Метод_практ_СДВЗ

Во II контуре пар из пароотделителя поступает в пароперегреватель, затем в турбину и далее в конденсатор. Из конденсатора воздух и конденсат откачивают насосом в конденсаторную цистерну, откуда конденсат питательным насосом подается в подогреватель, пройдя который, он поступает в пароотделитель через автомат питания дроссельного типа.

Результаты эксплуатации установок с в. т. о. показывают, что установки работают надежно и что износы деталей цилиндро-поршневой группы не превышают таковых при обычном замкнутом охлаждении двигателей.

201

Практичне заняття №9. Системи повітряпостачання, газовідводу та пуску. Призначення, класифікація, принципові схеми систем.

Конструкції окремих елементів.

Для запуска двигателя необходимо привести его во вращение посредством какого-либо внешнего источника энергии до «пускового» числа оборотов лпуск, т. е. до того минимального числа оборотов, при котором достигается необходимая скорость поршня и происходит самовоспламенение топлива. Пусковое число оборотов зависит от конструктивных особенностей двигателя, способа смесеобразования, совершенства распыливания топлива, момента инерции деталей «движения», начальной температуры охлаждающей воды, условий внешней среды и др.

Оптимальные пусковые свойства имеют дизели с относительно большими основными размерами (D, S), высокой степенью сжатия и непосредственным впрыском топлива. Дизели с малой размерностью (D^.200 мм и ниже) запускаются труднее вследствие большей относительной поверхности охлаждения цилиндра FOXJV. Труднее всего запускаются дизели с разделенными камерами сгорания с вихре- и предкамерным смесеобразованием, требующие для запуска наличия особых запальных устройств. На рис. 1 показаны зависимости пуск а) от температуры охлаждающей воды для дизелей с неразделенными камерами /, предкамерами 2 и вихревыми камерами 3; б) от температуры охлаждающей воды 1 и окружающего воздуха 2 для дизеля 6Ч30/38.

Ориентировочное потребное пусковое число оборотов составляет около 0,15—0,25 от номинального или может быть также определено исходя из средней пусковой скорости поршня (ст)пуск (при температуре внешней среды около 10° С), лежащей по опытным данным в пределах —0,7—1,2 м/сек, причем верхний предел относится к дизелям с малой размерностью.

Рис. 1. Зависимости n min:

а — от температуры охлаждающей воды двигателей 1— с неразделенными камерами; 2 — с предкамерами; 3 — с вихревыми камерами;

б — от температуры охлаждающей воды (1) и окружающей среды (2) дизеля 6Ч 30/38.

202

Значительное влияние на достижение минимального пускового числа оборотов пуск оказывают параметры топливоподающей системы. Действительно, как показывают опытные данные, пуск зависит от: 1) рода применяемого топлива — чем выше цетановое число, тем легче запускается двигатель, например,с удовые дизели, работающие на тяжелых сортах топлива, как правило, приходится запускать на более легких моторных топливах; 2) выбора оптимального угла опережения подачи топлива (который может не совпадать с рабочим); 3) величины подачи топлива на цикл; оптимальная подача для пуска составляет около 0,5—0,75 от полной.

В судовых дизелях применяют следующие способы пуска: ручной; инерционным стартером; электростартером; сжатым воздухом.

Ручной пуск применяется сравнительно редко на маломощных дизелях (например, на «первичных» дизелях, устанавливаемых на палубе судна) с цилиндровой мощностью не свыше 10 э. л. с. и с агрегатной мощностью до 25—30 э. л. с. Последняя может быть доведена до 50 э. л. с. при наличии декомпрессионного устройства. Пуск осуществляется разворачиванием дизеля при посредстве рукоятки, сцепляемой со свободным концом коленчатого вала; выдвижной рукояткой, помещенной в маховике; вращением распределительного вала (четырехтактные дизели) и др.

Пуск инерционным стартером, осуществляемый разгоном дополнительной инерционной массы, дает возможность запускать вручную дизели большей мощности, чем указано выше; недостаток этого способа — сравнительно сложное устройство и кратковременное действие стартера.

Пуск электростартером широко применяется у многооборотных дизелей от малых до больших агрегатных мощностей (около 1000 э. л. с). Пуск осуществляется от электродвигателей постоянного тока, снабженных устройством для сцепления на время пуска с зубчатым венцом маховика. Источником питания стартера служат аккумуляторные батареи. Механизмы сцепления применяют следующих типов: а) инерционный с перемещением шестерен по винтовой резьбе; б) с принудительным перемещением и муфтой свободного хода; в) с принудительным перемещением по спиральным шлицам и самовыключением шестерен и др. Отечественная промышленность выпускает электростартеры от 0,6 до 15 з. л. с. для номинального напряжения от 6 до 24 в. Дизели со стартерным пуском должны иметь специальные электрогенераторы для систематической подзарядки аккумуляторных батарей. Привод генераторов осуществляется от коленчатого вала с помощью зубчатой или клиноременной передачи.

Пуск обратимым электродвигателем применяется в дизельгенераторах постоянного тока при наличии резервной аккумуляторной батареи; в этом случае генератор на период пуска обращается в сериесный электродвигатель благодаря наличию дополнительной сериесной обмотки.

Наиболее распространенный способ пуска судовых дизельных установок — пуск сжатым воздухом.

Пуск сжатым воздухом. Пусковая система сжатого воздуха судовой дизельной установки состоит из следующих устройств: а) вспомогательных

203

пусковых компрессоров; б) баллонов сжатого воздуха; в) трубопроводов высокого давления; г) главного маневрового клапана; д) редукционного клапана; е) пусковых распределителей; ж) пусковых клапанов рабочих цилиндров и др.

В зависимости от рода установки применяют следующие давления пускового воздуха: рп = 20-30 атм (баллоны НД); р„ = 60-80 атм баллоны (СД); рп = 150-250 атм баллоны (ВД). В последних двух случаях в пусковой системе предусматриваются редукционные клапаны для снижения давления воздуха до 20— 30 атм.

Процесс пуска сжатым воздухом. Пуск судовых дизелей можно осуществлять различными способами:

-одновременным переводом на топливо всех рабочих цилиндров (большая часть дизелей).

-последовательным вводом в рабочие цилиндры пускового воздуха и топлива;

-одновременным вводом пускового воздуха и топлива (чаще всего у дизелей средней и большой мощности);

-последовательным переключением на топливо отдельных цилиндров (например, 4 из 8);

Рис. 2. Индикаторная пусковая диаграмма при пусковом клапане с механическим приводом.

На рис. 2 показана типичная пусковая индикаторная диаграмма (для пускового клапана с механическим приводом). С момента пуска и до начала движения поршня (точка а) давление 1 в цилиндре резко возрастает от давления окружающей среды до наибольшего пускового давления в цилиндре рц (точка б). С момента страгивания поршня (точка б) истечение сжатого воздуха происходит в камеру переменного объема примерно при постоянном давлении. С момента закрытия пускового клапана (точка в) начинается политропное расширение воздуха, а далее следуют фазы выпуска, сжатия и др.

После нескольких оборотов на воздухе (кривые 2, 3) включают топливо и, если двигатель развил требуемое пусковое число оборотов, получают первую рабочую диаграмму дизеля на топливе (кривая 4). Среднее индикаторное давление первой пусковой диаграммы достигает 3—7 кГ/см2, а величина давления после первой вспышки доходит до-^-1,5р2 (и выше). В течение первых двух-трех оборотов вала наблюдается интенсивный рост

204

угловой скорости дизеля при пуске; поэтому каждая из последующих индикаторных пусковых диаграмм существенно отличается от предшествующей. Однако первая вспышка не является завершением пускового периода. Необходимо, чтобы с каждым последующим рабочим циклом избыточная работа газов (над работой сопротивления), потребная для дальнейшего повышения числа оборотов и саморазгона дизеля, нарастала. По мере разгона двигателя среднее индикаторное давление воздуха в цилиндре уменьшается вначале быстро, а затем медленнее. Эффективность процесса пуска, как уже указывалось, зависит от теплового состояния двигателя и закона подачи топлива.

Для облегчения запуска «холодного» дизеля служит подогрев:

-холодного дизеля при помощи пара или заполнения зарубашечного пространства горячей водой (используется чаще всего на судовых установках);

-дизеля периодической работой вхолостую (вспомогательные дизели);

-смазочного масла, топлива, например, мазуты;

-воздуха на впуске (многооборотные дизели) и др.

Основными элементами системы пуска служат: 1) главный пусковой клапан (маневровый); 2) пусковые распределители; 3) пусковые клапаны (рабочие).

Рис. 7. Главный пусковой клапан неуравновешенного типа дизеля типа

SD72 (ДКР 72/155).

Главный пусковой клапан, устанавливаемый на магистрали пускового воздуха (за пусковым баллоном), служит для осуществления многократных пусков при открытых баллонах пускового воздуха; кроме того, он служит для согласования управления моментами открытия и закрытия рабочих

пусковых пневматических клапанов (в порядке последовательности работы отдельных цилиндров), применяют двух основных типов — золотникового и дискового. В распределителях золотникового типа количество золотников равно числу пусковых клапанов; при этом золотники могут быть индивидуальные (на каждый цилиндр) или сгруппированы в один общий агрегат.

Главные пусковые клапаны (см. рис. 7, 8) по способу действия делятся на уравновешенные и неуравновешенные и могут иметь механическое или пневматическое управление (чаще всего последнее).

205

Рис. 8. Главный пусковой клапан уравновешенного типа

дизеля ДР 30/50 (а); нагрузочный клапан (б):

1 - клапан; 2 - пружина; 3 - штуцер для подвода воздуха из баллонов; 4 - штуцер для отвода воздуха к главному пусковому клапану.

Клапаны неуравновешенного типа, по данным эксплуатации, менее надежны в работе, чем уравновешенные, поэтому последний тип клапанов получил

наибольшее распространение на судовых дизельных установках. Для управления моментом открытия главных пусковых клапанов на посту управления предусматривают клапаны управления, которые по принципу работы подразделяются на нагрузочные и разгрузочные (см. рис. 8, б); нагрузочные клапаны управляют открытием главных пусковых клапанов уравновешенного типа, а разгрузочные - неуравновешенного типа.

Пусковые воздухораспределители (см. рис. 9, рис. 10), служащие для момента подачи воздуха в пусковую систему с положением реверсивного механизма и механизма топливоподачи. Дисковые распределители конструктивно выполняют в виде цилиндрического барабана (см. рис. 9), либо плоской шайбы.

Пусковые (рабочие) клапаны (см. рис. 11) служат для подвода сжатого воздуха в отдельные цилиндры при пуске дизеля. Пусковые клапаны могут иметь механический привод от распределительного вала или пневматический. Пневматические пусковые клапаны выполняются с пневмоцилиндром (у большей части судовых дизелей) или без пневмоцилиндров — пусковые «обратные» клапаны (у малооборотных судовых дизелей). В первом случае для открытия клапана используется воздух, подводимый от распределителя к пневматическому поршню пускового клапана. Во втором случае пусковой клапан открывается непосредственно за счет давления пускового воздуха, подводимого от распределителя, на тарелку клапана (см. рис. 13).

Органический недостаток второй системы — необходимость пропускать через золотник весь пусковой воздух, подаваемый к цилиндру, что приводит к необходимости значительного увеличения размеров воздухораспределителей, а также трубопроводов, подводящих к ним воздух;

206

впротивном случае в системе увеличивается дросселирование воздуха и для пуска воздуха требуется повышенное давление.

Примеры конструктивного выполнения устройств пусковой системы. На рис. 7 показан главный пусковой клапан неуравновешенного типа, применяемый на дизелях типа SD72 и др.

Сжатый воздух через наружную воздушную полость клапана и два калиброванных отверстия 5 в теле клапана 4 поступает в его внутреннюю полость, а через воздушный зазор 2 между штоком 3 и внутренним клапаном 4

— в полость 7. Клапан 4, под действием пружины и давления воздуха со стороны внутренней полости 7, будет закрыт.

Когда открывается разгрузочный клапан 8 (управляемый с поста управления), происходит выпуск воздуха из полости 7; открывается клапан 4 под действием одностороннего давления воздуха со стороны полости 6, превышающего усилие пружины 1.

Наибольшее распространение получили главные пусковые клапаны с пневмоуправлением уравновешенного типа, например, установленный на дизелях типа ДР 30/50 (рис. 8).

Клапан 2 (рис. 8, а), находящийся в корпусе 1, под воздействием пружины 3, а также под давлением пускового воздуха перекрывает проход воздуха из полости А, к которой присоединяется магистраль от баллонов, в полость В, сообщающуюся с пусковыми клапанами. Полости над тарелкой клапана А и под ней В сообщаются трубкой 7 с нагрузочным клапаном, расположенным на посту управления (см. рис. 8,6), и трубкой 6 — с атмосферой.

Во время пуска нагрузочный клапан открывается и воздух из приемной полости А направляется в полость управления. При подводе воздуха от штуцера 5 к полости пневмоцилиндра а вследствие разности давлений, действующих на поршень и тарелку клапана, главный пусковой клапан открывается и сжатый воздух через полость В направляется к рабочим пусковым клапанам. При открытии направляющая клапана 2 закрывает отверстие 6, соединяющее полость В с атмосферой.

После окончания пуска подвод воздуха к пневмоцилиндру прекращается, воздух из него стравливается в атмосферу и под действием пружины клапан закрывается. Воздух, оставшийся в трубопроводе, стравливается через отверстие 6 в атмосферу. Утечки воздуха из пневмоцилиндра выпускаются в атмосферу через отверстие 4.

После первых вспышек топлива рукоятку поста управления переводят

вположение, соответствующее требуемому режиму работы. При этом нагрузочный клапан автоматически закрывается, подача воздуха к главному пусковому клапану прекращается и дизель переходит на работу на топливе.

Конструкция воздухораспределителя дискового типа, применяемая на отечественных дизелях, показана на рис. 9.

Воздухораспределитель состоит из корпуса, в котором установлены барабан 1 и диск 4. У барабана предусмотрены осевые сверления 2, соединенные радиальными сверлениями с боковой поверхностью барабана.

207

Диск, имеющий отверстие 3 и канавку 5 приводится во вращение от конической передачи на распределительном валу. Диск при пуске прижимается к торцу барабана давлением сжатого воздуха, а при работе отжимается пружиной.

Рис. 9. Воздухораспределитель дискового типа дизеля ДР 30/50.

Воздух при вращении диска проходит через сверления барабана к трубкам, ведущим к пусковым клапанам рабочих цилиндров. При реверсе барабан поворачивают рейкой с поста управления на ход «вперед» или «назад». Надежность работы воздухораспределителя обеспечи-

вается разобщением рабочей поверхности барабана и диска во время работы дизеля и непрерывным подводом дозированной смазки к трущимся поверхностям.

Пусковые распределители золотникового типа (индивидуальные на каждый цилиндр) применяются на дизелях средней и большой мощности; на рис. 10 показан распределитель типа Зульцер для клапана, изображенного на рис. 12.

Рис. 10. Воздухораспределитель золотникового типа Зульцер.

Сжатый воздух подводится из трубопровода 5, проходит через центральное отверстие в золотнике (см. пунктир) в полость 6, , благодаря чему золотник прижимается к приводной шайбе 7 с отрицательным профилем; при отключении • сжатого воздуха пружина отводит золотник от шайбы. Золотник имеет три выточки: средняя в зависимости от положения золотника соединяет пусковой воздух с трубками 81 и 82, ведущими к пусковому клапану (см. рис. 10); верхняя или нижняя выточки через отверстия 91 и 92 регулируют момент соединения пускового клапана с атмосферой.

208

Типичная конструкция пускового рабочего клапана с пневматическим приводом, чаще всего применяемая на судовых дизелях, приведена на рис. 11.

Рис. 11. Пусковой клапан с пневматическим приводом уравновешенного типа.

Клапан состоит из стального корпуса 1, прижатого к рабочей крышке фланцем 2; уплотнение осуществляется красно-медными прокладками 4 и резиновым кольцом 5. Сжатый воздух подается во внутреннюю полость клапана по каналу 3. К стержню 6 клапана, изготовленного из хромоникелевой стали, при помощи гайки 7 привернуты

воздушный поршень 8 и направляющая втулка 9 (оба бронзовые). Поршень 8 отжимается кверху пружиной 10, а также давлением воздуха на избыточную дифференциальную площадь направляющей втулки 9. Клапан открывается в момент поступления через трубку 11 сжатого воздуха в полость над поршнем 8; ход поршня ограничивается в корпусе 1. В полости под поршнем не должно быть избыточного давления; поэтому она соединена с атмосферой отверстиями 13 и прорезями 12. Масло для смазки поршня можно периодически вводить через пробку 14.

В мощных судовых дизелях, например, типа Зульцер, применяют пусковые рабочие клапаны с переменными характеристиками равновесия (рис. 12), позволяющими иметь пневматическое управление моментами не только открытия, но и закрытия клапанов.

Рис. 12. Пусковой клапан с переменной характеристикой равновесия (Зульцер).

Для этой цели на стержне клапана имеются два пневматических поршня 1 и 2, причем верхний выполнен дифференциальным. Воздух для открытия клапанов, подаваемый из распределителя (см. рис. 10) через канал 3, действует сначала на верхнюю, меньшую площадь поршня; в этом случае усилие,

действующее на клапан, обеспечивает открытие последнего, если давление пускового воздуха равно (или больше) давлению в цилиндре. Вслед за корот-

209

ким перемещением клапана пусковой воздух через ряд прорезей поступает ко второй, большей площади поршня, благодаря чему клапан быстро открывается. Для закрытия клапана воздух из распределителя поступает через отверстие 4 в полость под большую площадь верхнего поршня 1; одновременно полость над поршнем сообщается с атмосферой; когда клапан прошел большую часть хода закрытия, поршень 2 отсекает доступ воздуха к большей ступени 1, а под ней разобщается сообщение с атмосферой; благодаря этому происходит торможение и мягкая посадка клапана на седло.

Рис. 13. Автоматический пусковой клапан дизеля ЗД6.

Простейшей конструкцией рабочего пускового пневматического клапана является, например, обратный пусковой клапан многооборотного судового дизеля ЗД6 (рис.13).

Пусковой клапан 1 прижат к корпусу 2 пружиной 3; сжатый воздух поступает в полость клапана через отверстие 5; поворотный угольник трубопровода 6 прижат колпаком 4 и уплотнен с обеих сторон медно-асбестовыми кольцами 7. Пусковой клапан открывается за счет силы давления сжатого воздуха на тарелку клапана 1.

В данной конструкции в связи с отсутствием пневмопоршня пусковой распределитель, управляющий моментом открытия клапана, должен быть рассчитан на пропуск через него всего подаваемого за цикл воздуха.

Предохранительные устройства пусковой магистрали. Пусковые трубопроводы крупных судовых дизелей должны быть снабжены предохранительными устройствами, предотвращающими разрушения от возможного взрыва паров топлива и масла в случае прорыва горячих газов из цилиндра. В связи с тем, что применявшиеся для этой цели пластинчатые клапаны с пружиной или разрывные чугунные диски малой толщины

оказались недостаточно надежными в эксплуатации, в настоящее время применяют чаще всего предохранительные клапаны мгновенного действия

(рис. 14).

Рис. 14. Предохранительный клапан мгновенного действия.

1 - крышка корпуса; 2 - отверстия для подвода воздушной линии; 3 - корпус клапана; 4 - клапан; 5 - отсечные окна; 6 - разгрузочные окна; а, б - посадочные фаски клапана; А - камера; Б - поверхность сопри-

косновения с контролируемой средой.

210