2.9. Тягодутьевые устройства

Для горения в топке котла топлива необходим непрерывный подвод в топку воздуха и отвод продуктов сгорания. При движении как воздух так и продукты сгорания преодолевают сопротивления при прохождении: воздуха через воздухоподогреватель и воздухонаправляющее устройство топки; продуктов сгорания через пучки кипятильных труб, экономайзер и воздухоподогреватель, а также через дымовую трубу. Определенная затрата энергии необходима также для создания некоторой скорости выхода продуктов сгорания из дымовой трубы.

Все сопротивления на пути воздуха и газов в котле преодолеваются силой тяги и нагнетания. В этой связи различают самотягу – естественную тягу с помощью дымовой трубы, и искусственную (дутье) создаваемую вентилятором.

Сущность самотяги можно пояснить следующим примером. Пусть высота дымовой трубы от середины топки (оси расположения форсунки), равна Н, м. Пусть _г – это плотность продуктов сгорания (при их температуре t_г), а _в – это плотность подаваемого в топку воздуха при температуре t_в. Тогда столб воздуха высотой Н на входе в топку будет создавать давление _вgН. Этому давлению противодействует давление горячих продуктов сгорания величиной _гgН, т.е., так как плотность продуктов сгорания меньше плотности воздуха (из-за того, что t_г > t_в), создается естественная тяга

h = _вgН – _гgН = Нg (_в – _г). (5)

Эта формула объясняет причину установки высоких труб (в стационарной теплоэнергетике и на судах старой постройки) чем выше труба, тем больше тяга. Раньше самотяга была единственным способом преодоления сопротивлений, в настоящее время все современные котлы работают с искусственной тягой, комбинируемой с самотягой.

3. Судовые двигатели внутреннего сгорания

3.1. Устройство двигателя внутреннего сгорания (двс)

Первый промышленный ДВС (двухтактный, работающий на газе с воспламенением от искры) был сконструирован в 1860 г. Ленуаром (Франция). В 1876 г. Отто создал четырехтактный газовый ДВС.

Первый экспериментальный ДВС с самовоспламенением (от сжатия) сконструирован Р. Дизелем в 1897 г. и с 1999 начал промышленно изготавливаться на заводе Нобеля после существенной переработки конструкции под работу на нефти (вместо керосина). На первом русском дизеле N = 18 кВт расход нефти составлял 0,3 кг/ кВт ч, что достигнуто применением механического (вместо компрессорного) распыла топлива и работой двигателя по циклу Тринклера.

Двигателями внутреннего сгорания называются тепловые двигатели, у которых топливо сгорает внутри цилиндра.

На рис. 21 показан поперечный разрез четырехтактного дизеля. Цилиндр 8, имеющий сменную втулку 9, охлаждается водой (3 – зарубашечное пространство), так как в этом цилиндре, закрытом крышкой 4 происходит сгорание топлива. Цилиндр опирается на станину 5, которая установлена на фундаментную рамку 16. Рамка крепится к фундаментным балкам, составляющим часть набора днища судна. Картером 14 называется пространство, ограниченное станиной и фундаментной рамой. Перечисленные выше части составляют неподвижный остов двигателя.

Поршень 9, имеющий компрессионные (верхние) и маслораспределительные (нижние) кольца, совершает возвратно-поступательные движения от верхней мертвой точки (ВМТ) до нижней мертвой точки (НМТ), производя работу при расширении продуктов сгорания, которые образуются при положении поршня около ВМТ. Объем цилиндра при положении поршня в ВМТ образует камеру сгорания. Объем цилиндра над поршнем (поршень движется) называется описываемым объемом.

Движение поршня передается коленчатому валу через шатун 11, который верхним концом крепится к поршню головным подшипником, охватывающим палец 10, а нижним – к мотылевой шейке 12, которая уже является частью коленчатого вала. С помощью такого соединения прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня преобразует во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал вращается в рамовых подшипниках 17, охватывающих опорные шейки коленвала. Движущиеся части двигателя образуют его механизм движения. Коленчатый вал через зубчатую передачу приводит во вращение кулачковый вал 2, который кулачками 1 через толкатели 18 посредством коромысел 6 воздействует на стержни впускных и выпускных 7 клапанов, заставляя их открываться (каждый клапан управляется своим кулачком и количество последних соответствует количеству клапанов). Закрытие клапанов происходит под воздействием пружин (кулачковый вал, толкатели и коромысло выпускного клапана не показаны).

Вописываемом двигателе боковые усилия, возникающие при движении шатуна (который не только перемещается по вертикали, но и совершает маятниковое движения), передаются стенкам цилиндра. Поршень в данном случае выполняет функции ползуна и для уменьшения его давления на стенке цилиндра поршень имеет удлиненную юбку, которая называется тронком, и такие двигатели называются тронковыми.

Принципиальная схема работы крейцкопф-ного двигателя показана на рис. 22.

Он состоит из штока 2, который совершает возвратно-поступательные движения через саль-ник диафрагмы 7. Диафрагма герметично разде-ляет полости с повышенным давлением и темпе-ратурой воздуха и грязным «горелым» ци-линдровым маслом от пространства картера с чистым маслом, стекающим в циркуляционную систему от подшипников скольжения. Крейц-копфный подшипник 3 двигается между двумя параллелями 4 (если двигатель реверсивный; не реверсивный двигатель имеет одну параллель), которые и воспринимают боковые усилия Р_н возникающие при движении шатуна 5 (сила, действующая со стороны крейцкопфного подшипника на параллель обозначена Р_н, а действующая по штоку на мотылевый подшипник обозначена Р_ш. Точка 6 показывает место приложения этих сил).