Метод_практ_СДВЗ

В системе охлаждения поршней нагревающееся в поршнях масло стекает через воронки 13 в отстойную цистерну 12 (находящуюся в двойном дне), в которую стекает масло и из циркуляционной системы. Из цистерны масло засасывается насосом 7 и через сдвоенный фильтр 9 и охладитель 6 поступает к телескопическому или шарнирному устройству охлаждения поршней. Холодное масло можно подавать прямо в двигатель (минуя охладитель).

Рис. 7. Конструкции подвода охлаждающей

жидкости к головке поршня у крейцкопфных

дизелей:

а — Бурмейстер и Вайн с D = 740 мм (масло);

б — Зульцер c D= 1050 мм (пресная вода).

В случае охлаждения форсунок предусматривается третий контур самостоятельной системы охлаждения, позволяющей вести наблюдения за каждой форсункой в отдельности, а также устанавливать

оптимальный температурный режим для разных сортов топлива. Пресная вода из бака 17 поступает к сдвоенным насосам 15 для охлаждения форсунок через водо-охладитель 16 и фильтр 14. Охлаждение сопел форсунок обязательно при работе на тяжелых сортах топлива (мазут) и рекомендуется также при дизельном топливе.

191

В заключение на рис. 7 приводятся два способа осуществления подвода охлаждающей жидкости к головке поршней у мощных крейцкопфных судовых дизелей.

Удизелей типа Бурмейстер и Вайн, имеющих масляное охлаждение поршней, подвод и отвод масла к головке осуществляются через внешнее телескопическое устройство и через внутреннюю полость штока поршня (рис. 7, а).

Удизелей типа Зульцер, имеющих охлаждение головки поршня пресной водой, подвод и отвод воды осуществляются через внутреннее телескопическое устройство с сальником особой конструкции, обеспечивающим полную герметичность.

Для охлаждения судовых дизелей применяются следующие типы насосов: объемные (поршневые, шестеренчатые, ротационные); центробежные; водокольцевые (самовсасывающие и вихревые) и др.

Поршневые насосы применяются чаще всего на мало- и среднеоборотных дизелях сравнительно небольшой мощности; они имеют хорошую всасывающую способность и высокий к. п. д.; привод насоса осуществляется от коленчатого вала с торца дизеля. Нередко на судовые дизели, помимо насоса охлаждения, навешивают трюмный поршневой насос. В этом случае оба насоса делают одинаковой конструкции; трюмный насос в случае выхода из строя насоса охлаждения может быть использован в качестве резервного. На двухвальных установках производительность каждого насоса рассчитывается с запасом в 50%, чтобы иметь возможность в случае необходимости обслуживать одним насосом оба дизеля. Насос приводится в действие эксцентриком от коленчатого вала.

Давление нагнетания насоса при полном числе оборотов составляет около 1,0—1,5 ати. Скорость воды на стороне всасывания 1—2 м/сек, а на стороне нагнетания около 3—5 м/сек.

На рис. 8 в качестве примера показана конструкция поршневого насоса производительностью 22 м31час при 300 об/мин, что соответствует около

30 л1э. л. с. ч (Ne = — 750 э. л. с.).

Рис. 8. Поршневой водяной насос производительностью 22 м3/час при

300 об/мин.

192

Конструкция насоса предусматривает возможность его использования в качестве насоса охлаждения или трюмного. Корпус насоса — чугунный. Плунжер 2 и направляющая втулка 3 изготовлены из фосфористой бронзы. Густая смазка осуществляется штауфером (через отверстие 5). Натяжение набивки сальника регулируется бронзовой втулкой 4. Вилка цапфы шатуна 7 привернута к плунжеру винтом 6. Под плунжером установлен цинковый протектор /. Опорожнение полости насоса осуществляется через спускной кран. При каждом всасывающем ходе через сапун 11 к воде подводится некоторое количество воздуха (для более «мягкой» работы). Всасывающий 8 и нагнетательный 9 клапаны укреплены на шпинделе из кованой бронзы. Диски клапанов кованые из фосфористой бронзы; пружины — стальные омедненные. Воздушный колпак снабжен предохранительным клапаном 10.

Шестеренчатые охлаждающие насосы просты по конструкции, обладают самовсасыванием и отличаются малыми габаритами и весами. Однако при работе на воде, особенно забортной, нередко сильно загрязненной, шестерни быстро изнашиваются и требуют частой замены. Для увеличения надежности водяных шестеренчатых насосов, в отличие от масляных насосов, зубцы рабочих шестерен непосредственного соприкосновения не имеют, а снабжены парой дополнительных шестерен (расположенных вне корпуса), синхронизирующих вращение ведомого и ведущего валиков. Шестерни насосов иногда делают из резиновых зубьев, навулканизированных на латунную втулку. Валики шестерни опираются с внешней стороны на шарикоподшипники, а с внутренней — на бронзовые втулки.

Рис. 9. Шестеренчатый водяной насос судового дизеля Ч 13/18.

На рис. 9 показан шестеренчатый водяной насос судового дизеля Ч 13/18, приводимый в движение от коленчатого вала шестерней 8, расположенной в полости картера. Насос вынесен из этой полости, чтобы вода не попадала в масло; для уменьшения износа зубчатой передачи шестерня 11 сделана из

193

текстолита. Бронзовые подшипники 3 и / вала 2 смазываются и охлаждаются водой. Насос уплотнен текстолитовой шайбой 4 и резиновой втулкой 5. Для предотвращения утечки масла из шарикоподшипника 9 привода имеется маслоотражатель 7 и лабиринт между втулкой 6 и кольцом 10. Применение текстолитовой шестерни и смазки подшипников вала водой упрощает конструкцию привода насоса.

Центробежные насосы (ЦН) отличаются простой и компактной конструкцией, высоким к. п. д., долговечностью и обеспечивают свободный слив воды при опорожнении системы.

Благодаря отсутствию кривошипно-шатунного механизма ЦН уравновешены, допускают использование высоких чисел оборотов и не вызывают вибраций.

На дизелях средней мощности и оборотности привод насосов осуществляется от двигателя через ускорительную передачу. На мощных малооборотных дизелях применяют автономные ЦН с электроприводом с горизонтальным или вертикальным расположением оси насоса. Чтобы обеспечить работу двигателя на переднем и заднем ходу, лопасти и колеса насосов выполняют радиальными. Наиболее целесообразно применять ЦН для замкнутого контура охлаждения (пресной водой), когда не предъявляются требования самовсасывания насоса.

На рис. 10 показана типичная конструкция центробежного водяного насоса судового дизеля типа 6ЧРП 25/34, мощностью 300 э. л. с. при 500 об/мин.

Рис. 10. Центробежный насос судового дизеля 64 25/34.

194

Насос состоит из корпуса 1, в котором вращается вал 5 с рабочим колесом 3, имеющим десять лопаток. Рабочее колесо закреплено на валу гайкой 2 и приводится во вращение вместе с валом через шестерню 6. Для уплотнения внутренней полости насоса служат резиновая втулка 8, лабиринтное уплотнение 4 и отражатель 7; кран 9 служит для спуска воды.

На переднем торце двигателя навешены два центробежных насоса указанного типа производительностью по 24 м3/час каждый.

Предельная высота всасывания ограничивается возможностью возникновения кавитации, если давление на входной части рабочего колеса упадет ниже давления насыщенных паров при данной температуре.

Водо-кольцевые насосы, получившие довольно широкое распространение на ряде установок, делятся на самовсасывающие и вихревые.

Типичным примером самовсасывающего насоса забортной воды с боковыми каналами является насос многооборотного судового дизеля 6ДС150 производительностью около 8000 л/час (рис. 11). Привод насоса осуществляется через коническую передачу от коленчатого вала. В корпусе и крышке имеются спиральные каналы а и б (рис. 11, б) с переменной глубиной; в начале углубление каналов увеличивается, затем после участка постоянной глубины оно уменьшается и сходит на нет. В корпусе насоса, кроме того, имеются окна в, сообщающиеся с входным патрубком, а в крышке — окно г для прохода воды к выходному патрубку.

Рис. 11. Водо-кольцевой насос дизеля 6ДС150 производительностью

8000 л/час:

а — конструкция насоса; 6 — схема устройства.

195

При вращении крыльчатки вода в корпусе насоса вытесняется в каналы а и б. На участке каналов, где глубина их увеличивается, образуется разрежение вследствие приращения объема и через окно в засасывается сначала воздух, затем вода. При дальнейшем повороте крыльчатки глубина и объем каналов уменьшаются, и вода, заполняя все пространство между лопатками, вытесняет воздух через окно г в выходном патрубке. Откачав из входного трубопровода весь воздух, насос начинает засасывать и нагнетать воду. Высота всасывания насоса составляет не менее 1,5 м.

Крыльчатка насоса 6-лопастная из нержавеющей стали; валик — из легированной стали. Если насос при пуске не был заполнен водой, следует его залить; после кратковременных остановок заливка воды в насос не требуется.

Насосы аналогичного типа могут быть использованы в качестве трюмных насосов.

Конструктивная схема водо-кольцевого насоса вихревого типа с охватывающим каналом показана на рис. 12.

Рис. 12. Водо-кольцевой насос вихревого типа.

Рабочее колесо с радиальными лопатками охватывается каналами, выполненными в корпусе насоса. Канал прерывается в местах расположения вихревого и выпускного патрубков.

Напор в водо-кольцевых насосах создается за счет того, что из-за разности давлений в колесе и канале образуется вихревое вращательное движение воды, приводящее к перетеканию ее из колеса в канал. Для устранения осевых усилий каналы следует выполнять симметричными по обе стороны колеса.

В систему охлаждения дизелей входят следующие теплообменники:

1)водо-водяные охладители пресной воды, охлаждаемой забортной водой;

2)водо-масляные охладители для масла, охлаждающего поршни (а также для смазочного масла); 3) водо-воздушные охладители наддувочного воздуха.

Водо-водяные охладители по конструкции аналогичны водо-масляным и выполняются обычно трубчатого типа.

196

В качестве примера на рис. 13 приведен трубчатый охладитель пресной воды судового дизеля Г60 (6ЧРН 36/45).

Пресная вода поступает через входной патрубок 9 внутрь трубок 3 и выходит через патрубок 8. Забортная охлаждающая вода омывает трубки снаружи, поступает через патрубок 6 и выходит через патрубок 2. Корпус охладителя 5 имеет две крышки — переднюю 7 и заднюю /. Для интенсификации охлаждающего действия забортной воды в корпусе установлен ряд перегородок 4. Для уменьшения коррозии внутренней поверхности охладителя установлен протектор 10. Спуск воды производится через пробку 11.

Поверхность охлаждения холодильника 9,5 ж2, наружный диаметр корпуса 335 мм, длина 1235 мм, вес 280 кг. Два аналогичных охладителя используются и в системе смазки дизеля Г60.

Рис. 13. Трубчатый охладитель пресной воды дизеля Г60 (6ЧРН 36/45).

Основное различие расчета водо-водяных и водо-воздушных охладителей состоит в коэффициентах теплопередачи охладителей. Если у водо-масляных охладителей k лежит в пределах от 100 до 1000 ккал/м2 X X град-ч в зависимости от диаметра и конструкции трубок, то в водо-водяных охладителях значения k достигают от 1200 до 4300 ккал/м2-град-ч, что позволяет значительно уменьшить габариты охладителя.

Водо-воздушные охладители для наддувочного воздуха имеют относительно низкие значения k (от 300 до 500 ккал1м2 - град ч), что вызывает значительные трудности в получении компактных охладителей, не увеличивающих общих габаритов дизеля. С этой целью применяют на воздушной стороне разные виды наружного оребрения круглых или плоских трубок, причем вода (пресная и забортная) протекает внутри трубок. Если габариты позволяют, то стремятся «встраивать» охладитель в нагнетательный воздушный трубопровод дизеля; это позволяет значительно сократить общие габариты дизеля.

На рис. 14 показан охладитель воздуха дизеля 6ЧН 12/14 мощностью 115 э. л. с. при 1500 об/мин.

197

Рис. 14. Водо-воздушный охладитель дизеля 6ЧН

12/14.

Корпус холодильника 1 отлит из алюминиевого сплава, внутри которого расположен пакет трубок 2. Вода циркулирует внутри трубок, а воздухснаружи. Трубопровод забортной воды крепится к крышке 3. Холодильник крепится к кронштейну головки цилиндров. Для слива воды из трубок имеется пробка 4. Для слива масла, которое может скопиться в вакуумной полости холодильника, а также для

осуществления контроля герметичности водяной полости предусмотрено отверстие с пробкой 5.

Одним из важных элементов системы охлаждения являются терморегуляторы, осуществляющие регулирование температуры охлаждающей воды. Терморегуляторы бывают недистанционные и дистанционные, одноили двухклапанные.

На рис. 15, а приведен двухклапанный терморегулятор ЦНИДИ ТС2-238 дизеля ЗД6. При повышении температуры воды находящаяся в сильфоне 4 (чувствительном элементе) легко испаряющаяся жидкость превращается в пар, давление возрастает, нижняя крышка опускается и клапан уменьшает проходное сечение патрубка к байпасу.

Рис. 15. Конструкции терморегуляторов:

а — ЦНИДИ типа ТС2-238 дизеля ЗД6

1 — клапан; 2 — седло; 3 — патрубок выхода воды в охладитель; 4

— сильфон; 5 — патрубок входа; 6 — окна для прохода горячей воды; 7 — патрубок к насосу.

б — типа РТПД-50 дизеля 6ЧРП

25/34

198

В начале работы дизеля вода в корпусе разделяется на два потока — основной, минующий холодильник, поступает через четыре окна и патрубок в обводной трубопровод, в остальной

— в холодильник.

При температуре воды около 70° С клапан терморегулятора начинает перекрывать входное отверстие патрубка обводного трубопровода и при достижении температуры воды 85° С полностью его перекрывает; тогда вся вода идет в холодильник.

На рис. 15, б приведен терморегулятор типа РТПД

-50 дизеля 6ЧРП 25/34,

имеющий диапазон регулирования от 40 до 120° С. Регулятор устанавливается на корпусе холодильника.

Термобаллон 11 монтируют в трубе на выходе воды из выпускного коллектора замкнутой системы охлаждения. С повышением температуры в термобаллоне заполнитель испаряется и давление внутри сильфона 6 повышается. В результате удлинения сильфона золотник 1 начинает закрывать верхнее отверстие, открывая нижнее, и происходит перераспределение потока воды (часть идет в холодильник и часть — на перепуск). С повышением температуры свыше 70° С вся вода пойдет через холодильник. Настройка золотника производится натяжением пружины 8, которое регулируется муфтой 5 и втулкой 4. Величина рабочего хода золотника 1 устанавливается свинчиванием штоков 2 и 7. Положение золотника определяется по шкале 10, вдоль которой скользит стрелка 9, помещенная в пазу маховика 3. Маховик предназначен для управления золотником вручную в случае выхода из строя термометрической системы.

В настоящее время большое внимание уделяется возможности использованию высокотемпературного охлаждения поршневых ДВС (в. т. о).

Основными преимуществам в. т. о. являются: а) повышение эффективности к.п.д.; б) обеспечения стабильного теплового состояния при малых температурных перепадах охлаждающей воды; в) сжигания высокосернистого тяжелого топлива.

К недостаткам в. т. о. двигателей относятся: а) относительно высокая температура охлаждаемых деталей; б) необходимость применения более термостойких смазочных масел.

199

В условиях судовых дизельных установок целесообразно применение в. т. о. при комплексном использовании тепла охлаждающей воды и выхлопных газов. Целесообразно значительную часть тепловых потерь преобразовать в теплоту пара низкого давления для использования последнего в паротурбоагрегате при начальном давлении пара в пределах 2,0—2,5 ати. Постоянное давление пара при 2,5 ати и температуре охлаждающей воды 130° С можно получить при регулируемом дроссельном устройстве, действующем совместно с циркуляционным охлаждающим насосом.

На рис. 16 показана схема комплексной утилизации тепла охлаждающей воды и выхлопных газов для в. т. о. при внешнем парообразовании. Из схемы видно, что имеется два контура циркуляции.

I контур: пароотделитель - циркуляционный насос - дизель - газоперегреватель циркуляционной воды - дроссельное устройство - пароотделитель. Циркуляция воды в замкнутой системе в. т. о. - принудительная; вода не кипит ни в дизеле, ни в газонагревателе, а только в пароотделителе.

Рис. 16. Схема системы комплексной утилизации тепла охлаждающей воды и выхлопных газов при в. т. о. с внешним парообразованием.

1 - дизель; 2 - газотурбонагнетатель; 3 - заслонка; 4 – газопароперегреватель;5 - газоподогреватель циркуляционной воды; 6 - то же для питательной воды; 7 - дроссель; 8 - пароотделитель; 9 - автомат питания; 10 - паровая турбина; 11 - конденсатор вакуумный; 12 - конденсато-вакуумный насос; 13 - конденсатная цистерна; 14 - циркуляционный насос; 15 - питательный насос; 16 - охлаждающий насос разомкнутой системы.

200