§ 2. Классификация и маркировка судовых дизелей

Судовые дизели классифицируют по следующим признакам: тактности – четырехтактные и двухтактные; способу наполнения цилиндров воздухом – с наддувом и без наддува; частоте враще­ния коленчатого вала – малооборотные (80 – 300 об/мин), среднеоборотные (300 – 750 об/мин), повышенной оборотности (750 – 1500 об/мин), высокооборотные (свыше 1500 об/мин); возможности изме­нения направления вращения коленчатого вала – реверсивные и нереверсивные; конструкции кривошипно-шатунного механизма – тронковые, крейцкопфные; расположению цилиндров – рядные и V-образного исполнения и др.

По направлению вращений дизели подразделяются на двигатели правого вра­щения если коленчатый вал вращается по часовой стрелке, левого вращения, если вал вращается против часовой стрелки для наблюдающего со стороны маховика. Для главных дизелей это положение – с кормы в нос. Если при этом выпускной коллектор дизеля находится справа, дизель считается правой модели, если слева, – левой модели. Нумерация цилиндров в дизелях с рядным их расположением начинается с кормового торца.

Все судовые дизели имеют единую систему маркировки. Марка дви­гателя определяет его основные конструкционные признаки. Первая циф­ра в марке, стоящая перед буквами, показывает число цилиндров. Буквы, следующие далее, обозначают: Д – двухтактный, Ч – четырехтактный, Р – реверсивный, К – крейцкопфный (см. ниже), Н – с наддувом, С – судовой с реверсивной муфтой, П – с редукторной передачей. В конце марки ставят дробь: числитель ее обозначает диаметр цилиндра, знаменатель – ход поршня (оба значения даются в сантиметрах). Отсутствие в марке буквы Р свидетельствует с том, что двигатель нереверсивный, отсутствие буквы К – двигатель бескрейцкопфный (тронковый см. ниже). К примеру, обозначе­ние 9ДКРН 80/160-4 подразумевает следующее: двигатель девятицилиндровый, двухтактный, крейцкопфный, реверсивный, с наддувом, диаметр ци­линдра 80 см, ход поршня 160 см, четвертая степень форсирования.

§ 3. Принцип действия дизеля, его основные детали, системы и устройства

Поршневым ДВС называется такой тепловой, двигатель, в котором химическая энергия топлива, сгорающего внутри рабочего цилиндра, превращается в тепловую, а затем с помощью кривошипно-шатунного механизма преобразуется в механическую.

При сжигании топлива в цилиндре 10 (рис. 1.2) образуются продукты сгорания – газы, имеющие высокие температуру и давление. Температура в конце сгорания достигает 1700 – 2200 К, а давление 5 – Мн/м (50 ÷ 140 кгс/см *).

Под давлением газов поршень 11 движется вниз, объем, зани­маемый газами, увеличивается, вследст­вие чего давление снижается. Процесс увеличения объема, занимаемого газом, и снижения его давления называется процессом расширения. В конце расширения температура газов снижается до 900 – 1000 К, а давление становится равным 0,25 – 0,5 Мн/м (2,5 ÷ 5,0 кгс/см ). По окончании расширения отработав­шие газы выпускаются в атмосферу, и в цилиндр поступает свежий заряд воз­духа для совершения следующего рабо­чего хода.

Прямолинейное движение поршня преобразуется шатуном 12 и кривоши­пом 2 во вращательное движение колен­чатого вала. Во время работы двига­теля поршень, перемещаясь в цилиндре, занимает два крайних положения: верх­нее и нижнее. Крайнее верхнее положе­ние поршня называется верхней мертвой точ-

* 1 Мн/м ≈ 10,2 кгс/см ≈ 10,2 ат ≈ 1,02 МПа.

1 – фундаментная рама

2 – кривошип

3 – станина

4 – распределительный вал

5 – крышка цилиндра

6 – впускной клапан

7 – выпускной кланан

8 – привод к клапанам

9 – блок цилиндров

10 – рабочая втулка

11 – поршень

12 – шатун

13 – коленчатый вал

Рис. 1.2. Схема четырехтактного тронкового двигателя

кой (в. м. т.), а край­нее нижнее – нижней мертвой точкой (н. м. т.). Расстояние между мертвыми точками (м. т.), измеренное по оси цилиндра, называется ходом поршня, который обозначается буквой S. По рис. 1.2 нетрудно установить,что S = 2R, т. е. ход поршня равен двум радиусам кривошипа. Одному ходу поршня соответствует угол поворота коленчатого вала на 180°. Следовательно, при повороте вала на 360° поршень совершит два хода.

Комплекс последовательных процессов, периодически повторяющий­ся в каждом цилиндре и обуславливающий работу двигателя, называет­ся рабочим циклом. Часть цикла, происходящая на протяжении одного хода поршня, называется тактом.

Рабочий цикл может совершаться за четыре или за два хода поршня, в соответствии с чем двигатели называются четырехтактными или двухтактными. У четырехтактных двигателей на каждые четыре хода поршня или два оборота коленчатого вала приходится один рабочий ход, а у двухтактного двигателя один рабочий ход – на два хода поршня или на один оборот коленчатого вала. Нерабо­чие ходы поршня являются вспомогательными и совершаются за счет кинетической энергии движущихся частей двигателя, приобретаемой ими за период рабочего хода.

Сгорание топлива непосредственно в цилиндре является наиболее рациональным и позволяет обойтись без промежуточного рабочего тела (пара) и без дополнительных устройств (котлов, пароперегревателей и т. д.), необходимых для его приготовления. Благодаря этому уменьша­ются тепловые потери. Следовательно, ДВС наиболее экономичны из всех тепловых двигателей. В современных двигателях в полезную рабо­ту превращается до 30 – 43 % теплоты, получаемой при сгорании топли­ва, тогда как в паровых турбинах ее используется 20 – 26 %, в газовых 20 – 30 %, а в паровых машинах 10 – 20 %.

Основной характеристикой двигателя служит эффективная мощность N , развиваемая на коленчатом валу и отдаваемая потребителю энергии (на судовых двигателях гребному винту или электро­генератору). Мощность, развиваемая в цилиндрах двигателя, называет­ся индикаторной N . Эффективная мощность меньше индика­торной на величину потерь мощности, затрачиваемой на преодоление трения в механизме двигателя, на привод механизмов, навешенных на двигатель, а также на преодоление сопротивлений, возникающих при наполнении цилиндров свежим зарядом и при очистке их от отрабо­тавших газов.

Основным показателем экономичности двигателя является удель­ный эффективный расход топлива на единицу мощно­сти в час, который для наиболее экономичных двигателей (дизелей) составляет 200 – 230 г/кВт ч или 145 – 170 г/л. с. ч. Эффективный рас­ход топлива у паросиловых установок значительно выше и колеблется в пределах 300 – 450 г/кВт ч.

В связи с низкой экономичностью суда с паровыми машинами не строят.

Современный судовой ДВС представляет собой сложную машину, состоящую из множества различных деталей, механизмов и устройств, обеспечивающих его работу.

Для удобства изучения все детали двигателя, механизмы и устройст­ва принято группировать следующим образом: а) основные детали; б) системы; в) устройства.

Основные детали разделяются на неподвижные, составляющие остов двигателя, и подвижные. К деталям остова (см. рис. 1.2) относятся блок цилиндров 9, рабочая втулка 10, станина 3, фундаментная рама 1 и крышка цилиндра 5, а к подвижным – поршень 11, шатун 12, колен­чатый вал 13. Кроме того, у двигателей больших мощностей к подвиж­ным деталям могут относиться шток и крейцкопф, не показанные на рисунке. Изображенный на рис. 3 механизм для преобразования воз­вратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала, состоящий из кривошипа и шатуна, называется кривошипно-шатунным.

У двигателей больших мощностей в кривошипно-шатунный механизм входят, кроме того, шток 2 (рис. 1.3) и крейцкопф 1. В зависимости от конструкции кривошипно-шатунного механизма двигатели разделяются на тронковые, у которых поршни соединяются непосредственно с шату­нами (см. рис. 1.2), и крейцкопфные, у которых поршни с шатунами сое­диняются с помощью штоков и крейцкопфов (см. рис. 1.3).

Системой называется комплекс деталей, механизмов и приборов, выполняющих какую-либо определенную функцию по обеспечению работы двигателя.

Каждый двигатель, независимо от типа и мощности, имеет следую­щие системы.

Система газораспределения. Состоит из впускного 6 и выпускного 7 (см. рис. 1.2) клапанов, распределительного вала 4 и привода к нему, привода к клапанам 8, впускного и выпускного коллекторов, не показан­ных на рисунке. У двухтактных двигателей функцию клапанов выполня­ют прорези в стенках цилиндра, называемые впускными и выпускными окнами. Некоторые двухтактные двигатели имеют клапаны. Эта система обеспечивает своевременное заполнение цилиндров свежим зарядом и очистку их от продуктов сгорания.

1 – поршень

2 – шток

3 – ползун

4 – направляющие

параллели

5 – шатун

6 – крейцкопф

7 – диафрагма

Рис. 1.3. Схема дизеля крейцкопфной конструкции

Топливная система. Предназначена для непрерывного питания дви­гателя топливом. В нее входят: топливные цистерны для хранения запа­са топлива на судне; расходные топливные цистерны (дежурные), из ко­торых топливо подается к двигателю; сепараторы; трубопроводы; фильтры для очист­ки топлива; перекачивающие насосы; насосы для подачи топлива под дав­лением в цилиндры (топливные насосы); форсунки – топливные клапа­ны, служащие для распыливания топлива в цилиндре, система подогрева. У двигателей, работающих на тяжелых сортах топ­лива, в топливную систему, кроме того, входят устрой­ства для подогрева топлива.

Система смазки. Обеспечивает смазку трущихся частей и их охлаждение. В нее входят цистерны для хранения свежего масла и сбора отработавшего, трубопроводы, перека­чивающие насосы, сепараторы, устройства для подачи масла к трущим­ся поверхностям, устройства для очистки и охлаждения масла, контрольно-измерительные приборы.

Система охлаждения. Предназначена для устране­ния перегрева частей двигателя, соприкасающихся с го­рячими продуктами сгорания. В нее входят трубопро­воды, насосы, фильтры, холодильники и контрольно-измерительная аппаратура.

Система регулирования частоты вращения коленча­того вала. Система контроля, аварийно-предупредительной сигнализации и защиты. Обеспечивает нормальную и безаварийную работу двигателя.

Все перечисленные системы создают условия для нормальной работы двигателя. Если какая-либо из си­стем прекратит свое действие, то двигатель не будет работать.

При нарушении смазки или охлаждении двигателя он может остано­виться вследствие заклинивания поршней в цилиндрах, задира и рас­плавления подшипников.

Под устройством понимается комплекс деталей, механизмов и при­боров, предназначенных для управления двигателем и контроля за его работой.

К устройствам относятся: пусковое – для раскручивания колен­чатого вала при пуске двигателя в ход, реверсивное – для изме­нения направления вращения коленчатого вала с целью обеспечения хода судна «вперед» и «назад», управления – для изменения ре­жима работы двигателя, устройства для приготовления и хранения сжатого воздуха, обеспечивающие воздухом пусковые и реверсивные устройства.

В зависимости от типа, назначения и мощности двигателя отдель­ных устройств на нем может не быть. Так, например, у вспомогатель­ных двигателей нет реверсивного устройства, устройства для приготов­ления сжатого воздуха, а у маломощных двигателей – пускового устройства. Пуск таких двигателей производится рукояткой, с помощью которой их коленчатый вал раскручивается вручную.