Предисловие.
Трудно переоценить роль масла в работе двигателя внутреннего сгорания. При запуске тепловоза электрическая схема* строго контролирует время предпусковой прокачки и давление в масляной системе на момент запуска. За 60–90 секунд масло, поднимаясь с поддона дизеля (его называют картером), заполняет зазоры между вкладышами* и шейками коленвала*, поршневыми и шатунными пальцами*, поступает к подшипникам качения, к шлицевым и зубчатым передачам, по каналам в шатунах* поступает в головки поршней* и т. д. Гарантированное заполнение всех необходимых зазоров осуществится только при давлении не ниже 0,3 кг/см2, о чем известит реле давления масла, своими контактами замыкая цепь на запуск.
Зачем его фильтровать?
Оказывается, даже новое масло, залитое в картер дизеля, нуждается в фильтрации, потому что в нем присутствуют частицы, размеры которых не превышают 10–20 мкм (1 микрометр = 0,001 мм). Толщина человеческого волоса, для сравнения, составляет от 40 до 120 мкм.
В несколько раз превосходящие по твердости сталь, из которой выполнены узлы и детали шатунно-поршневой группы* и топливной аппаратуры*, эти частицы, имея остроконечную форму кристаллов, проникают между трущимися поверхностями, создают задиры, ускоренный износ. Продукты износа попадают в масло, ухудшая его свойства, в результате чего масло, вместо того чтобы создавать масляную пленку, само становится причиной ускоренного износа.
Ускоренный износ трущихся поверхностей — это увеличение зазоров между шейками и вкладышами подшипников скольжения, масло вытекает, не создавая масляный клин.
Ускоренный износ трущихся поверхностей — это увеличение зазоров между стенками цилиндров и поршневыми кольцами, часть отработанных газов устремляется между кольцами* и стенками цилиндра*, отказываясь толкать поршень*, что ведет к потере мощности, зато с картера прекрасно попадает в камеру сгорания масло, ведь маслосъемным кольцам* тоже достается от острых микрочастиц.
Фильтр грубой очистки масла дизелей Д49.
Вообще-то, если быть особо придирчивым, то на тепловозе четыре степени очистки, а не три, и первой будет сетка, установленная в картере дизеля над масляной ванной. Размер её ячейки не позволит попасть в масло частицам размером более 1,5 мм.
После нажатия кнопки «Пуск дизеля 1 секции» маслопрокачивающий агрегат*, получив питание от аккумуляторной батареи, поднимает масло с картера дизеля в фильтр грубой очистки (ФГО).
Стальная крышка объединяет два стальных колпака, в которых находятся фильтрующие элементы. В литературе каждый из колпаков называют корпусом фильтра.
В крышке оба корпуса крепятся каждый двумя болтами. В нижней части каждого корпуса установлен четырехгранный стержень, вкрученный в бонку корпуса. На хвостовик стержня одета опора, двумя гайками стержень зажат вокруг бонки.
На четырехгранный стержень набираются фильтрующие элементы, каждый из которых состоит из наружной фильтрующей и внутренней несущей латунными сетками, завальцованными в ободки. Между сетками гофрированная диафрагма с множеством отверстий для прохода масла. Пружина, находящаяся между торцом корпуса и опорой, прижимает набранный на четырехгранный стержень пакет к верхней части корпуса фильтра.
Грязное масло проходит через впускной коллектор на периферию корпуса, просачивается через фильтрующие сетки набранного на стержень фильтрующего пакета и, поднимаясь вдоль граней стержня, уходит в масляную систему. Ячейки фильтрующих элементов задерживают посторонние частицы размером более 140 мкм.
Полнопоточный фильтр тонкой очистки масла дизелей Д49.
Полнопоточный фильтр в процессе работы показал свою высокую эффективность. Количество посторонних частиц в масле резко снизилось, уменьшилось нагарообразование на поршнях, на 20% снизился износ цилиндровых втулок и поршневых колец. В масле уменьшилась концентрация посторонних частиц и нагароотложений, а значит, моторесурс масла увеличился в несколько раз.
Фильтрующие элементы фильтра тонкой очистки способны задерживать посторонние частицы размером 28 мкм. Учитывая высокое гидросопротивление фильтрующих элементов, инженеры установили на тепловозе два фильтра тонкой очистки масла, работающие параллельно.
В основании, выполненном из алюминия, имеются каналы для подвода неочищенного масла к фильтрующим элементам и отвода очищенного масла в масляную систему. На основание посредством шпилек монтируются четыре стальных корпуса фильтра, в которые устанавливаются восемь фильтрующих элементов. Фланцы корпусов уплотняются резиновыми кольцами.
Посредством соединительных втулок сверху ставятся еще четыре фильтрующих элемента, которые накрываются верхним корпусом. Нижний и верхний корпуса стягиваются болтами.
Фильтрующий элемент изготовлен из наружной картонной оболочки (обечайка) с большим количеством отверстий (перфорированная). В центре оболочки стальная перфорированная труба. Между обечайкой и трубой размещена штора из фильтровальной бумаги. Штора гофрирована в двух плоскостях, что позволяет внутри фильтрующего элемента диаметром 150 мм и высотой 365 мм разместить фильтрующую поверхность до четырех квадратных метров.
Верхняя и нижняя крышки, центральная труба и обечайка склеены эпоксидным клеем. Фильтр одноразовый, рассчитан на пробег 50 тыс. км. Но на деле пробег зависит от степени загрязненности фильтрующих элементов, которую покажут манометры, считывающие давление до ФТО и после. Такие же манометры поставлены и на фильтрах грубой очистки масла.
В верхней части каждого корпуса установлены предохранительные клапана. Их цель — защита фильтрующего элемента от холодного пуска. При давлении выше 1,6 кг/см2 клапан отжимается от седла давлением масла, превышающего затяжку пружины, прижимающей клапан к седлу, и масло устремляется, минуя штору, напрямую в центральную трубу и в коллектор для очищенного масла.
Точно так же клапан будет работать, если фильтрующий элемент забьется грязью. Давление вырастет, клапан откроется, и масло, не фильтруясь, устремится в центральную трубу, в выходной коллектор и далее к узлам и агрегатам дизеля. Поэтому очень важно контролировать перепады по манометру.
Центробежный фильтр тонкой очистки масла дизелей Д49.
Оказывается, даже после такой тщательной очистки качество масла все равно недостаточно удовлетворительно. Многие посторонние частицы, негативно влияющие как на качество масла, так и на работу узлов и агрегатов тепловоза, проникают даже сквозь фильтровальную бумагу фильтрующих элементов ФТО. Уменьшать ячейку фильтрующего элемента нельзя, возрастет гидросопротивление, масло попросту не пройдет сквозь такой фильтр или порвет его.
Решение нашли, как всегда, гениальное по простоте своей, вернее, позаимствовали у Густава де Лаваля, шведского инженера, создателя первого центробежного сепаратора непрерывного действия для молока в 1845 году.
От масляной системы сделали отвод, по которому часть масла (5% от общего потока) подается к двум центробежным фильтрам.
Нижняя часть фильтра называется кронштейн, прикручивается к дизельной раме. К фланцам кронштейна крепится колпак.
В гнездо кронштейна установлена пустотелая ось, нижняя часть которой опирается на шариковый подшипник и бронзовую втулку. Верхняя часть оси имеет четыре сквозных отверстия и опирается на бронзовую втулку, запрессованную в колпак. На ось одет ротор, состоящий из корпуса, верхней и нижней крышек.
Нижняя и верхняя крышки ротора стянуты гайками и четырьмя шпильками, которые проходят сквозь корпус.
Масло поступает к входному фланцу, но не зайдет в полость кронштейна до тех пор, пока давление масла не поднимется до 2,6 кг/см2. Подход к кронштейну закрывает клапан, плотно прижатый к седлу пружиной, отрегулированной на давление 2,6 кг/см2.
При превышении давления 2,6 кг/см2 масло, преодолев усилие пружины, отожмет клапан от седла и устремится в пустотелую ось ротора, в верхней части которой четыре выходных отверстия. Через эти отверстия масло заполняет полость корпуса ротора, проходит через отверстия отбойника, попадает в два диаметрально противоположных сопла, вырываясь из них, ударяется о стенки кронштейна, создавая реактивный момент.
Ротор начинает разгоняться, внутри полости создается центробежная сила, которая ударяет масло о стенки. Посторонние частицы, имея плотность большую, чем масло, осаждаются на стенках ротора, а масло стекает в нижнюю часть кронштейна, соединенную с картером.
На стенках образовывается довольно значительный, трудно удаляемый налет, поэтому при постановке ротора внутреннюю полость устилают бумагой.
В верхней части колпака смотровое стекло, по которому помощник машиниста может определить исправность фильтра по вращению ротора. Если вращение не наблюдается, краны подвода масла к центробежному фильтру перекрываются.
В заключение обращу внимание читателей на наличие терминов, отмеченных снежинкой*, описание назначения которых можно будет встретить в следующих статьях, или информацию о них можно почерпнуть в наших коротких развивающих фильмах на нашем телеграм-канале «Михаил Михайлович о локомотивах» https://t.me/mihailsilko24 или в набирающем в последнее время популярность «Рутубе» https://rutube.ru/channel/22129608/.
Приглашаем посмотреть более 50-ти коротких обучающих фильмов, посвященных назначению, устройству и принципу работы различных узлов и агрегатов тепловозов и электровозов. Отписаться никогда не поздно, так что заходите на наш канал))). До скорых встреч!