【考证】四冲程柴油机替换二冲程柴油机——俄罗斯铁路2TE10VK-4481号内燃机车

文章作者:FOREVER CHANGZHENSKY(ACFUN、BILIBILI、百度、头条、微博和知乎昵称:宁柳跨越)
POUR NOUS TOUS
为了我们大家
缩写提示
苏联乌克兰卢甘斯克/伏罗希洛夫格勒“十月革命”内燃机车制造厂在本文简称“VZOR”⑴,哈尔科夫马雷舍夫工厂简称“KhZTM”⑵,俄罗斯联邦科洛姆纳工厂简称“KZ”⑶,双城子机车修理厂简称“ULRZ”⑷,拉脱维亚陶格夫皮尔斯机车修理厂简称“DLRZ”⑸。
引子
我们知道,俄罗斯联邦铁道部及后继的俄罗斯铁路股份公司,选择将数量很多的2/3TE10M型、2/3TE10U型及2TE10UT型内燃机车送往ULRZ以及其他机车车辆厂进行大修及更换柴油机。在大修时,机车原配的二冲程10D100型、10D100M1型和10D100M2型柴油机被四冲程1A-5D49型柴油机替换。这些更换柴油机的“破鼻子”们,因此定型为2/3TE10M-K型、2/3TE10U-K型、2TE10UT-K型,每节机车车顶有1个圆柱体消音器。

不过,我无意中看到一组2TE10V型内燃机车的若干张照片。在这些照片中的这组2TE10V型机车,每节机车车顶同样有1个圆柱体消音器。几经考证,我得知这组车顶有2个圆柱体消音器的2TE10V型机车是装用1A-5D49型柴油机的2TE10VK-4481号机车,而这组机车正是上述内燃机车的技术来源。这是怎么一回事呢?

回顾10D100型柴油机设计
在介绍2TE10VK-4481号机车之前,让我们先后回顾10D100型和5D49型柴油机各自的设计。

我们知道,每节2TE10V型和3/2TE10M型内燃机车装用1台10D100型柴油机。这是一款由KhZTM研制的二冲程、10汽缸、二级增压带中间冷却的对置活塞直立式中速柴油机,在苏联国家标准中被定型为10DN20.7/2Х25.4型。每个汽缸中有两个上下对置的活塞,上下两根曲轴通过垂直传动装置连接在一起,并由下曲轴通过半刚性联轴节输出功率。

该型柴油机采用钢板焊成的箱形结构机体、合金铸铁湿式汽缸套、球墨铸铁曲轴、铸铁油冷活塞、锻钢连杆及凸轮轴。气缸直径为207 mm,活塞行程为2×254 mm,额定转速为850 r/min,持续功率为3000 hp(2206 kW),单位燃油消耗率为160±5 g/hp·h,柴油机净重为29680 kg。

20世纪90年代初,KhZTM相继研制出10D100型柴油机的现代化版本——10D100M1型和10D100M2型柴油机,应用于VZOR投产的2TE10U型、2TE10UT型和3TE10U型机车。
10D100M1型柴油机的设计主要结合了10D100型柴油机生产过程中的改进:双模喷嘴、怠速降至270 r/min、曲轴轴承采用钢背铝基轴瓦、带有燃油补正器的调节器、带机械驱动的供油泵等。而为了提高柴油机的效率,10D100M2型柴油机除了上述改进外,还使用了效率更高的TK-34S-09型涡轮增压器。
回顾5D49型柴油机设计
1981年,VZOR生产了2TE10MK-0361号、2TE10MK-0366号、2TE10MK-0371号和2TE10MK-0438号四组机车。“K”即代表机车改为装用KZ生产、同样被2TE116型机车采用的1A-5D49型柴油机。

1A-5D49型柴油机是一款由KZ研制的四冲程、16气缸、二级增压带中间冷却的V型中速柴油机,在苏联国家标准中被定型为16ChN26/26型。气缸直径为260 mm,活塞行程为260 mm,额定转速为1000 r/min,最低稳定转速为360 r/min,装车功率为3060hp(2250 kW),单位燃料消耗量为151~158.5 g/hp·h。曲轴采用球墨铸铁制造。

柴油机采用了二级增压系统,为柴油机提供压力为1.35~1.5 kg/cm³的压缩空气,第一级是单级轴流式废气涡轮增压器,第二级是由离心式鼓风机组成的单级机械增压器,两级增压器之间设有增压空气中间冷却器(中冷器)。柴油机净重量为17650 kg。

2TE10VK-4481号机车的改造经过
2TE10V-4481号机车,是VZOR于1979年制造出厂的1组2TE10V型内燃机车,20世纪90年代初时配属于苏联铁道部北方铁路局伯朝拉机务段。

1996年,全俄铁道运输科学研究院提出了“内燃机车综合现代化计划”。根据全俄铁道运输科学研究院的分析,到2005年,货物运输量以及相应的货运内燃机车数量将增加7%,客物运输量以及相应的运内燃机车数量将增加30%。对于调车内燃机车,预计工作量将增加15%左右。
然而,在苏联解体后的那段混乱时节,俄罗斯联邦铁道部内燃机车继续快速老化和磨损。如果2000年开始生产新型机车,那么到2005年要保证运输,就需要延长约1200台内燃机车的使用寿命。

考虑到当时俄罗斯国内的经济形势,全俄铁道运输科学研究院建议俄罗斯联邦铁道部在对既有内燃机车进行大修时,安装早已在2TE116内燃机车上证明可靠性的KZ制D49型柴油机。根据这些建议,俄罗斯联邦铁道部机务部门决定对2M62型和2TE10型内燃机车进行现代化改造,将二冲程柴油机替换为四冲程柴油机,并在控制系统和辅助单元中使用新的解决方案。

2TE10V-4481号机车被选中测试1A-5D49型柴油机。1998年,2TE10V-4481号机车在北方铁路局索利维切戈茨克机务段维修期间,其原配的10D100型柴油机被1A-5D49型柴油机替换。

然而,与同样装用1A-5D49型柴油机、柴油发电机组被定型为1A-9DG型和1A-9DG-2型的2TE116型机车不同的是⑹,2TE10VK-4481号机车装用1A-5D49型柴油机后的柴油发电机组被定型为1A-9DG-3型柴油发电机组,由1A-5D49型柴油机、GP-311B型直流牵引发电机以及A-706B型双机组⑺组成。

由于柴油发电机组的尺寸差异,机车车架做了一些修改以便于安装1A-9DG-3型柴油发电机组。

这组后来被非正式地称为2TE10VK-4481号的机车,其空气来自于2个FND空气滤清器,它们通过2根空气管路,连接到柴油机涡轮增压器。车顶设置1个圆柱体消音器,通过排气管连接到涡轮增压器,负责排出废气;原有的2个平行的长方体消音器被卸除,开口被密封。
测试经过
北方铁路局机务部门开展了2TE10UT型和2TE10VK-4481号机车的对比测试运行,目的是确定后者在快速行驶、牵引客运和货运列车时的运行可靠性。当时的测试报告指出:
“搭载5D49型柴油机的2TE10VK-4481号机车,试验期间运行稳定可靠,未出现严重故障。与对比测试运行的2TE10型内燃机车相比,2TE10VK-4481号机车测试运行期间的燃料消耗量总体比计算值低18%~21%,比既定标准低13%~18%,比以往使用10D100型柴油机的2TE10型内燃机车低15%~26%……测试运行的结果证实了早期可行性研究的数据。……2TE10型内燃机车改造的投资回收期为1.92年。”
但是,相比于2TE10V型机车,俄罗斯联邦铁道部及后继的俄罗斯铁路,更倾向于选择将数量很多但相对年轻的2/3TE10M型、2/3TE10U型及2TE10UT型机车送往ULRZ以及其他机车车辆厂进行大修及更换柴油机。至于装用1A-5D49型柴油机的2TE10V型机车,目前已知就2TE10VK-4481号机车这组机车。
退役前与2TE10V-4835号机车互换车号
2001年,2TE10VK-4481号机车由北方铁路局伯朝拉机务段转移配属到北方铁路局科特拉斯机务段。2011年4月,2TE10VK-4481号机车在ULRZ进行大修。2017年2月,2TE10VK-4481号机车与配属于北方铁路局伊万诺沃机务段的2TE10V-4835号机车,互相交换车号。

2TE10V-4835号机车,是VZOR于1980年制造出厂的1组2TE10V型内燃机车,2016年1月时由北方铁路局尼扬多马机务段转移配属到北方铁路局伊万诺沃机务段。2003年5月,2TE10V-4835号机车在DLRZ进行大修。

在这次互换车号后,2TE10VK-4481号机车以“2TE10VK-4835”号的名义,事实上转移配属到北方铁路局伊万诺沃机务段,继续运用至2018年退役报废;至于2TE10V-4835机车,它以“2TE10V-4481”号的名义在伊万诺沃机务段充当“零件捐赠者”,同样于2018年退役报废。
点评
整理完上述资料,我终于查清当今使用1A-5D49型柴油机的2/3TE10M型、2/4TE10M型、2/3TE10U型和2TE10UT型内燃机车,其技术来源竟是1组2TE10VK-4481号内燃机车。我不得不说,这种更换柴油机的措施,使得这些“破鼻子”的牵引、维护和修理成本有所降低,让它们得以坚持运行至2/3TE116U型和2/3TE25KM型等型内燃机车的到来。
注释
⑴俄语:Ворошиловградский (Луганский) тепловозостроительный завод имени Октябрьской революции;乌克兰语:Ворошиловградський (Луганський) тепловозобудівний завод імені Жовтневої Революції。
⑵俄语:Харьковский завод транспортного машиностроения имени Вячеслава Александровича Малышева;乌克兰语:Харківський завод транспортного машинобудування імені В'ячеслава Олександровича Малишева。
⑶俄语:Коломенский завод。
⑷俄语:Уссурийский локомотиворемонтный завод。
⑸俄语:Даугавпилсский локомотиворемонтный завод;拉脱维亚语:Daugavpils lokomotīvju remonta rūpnīca。
⑹2TE116型内燃机车装用的1A-9DG型柴油发电机组,由1A-5D49型柴油机、GS-501A型三相同步牵引发电机、VS-650型励磁机以及STG-7型启动发电机组成。
⑺A-706B型双机组由1台V-600型励磁机和1台VGT-275/120型辅助发电机组成。
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参考文献
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《2ТЭ10Л型内燃机车》,中国铁道部铁路工业系统内燃机车技术情报交流网 编,《国外内燃机车概况》,第155页~第158页
《内燃机车用5Д49型柴油机的可靠性和寿命》,S.I.Sevast'yanov 著,肖杰 译,《国外内燃机车》1981年09期,第7页~第10页
《Д49型柴油机的新变型产品》,Ye.A.Nikishin 著,陈民良 译,《国外内燃机车》1985年05期,第12页~第15页
《苏联Д49型柴油机的发展》,Ye.A.Nikitin 著,方一 译,《国外内燃机车》1989年12期,第7页~第10页
《Д100型柴油机的工作经济性》,R.K.Gizatullin 著,叶岚 译,《国外内燃机车》1992年11期,第51页~第52页
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《Д49系列柴油机的现状和未来》,V.M.Shryaev 著,沈虹 译,《国外内燃机车》2003年04期,第2页~第4页、第6页
参考链接
http://scbist.com/xx2/43065-05-1999-modernizaciya-teplovozov-tipa-2m62-i-2teyuv-m-u.html
https://trainpix.org/vehicle/2943/
https://trainpix.org/vehicle/3895/
http://www.propulsionplant.ru/dvigateli/dizelnye-dvigateli/proizvodstvennoe-obedinenie-zavod-imeni-v-a-malysheva/dvigateli-10d2072h254.html
https://www.dieselloc.ru/2te10m_3te10m/2_3te10m_3.html
https://www.dieselloc.ru/remont-electrooborudovania-teplovozov/tyagovyi-generator-postoyannogo-toka.html
https://www.zinref.ru/000_uchebniki/05300_transport_jd_teplovozi/015_teplovoz-2teh10mk-rukovodstvo-po-ehkspluatacii/000.htm
完稿时间:2022年1月26日
A0级发表时间:2022年1月27日