книги из ГПНТБ / Королев Н.И. Эксплуатация судовых дизелей

на положение «Назад», определяют моменты открытия и закрытия пусковых клапанов для заднего хода.

Полученные результаты не должны отличаться от рекомендо­ ванных заводом-строителем более чем на ±3°.

Способы проверки зазоров между роликами и кулачными шайбами, их рекомендованные значения, а также проверка рас­ пределительных валов и их приводов приведены в главе III.

§2 2 . СИСТЕМЫ ПРОДУВКИ И НАДДУВА

Взависимости от характера движения потока воздуха системы продувки дизелей подразделяют на контурные п прямоточные.

По взаимному расположению продувочных и выпускных окон в цилиндре и наличию дополнительных устройств в схемах кон­ турные продувки разделяют на: поперечные бесклапанные, попе­ речные с автоматическими клапанами у продувочных окон, петле­ вые бесклапанные, петлевые бесклапанные с заслонкой у выпуск­ ных окон.

В п о п е р е ч н о й б е с к л а п а н н о й п р о д у в к е («Русский дизель», «Зульцер») выпускные клапаны находятся выше проду­ вочных, расположены они друг против друга (рис. 67, а). При хо­ де поршня вниз поршень сначала открывает выпускные окна, а затем продувочные. Продувочный воздух направляется вверх, затем поворачивает вниз, выталкивая отработавшие газы в про­ дувочные окна. При ходе поршня вверх происходит потеря заряда воздуха от момента закрытия продувочных окон до момента за­ крытия выпускных окон, что является недостатком системы.

Для увеличения заряда воздуха поперечную бесклапанную си­

137

ческих клапанов предотвращается заброс газов в ресивер проду­ вочного воздуха и обеспечивается (при закрытии выпускных окон) дозарядка цилиндра за счет динамического подпора. Эту систему применяют в дизелях «Зульцер» (SD-72, TD-56), «Фиат», «Нахаб-Поляр» и др.

П о п е р е ч н а я б е с к л а п а н н а я п р о д у в к а с з а с л о н ­

ходящихся против выпускных, предусмотрен ряд дополнительных окон, расположенных под выпускными. Дополнительный ряд уве­ личивает общее сечение продувочных окон без увеличения их вы­ соты, что уменьшает долю потерянного хода поршня. Для избе­ жания потери заряда воздуха после того, как поршень закроет основные продувочные окна, выпускные окна перекрываются за­ слонкой. В первых моделях дизелей заслонки имеют качательное движение от индивидуального привода, в последующих — вра­ щательное движение от общего привода. Заслонки изготовляют из набора стальных пластин.

продувочные. Воздух направляется к днищу поршня, поднимается, описывает петлю и направляется к выпускным окнам, вытесняя отработавшие газы. Вследствие расположения выпускных окон над продувочными снижается расход воздуха на продувку, одна­ ко это приводит к значительной потере полезного хода поршня и заряда цилиндра воздухом.

В дизелях без наддува для уменьшения потери заряда уста­ навливают заслонки (вращающиеся золотники), которые закрыва­ ют выпускные окна после того, как поршень перекроет продувоч­ ные окна. В дизелях с наддувом золотники не устанавливают, так

вдоль оси цилиндра и только в одном направлении: снизу вверх или сверху вниз. При прямоточных продувках расходуется на 10— 20% меньше продувочного воздуха, чем при контурных.

Прямоточные продувки могут быть двух вариантов: клапанно­ щелевые и щелевые.

П р я м о т о ч н о - к л а п а н н ы е продувки применяют в дизелях «Бурмейстер и Вайн», «Сторк», «Гетаверкен» и некоторых двига­ телях Коломенского завода. Продувочные окна расположены по

«Вольф»). В этих дизелях при движении поршней навстречу один другому в цилиндре происходит сжатие воздуха. При расширении газов поршни расходятся, сначала нижний поршень открывает выпускные окна, а затем верхний поршень — продувочные. Пор-

1 3 8

тень, управляющий открытием выпускных окон, опережает пор­ шень, управляющий открытием продувочных окон, обычно на 5— 10° поворота коленчатого вала.

Большое разнообразие систем продувок, применяемых в судо­ вых дизелях, привело к разработке и внедрению значительного количества различных систем наддува, которые органически взаи­ мосвязаны с продувочными системами дизелей.

Наддувом называют принудительную подачу в цилиндры уве­ личенного весового заряда воздуха для повышения среднего эф­ фективного давления и увеличения мощности дизеля. Форсировку

По конструктивному признаку наддув дизелей разделяется на механический, газотурбинный, комбинированный.

М е х а н и ч е с к и й н а д д у в обеспечивается нагнетателем, при­ водимым от коленчатого вала. Механический нагнетатель потреб­ ляет 7—10% мощности дизеля. В связи с этим механический над­ дув применяют лишь в некоторых дизелях небольшой мощности.

Всудовых малооборотных дизелях используют газотурбинный

икомбинированный наддувы.

При г а з о т у р б и н н о м н а д д у в е воздушный нагнетатель (компрессор) приводится в действие от газовой турбины, работа­ ющей на выпускных газах дизеля. Отсутствие непосредственных затрат мощности дизеля на привод нагнетателя заметно повышает механический к. п. д. и снижает удельный эффективный расход топлива.

Чистый газотурбинный наддув распространен у четырехтакт­ ных, а также у двухтактных дизелей с прямоточной системой про­ дувки («Бурмейстер и Вайи», «Сторк», «Доксфорд» и др.). Это объясняется тем, что в дизелях с прямоточной продувкой из-за сравнительно меньшего избытка воздуха температура выпускных газов выше, чем в дизелях с контурной продувкой. Это позволяет повысить мощность турбины и обеспечить без дополнительного продувочного насоса давление воздуха, необходимое для продув­ ки и наддува.

Системы газотурбинного наддува выполняют с турбинами по­ стоянного или переменного (импульсного) давления.

Турбины постоянного давления (одну или две на-дизель) уста­ навливают на конце общего для всех цилиндров выпускного кол­ лектора, откуда газы подводятся ко всем соплам турбин. Выпуск­

уменьшенным, а сами турбины размещают как можно ближе к ци­ линдрам. На дизель устанавливают 2—3 турбины. В коротком кол­ лекторе сравнительно небольшого сечения давление газов остает­

139

ся переменным. В момент открытия выпускных клапанов давление будет наибольшим, затем оно падает и после открытия впускных органов в выпускном коллекторе будет несколько ниже давления наддувочного воздуха.

У двухтактных дизелей один турбонагнетатель с импульсной турбиной устанавливают на 2, 3 и 4 цилиндра (наиболее высокие степени наддува могут быть получены при работе на одну турби­ ну трех цилиндров дизеля, заклиненных друг относительно друга под углом 120°). Газ подводится к турбинам по отдельным патрубкам от каждого ци­ линдра (иногда по двум патрубкам от каж­ дого цилиндра). Раздельный подвод газа делается для создания в выпускных кол­ лекторах наибольших импульсов давлений.

За счет высоких давлений, а следова­ тельно, температур и скоростей мощность импульсных турбин при наддуве рк = 1,4-*- -*-1,6 кгс/см2 больше мощности турбин по­

^N

коллекторов и др.).

На дизелях «Бурмейстер и Вайи», широко распространенных на судах морского флота, применяют газотурбинный наддув при импульсном подводе газа к турбине. Вначале предполагалось, что при пуске дизеля, оборудованного системой чистого газотурбинно­ го наддува, потребуется подавать продувочный воздух вспомога­ тельным нагнетателем, приводимым в действие электродвигателем. Однако как показал опыт эксплуатации, в этом нет необходимос­ ти. Дизель во время пуска вполне обеспечивается воздухом, по­ даваемым газотурбонагнетателем, а Вспомогательный нагнетатель используется в качестве аварийного. В случае выхода из строя газотурбонагнетателя автономный нагнетатель обеспечивает пода­ чу воздуха, достаточную для работы дизеля с частотой вращения около 60% номинальной.

Схема чистого газотурбинного наддува показана на рис. 68. Воздушный нагнетатель К приводится в действие от газовой тур­ бины Т, использующей энергию выпускных газов дизеля. Сжа­ тый воздух охлаждается в воздухоохладителе ВО, откуда он на­ правляется в воздушный ресивер Р, а затем — к продувочным ок­ нам цилиндра дизеля.

Дизели с контурной продувкой имеют более низкую темпера­ туру выпускных газов вследствие большого избытка воздуха по сравнению с дизелями, оборудованными прямоточно-клапанной

140

продувкой. Поэтому на дизелях с контурной продувкой газотур­ бинный наддув может быть осуществлен лишь при помощи до­

полнительных продувочных насосов, т. е. комбинированный над­ дув.

К о м б и н и р о в а н и ы й н а д д у в представляет собой сочета­ ние газотурбинного н механического способов наддува. В качестве нагнетателей с механическим приводом применяют подпоршневые полости цилиндров дизеля, а также центробежные, ротативные или поршневые насосы.

В зависимости от способа включения подпоршневых поло­ стей или продувочных насосов и газотурбонагнетателей схемы комбинированного наддува разде­ ляют на последовательные, па­ раллельные и последовательно­ параллельные.

Вп о с л е д о в а т е л ь н ы х

сх е м а х первая ступень наддува

образуется газ отурбонагнетателями, дополнительные продувоч­ ные насосы (подпоршневые поло­ сти) используются в качестве вто­ рой ступени наддува. Последова­ тельный наддув применяют в ди­

вия для работы газотурбонагнетателя на всех режимах дизеля. Благодаря второй ступени пусковые и маневровые качества дизе­ ля сохраняются такими же, как и у дизелей без наддува. При выходе из строя газотурбонагнетателя дизель обеспечивают возду­ хом дополнительные продувочные насосы и он развивает 50—70% номинальной мощности.

Недостаток схемы последовательного наддува — необходимость иметь весьма развитую вторую ступень наддува, обеспечивающую работу дизеля на полном ходу с необходимым избытком проду­ вочного воздуха. Это усложняет конструкцию дизеля и увеличи­ вает число дополнительных продувочных насосов.

Схема последовательного наддува дизеля «Зульцер» показана на рис. 69. Выпускные газы, регулируемые заслонкой 3, поступа­ ют в газовую импульсную турбину 2. Нагнетатель 1 подает воз­ дух через охладитель 6 в общий коллектор 5. При ходе поршня вверх через автоматические клапаны воздух из общего ресивера поступает в подпоршневые полости 4. При нисходящем ходе порш­ ня подпоршневые полости, работая как вторая ступень наддува, подают воздух в цилиндр дизеля.

141

Вначале продувка осуществляется воздухом с переменным дав­ лением из отдельного ресивера, а затем — воздухом постоянного давления из общего ресивера, одновременно поступающим в под­ поршневые полости.

В последних моделях дизелей (типа RND) фирма «Зульцер» применила систему наддува с турбинами постоянного давления, что обеспечило независимость основных параметров дизеля от числа цилиндров (при использовании системы наддува с импульс­ ными турбинами невозможно до­ стичь равномерной подачи воз­ духа в цилиндры).

Переход на турбину постоянного давления также позволил уп­ ростить конструкцию выпускного коллектора, поскольку отпала необходимость присоединения отдельных групп цилиндров к тур­ бонагнетателям, число которых удалось уменьшить. Кроме того, дизели типа RND, в отличие от дизелей RD, не имеют вращаю­ щихся заслонок за выпускными окнами каждого цилиндра. Это привело к упрощению конструкции дизеля, но вызвало некоторое увеличение его высоты вследствие более длинного тронка поршня, увеличенного для предотвращения потерь продувочного воздуха в выхлопной коллектор при прохождении поршнем в. м. т.

142

бонагнетателей, для параллельной подачи воздуха используются подпоршневые полости одной трети цилиндров. При пуске и ма­ неврах дополнительно параллельно подключают воздуходувку с приводом от электромотора.

П ри п о с л е д о в а т е л ь н о - п а р а л л е л ь н о й с х е м е н а д ­ д у в а часть дополнительных насосов включают последовательно с газотурбонагнетателями, а часть — параллельно. Эта система рас­ пространена в дизелях МАН (рис. 72).

Рис. 72. Схема параллельно-последовательного наддува дизеля МАН

Подвод газа к турбине осуществляется от общего выпускного коллектора при постоянном давлении. Коллектор продувочного воздуха разделен на две части продольной перегородкой (4 — кол­ лектор первой ступени давления, 5 — второй ступени). На пере­ городке установлены пластинчатые клапаны 3. Газотурбонагнета­ тели 1 подают воздух через холодильник 2 в коллектор 4, откуда при работе дизеля на малой и средней частоте вращения воздух поступает в подпоршневые полости 6, работающие последователь­ но с газотурбонапнетателями.

Сжатый воздух из подпоршневых полостей поступает в коллек­ тор второй ступени 5 и через продувочные окна — в цилиндры ди­ зеля. Две или три подпоршневые полости 8 работают параллельно с газотурбонагнетателем; через клапан 7 они засасывают воздух из атмосферы, сжимают его и нагнетают сразу в коллектор 5.

С повышением частоты вращения дизеля увеличивается коли­ чество газов, поступающих к турбинам, их давление и температу­ ра возрастают. Газотурбонагнетатели увеличивают частоту вра­ щения, количество воздуха, подаваемого ими, возрастает, повыша­ ется его давление. В результате этого в коллекторе 4 открывают­ ся клапаны 3 и воздух от нагнетателя поступает в коллектор 5 и в цилиндры дизеля. После этого подпоршневые полости начинают работать вхолостую. Дизель обеспечивается воздухом, нагнетае­

143

мым газотурбонагнетателями и подпоршневыми полостями 8, ра­ ботающими параллельно с газотурбонагнетателем.

Недостатком рассмотренной системы наддува является то, что в интервале частоты вращения 50—70% номинальной нагнетате­ ли попадают в помпаж. Также замечено, что на режиме полного хода не обеспечивается требуемое давление наддува, что приводит к прогараншо и выходу из строя головок поршней. В результате эксплуатационная мощность дизелей типа K6Z57/80C снижена до 0,8 номинальной.

Исследования дизелей MAH K6Z 57/80С и K6Z 57/80А3 на судах типа «Михаил Каманин» и «Повенец» показали, что варьировани­ ем числа подпоршневых полостей, подключаемых в параллель с турбонагнетателем, и введением в систему дополнительных уст­ ройств, позволяющих переводить подпоршневые полости с последо­ вательного режима на параллельный, можно изменить давление наддува и расход воздуха в широких пределах без ухудшения эко­

номичности дизеля.

Фирма МАН в дизелях последней модели (KZ 105/180) также применила последовательно-параллельную систему наддува с ис­ пользованием турбин постоянного давления. Предварительно сжа­ тый воздух из параллельно соединенных поршневых полостей по­ ступает к газотурбонагнетателю.

Основными неполадками в системах продувки и наддува явля­ ется нарушение моментов газораспределения, отложение кокса на выпускных окнах, потеря плотности или поломка автоматических продувочных клапанов.

§23. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ГАЗОТУРБОНАГНЕТАТЕЛЕЙ [ГТН)

ИИХ ЭКСПЛУАТАЦИЯ

Большинство современных судовых дизелей оборудованы тур­

турбонагнетатели фирм «Бурмейстер и Вайн» (TL680H, TL540H), «Зульцер» (RT-67 и др.), «Броун-Бовери» (VTR-160, VTR-200, VTR-320, VTR-400, VTR-500, VTR-630 и др.), «Непир», отечествен­ ные ГТН типа «Пенза» ТК-30 и др.

На вспомогательных дизелях устанавливают по одному ГТН, на главных — два, три и более.

Все применяемые на судах газотурбонагнетатели состоят из одноступенчатой газовой турбины и воздушного одноступенчатого центробежного нагнетателя (компрессора), установленных на од­

Принципиальное отличие судовых ГТН заключается лишь в типе применяемых подшипников (подшипники качения или под­ шипники скольжения), системе смазки (автономная или общая с

144

дизелем) и системе охлаждения (забортной или пресной водой). В остальном ГТН схожи как по конструкции, так и по обслужи­ ванию.

Газотурбонагнетателн фирм «Бурмейстер и Вайн», «Зульцер» имеют подшипники скольжения, применяются в главных дизелях.

Газотурбонагнетатели фирмы «Броун-Бовери» оборудованы подшипниками качения. Роликовый подшипник установлен со сто­ роны турбины, со стороны нагнетателя установлен опорно-упор-

Рис. 73. Газотурбонагнетатель «Броун-Бовери» типа VTR650:

ный шариковый двухрядный подшипник. Смазывают подшипники навешенными на ротор шестеренчатыми насосами или отдельными электрическими насосами. В первом случае масло заливают в кар­ теры, расположенные на турбинном и компрессорном концах рото­ ра (рис. 73). Из картеров масло забирается насосом и подается на подшипники. Емкость каждого масляного картера составляет

0,8—1,5 л.

Во втором случае масло на подшипники самотеком подается из гравитационной цистерны, установленной на 6—8 м выше тур­ бин, от подшипников масло стекает в свободную цистерну, оттуда

145

Газотурбонагнетатели фирмы «Броун-Бовери» применяют на многих судовых главных и вспомогательных дизелях. ГТН типа VTR-160, VTR-200 используют на вспомогательных дизелях, а

в главных дизелях МАН, «Бурмейстер и Вайи», «Зульцер» и др. При эксплуатации газотурбонагнетателей необходимо регуляр­ но контролировать частоту вращения ротора, давление иаддува, температуру выходящих газов перед турбиной, температуру сма­ зочного масла и охлаждающей воды. Сравнивая показания конт­ рольно-измерительных приборов с рекомендованными, устанавли­ вают состояние газотурбонагнетателей. При ухудшении работы

ГТН определяют причину и принимают меры к ее устранению. Температура масла при нормальной работе ГТН должна на­

ходиться в пределах 50—70° С и не выше 75° С; давление масла —

2,4—2,8 кгс/см2.

Масло в газотурбонагнетателях, имеющих самостоятельную си­ стему смазки, заменяют через 500—600 ч работы (некоторые фир­ мы рекомендуют через 2000 ч).

Система охлаждения газотурбонагнетателя обычно соединена с системой охлаждения дизеля. В связи с этим наблюдение за ней заключается в очистке от накипи водяных рубашек газовой тур­ бины и контроле за температурой и давлением охлаждающей воды.

К понижению частоты вращения ГТН и давления наддувочно­ го воздуха приводят загрязнение воздушных фильтров нагнетате­ лей и защитных решеток у турбин, утечка продувочного воздуха через неплотности в уплотнениях нагнетателя или подшипников, а также повышенное противодавление после турбины.

В процессе эксплуатации газотурбонагнетателя в проточных частях турбины появляются отложения нагара, а на деталях компрессора — масляный налет. Засорение проточных частей так­ же способствует снижению частоты вращения ротора и пониже­ нию давления продувочного воздуха. Чрезмерное отложение нага­ ра на лопатках турбины может вызвать большой дисбаланс рото­ ра, увеличивающий радиальную нагрузку на подшипники и приво­ дящую к их преждевременному выходу из строя. Ненормальный износ подшипников, в свою очередь, может способствовать повреж­ дению лабиринтовых уплотнений.

Чистку ГТН производят через 5000—6000 ч работы. После каж­ дого длительного рейса следует вскрывать смотровые лючки для осмотра ротора и лопаток турбины. При больших скоплениях на­ гара (более 2—3 мм) и наличии механических повреждений про­ изводят внеочередную чистку и ревизию узлов турбонагнетателя. Очистке подвергают рабочее колесо, турбинные лопатки, всю про­ точную часть турбины и нагнетателя.

146