книги из ГПНТБ / Соловьев Е.М. Судовые энергетические установки, вспомогательные и промысловые механизмы учеб. пособие

Зубчатые рейки 9 всех насосов связаны с постом управления двигателем. Их перемещение вызывает поворот зубчатого венца с поворотной втулкой, а следовательно, и поворот плунжера каж­ дого насоса.

Для впрыска топлива в цилиндр в распыленном виде служат ф о р с у н к и . Форсунка (рис. 49, в) состоит из корпуса 4, к нижней части которого нажимной гайкой 3 притягивается распылитель 1 с иглой 2. Иглу прижимает к гнезду сильная пружина 6, усилие которой передается через толкатель 5. Топливо, подводимое от насоса, через плунжер 9 по вертикальному каналу 10 в корпусе поступает в полость б распылителя под иглой. Давление топлива на коническую поверхность иглы создает силу, направленную вверх. Когда насос создает достаточно большое давление, оно пре­ одолевает усилие пружины и поднимает иглу. При этом топливо, проходя через сопловое отверстие а, с большой скоростью впрыски­ вается в камеру сгорания. В момент отсечки топлива давление в на­ гнетательном трубопроводе и в канале 10 резко падает, и игла под действием пружины 6 садится на седло.

Давление начала впрыска регулируют изменением натяжения пружины, для чего служит регулировочный болт 8, фиксируемый контргайкой 7.

Регуляторы частоты вращения. В тихую погоду судно дви­ жется с постоянной скоростью, которая обеспечивается постоянной частотой вращения гребного винта. В этом случае вся мощность, вырабатываемая главным двигателем и поступающая на гребной винт, расходуется на преодоление постоянных сил сопротивления движению судна. Практически же силы сопротивления при дви­ жении судна на воде часто меняются под воздействием ряда фак­ торов (волнения, ветра, мелководья, оголения винта и т. п.). Вслед­ ствие этого при движении судна постоянно наблюдается нару­ шение равенства между мощностью, вырабатываемой главным двигателем, и силами сопротивления. Например, при резком умень­ шении нагрузки на винт (попутная волна, оголение винта) двигатель должен был бы резко увеличить частоту вращения, так как избы­ точная мощность, которая раньше затрачивалась на вращение гребного винта в воде, была бы израсходована на ускорение вра­ щающихся деталей. И наоборот, при значительном увеличении на­ грузки на винт (встречный ветер) частота вращения двигателя должна была бы уменьшиться. Скачкообразное изменение частоты вращения дизеля отрицательно сказалось бы на его работе, а так­ же на работе связанных с ним навешенных механизмов и машин.

Следовательно, главные судовые двигатели необходимо обору­ довать специальными устройствами, не допускающими чрезмер­ ного увеличения частоты вращения двигателя в случае неожидан­ ного резкого уменьшения нагрузки и позволяющими поддерживать постоянную частоту вращения двигателя независимо от тех изме­ нений нагрузки, которые испытывает гребной винт. Таким устрой­ ством является регулятор. Все современные судовые дизели снаб­ жены регуляторами.

90

При увеличении частоты вращения коленчатого вала сверх оп­ ределенного предела регуляторы автоматически (независимо от поста управления) воздействуют на топливные насосы и выклю­ чают или снижают подачу топлива. Когда нагрузка на винт резко возрастает и частота вращения двигателя падает, регулятор ав­ томатически увеличивает подачу топлива до такого значения, ко­ торое восстанавливает частоту вращения до первоначальной, т. е. заданной с поста управления.

Регуляторы двигателя, ограничивающие максимальную частоту вращения, называются п р е д е л ь н ы м и .

Регуляторы частоты вращения, которые автоматически под­ держивают любой скоростной режим, заданный с поста управле­ ния двигателем, в интервале «малый ход» — «полный ход», назы­ ваются в с е р е ж и м н ы м и .

Подавляющее большинство регуляторов, устанавливаемых на судовых двигателях,— центробежные.

Схема предельного центробежного регулятора представлена на рис. 50, а. Вал регулятора с крестовиной 9 приводится во враще­ ние через передачу от коленчатого вала двигателя. На кресто­ вине на осях закреплены грузы 8, выполненные в виде угловых ры­ чагов. Грузы опираются на муфту 10, нагруженную пружиной 7. При повышении частоты вращения сверх установленной грузы под действием центробежной силы расходятся, угловые рычаги пово­ рачиваются вокруг своих осей и, преодолевая сопротивление пружины, поднимают муфту регулятора 10. Муфта регулятора поворачивает рычаг 6, который левым концом надавливает на пружинную связь 2 и передвигает ее влево. Пружинная связь, пе­ ремещаясь влево, через рычаг 4 действует на регулирующий орган топливного насоса 3 (зубчатую рейку), который уменьшает по­ дачу топлива.

В результате уменьшения подачи топлива двигатель снижает частоту вращения и центробежная сила грузов уменьшается. Пру­ жина регулятора 7 опускает муфту 10. Рычаг 6 перестает воздей­ ствовать на пружинную связь, пружина 5 возвращает пружинную связь в первоначальное положение. Регулирующий орган насоса увеличивает цикловую подачу топлива.

Таким образом, предельный регулятор автоматически включа­ ется в действие только тогда, когда частота вращения коленчатого вала двигателя превышает предельно допускаемую, установлен­ ную заводом-изготовителем; другими словами, предельный регуля­ тор предохраняет двигатель от «разноса».

В зоне номинальной частоты вращения предельный регулятор не работает. Малый, средний и полный ходы обеспечиваются по­ воротом рукоятки 1, которая через тягу 11 и пружинную связь 2 непосредственно воздействует на регулирующие органы топлив­ ных насосов.

Большинство главных двигателей промысловых судов оборудо­ вано всережимными регуляторами. При наличии всережимного регулятора с поста управления воздействуют непосредственно на

91

него (изменяют натяжение пружины), а регулятор в свою очередь перемещает регулирующие органы топливных насосов. Устройство всережимного регулятора (рис. 50,6) аналогично устройству пре­ дельного. Топливные насосы рычагами 3 связаны с соединитель-

Стоп I Подача

Рис. 50. Схемы регуляторов частоты вращения дизеля: а — предельного; б— всережимного.

ной тягой 2, которая концами шарнирно соединена с подвеской 1 и с левым плечом углового рычага 5, другое плечо углового ры­ чага тягой 6 связано с рычагом 7 регулятора. Рычаг 8 тягой 10 соединен с рукояткой управления 11. Регулятор получает вращение от коленчатого вала через коническую передачу 12.

На любом режиме работы устанавливается равновесие между центробежной силой грузов и натяжением пружины 9. Пружина

92

регулятора стремится поставить топливные насосы в положение наибольшей подачи, а центробежные силы грузов препятствуют этому.

Работа регулятора при увеличении частоты вращения сверх номинальной аналогична работе предельного регулятора. Чтобы изменить частоту вращения двигателя с поста управления (дать малый или полный ход), необходимо рукояткой 11 изменить натя­ жение пружины. Для увеличения частоты вращения двигателя ру­ коятку 11 поворотом по часовой стрелке устанавливают в новое положение. При этом пружина регулятора сжимается и несколько опускается, что приводит к сближению грузов и установке топлив­ ных насосов на увеличенную подачу топлива. Последнее вызывает повышение частоты вращения дизеля. Для уменьшения частоты вращения дизеля поворотом рукоятки 11 против часовой стрелки ослабляют натяжение пружины 9. В результате центробежная сила грузов оказывается больше силы натяжения пружины, грузы расходятся, устанавливая топливные насосы на уменьшенную по­ дачу топлива; частота вращения дизеля снижается.

Система охлаждения. Система охлаждения предназначена для отвода теплоты от деталей двигателя, испытывающих действие вы­ соких температур, которые возникают при сгорании топлива, а также в результате трения движущихся частей.

Чтобы предохранить детали от перегревания, которое может вызвать заедание трущихся поверхностей и их повреждение, необ­ ходимо отводить часть теплоты. Отвод теплоты от нагретых дета­ лей двигателя приводит к потере тепловой энергии, однако он не­ обходим для того, чтобы обеспечить работу двигателя. Количество этой вынужденной потери теплоты, которая уносится с охлаждаю­ щей водой, в среднем составляет около 30% всей теплоты, выде­ лившейся при сгорании топлива.

Водой охлаждаются втулки и крышки цилиндров, выпускные коллекторы (у дизелей без наддува), корпусы газотурбонагнета­ телей. В систему охлаждения включают также холодильники для охлаждения смазочного масла и наддувочного воздуха. Кроме того, двигатели большой мощности имеют автономные системы охлаждения поршней и форсунок, причем поршни чаще всего ох­ лаждаются маслом, а форсунки — топливом.

В судовых двигателях внутреннего сгорания применяют две системы водяного охлаждения: проточную и замкнутую.

При п р о т о ч н о й с и с т е м е вода поступает из-за борта в кингстоны и проходит через фильтры к насосу охлаждения, который прокачивает ее через полости охлаждаемых деталей дви­ гателя, откуда она сливается за борт. Проточная система охлажде­ ния проста и удобна в обслуживании, но вызывает ряд существен­ ных осложнений: разъедание и засорение зарубашечного прост­ ранства, невозможность поддержания наивыгоднейших температур воды на входе и выходе из двигателя и др. В связи с недостат­ ками проточной системы охлаждения во всех современных главных двигателях применяют з а м к н у т у ю с и с т е м у . В этой системе

93

используют пресную воду, непосредственно циркулирующую в ох­ лаждаемых полостях двигателя по замкнутому контуру и в свою очередь охлаждаемую проточной забортной водой в холодильнике.

Схема системы замкнутого охлаждения малооборотного ди­ зеля фирмы Бурмейстер и Вайн показана на рис. 51.

Центробежный насос 2 с электроприводом по трубопроводу И отсасывает пресную воду из двигателя и нагнетает ее в водяной холодильник 3. Из холодильника охлажденная вода по трубопро-

Рис. 51. Схема системы охлаждения малооборотного дизеля.

воду 1 поступает в зарубашечное пространство блока, охлаждает цилиндровые втулки и по обводным патрубкам 12 поступает в зарубашечные полости крышек цилиндров. Из них вода поступает в охлаждающие полости корпусов выпускных клапанов, откуда по

бак 7, соединенный с системой охлаждения трубой 10. Он служит для создания подпора в системе, а также для пополнения воды в случае ее утечки.

Пресная вода в холодильнике 3 охлаждается забортной водой, которая по трубопроводам 4 прокачивается автономным насосом. Заданная постоянная температура воды в системе поддержива­ ется автоматическим терморегулятором 5. Терморегулятор — это клапан, который в зависимости от своего положения пропускает

94

воду в холодильник или мимо него, либо частично в обоих на­ правлениях. Положением клапана управляет чувствительный эле­ мент— термобаллон 6, который представляет собой небольшой со­

к трущимся деталям двигателя. У судовых двигателей в основном

Рис. 52. Схема системы смазки дизеля.

используется циркуляционная система смазки. При этой системе масло прокачивается насосом через все подшипники и узловые сочленения, затем оно стекает в картерное пространство, а оттуда вновь подается к узлам трения.

Втулки цилиндров, поршни, а иногда и поршневые пальцы в небольших двигателях смазываются разбрызгиванием, т. е. тем маслом, которое вытекает из зазоров рамовых и мотылевых под­ шипников и разбрызгивается вращающимися кривошипами в кар­ тере. В двигателях средних и больших мощностей втулки и пор­ шни смазываются принудительно маслом, подаваемым под высоким давлением от специальных многоплунжерных насосовлубрикаторов.

95

Схема циркуляционной смазки двигателя средней мощности приведена на рис. 52. Масло, стекающее из кольцевых зазоров подшипников и поршней, собирается в картере 1 двигателя, от­ куда самотеком попадает в циркуляционную цистерну 2. Из нее горячее и загрязненное масло засасывается навешенным шесте­ ренным насосом 4 и подается через кран 5 и сдвоенные фильт­ ры 6 в масляный холодильник 7. Фильтры служат для очистки масла от примесей, а холодильник — для охлаждения масла, на­ гревшегося при смазке трущихся поверхностей. Из холодильника, который охлаждается водой, масло поступает к центральному рас­ пределительному трубопроводу 10 с ответвлениями 12. По ответ­ влениям масло подводится к рамовым подшипникам, откуда по сверлениям в коленчатом вале 11 — к мотылевым подшипникам и далее по сверлениям в шатунах — к поршневым пальцам. От рас­ пределительного трубопровода посредством специального трубо­ провода 8 масло подается к подшипникам распределительного вала 9.

После смазки трущихся деталей масло стекает в картер.

Для прокачивания масла через систему перед пуском двига­ теля предусмотрен ручной поршневой насос 3. Постоянство давле­ ния в системе во время работы двигателя обеспечивается редук­ ционным клапаном 13, который при повышении давления пере­ пускает часть масла из магистрали в картер.

Пусковое устройство. Для пуска двигателя внутреннего сгора­ ния необходимо провернуть коленчатый вал, чтобы поршни, пере­ мещаясь, обеспечивали наполнение и сжатие воздуха в цилиндрах, т. е. чтобы были созданы условия для первых вспышек. Для прово­ рачивания коленчатого вала от какого-то внешнего источника энер­ гии двигатели оборудуют специальными пусковыми устройствами. Двигатели малой мощности могут запускаться вручную пусковой рукояткой или стартером, который представляет собой электро­ двигатель, работающий от аккумуляторной батареи. На оси элек­ тродвигателя установлена шестерня, которая в период пуска вхо­ дит в зацепление с зубчатым венцом маховика.

Большинство судовых дизелей оборудовано устройствами для запуска двигателя сжатым воздухом. Воздух, подаваемый в си­ стему пуска, сжимается в компрессорах — воздушных насосах пор­ шневого типа. Компрессоры имеют привод от главного двигателя или автономный привод от электродвигателя.

Воздух, сжатый в компрессоре, хранится в цилиндрических стальных баллонах. Обычно для запуска судовых дизелей воздух сжимают до'давления 2—3 МПа (20—30 кгс/см2). Общую емкость баллонов рассчитывают так, чтобы запас воздуха в них был до­ статочен для двенадцати последовательных пусков и реверсов хо­ лодного двигателя.

Пусковой воздух попадает в цилиндры двигателя во время пуска через пусковые клапаны, установленные на крышках ци­ линдров. Двигатели большой и средней мощности снабжены пус­ ковыми клапанами с пневматическим управлением. Открываются

96

такие клапаны сжатым воздухом, который подается к ним от ин­ дивидуальных распределительных золотников или воздухораспре­ делителей.

Вспомогательные двигатели малой мощности имеют автомати­ чески открывающиеся пусковые клапаны, которые служат в ос­ новном для разобщения полостей цилиндров с пусковой системой. Распределение воздуха по цилиндрам и своевременная его подача осуществляются в этом случае воздухораспределителем. Пусковой воздух в цилиндр должен подаваться в строго определенный мо­ мент, т. е. тогда, когда поршень, перейдя в. м. т., находится еще

Рис. 53. Схема пускового устройства дизеля сжатым воздухом.

вблизи от нее и продолжает поступать в цилиндр на протяжении всего рабочего хода.

Следует помнить, что четырехтактные двигатели с числом ци­ линдров менее шести и двухтактные с числом цилиндров менее че­ тырех не могут запускаться сжатым воздухом из любого положе­ ния. Перед пуском их следует проворачивать для установки од­ ного из кривошипов в пусковое положение (по метке на маховике).

Пусковое устройство главного дизеля сжатым воздухом схема­ тически изображено на рис. 53. В крышке каждого цилиндра уста­ новлен пусковой клапан 1; каждый клапан управляется своим пусковым золотником 13. Золотники приводятся в движение кулач­ ками 14, установленными на распределительном валу 12. Для разобщения пусковой системы с баллоном сжатого воздуха 15 пре­ дусмотрен маневровый клапан 3. Управление маневровым клапа­ ном осуществляется маневровым золотником 5, на который воз­ действуют пусковой рукояткой 4.

Во время пуска двигателя открывают баллон, и пусковую ру­ коятку устанавливают в положение «Пуск» (как показано на схеме). Маневровый золотник занимает верхнее положение и

стравливает воздух из полости под конусом маневрового клапана.

и оттуда — ко всем пусковым клапанам 1, а по трубопроводам 8 — ко всем пусковым золотникам 13. Даже когда воздух подойдет к пусковым клапанам, они остаются закрытыми. Силой своего дав­ ления воздух открыть клапан не может, так как этому препятст­ вуют пружина 7 и давление самого воздуха, которое действует снизу на поршенек 6, насаженный на шток клапана. Наоборот, воз­ дух будет прижимать тарелку клапана к гнезду, так как площадь поршенька больше площади тарелки клапана. Поступая к золот­ никам, воздух стремится отжать их вниз, но этому препятствуют кулачки 14; только у одного цилиндра кулачок не будет препятст­ вовать движению золотника (как показано на схеме). Золотник, опустившись, соединит трубопровод 8 с трубопроводом 10, в ре­ зультате чего сжатый воздух будет давить на поршень 6, и пуско­ вой клапан, преодолев сопротивление пружины, откроется.

Воздух из главной магистрали через открытый пусковой кла­ пан поступает в цилиндр и давит на поршень; коленчатый вал на­ чинает вращаться. Вращается также распределительный вал; те­ перь кулачок другого цилиндра дает возможность золотнику опу­ ститься и открывается следующий пусковой клапан. Кулачок первого цилиндра, поворачиваясь, поставит золотник в верхнее положение, в результате чего соединятся трубопроводы 10 и 11. Воздух из полости над поршеньком 6 стравится в атмосферу и пусковой клапан закроется. В результате поочередной подачи воз­ духа в цилиндры коленчатый вал раскручивается до частоты вра­ щения, примерно равной 7з номинальной. В этот момент пусковую рукоятку ставят в положение «Работа». При этом в цилиндры по­ дается топливо, маневровый клапан закрывается, пусковое уст­ ройство прекращает действие и двигатель начинает работать на топливе.

Для пополнения баллонов сжатым воздухом предусмотрен компрессор 16 с электроприводом.

Реверсивное устройство. Для осуществления переднего и зад­ него хода судна необходимо изменять направление вращения греб­ ного винта с помощью реверсивных устройств. Это можно сделать различными способами:

—изменением направления вращения коленчатого вала двига­ теля (реверсивные двигатели);

—изменением направления вращения гребного вала ревер­ сивной передачей (реверсивные муфты, реверсредукторы);

—поворотом лопастей винта с помощью специального при­

вода.

Главные судовые двигатели мощностью 300 э. л. с. и более де­ лают реверсивными.

Чтобы коленчатый вал двигателя вращался в обратную сто­ рону, необходимо изменить моменты подачи топлива в цилиндры, моменты подачи пускового воздуха, а для четырехтактных двига-

98