приваренной к трубе, подвижного и неподвижного фланцев и уплотнительного кольца, зажимаемого между фланцами и втулкой. Элементом, гасящим вибрацию и уплотняющим соединение, является уплотнительное кольцо. Соединение позволяет компенсировать температурные изменения длины трубопровода и погрешности сборки. Зазор между фланцами соединения должен быть 2—8 мм.