СДВС для студентов ЗСМ / Судовые двигатели внутреннего сгорания

ния трения между деталями и их преждевременного износа, а также для снижения теплонапряженности деталей ДВС все двигатели оборудуются системами смазки и охлаждения.

Система смазки служит для уменьшения трения, защиты поверхности деталей от коррозии, частичного освода теплоты, выделяющейся при трении, удаления продуктов износа и нагара из узлов трения, а также охлаждения некоторых деталей. Суще-

Рис. 35. Принципиальная схема циркуляционной системы смазки с «мокрым» картером.

комбинированная. Циркуляционную смазку используют для подшипников коленчатого и распределительного валов, приводов навешенных механизмов и поршневой головки шатуна. Разбрызгивание применяется для охлаждения внутренней поверхности поршней, приводов агрегатов наддува и т. д. Смазка цилиндровых втулок осуществляется (особенно в малооборотных двигателях) дозированной подачей масла.

В состав системы смазки входят масляные насосы, фильтры, сточная цистерна и трубопроводы с арматурой, связывающие отдельные элементы системы. Циркуляционная система смазки разделяется на систему с «мокрым» картером (отработанное масло собирается в поддоне фундаментной рамы) и с «сухим» картером (отработанное масло собирается в цистерне, расположенной вне двигателя). Наличие отдельной масляной цистерны при сухом картере лучше обеспечивает сохранение масла (меньше контакт с выпускными газами), поэтому в современных ДВС они нашли преимущественное применение.

60

На рис. 35 показана принципиальная схема циркуляционной системы смазки с мокрым картером. Масляные насосы цирку-

Принцип работы лубрикатора основан на применении плунжера и золотника, отмеряющих и подающих масло.

Для очистки масла от механических примесей в масляную систему включают фильтры грубой и тонкой очистки. Фильтры грубой очистки предназначены для фильтрации крупных механических частиц (диаметром более 0,14 мм), они обладают большой пропускной способностью и через них проходит все масло, циркулирующее в системе. Обычно фильтры грубой очистки изготовляют сетчатыми (с набором пластин, имеющих прорези) или проволочно-щелевыми. Фильтры тонкой очистки пропускают только 5—15 % всего масла. Их делают из картона, хлопчатобумажной ткани, шерсти и т. п. Фильтры тонкой очистки способны задерживать частицы размером 0,01—0,001 мм. Наибольшее распространение в судовых ДВС получили картонные фильтры АСФО или ДАСФО. В настоящее время в дизелестроении используется фильтр типа «Нарва».

Во время работы двигателя масло нагревается до температуры 60—80°С, что отрицательно сказывается на смазывающем качестве масла. Чтобы сохранить свойства масла, предусматривают масляный охладитель, обычно трубчатого типа, в котором по трубам навстречу движению масла поступает забортная вода. Для очистки масла от вредных примесей на судне предусматривается масляный сепаратор, обычно центробежного типа.

Систему смазки рассчитывают так, чтобы количество масла в системе обеспечивало температуру соприкасающихся деталей не более 60—70°С. В основу такого расчета принимают гидродинамическую теорию смазки, разработанную в 1883—1886 гг. русским ученым Н. П. Петровым. Основное положение этой тео-

которого зависит от диаметра и нагрузки. Вал при вращении в подшипнике опирается на масляный слой; в состоянии покоя масло выдавливается валом и в момент страгивания с места происходит повышенный износ подшипника. Поэтому перед пуском двигатель необходимо прокачать маслом и провернуть вручную.

Системы охлаждения предназначены для обеспечения нормальных условий работы цилиндровых втулок, крышек, поршней, выпускных коллекторов и других путем отвода от них теплоты, а также охлаждения рабочих сред двигателя (смазочного масла, наддувочного воздуха и др.).

В судовых ДВС наиболее распространена система водяного охлаждения. Различают проточную (охлаждение забортной во-

61

дой) и замкнутую (охлаждение пресной водой, в свою очередь охлаждаемой забортной водой) системы охлаждения.

На рис. 36 изображена принципиальная схема замкнутой системы охлаждения двигателя. Забортная вода охлаждает последовательно масло и пресную воду двигателя (обводные магистрали служат для перепуска забортной воды помимо охлади-

Рис. 36. Принципиальная схема замкнутой системы охлаждения.

1 — двигатель; 2 — распределительный бак; 3 — водоводяной охладитель; 4 — терморегуляторы; 5 — маслоохладитель; 6 — насос забортной воды; 7 — насос пресной воды.

из расширительного бачка проходит через охладитель и подается насосом в двигатель. После охлаждения втулок цилиндров, крышек и газовыпускного коллектора вода снова поступает в охладитель (терморегулятор регулирует ее охлаждение). Потери теплоты с охлаждающей водой ориентировочно распределяются следующим образом: крышка и втулка цилиндра 18—

40 %. При повышении температуры охлаждающей воды период задержки самовоспламенения топлива сокращается и, следовательно, давление сгорания и скорость нарастания давления

62

уменьшаются, сокращаются потери теплоты в охлаждающую воду. В настоящее время исследуется применение высокотемпературного охлаждения с температурой охлаждающей воды выше 100 °С. Однако практической реализации в судовых ДВС эти работы еще не получили.

В системах охлаждения ДВС применяются поршневые и центробежные насосы и охладители рекуперативного типа.

§ 16. Системы управления двигателем

Изменение скорости и направления движения судна достигается регулированием упора, создаваемого движителем. Это регулирование осуществляется посредством управляющего воздействия на различные элементы главной энергетической установки: движитель (винты регулируемого шага, крыльчатый'движитель), главную судовую передачу (реверсивную, гидравлическую, электрическую и др.), главный двигатель. В дизельных

Рис. 37. Воздушная пусковая система двигателя 6ЧСПН 15/18.

энергетических установках распространено управление главным двигателем. Система управления двигателем предназначена для пуска, остановки, изменения режима работы и реверсирования двигателя. Пуск ДВС часто осуществляется сжатым до 1,2— 3 МПа воздухом (первичные двигатели дизель-генераторов могут иметь пуск электростартером — обычно быстроходные ДВС мощностью до 735 кВт), подаваемым в цилиндры двигателя в соответствии с установленным порядком их работы. Когда двигатель под действием на поршни сжатого воздуха получит достаточную частоту вращения (приблизительно 12—15% номинальной), в цилиндры начнет поступать, топливо и двигатель начнет работать. Основные элементы воздушной пусковой системы показаны на рис. 37*

63

Специфической особенностью ДВС является наличие регулятора частоты вращения (обычно центробежного типа) — рис. 38. Затяжкой пружины регулятора обеспечивается поддержание заданной частоты вращения при изменении потребляемой мощности двигателя. Изменение затяжки пружины позволяет грузам иметь большее или меньшее отклонение, чем осуществля-

ется воздействие на рейку топливных насосов и соответствующее изменение подачи топлива и частоты вращения двигателя. Остановка двигателя производится прекращением подачи топлива (через регулятор).

Реверсирование ДВС (изменение направления вращения) осуществляется путем сдвига распределительного вала, на ко-

64

тором для каждого цилиндра имеется два комплекта кулачковых шайб (переднего и заднего хода). Смена шайб при сдвиге вала изменяет порядок подачи воздуха и топлива в цилиндры, чем достигается противоположное направление вращения. В двухтактных двигателях реверсивное устройство может представлять собой поворотный барабан воздухораспределителя при симметричном топливном кулачке. При повороте барабана изменяется порядок подачи воздуха в цилиндры. Такое простое устройство возможно в двухтактных двигателях ввиду того, что

Рис. .39. Схема управления малооборотным двигателем NVD-48 (ГДР).

в них нет необходимости в изменении фаз газообмена при работе на заднем ходу (такое устройство применено на двигателе Д Р 30/50).

На рис. 39 приведена общая схема управления малооборотным четырехтактным двигателем NVD-48 (ГДР). Для пуска двигателя рукоятку управления 14 ставят в положение «Пуск», при этом через угловой рычаг 12 поршень золотника 6 поднимается, трубопроводы 4 и 5 разобщаются, а пространство 7 над стаканом 8 стартерного клапана (главного пускового) через трубопровод 5 и вентиляционное окно 10 сообщается с атмосферой. Давлением сжатого воздуха (из открытого баллона) в полости 9 стакан поднимается, и клапан открывается, а вентиляционный клапан 23 закрывается. Воздух поступает в распределительную магистраль 25, а из нее по трубопроводам 26 ко всем

пусковым клапанам /, которые остаются закрытыми, и по трубопроводам 27 к золотникам распределения 28 (эти золотники заменяют воздухораспределитель). Одновременно" криволинейным сегментом 22, насаженным на вал управления, рейка топливных насосов переводится на нулевую подачу. Под давлением воздуха поршеньки золотников распределения будут стремиться опускаться вниз и их штоки будут прижиматься к пусковым шайбам. В цилиндре, пусковая шайба которого расположена срезом вверх (левый цилиндр), поршень золотника 28 опустится и пропустит воздух через передний золотник 30 к трубопроводам 29, 31 в пространстве над нажимным поршнем 2 пускового клапана. Нажимной поршень опустится и откроет пусковой клапан. Пусковой воздух пройдет в цилиндр и приведет поршень в движение, а коленчатый и распределительный 21 валы во вращение. При выходе среза пусковой шайбы из-под штока распределительного золотника, штбк и поршень золотника 28 будут подняты вверх. Золотник разобщит трубопровод 27 и 29, как показано на правом цилиндре. Кроме того, трубопровод 29 через вентиляционное окно 10 в нижней части цилиндра золотника 28 будет сообщен с атмосферой.

Воздух из полости над поршнем 2 через перекидной золотник и вентиляционное окно распределительного золотника выпускается в атмосферу, а пусковой клапан этого цилиндра закрывается под действием пружины. Поочередно, согласно порядку работы цилиндров, пусковые клапаны пропускают воздух в цилиндры, и коленчатый вал достигает пусковой частоты вращения. Йосле этого рукоятка переводится в положение «работа», при этом поршень золотника 6 под действием пружины опускается, трубопроводы 4 и 5 сообщаются, воздух поступает в пространство над стаканом стартерного клапана, и он закрывается, а вентиляционный клапан 23 открывается и воздух из трубопровода 25 стравливается в атмосферу. Одновременно криволинейный сегмент 22 освободит топливную рейку насосов высокого давления и в цилиндры начнет подаваться топливо.

Для повышения частоты вращения двигателя (понижения) осуществляется воздействие на центробежный регулятор 32, который передвигает рейку 33 топливных насосов. Для осуществления реверса двигатель останавливается и перекладывается рукоятка золотника реверса 17, после этого воздушная магистраль 15 сообщается с одним из двух баллонов 18. Затем маневренную рукоятку 14 ставят в положение «реверс», кулачок 16 откроет реверсивный клапан 13, а поршень закроет вентиляционное окно И к воздух по трубопроводу 3 через клапан 13, трубопровод 15 направится в реверсивный золотник и далее в цилиндр 19, где переместит поршень 20 и распределительный вал 21. Воздушная магистраль 24 служит для стравливания воздуха из цилиндров на. время перемещения распределительного вала.

66

продувочные ресиверы через воздухоохладители. Турбокомпрессор имеет дополнительный привод от коленчатых валов, обеспечивает прямоточную продувку.

23 Рис. 40. Общий вид дизеля 16 ДПН 2X30

Дизели снабжены системой дистанционного или дистанционного автоматического управления, а также системами автоматического регулирования температуры охлаждающей воды и мас-

получили большое распространение на судах флота в качестве главных двигателей. Поперечный разрез двигателя показан на рис. 41.

Двигатель 56ЧНСП 16/17 (СССР)

Четырехтактные высокооборотные двигатели типа ЧНСП 16/17 широко применяют на малых быстроходных судах отечественной постройки в качестве главных. Полная мощность двигателя 56ЧНСП 16/17 (рис. 42) составляет 3670 кВт при частоте вращения 2000 об/мин, масса двигателя 7200 кг (аналоги двигателей с удельной массой 1,9 кг/кВт в мировом дизелестроении отсутствуют) .

Конструкция двигателя представляет собой семиблочную звезду с восьмью цилиндрами в каждом блоке (рис, 43). На пе-

69