книги из ГПНТБ / Помухин, В. П. Дизельные установки, механизмы и оборудование промысловых судов

валов двигателей с разным числом цилиндров из одинаковых деталей'— щек и шеек. Типы составных колен показаны на рис. 29.

Рамовые и мотылевые шейки по соображениям унификации иногда выполняют одинакового диаметра, равного 0,6—0,8 диаметра ци­ линдровой втулки или поршня. Как правило, для уменьшения массы вращающихся частей и размеров нижней головки шатуна диаметр мотылевых шеек принимают на 5— 15% меньше диаметра рамовых шеек.

Валы малооборотных двигателей изготовляют из углеродистых сталей 35, 40, 45, 50, 34Г2 и 45Г2, валы высокооборотных двигате­ лей— из легированных сталей 18ХНВА, 18ХНМА, ЗОХМА и др.

д-д

Основными способами производства валов являются ковка и штам­ повка. Стальное литье применяют для небольших валов и шеек крупных составных валов. В настоящее время выпускают чугунные литые валы для двигателей средней иотносительно большой мощности. Применение валов, выполненных из модифицированных чугунов методом литья, позволяет при сохранении общей прочности значи­ тельно снизить массу и повысить износостойкость шеек.

Для уменьшения степени неравномерности вращения коленча­ того вала на его утолщенной части или на специальном фланце уста­ навливается маховик. Маховики изготовляют сплошными или со­ ставными, чаще всего методом литья из чугуна, реже из стали. Обод маховика используется для присоединения валоповоротного устрой­ ства, привода стартера и ряда других устройств. Для этого на внеш­ ней стороне обода предусматривается зубчатый венец.

Механизм газораспределения осуществляет наполнение цилин­ дров свежим зарядом воздуха и выпуск отработавших газов. В четы­ рехтактных двигателях он состоит из привода распределительного вала (распределительных шестерен, цепного или валикового привода), механизма привода клапанов (распределительного вала, кулачкавых шайб, толкателей, штанг, рычагов) и клапанного механизме). Схема газораспределительного механизма четырехтактного двига­ теля приведена на рис, 30. Фазы распределения, т. е. моменты откры­

52

тия и закрытия клапанов, определяются профилями кулачковых шайб.

В отличие от четырехтактных большинство конструкций двух­ тактных двигателей клапанного механизма не имеют. Через выпускные, впускные и продувочные окна, расположенные на втулке цилиндра, выпускаются газы и поступает свежий заряд воздуха. Открытие и за­ крытие окон производится поршнем. Такая особенность газораспреде­ ления двухтактных двигателей имеет свои преимущества, так как отсутствие привода клапанов и про­ стота конструкции облегчает обслу­ живание. Основным недостатком бесклапанного газораспределения является ухудшение процессов газо­ обмена вследствие недостаточной очистки цилиндров от остаточных газов.

В настоящее время применяют различные схемы продувок цилинд­ ров. Общими требованиями, предъ­ являемыми к ним, являются обеспе­

расположению окон различают контурные продувки поперечные, петлеобразные и круговые.

При прямоточной продувке поток продувочного воздуха движется в одном направлении. Так как путь, проходимый воздухом в дан­ ном случае, примерно в два раза короче, чем при контурной про­ дувке, то соответственно при равной скорости движения поршня улучшается очистка цилиндров.

Прямоточные продувки являются более совершенными, но и более сложными. Продувки этого типа применяются в малооборот­ ных, многооборотных и форсированных двигателях. Различные типы продувок двухтактных двигателей приведены на рис. 31.

Прямоточные продувки подразделяют на прямоточно-щелевые и прямоточно-клапанные. Прямоточно-щелевая продувка (рис. 31, и) применяется в двигателях с противоположно движущимися (расхо-

53

Рис. 31. Типы продувок: а, б — поперечные (поперечно-щелевые); в — петлевая (петлеобразная); г — круговая; д, е, ж — смешан­ ные; з — прямоточно-клапанно-щелевая; и — прямоточно-щелевая.

54

дящимися) поршнями. Выпускные окна расположены равномерно по окружности. Такое расположение окон упрощает конструкцию и уменьшает сопротивление потоку газов.

Прямоточно-клапанная, или прямоточно-клапанно-щелевая, продувка, впервые разработанная на заводе «Русский дизель»

в1906 г., является одной из наиболее эффективных. Характерная

ееособенность заключается в наличии продувочных (впускных) окон, расположенных по всей окружности цилиндра, и выпускных клапанов в крышке цилиндра. Продувочный воздух поступает через окна, размещаемые, как правило, тангенциально, и, двигаясь вверх, вытесняет продукты сгорания через открытые выпускные клапаны. Перемешивания воздуха с газами почти не происходит, в результате чего достигается хорошая очистка цилиндров. Выпуск газов через клапаны упрощает установку фаз газораспределения. Основные элементы привода выпускных клапанов такие же, как и у четырех­ тактных двигателей.

Системы и способы наддува дизелей. Мощность двигателя опре­

деляется формулой

Ne = KizD2stipe или Ne = KizD2cmpe,

быть достигнуто за счет увеличения i, D, ст, п, s и ре. Следует отме­ тить, что основные способы повышения мощности практически уже использованы и в отдельных случаях достигнуты оптимальные или близкие к ним значения. При этом нельзя забывать, что повышение значения какого-либо одного или нескольких входящих в выражение членов неизбежно ведет к ухудшению значения других. Например, увеличение числа цилиндров, достигающего в однорядных двига­ телях 12, в V-образных 24, а в звездообразных и более 24, и хода поршня, составляющего в некоторых тихоходных моделях 1800 мм, приводит к росту габарита двигателей, увеличение частоты враще­ ния и скорости поршня — к снижению моторесурса, увеличение диаметра цилиндра *— к ухудшению условий охлаждения и т. д.

Наиболее эффективным и распространенным способом повыше­ ния мощности является увеличение среднего эффективного давле­ ния ре. Мощность в этом случае повышается за счет увеличения массо­ вого заряда воздуха, подаваемого в цилиндр. Такой способ назы­ вается наддувом двигателя.

Повышение степени наддува позволяет без изменения основных конструктивных элементов двигателя увеличить количество сжига­

55

емого В цилиндре топлива, а следовательно, повысить давление газов на поршень и среднее эффективное давление ре.

Основными способами увеличения массового заряда воздуха являются следующие:

1.Дозарядка, осуществляемая за счет использования инерции столба отработавших газов путем увеличения угла перекрытия впускных и выпускных клапанов и изменения конфигурации вса­ сывающих и выпускных трактов (у четырехтактных двигателей) или путем более позднего закрытия продувочных окон (у двухтакт­ ных двигателей). Дозарядка позволяет повысить мощность на 5—8 %.

2.Частичный наддув, который заключается в том, что помимо нормального заряда, поступающего из окружающей среды в цилин­ дры двигателя, на определенной части хода поршня с помощью спе­

циального нагнетателя вводится воздух повышенного давления р = 127-457 кПа (1,3-4,6 кгс/см2). Повышение мощности в этом случае составляет 20—30 %.

3. Полный (или высокий) наддув, осуществляемый только за счет подачи в цилиндры двигателя воздуха повышенного давления, поступающего из особого наддувочного агрегата. Давление воздуха . достигает 250—300 кПа (2,5—3 кгс/см2), а мощность повышается в 2—3 раза.

Способы осуществления наддува в судовых двигателях довольно разнообразны и зависят от типа, назначения и конструкции двига­ телей. В зависимости от методов подготовки воздуха различают три способа наддува:

1. Инерционный, при котором используется энергия столба воздуха во впускном трубопроводе специальной формы. В этом случае применение специальных нагнетателей не требуется. Способ простой, но относительно малоэффективный и в настоящее время мало используется.

2. Механический, при котором сжатый воздух поступает от нагне­ тателя, приводимого в движение от коленчатого вала двигателя. Нагнетатели представляют собой воздушные насосы поршневого, ротативного или центробежного типа и обеспечивают давление пода­ ваемого воздуха до 160— 170 кПа (1,6—1,7 кгс/см2). Общее повышение мощности достигает 20—30%. Этот способ применяется в двух- и четырехтактных двигателях относительно небольшой мощности. Его основными недостатками являются сравнительно большой (до 10%

иболее) отбор мощности на привод нагнетателя, что снижает общий к. п. д., а также относительная сложность конструкции.

Схема четырехтактного дизеля с механическим наддувом пока­ зана на рис. 32, а.

3.Газотурбинный, при котором сжатый воздух подается нагне­ тателем, приводимым в движение газовой турбиной (ГТ), исполь­ зующей отработавшие га'зы двигателя.

Способ газотурбинного наддува является наиболее эффективным

ив последнее время находит широкое распространение. Давление воздуха, создаваемое газотурбонагнетателем, находится в тех же пределах, однако затраты мощности на его привод несколько меньше

56

и составляют 7— 10% при общем увеличении мощности двигателя за счет наддува до 50%.

Схема четырехтактного двигателя с газотурбинным наддувом по­ казана на рис. 32, б.

При газотурбинном наддуве отработавшие в двигателе газы через выпускные клапаны 4 и трубы 5 поступают в газовую турбину 6 и приводят ее во вращение. Газовая Трубина приводит в действие центробежный нагнетатель 1, который засасывает воздух из окру­

зора воздух идет в нагнетательный канал и наддувочный кол­ лектор двигателя.

Нагнетатели при газотурбинном наддуве выполняются, как правило, центробежного типа с окружными скоростями крыль­ чатки до 300—350 м/с. Нагнетатели изготовляют одноступенчатого, редко двухступенчатого типа. Частота вращения и мощность тур­ бины зависят от нагрузки двигателя и регулируются только сте­ пенью использования энергии выпускных газов.

Применение наддува не влияет на характер рабочего процесса двигателя, но позволяет увеличить мощность, развиваемую двига­ телем. Это видно из рис. 34, на котором показаны индикаторные диа­ граммы двигателя при различных степенях наддува (1, 2, 3).

В последнее время появилось много конструкций двигателей с элементами комбинированного наддува. При комбинированном спо­ собе наддува, одновременно используются принципы механического и газотурбинного наддувов. Этот способ применяется, в частности, во многих конструкциях четырехтактных двигателей, когда газовая турбина развивает избыточную мощность, которая передается на

57

коленчатый вал механическим приводом, и в двухтактных — при недостаточной мощности газовой турбины и установке дополнитель­ ных нагнетателей с механическим приводом.

Особенности наддува двухтактных дизелей определяются их конструкцией — отсутствием вспомогательных тактов очистки и наполнения цилиндров, в результате чего повышается расход воз-

Рис. 33. Газотурбонагнетатель дизеля Д-50.

/ — корпус; 2 — подшипник; 3 — вал турбонагнетателя; 4 — сопловый

духа на продувку и возрастает мощность компрессора. При снижении непроизводительных потерь мощности в двухтактных двигателях первостепенное значение имеет эффективное использование энергии выпускных газов.

В настоящее время наддув двухтактных двигателей осуществля­ ется по одной из трех основных схем, приведенных на рис. 35.

Схема / представляет собой обычный газотурбинный наддув и применяется в двигателях различных типов. Если на лопатках турбины используется кинетическая энергия газового потока импульса выпуска, то наддув называется импульсным. Он применя­

58

ется чаще всего в двухтактных малооборотных двигателях, умеренно форсированных, в форсированных двигателях чаще используется система постоянного давления.

Схема I I характеризуется тем, что воздух последовательно сжи­ мается в турбокомпрессоре и приводном нагнетателе. Этот способ

(насосьГ), которые по конструкции делятся на поршневые, ротор­ ные и центробежные.

Принцип действия продувочного насоса роторного типа показан на рис. 36. Воздух поступает в корпус 6 по патрубку 7 и перегоняется

53

ния, отстойники и фильтры. Схема топливной системы приведена на рис. 37.

Назначением топливных систем является обеспечение надежного

ибезопасного хранения необходимого запаса топлива, его очистка

иподготовка, своевременная подача необходимых для работы ци­ линдров доз топлива.

Топливоперекачивающие насосы устанавливаются на топливных магистралях и служат для перекачивания топлива по отсекам (тан­ кам) и наполнения расходных цистерн. В качестве топливных насосов

1 — резервный ручной насос; 2 — основной насос; 3 — топливная цистерна; 4 — приемная труба; 5 — приемный патрубок; 6 — переливная труба; 7 — расходная цистерна; 8 — мер­ ные стекла; 9 — сливной кран; 10 — фильтры грубой очистки; 11 — топливоподкачивающий насос; 12, 16 — фильтры тонкой очистки; 13 — топливные насосы высокого давления; 14 — трубопровод отвода лишнего топлива; 15 — трубопровод высокого давления; 17 — форсунка; 18 — трубопровод отвода топлива; 19 — сточная цистерна; 20 — предохранительный клапан;

21 — сепаратор.

используются центробежные, плунжерные, шестеренные, винтовые, не отличающиеся по конструкции от насосов обычного назначения.

Топливоподающие насосы, или топливные насосы высокого давления, являются важнейшим элементом топливной системы, обеспечивающим дозировку и подачу топлива в цилиндры двига­ теля в соответствующие моменты рабочего цикла.

В зависимости от конструкции и величины двигателя исполь­ зуют индивидуальные, т. е. отдельные для каждого цилиндра, общие на группу цилиндров или на все цилиндры топливные насосы. Насосы высокооборотных дизелей выполняют, как правило, общими в одном корпусе с числом плунжеров, равным числу цилиндров. Такие на­ сосы называются многоплунжерными.

Изменение дозировки количества подаваемого в цилиндр топлива достигается изменением начала или конца подачи или одновремен­ ным изменением начала и конца подачи.

Это достигается изменением хода плунжера — в насосах с пере­ менным ходом плунжера или с помощью дополнительных устройств,

60

входящих в конструкцию насоса, — в насосах с постоянным ходом плунжера.

Схема топливного насоса с постоянным ходом плунжера приведена на рис. 38. Примером конструкции с регулированием начала подачи

61