книги из ГПНТБ / Силовые установки и промысловые механизмы маломерных судов рыбной промышленности (с двигателями до 100 л. с.) учеб. пособие

ные турбины, отличающиеся простотой изготовления и высоким к. п. д.

Газовая турбина, располагаемая в конце выпускного коллектора, создает дополнительное сопротивление га­ зам при выпуске, поэтому противодавление в выпускном

Воздух из атмосферы засасывается воздушным наг­ нетателем, затем сжимается и под некоторым давлени­ ем поступает в наддувочный коллектор или ресивер, а оттуда через открытый всасывающий клапан в цилиндр двигателя.

При сжатии воздуха в нагнетателе, температура его повышается, поэтому целесообразно охлаждать воздух перед поступлением в цилиндр. Для этой цели между воздушным нагнетателем и двигателем устанавливают холодильник, где воздух охлаждается забортной водой.

Промежуточное охлаждение воздуха позволяет уве­ личить его количество при наполнении, снизить началь­ ную температуру при сжатии и соответственно умень­ шить температуру во всех остальных характерных точ­ ках рабочего цикла (ГС ) Тг, Тв), а также снизить температуру поверхностей крышки, донышка, поршня и цилиндра.

В двигателях с наддувом для улучшения качества очистки цилиндра от продуктов сгорания применяется продувка камеры сгорания наддувочным воздухом. С этой целью угол перекрытия выпускного и всасываю­ щего клапанов увеличивается до 90—150° поворота ко­ ленчатого вала. При продувке улучшается наполнение цилиндра свежим зарядом воздуха и достигается неко­ торое снижение температуры поверхности камеры сго­ рания за счет отдачи тепла наддувочному воздуху.

Увеличение угла перекрытия клапанов выше опти­ мального для повышения продолжительности процесса продувки с целью лучшего охлаждения камеры сгора­ ния нежелательно, так как это приводит к увеличению расхода наддувочного воздуха- и затрат мощности на привод нагнетателя. Оптимальный угол перекрытия кла­ панов для каждого типа двигателя устанавливается опытным путем на стенде завода при доводке головного двигателя.

20

Кроме того, для улучшения-очистки цилиндра от про­ дуктов сгорания в многоцилиндровых двигателях с газотурбонаддувом выпускной коллектор разделяют на от­ дельные параллельные ветви. При этом исключается возможность перетекания газов из одного цилиндра в момент выпуска в другой, где происходит продувка. Цилиндры объединяют по ветвям в зависимости от при­ нятого порядка их работы. р Например, в шестицилиндровом четырехтактном дви­ гателе с порядком работы цилиндров 1—5—3—6—2—4 выпускной коллектор делит­ ся па две параллельные вет­ ви с, группировкой цилинд­ ров по ветвям 1—2—3 и 4— 5—6. В связи с этим впуск­ ную часть корпуса турбины выполняют (в зависимости от числа цилиндров двигате­ ля) с количеством патруб­ ков, соответствующих числу параллельных ветвей вы­ пускного коллектора.

И н д и к а т о р н а я ди ­ а г р а м м а четырехтактно­ го двигателя с наддувом

(рис. 6) аналогична индикаторной диаграмме двигателя без наддува. Отличие заключается лишь в том, что ли­ ния, изображающая процесс наполнения, располагается выше линии атмосферного давления ро, но несколько ни­ же рк. Уменьшение давления при наполнении цилиндра по сравнению с давлением наддувочного воздуха объяс­ няется влиянием сопротивления воздуховыпускного трак­ та (клапан, патрубок, коллектор и т. д.).

Четырехтактные карбюраторные двигатели

В карбюраторных двигателях при всасывании в ци­ линдр поступает горючая смесь, состоящая из паров лег­ кого топлива и воздуха, которая приготавливается в спе­ циальном устройстве — карбюраторе. Для того чтобы предотвратить самопроизвольное воспламенение горю-

21

к которым подводится электрический ток напряжением

ступает в поплавковую камеру 1. По мере подъема уров­ ня топлива в камере поплавок всплывает и, нажимая на иглу, перекрывает доступ топливу. При снижении уровня топлива поплавок опускается и игольчатый клапан вновь открывается. Таким образом, с помощью поплавка и

.игольчатого клапана в поплавковой камере автоматиче­

венное поступление топлива в поплавковую камеру, ее соединяют с помощью специального отверстия 5 с окру­ жающей средой.

Топливораспыливающее отверстие с основным жик­ лером расположено в наименьшем сечении диффузора. В неработающем двигателе уровень топлива ниже верх­ ней кромки топливораспылителя, поэтому самопроиз­ вольного истечения не происходит. При работе двигате­ ля скорость потока воздуха при всасывании в наимень­ шем сечении диффузора увеличивается, а давление

22

уменьшается. Образовавшийся перепад давлений между поплавковой камерой и диффузором двигателя обеспе­ чивает истечение топлива через топливораспылитель в смесительную камеру. Топливо в смесительной камере перемешивается с воздухом и, частично испаряясь, об­ разует горючую смесь, которая через открытый впуск­ ной клапан поступает в цилиндр двигателя.

Ж и к л е р представляет собой узкое калиброванное отверстие, которое служит дозатором топлива для полу­ чения необходимой горючей смеси. Дроссельная заслон­ ка 7 регулирует количество горючей смеси, поступаю­ щей в цилиндр при изменении режима работы двигате­ ля, т. е. осуществляет количественное регулирование смеси. Воздушная заслонка 5 служит для регулирования количества воздуха, поступающего во всасывающий па­ трубок. Изменяя количество воздуха, можно получить обогащенную или обедненную топливом горючую смесь, т. е. осуществить качественное регулирование ее.

Кроме того, в карбюраторах имеются дополнительные жиклеры и устройства, обеспечивающие качественное приготовление горючей смеси на различных эксплу­ атационных режимах, которые не показаны на принци­ пиальной схеме. Например, с увеличением числа оборо­ тов коленчатого вала возрастает скорость воздуха в пат­ рубке карбюратора, а следовательно, увеличивается и разрежение в диффузоре, поэтому расход топлива через жиклер повышается. Но расход топлива при этом рас­ тет интенсивнее, чем расход воздуха, так как плотность воздуха с увеличением разрежения в диффузоре умень­ шается, а плотность топлива в поплавковой камере, ос­ тается постоянной, поэтому смесь обогащается. С умень­ шением числа оборотов смесь, наоборот, будет обеднять­ ся. Состав горючей смеси в карбюраторных двигателях имеет большое значение, так как слишком бедная смесь (при коэффициенте избытка воздуха больше 1,23) и слишком богатая смесь (при коэффициенте избытка воз­ духа меньше 0,3) вообще не воспламеняется.

Для обеспечения приготовления горючей смеси необ­ ходимого состава на всех режимах работы двигателя карбюратор должен иметь ряд дополнительных уст­ ройств: компенсационное устройство, экономайзер, жик­ лер холостого хода, ускорительный насос.

К о м п е н с а ц и о н н о е у с т р о й с т в о служит для

23

получения горючей смеси с постоянным соотношением в ней весовых количеств топлива и воздуха при измене­ нии числа оборотов вала двигателя. Компенсационное устройство (рис. 8) состоит из компенсационного колод­ ца 1, воздушного жиклера 4 и топливного, или главного, жиклера 5. С увеличением числа оборотов двигателя раз­ режение в диффузоре 2 увеличивается, что приводит к увеличению расхода топлива, поэтому уровень его в

Рис. 8. Схема карбюратора с компенсационным устройством.

компенсационном колодце (из-за специально подобран­ ного сечения жиклеров) уменьшается. После того как уровень топлива достигнет горизонтального соединитель­ ного канала, воздух через жиклер 4 поступает в канал, в результате чего уменьшается разрежение перед жикле­ ром 5. Вследствие меньшего разрежения перед жикле­ ром расход топлива, проходящего через него, уменьша­ ется, поэтому смесь не обогащается, а состав ее поддер­ живается постоянным. При уменьшении числа оборотов двигателя расход топлива, наоборот, уменьшается, а уровень его в компенсационном колодце увеличивается, перекрывая доступ воздуху в соединительный канал. При этом смесь обогащается и через топливораспылитель 3 в патрубок карбюратора поступает уже не смесь топли­ ва с воздухом, а чистое топливо.

24

ля. Позднее зажигание также нежелательно, так как связано с уменьшением мощности и экономичности.

Угол поворота коленчатого вала, соответствующий моменту проскакивания искры между электродами све­ чи, называется углом опережения зажигания. Величина его по опытным данным составляет 10—30° поворота ко­ ленчатого вала. Угол опережения зажигания (при неиз-

с

Рис. 10. Индикаторная диаграмма рабо­ чего цикла четырехтактного карбюратор­ ного двигателя.

'менном топливе) в основном зависит от числа оборотов вала двигателя, поэтому с изменением скоростного ре­ жима работы угол опережения зажигания также должен изменяться. Изменение угла опережения зажигания на двигателях происходит автоматически с помощью регу­ лятора. Оптимальный угол опережения зажигания и фа­ зы газораспределения устанавливаются опытным путем на стенде завода.

Двухтактные дизели

Рабочий цикл в двухтактных двигателях, как уже от­ мечалось выше, осуществляется за два хода поршня, что соответствует одному обороту коленчатого вала. Про­ цессы принудительного удаления газов (выталкивание) и всасывания у них заменяются процессом продувки.

При продувке цилиндра воздух из специального про­ дувочного насоса под избыточным давлением поступает

26

через окна в цилиндр и вытесняет оттуда продукты сго­ рания. В результате продувки цилиндр очищается от га­ зов и заполняется свежим зарядом воздуха. Продувка цилиндра может осуществляться по контурной или пря­ моточной схеме.

Схема работы двухтактного дизеля с прямоточно-кла- панной продувкой представлена на рис. 11.

Рис. 11. Схема работы двухтактного дизеля с прямоточно-кла- панной продувкой:

а — сжатие, б — продувка .

П е р в ы й т а к т — горение, расширение продуктов сгорания и выпуск. Впрыск топлива в цилиндр, его сго­ рание и расширение продуктов сгорания происходят так же, как в четырехтактном дизеле. В конце процесса рас­ ширения примерно за 50—60° поворота коленчатого вала до н. м. т. открываются выпускные клапаны 1 и начина­ ется свободный выпуск газа. Давление в цилиндре при этом начинает уменьшаться и к моменту открытия пор­ шнем продувочных окон примерно соответствует давле­ нию продувки. Продувочный воздух из роторного насоса через продувочные окна 2 начинает поступать в цилиндр, удаляя отработавшие газы (принудительный выпуск) и заполняя объем цилиндра свежим зарядом. Полезный ход поршня после открытия продувочных окон заканчи-

27

вается, а дальнейшее движение его вниз до н. м.т. счи­ тается потерянной долей рабочего хода. Величина ее в данной схеме продувки зависит от высоты продувочных окон и по опытным данным составляет 8—12% от всего хода поршня. Только вследствие этого мощность двух­ тактных двигателей больше, чем мощность четырехтакт­ ных не в 2, а в 1,7—1,8 раза (при одинаковых оборотах и геометрических размерах цилиндра).

продувка, так как продувочные окна открыты. После за­ крытия поршнем продувочных окон и выпускных кла­ панов, которые закрываются почти одновременно с ок­ нами, в цилиндре начинается процесс сжатия.

деления так же, как в четырехтактных дизелях. Но так как в двухтактных двигателях рабочий ход поршня про­ исходит за каждый оборот коленчатого вала, то число оборотов распределительного вала соответствует числу оборотов коленчатого вала.

Давление в конце сжатия в зависимости от величины действительной степени сжатия повышается до 35— 50 кгс/см2 (3,5—5,0МПа),а температура до 900— 1000°К. В конце сжатия в цилиндр через форсунку подается топ­ ливо и начинается процесс сгорания, т. е. рабочий цикл повторяется в прежней последовательности.

Из схемы работы дизеля видно, что направление дви­ жения продувочного воздуха в цилиндре соответствует направлению движения продуктов сгорания, т.е. соблю­ дается принцип прямоточности, отсюда такие схемы про­ дувки называются прямоточными.

Схема работы двухтактного дизеля с контурной про­ дувкой представлена на рис. 12. При такой схеме про­ дувки выпуск отработавших газов и поступление проду­ вочного воздуха в цилиндр осуществляется через окна в цилиндровой втулке, открываемые и закрываемые кром­ кой днища движущегося поршня. Продувочный воздух, поступив в цилиндр через продувочные окна 2, движется сначала вверх по его контуру, а затем вниз к выпускным окнам /. Высота выпускных окон больше, чем высота продувочных..Продувочный воздух вытесняет из цилинд­ ра продукты сгорания, а сам занимает их место.

28

сгорания. В конце процесса расширения при движении поршня вниз сначала открываются выпускные окна и начинается свободный выпуск отработавших газов. Дав­ ление в цилиндре при этом резко уменьшается и к мо-

Рис. 12. Схема работы двухтактного дизеля с контурной продувкой:

а — сжатие, б — продупка.

менту открытия продувочных окон оказывается близким к давлению продувочного воздуха.

При открытии продувочных окон воздух из продувоч­ ного ресивера поступает в цилиндр и удаляет из него отработавшие газы (принудительный выпуск), а затем начинается продувка цилиндра и заполнение его объема свежим зарядом воздуха.

В т о р о й т а к т — наполнение и сжатие. При движе­ нии поршня вверх сначала закрываются продувочные окна, а через открытые выпускные окна из цилиндра про­ должает выходить воздух, поступивший туда при про­ дувке, т.е. происходит потеря заряда. Сжатие в цилинд­ ре наступает только после закрытия выпускных окон.

29