Voznitskiy_-_Sudovye_dizeli_i_ikh_expluatatsia

10 и управляющего поршня 9. От главного пускового клапана воз­ дух подводится по трубопроводу Б, а от воздухораспределителя — по трубопроводу А .

Пусковой клапан дизеля Зульцер (рис. 8.4, в) состоит из кор­ пуса, штока 17, клапана с тарелкой 18 и уравновешивающим порш­ нем 16, пружины 13. Управляющий поршень 14 выполнен диффе­ ренциальным. Управляющий воздух для открытия клапана подает­ ся от воздухораспределителя в полость е; полость под поршнем 15 воздухораспределитель сообщает с атмосферой. Давление управ­ ляющего воздуха действует вначале только на меньшую площадь дифференциального поршня 14. Клапан начинает открываться, если

ное кольцо малого поршня открывает прорези а, через которые воздух поступает в полость d, и клапан начинает быстро открывать­ ся из-за давления на полную площадь дифференциального поршня, Для закрытия клапана управляющий воздух из воздухораспреде­ лителя подается в полость с, одновременно полости е, d сообщают­ ся с атмосферой. Клапан начинает закрываться вследствие воз­ действия воздуха на поршень 14. Перед посадкой клапана на седло управляющий поршень 15 отсекает поступление воздуха в полость с> и закрытие осуществляется путем воздействия воздуха на пор­ шень 15. Одновременно малый поршень 14 разобщает полость d с атмосферой. Оставшийся здесь воздух по каналам b перетекает в полость с, что обеспечивает торможение и мягкую посадку клапана на седло.

8,2, Система реверса

Система реверса служит для изменения направления вращения коленчатого вала мало- и среднеоборотных судовых дизелей. Не­ зависимо от принципа работы и способа исполнения устройство для реверсирования дизеля должно обеспечивать правильное чередо­ вание и изменение фаз распределения органов пуска, газораспре­ деления, топливоподачи, а также реверсирование навешенных на дизель вспомогательных механизмов.

Необходимость изменения фаз распределения при реверсирова­ нии дизеля вытекает из следующего. Предположим, что кривошипы коленчатого вала шестицилиндрового дизеля занимают положение, показанное на рж 8.5, а. Для пуска дизеля в направлении «впе­ ред» необходимо п ать воздух в пятый цилиндр, т. е. золотник дис­

171

$

J

Рис. 8.5. Реверси­ рование систем:

а, б, в — п уска ; г — га ­ зораспределения; с? —

топливо подачи

главного пускового клапана поступит к пусковому клапану пятого цилиндра (рис. 8.5, б); при этом золотник (или пусковая шайба) вращается против часовой стрелки.

Для пуска дизеля «назад» из того же положения пусковой воз­ дух необходимо подать в четвертый цилиндр. Для этого золотник (или шайбу) следует повернуть в положение, показанное на рис. 8,5, в: золотник будет вращаться по часовой стрелке. Очевид­ но, что воздухораспределитель с рядным расположением золотни­ ков должен иметь по две кулачные шайбы (переднего и заднего хода) для каждого золотника, и его распределительный валик при реверсировании должен смещаться в осевом направлении.

расширения и поршень находится в НМТ. Так как выпускной кла­ пан начинает открываться до НМТ, то при рассматриваемом поло­ жении поршня выступ кулачной шайбы 3 уже набежит на ролик 1 толкателя выпускного клапана (рис. 8.5, г), и он будет открыт на размер h. Если с этого момента вал дизеля должен изменить направ­ ление вращения на обратное, то процесс выпуска независимо от направления вращения должен продолжаться, а следовательно, должен открываться и выпускной клапан. Однако при обратном вращении распределительного вала кулачная шайба 3 уже не мо­ жет открыть клапан, и требуется установка второй шайбы 2, зер­ кально расположенной по отношению к первой. Таким образом, для возможности работы дизеля «вперед» и «назад» необходимо иметь по две кулачные шайбы для каждого клапана»

172

Подача топлива в цилиндр обычно начинается до ВМТ и закан­ чивается после нее. Следовательно, при положении поршня в ВМТ плунжер ТНВД еще продолжает свой нагнетательный ход, и ку­ лачная шайба насоса должна быть заклинена по отношению к кри­ вошипу с отставанием на угол ср (рис. 8.5, д), Точки НП и КП на профиле шайбы соответствуют началу и концу подачи топлива; их расположение зависит от способа регулирования ТНВД и цик­ ловой подачи топлива. При реверсировании дизеля рабочий уча­ сток шайбы НП—КП находится на другой стороне ее профиля. Поэтому распределительный вал необходимо развернуть на угол 2<р (если шайбы имеют симметричный профиль) или сместить его в осе­ вом направлении и подвести под ролики толкателей ТНВД другой комплект кулачных шайб.

Контрольные вопросы

1. При каком., минимальном числе цилиндров возможен пуск при любом

Г л а в а 9. РАЗВИТИЕ Ш ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИЙ ДИ ЗЕЛ ЕЙ

9.1.Основные тенденции в развитии дизелестроения

С1973 по 1979 г. стоимость нефтяных топлив на мировом рын­ ке возросла в 10 раз, что привело к резкому увеличению доли: за­

трат на топливо в общей сумме расходов по эксплуатации судна с 10—12 до 50—80 % (на судах Минморфлота топливная составляю­ щая в связи с относительно низкой, стоимостью топлив в СССР рав­ на 14— 15 %). Топливная составляющая суммы затрат по эксплуата­ ции непосредственно двигателя достигает 80 %, Эти обстоятельства заставили принимать радикальные меры к уменьшению расходов' топлива.

.Были использованы два пути: уменьшение скорости судов и

в частности; снижением частоты вращения гребного винта и увели­ чением его диаметра; повышение экономичности энергетической установки.

Начиная с 1980 г. фактор экономичности приобрел приоритетное направление в развитии судового дизелестроения. Здесь основное внимание было уделено снижению удельного расхода топлив и масел, применению низкосортных, дешевых тяжелых топлив и по­ вышению КПД энергетической установки в целом путем наиболее

178

полной утилизации теплоты выпускных газов, охлаждающей воды и пр.

Требованиям высокой экономичности наиболее полно удовлет­ воряют малооборотные двигатели, Стремление повысить пропульсивный КПД гребного винта привело к необходимости понижения частоты вращения двигателя до 70—75 об/мин. Выигрыш в КПД составил 4—7 % . Чтобы компенсировать потерю мощности двига­ теля, вызванную снижением частоты вращения, двнгателестронтели пошли по пути увеличения отношения хода поршня к диаметру S/D до 259 в двигателях Зульцер RTA и до 3,82 в двигателях Бурмейстер и Вайн SMC. Это позволило увеличить не только рабо­ чий объем цилиндров, но и высоту камеры сгорания, что положи­ тельно отразилось на экономичности рабочего процесса, но только двигателей с прямоточной схемой газообмена. Увеличение отноше­ ния S/D > 2 , 2—2,4 в двигателе с контурной схемой газообмена вызывает ухудшение продувки верхней части цилиндра, поэтому вместо ожидаемого роста экономичности цикла Отмечается ее падение. Этим в значительной мере объясняется тот факт, что в те­ чение последнего десятилетия двигатели с петлевыми и попереч­ ными схемами газообмена, выпускавшиеся такими известными фир­ мами, как «Зульцер», МАН, «Фиат», были вытеснены с мирового рынка двигателями с прямоточной схемой газообмена. При этом фирма МАН?прекратив выпуск дизелей, слилась с фирмой «Бурмей­ стер и Вайн», а фирма «Зульцер» перешла на выпуск прямоточных дизелей ряда RTA,

Совершенствование дизелей, помимо увеличения отношения SID и улучшения процессов газообмена, шло также в направлении увеличения давлений наддува, применения газотурбинного надду­ ва при постоянном давлении перед турбиной, повышения КПД турбокомпрессоров до 68—72 %, увеличения давления впрыски­ вания до 150 МПа, улучшения организации рабочего процесса. В итоге достигнуто увеличение среднего эффективного давления в малооборотных дизелях до 1,68 МПа и снижение удельного рас­ хода топлива до 159 г/(кВт*ч). Существенное влияние на рост экономичности оказывает увеличение отношения давлений p j p u которое в двигателях Бурмейстер и Вайн—МАН достигло 9,5 (pz =

-16 МПа).

Двигатели с диаметром цилиндра более 90 см не выпускаются, хотя ранее строились дизели с диаметром 98 и 105 см. Наибольшая цилиндровая мощность малооборотных дизелей нового поколения составляет 3940 кВт, что в 12-цилиндровом агрегате обеспечивает мощность 47 280 кВт.

Вторую многочисленную группу дизелей составляют четырех­ тактные среднеоборотные дизели с наддувом, применяемые на су­ дах в качестве вспомогательных и

Совершенствование среднеоборотна дизелей также тесно свя­ зано с ростом форсирования рабочего процесса наддувом, Если в

174

1940 г. среднее эффективное давление достигло 0,4—0,5 МПа» в 1960 г. — 1,0— 1,2 МПа, то в 1987 г, -— 2,5 МПа (серийные двигате­ ли), а мощность двигателей без изменения размеров цилиндров и частоты вращения возросла в 4—-5 раз. Одновременно были усо­ вершенствованы конструкции и повышена надежность,

В последнее десятилетие основное внимание уделялось эко­ номичности дизелей. Удельные расходы топлива сокращены, с 200— 215 до 180 г/(кВт»ч) главным образом благодаря совершенствова­ нию рабочего процесса, топливной аппаратуры (повышение давле­ ния впрыскивания, обеспечение необходимой тонкости распылива­ ния тяжелых топлив, применение устройств регулирования фаз топливоподачи и пр.) и системы турбонаддува.

Работы велись в направлении повышения КПД газовой турбины; и компрессора, совершенствования впускного и выпускного трак­ тов, в том числе оптимизации фаз открытия впускных и выпускных клапанов. Расход топлива у двигателя МАН 52/55 в 1969 г, состав­ лял 200 г/(кВт-ч), перевод дигателя с импульсной системы надду­ ва на наддув при постоянном давлении, обеспечивающий более полное использование энергии газов, дал снижение расхода топли­ ва на 5,5 г/(кВт-ч); следствием повышения КПД турбокомпрессо­ ра и давления pZJ а также улучшения процессов впрыска и рас­ пиливания топлива явилось дальнейшее снижение удельного рас­ хода топлива'до 175 г/(кВт*ч). С достижением ре — 1,5 ~ 1,6 МПа традиционно применяемая в четырехтактных двигателях система импульсного наддува стала заменяться на систему наддува при постоянном давлении, либо, как это делает фирма «СЕМТ-Пил- стик», —■на систему с преобразователями импульсов, обеспечиваю­ щую лучшее по сравнению с первой использование энергии газов на частичных нагрузках.

Применяемое фирмами «Зульцер» и «СЕМТ—Пилстик» повыше­ ние температуры воды на выходе из дизеля способствует увеличе­ нию индикаторного и механического КПД и цмех. Так, выигрыш в снижении удельного расхода топлива в двигателе Пилстик РС4

пропорциональном увеличении частоты вращения. Это было вы­ звано стремлением уменьшить размеры и массу двигателя, но при этом сохранить большую жесткость конструкции двигателя, осо­ бенно коленчатого вала.

Снижение отношения S/D влечет за собой и недостатки:

при сохранении степени сжатия е = const камера сжатия ста­ новится более плоской, что затрудняет распределение факела топ­ лива в ее объеме и организацию качественного сгорания;

при сохранении средней скорости поршня ст= const увеличе­ ние частоты вращения влечет за собой рост сил инерции и вызывае­ мых ими нагрузок на детали конструкции, одновременно сглажи­ ваются нагрузки на подшипники. Увеличение пропульсивного

175

КПД гребного винта не является .препятствием к повышению ча­ стоты вращения СОД, так как их используют на судах в комплексе с редуктором.

Рост форсирования рабочего процесса наддувом сопровождает­ ся увеличением тепловых потоков, передаваемых через стенки камеры сгорания в охлаждающую воду, и температур деталей ЦПГ, в первую очередь элементов, которые образуют камеру сгорания, — они испытывают наибольшие тепловые нагрузки. Не менее важное

.значение приобретают механические нагрузки, вызываемые увели­ чением давления газов в цилиндрах. В двигателях последних моди­ фикаций оно составляет 18— 15 МПа,

Чтобы: сохранить температурные напряжения на достаточно низком уровне и тем самым обеспечить надежность работы ЦПГ, необходимо согласно выражению ( 1. 1) увеличение удельного теп­ лового потока q компенсировать уменьшением толщины стенок 6.

При снижении толщины б5 как и при увеличении диаметра ци­ линдров и форсирования двигателя наддувом, повышаются меха­ нические напряжения деталей. Поэтому для снижения тепловой и механической напряженности детали ЦПГ современных дизелей подкрепляют ребрами, а иногда детали расчленяют на отдельные элементы дли распределения нагрузок между ними. При этом вну­ тренние части, образующие полость камеры сгорания, восприни­ мают тепловые, а внешние части — механические нагрузки. При таком' распределении функций внутренние теплонапряженные эле­ менты конструкций представилось возможным выполнить более тонкостенными, что позволило существенно уменьшить действую­ щие в них температурные градиенты и напряжения (например, кон­ струкция верхней части втулки цилиндра двигателя RD76 с охва­ тывающим ее силовым кольцом).

Теплонапряженность деталей снижают и другим способом (в двигателях последних модификаций). Охлаждающую воду прибли­ жают к тепловоспринимаемым поверхностям путем использованияканалов, рассверливаемых в головках поршней, крышках цилин­ дров и буртах втулок, что одновременно существенно снижает ме~

ханические напряжения.

Всвязи, с ростом механических нагрузок большое внимание уделяют жесткости конструкций и обеспечению минимальных де­ формаций. В первую очередь это относится к остовам, деталям кри­

вошипно-шатунного механизма и ЦП1\

9.2. Особенности конструкций

Дизели БМЗ. Дизели выпускаются по лицензии фирмы «Бурмей­ стер и Вайн» с 1961 г, Перечень выпускаемых моделей и их техниче­ ские данные приведены в табл. 9.1. Двигатели двухтактные, мало­ оборотные, с прямоточно-клапанной схемой газообмена и импульс­ ным газотурбинным наддувом.

176

Т а б л и ц а 9.1

177

На базе дизелей четвертого поколения (типа K-GF) была раз­ работана длинноходовая модификация (в маркировке — L), в ко­ торой отношение S/D увеличено с 2,16 до 2?67f одновременно сни­ жена частота вращения. Дальнейшее усовершенствование заклю­ чалось в замене импульсной системы наддува на наддув при по­

В конструктивно подобных двигателях типа VTBF и VT2BF при­ меняли литые или сварные конструкции фундаментной рамы, ста­ нины и ресивера продувочного воздуха. Причем в дизелях со свар­ ным остовом вначале устанавливали короткие анкерные связи, про­ ходящие через цилиндровый блок, ресивер и верхнюю часть А-об­ разных стоек станины, а затем (для нагрузки поперечных сварных швов) стали применять длинные анкерные связи, . стягивающие раму, станину, ресивер и блок цилиндров. Между подпоршневым пространством и картером в ранних конструкциях предусматрива­ лась одинарная диафрагма, а начиная с двигателей типа VT2BF — двойная, что исключает возможность взрыва в картере в случае

струкция остова. Фундаментная рама состоит из высоких сварных продольных балок, ужесточенных ребрами, и сварно-литых попе­ речных балок. К судовому фундаменту раму крепят длинными бол­ тами (для увеличения их податливости) с дистанционными трубка­ ми. Типичная конструкция станины с А-образными стойками за­ менена на конструкцию из двух продольных блоков коробчатой коиструкции. Литой блок цилиндров 3, станина и фундаментная рама стянуты длинными анкерными связями.

На дизелях первой, второй и третьей степеней форсировки при­ меняли цилиндровые крышки нормального, утопленного и полукол» пакового типов.

В двигателях типов K-GF, L-GF и МС крышка 1 полуколпакового типа представляет собой стальную плиту с выточкой для ка­ меры сгорания. Верхняя часть цилиндровой втулки и газовый стык перекрываются поршнем при его положении в ВМТ, что обеспечи­ вает снижение термических и механических нагрузок в верхней части втулки и дает возможность не делать сверления в днище поршня для установки рымов и крепления подъемного приспособ­ ления. Для интенсификации охлаждения в огневом днище крышки

178