Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Voznitskiy_-_Sudovye_dizeli_i_ikh_expluatatsia

.pdf
Скачиваний:
189
Добавлен:
12.03.2016
Размер:
18 Mб
Скачать

У с л о в и я

р а б о т ы

рубашек цилиндров определяются

конструктивной

схемой остова дизеля: при отсутствии

анкерных

связей работают

на разрыв от

силы действия газов на

поршень

и крышку цилиндра, а при наличии связей — нагружены сжимаю­

щими усилиями от их

затяга (см. § 2.1).

М а т е р и а л о м

для изготовления рубашек цилиндров слу­

жит серый чугун СЧ 18-36, СЧ 24-44, СЧ 28-48, модифицирован­ ный чугун, иногда Сталь 25.

П о к о н с т р у к ц и и различают индивидуальные для каж­ дого цилиндра рубашки и блоки цилиндров. Отдельные рубашки :0олее просты в изготовлении, их применение значительно умень­ шает влияние деформации остова дизеля (вследствие деформации корпуса судна) на положение осей цилиндровых втулок, а при не­ обходимости можно заменить цилиндр в сборе во время эксплуата­ ции).

Необходимая жесткость рубашек обеспечивается: значитель­ ной толщиной их стенок; массивными литыми ребрами; анкерны­ ми связями, индивидуальных рубашек, установленных на станине независимо друг от друга; соединением рубашек между собой болтами в единый блок цилиндров (см. рис. 2Л , е). Отдельный цельнолитой блок цилиндров или выполненный заодно со станиной '.(ем, рис. 2.5, в) имеет высокую жесткость, позволяет уменьшить длину и массу дизеля, но технология его изготовления сложная. Для упрощения изготовления блоков их часто делают составными (см. рис. 2.1, ж).

Цилиндровые втулки. В судовых дизелях применяют вставные «мокрые» втулки (рис. 2,6, а). Имеются нижний 3 и верхний 2 утолщенные круговые пояса и фланец 1, опирающийся на опорный бурт рубашки или блока цилиндров. Сверху фланец втулки прижи­

мается буртом

крышки цилиндра.

У с л о в и я

р а б о т ы цилиндровой втулки определяются

воздействием больших механических и термических нагрузок, тре­ нием поршневых колец, вызывающим износ и дополнительный на­

грев рабочей поверхности

(«зеркала»),

воздействием

коррозии

и кавитационной эрозии на охлаждаемую поверхность.

Механические нагрузки

возникают под

действием

сил газов,

силы действия поршня (в тронковых дизелях) и силы затяга кре­

пежных шпилек цилиндровой крышки.

 

 

Давление

газов рг

(рис.

2.6, б) вызывает

в стенке втулки

напряжения

растяжения <тр =

pzDI2b (где D — диаметр цилиндра;

$ — толщина, стенки

втулки)

и сжатия асж =

pZ9 а

нормальное

давление р

(см. рис.

2,6, а) — напряжения изгиба

(наибольший

изгибающий момент МИЗ

F max /j/2//) и вибрацию втулки (вследст­

вие изменения момента

по

значению и направлению).

От силы Р затяжки крепежных шпилек (рис. 2.6, в) в опасном сечении х—х опорного фланца втулки возникают следующие слож­ ные напряжения: растяжение от силы Р п, сдвига от силы P t и из­

30

гиба от момента М ш ~ PL

Подобное напряженное состояние бу­

дет и в сечении у—у опорного бурта блока.

Для уменьшения изгибающих напряжений во фланце втулки

(наиболее опасных для

чугуна) следует уменьшать плечо I

(см. рис. 2.6, в), т. е. кольцевую выточку располагать над опорной частью фланца втулки. При I — 0 в опасном сечении действуют только напряжения сдвига, однако возрастают напряжения в опор­ ном бурте блока, цилиндровой крышке и ее крепежных шпильках. Поэтому положение кольцевой выточки выбирают из условия обеспечения минимальных напряжений во всех элементах этого

узла.

 

 

 

 

Термические

нагрузки

на втулку

обусловлены

воздействием

горячих газов.

Высокая

температура

зеркала в

верхнем поясе

7 z

 

 

 

 

Рис. 2.6.

Механические

нагрузки на цилиндровую втулку (внутренним г j и

внешним

г2 радиусами)

и ее тепловые деформации

3 !

втулки (до 200 °С) ухудшает условия смазывания и способствует изнашиванию втулки и колец, а перепад температур по толщине стенки втулки вызывает в ней термические напряжения ot (см. § 1.2).

Суммарные напряжения складываются из механических и тер­ мических напряжений в стенке втулки: а = ам + at. С увеличе­ нием толщины стенки 8 снижается напряжение сгм, но возрастает (?t. Для каждого диаметра цилиндра определяют оптимальную толщину 8, которой соответствует минимальное напряжение 0 ,

Значительная температурная асимметрия по длине втулки (температура в верхнем поясе втулки выше температур нижерас­ положенных поясов) и по окружности (особенно в двухтактных дизелях с контурной продувкой, где температура со стороны вы­ пускных окон всегда выше температуры со стороны продувочных окон) вызывает неравномерные осевые и радиальные деформации втулки. В результате искривляется ось втулки и искажается фор­

ма ее

зеркалао

 

 

 

На рис, 2.6. а показаны схемы осевых деформаций

втулки на

ее развертке по осям I — IV и радиальных деформаций по этим же

осям

в сечениях (поясах) А —А,

Б — Б,

В —В,

 

К

конструкции цилиндровой

втулки

предъявляют

следующие

о с н о в н ы е т р е б о в а н и я :

высокая прочность и жесткость;

хорошее охлаждение верхнего пояса при возможно меньших пере­ падах температур в стенке (температура зеркала втулки против верхнего компрессионного кольца при положении поршня в ВМТ из условия сохранения масляной пленки и обеспечения нормаль­ ных условий смазки не должна превышать 180 °С); наименьшая неравномерность радиальных и осевых деформаций; герметич­ ность поверхностей; сопряженных с рубашкой и крышкой цилинд­ ра; свободные радиальные и осевые расширения втулки; материал втулки должен быть жароупорным (жаропрочным и жаростойким),

износостойким, иметь хорошие антифрикционные качества.

М а т е р

и а. л о м для

изготовления втулок МОД и СОД слу­

жит чугун,

легированный

титаном, хромом? никелем и ванадием,

или. серый чугун СЧ 2848,

СЧ 32-52.

Для повышения износостойкости втулки СОД иногда покры­ вают пористым хромом. Для улучшения приработки втулки и поршневых колец и поддержания нормальных условий их смазки в современных форсированных дизелях зеркало втулки, хонингуют (наносят сетку микроштрихов), а в МОД делают винтовую нарез­ ку с шагом 12— 15 мм, глубиной 0?03—0?06 мм,

П о к о н с т р у к ц и и различают цилиндровые втулки че­ тырех- и двухтактных дизелей, цельные и составные.

В тронковом дизеле втулку делают выступающей в картер, что уменьшает высоту дизеля и расстояние между опорами втулки,. Для обеспечения свободного качания шатуна в нижней части втул­ ки часто делают вырезы е (рис, 2.7, а).

32

В четырехтактных дизелях для нормального открытия газо­ распределительных клапанов (если края их тарелок выходят за пределы цилиндра) и уменьшения дросселирования потоков воз­ духа и газа между тарелкой клапана и стенкой втулки в ее верх­ ней части делают выемки (карманы). Во втулках двухтактных

дизелей имеются продувочные с и выпускные d

окна (рис.

2 Д а,

рис. 2.9, а).

 

 

Д ля предотвращения образования наработка

(выработки

усту­

пом), затрудняющего демонтаж поршня и вызывающего поломку поршневых колец, у дизелей ранней постройки делали цилиндриче­ скую или конусную расточку верхней части втулки на всю высо­ ту камеры сгорания .(от середины верхнего поршневого кольца при положении поршня в ВМТ). Расточка втулки облегчает доступ газа к верхнему поршневому кольцу и увеличивает его нагрев.

А

1

Рис. 2.8. Цилиндровые втулки двухтактных дизелей с прямоточ- но-клапанной про­ дувкой:

а — Бурмейстер

и Вайн

VTBF50/110;

б — Зульдер

RTA58;

в

Бурмейстер

и Вайн

K98FF;

г — Ми­

цубиси VEC52L

Рис. 2. 9.. Цилиндровые втулки двухтактных дизелей с контурной продувкой:

а ~~ MAH KL70/120; б — Зульцер RD76; в — ГМТ СС600; г - Зульцер SD72; д — МАН. KSZ105/180

2

*

35

 

Поэтому в современных дизелях вместо расточки втулки делают

узкую кольцевую

выточку — канавку с (см. рис.

2.7, а); этим до­

стигаются

те

же

результаты,

но

затрудняется

доступ

газа

к

кольцу.

 

 

 

 

 

 

 

 

Крепление втулки в блоке осуществляют путем жесткого за­

крепления

ее

фланца между

буртами блока и крышки цилиндра

с обеспечением

радиальных зазоров

и б2 (см, рис. 2.7, а,

2.8,

а)

между посадочными (центрирующими) поясами втулки и блока. Свободные радиальные и осевые расширения втулки предохраняют блок цилиндров от разрыва, а зеркало втулки от деформаций (при нагревании втулка расширяется быстрее и больше, чем блок).

Уплотнение сопрягаемых поверхностей опорного бурта 3 бло­ ка и фланца 4 втулки (см. рис. 2.7, а) обеспечивают их притиркой (между собой или специальными притирами). В современных СОД для улучшения уплотнения и предотвращения коррозии на­ пряженного пояса втулки (под ее фланцем) часто устанавливают резиновое кольцо 5, Для уплотнения газового стыка притирают поверхности фланца втулки и бурта крышки цилиндра или уста­ навливают между ними прокладку из красной меди или мягкой стали,

Уплотнение нижнего пояса втулки со стороны охлаждающей воды и со стороны картера или подпоршневого пространства осу­

ществляют резиновыми кольцами 6

(на рис.

2.8, а —поз, l f

рис. 2.9, б —• поз. 7). Резиновые кольца

круглого

сечения с натя­

гом заводят в канавки, проточенные в утолщенном круговом по­ ясе втулки. У четырехтактных дизелей средней мощности иногда применяют сальниковую набивку с нажимной, втулкой, что позво­ ляет устранять протечки воды без демонтажа цилиндровой втулки,'

У двухтактных дизелей с контурной

продувкой

пояс

вы­

пускных окон со стороны охлаждающей

воды уплотняют коль­

цами 2 мягкой сальниковой набивки и

резиновым

кольцом 3

(см. рис, 2.9,

а) или резиновыми кольцами 6 (см. рис. 2.9, б), а со

стороны газа

— красно-медными кольцами

4, проточенными

с на­

тягом относительно центрирующего пояса блока.

Контроль уплотнений осуществляют с помощью специаль­ ного сигнального отверстия в рубашке, соединенного с кольцевой канавкой — сборником g на втулке (см, рис. 2.7, а; рис. 2.9, б) или в блоке (см. рис, 2.9, а), Вытекание воды, выход масляных паров, продувочного воздуха или газа из сигнального отверстия свидетельствует о нарушении герметичности соответствующего уп­ лотнительного кольца. У дизелей с прямоточно-клапанной продув» кор состояние уплотнений контролируют через кольцевой зазор d

между масляным штуцером 2, ввернутым во

втулку на резьбе,

и блоком цилиндров (см. рис. 2.8, а).

осуществляется за

Смазывание втулок в тронковых дизелях

счет разбрызгивания масла, вытекающего из зазоров подшипни­ ков; масло забрасывается на нижнюю часть втулки и при движе-

36

нии поршня вверх разносится поршневыми кольцами по всему зеркалу цилиндра. У мощных СОД для верхней части втулки ча­ сто предусматривают принудительное смазывание насосами-лубри­ каторами через масляные штуцеры. В двухтактных тронковых дизелях применение лубрикаторной системы смазывания обуслов­ лено повышенной тепловой нагрузкой цилиндра и разрывом масля­ ной пленки в поясе окон.

У некоторых дизелей лубрикаторы не применяют и подают масло на смазывание втулок от циркуляционной системы через специальные распылительные сопла, расположенные в картере, по осевым и радиальным сверлениям во втулке или из системы охлаждения поршня в круговую канавку на его направляющей

части

(например, у дизеля Вяртсиля Ваза 32).

■ В

крейцкопфных дизелях применяют только принудительное

смазывание втулок от лубрикаторов или от специальной аккуму­ ляторной системы. Для равномерного распределения масла по ок­ ружности на зеркале втулки в районе смазочных отверстий а де­ лают маслораспределительные канавки Ъ (см. рис. 2.7, а; 2.8, а; 2.9, б) или соединяют отверстия сплошной криволинейной канав­ кой (см. рис. 2.9, а). Расположение смазочных отверстий зависит от тактности дизеля и уровня его форсировки.

Конструктивные способы улучшения охлаждения и уменьшения тепловой нагрузки верхнего пояса цилиндровой втулки:

у современного форсированного дизеля фланец втулки обычно изготовлен в виде высокого толстостенного кругового пояса» способного воспринимать большие механические нагрузки от действия газов. Для циркуляции охлаждающей воды в стенке делают сверле­ ния f под углом к образующей цилиндра, пересекающиеся с радиаль­ ными сверлениями' в верхней части втулки (см. рис. 2.7, а, б). Это дает возможность подвести охлаждающую воду близко к поверх­ ности зеркала втулки и значительно снизить ее температуру. Тол» стая стенка, наружной части фланца (за охлаждающими каналами) остается холодной и воспринимает давление газов, снижая меха­ нические напряжения. Одновременно такой фланец имеет высокую жесткость, является хорошей опорой для цилиндровой крышки, дает возможность уменьшить высоту блока и массу дизеля. Охлаж­ дающая вода из сверлений d (см. рис. 2.7, а) поступает в водосбор­ ное кольцо 2, прикрепленное к фланцу втулки, и далее по перелив­ ным патрубкам 1 перетекает в цилиндровую крышку. Для интен­ сивного и равномерного охлаждения газового стыка и днища ци­ линдровой крышки воду в нее часто отводят по круговому кожу­ ху 7 (см. рис. 2,7, б);

во фланце втулки делают пересекающиеся под углом к оси ци­ линдра сверления, а с наружной стороны фланца устанавливают кольцо 8 (рис. 2.7, в) с внутренними ребрами, образующими кана­ лы' для охлаждающей воды вокруг фланца» В результате снижа­ ются и выравниваются температуры по высоте и толщине фланца;

,37

фланец втулки усиливают надетым в горячем состоянии сталь» ным кольцом 8 (рис, 2.8, б), а в самом фланце делают каналы е для циркуляции охлаждающей воды;

на втулку устанавливают тонкостенную рубашку — кожух 4 (рис, 2.8, в). При этом вследствие увеличения скорости охлаждаю­ щей воды в зарубашечном пространстве интенсифицируется охлаж­

дение по всей высоте втулки, а

рубашка цилиндра изолируется

от воды («сухая» рубашка) и не

подвергается коррозии и эрозии;

в мощном СОД с высокотемпературным охлаждением цилинд­

ров (температура охлаждающей

воды достигает 130 °С) интенсив­

ное охлаждение только верхней части втулки и газового стыка обеспечивается циркуляцией воды с большой скоростью в каналах, образованных кольцевым ребром 9 втулки (рис. 2.7, г), в глухих сверлениях h большого диаметра по всему периметру бурта втулки и в каналах и полостях рубашки цилиндра. Интенсивное высоко™ температурное охлаждение только верхней части втулки обеспечи­ вает приемлемые температуры зеркала при работе дизеля на пол­ ной нагрузке, исключает опасность кислотной коррозии на малых нагрузках (особенно в нижних поясах втулки) и значительно по­ вышает КПД дизеля. Равномерное расположение по окружности большого числа глухих сверлений не только снижает общий темпе­ ратурный уровень рабочей поверхности втулки, но и выравнивает температурное поле бурта. Тангенциальные сверления f (рис. 2.8, г)

вутолщенном бурте втулки также снижают температуру зеркала

ивыравнивают температурное поле по окружности (у данного дизеля охлаждается также только верхняя часть втулки);

унекоторых дизелей с составными цилиндровыми втулками (рис, 2.9, в) верхнюю часть 8 отливают из стали, а для обеспече­ ния нормальных условий трения в нее запрессовывают тонкостен­ ную втулку 9 из износостойкого чугуна. Нижнюю часть с поясом уплотнений, продувочными и выпускными окнами отливают из чугуна. Интенсивное охлаждение верхней чугунной втулки обес­ печивается благодаря ее тонкостенности и высокой скорости ох­ лаждающей воды в каналах, образованных ребрами мощной сталь­

ной втулки,

воспринимающей механические нагрузки;

у дизеля

ранней постройки верхний пояс втулки обычно имеет

кольцевые ребра 1 (см. рис. 2.9, а), разделяющие зарубашечное пространство на каналы е для прохода охлаждающей воды. Вслед­ ствие уменьшения проходных сечений увеличиваются скорость воды и коэффициент теплоотдачи от стенки втулки к воде;

фланец втулки устанавливают не на опорный бурт блока, а на стальное 5 (см. рис. 2.9, б) или чугунное 10 (рис. 2.9, г) проставочное кольцо. Это дает возможность вынести камеру сгорания за пре­ делы металлоемкого теплоаккумулирующего пояса и улучшить охлаждение ее стенок, уменьшить высоту блока и массу дизеля. Стальное проставочное кольцо одновременно выполняет силовые функции. Зазор между кольцом и ребрами втулки во время работы

38

дизеля ликвидируется (вследствие радиального расширения втул­ ки), и проставочное кольцо начинает воспринимать нагрузку от газовых сил, стремящихся разорвать втулку. Оребрение верхней части втулки повышает ее жесткость, увеличивает поверхность теплообмена и образует каналы для охлаждающей воды. Такая конструкция дает возможность уменьшить температуру зеркала втулки, снизить приблизительно на 50 % механические и термиче­ ские напряжения, предотвратить разрыв блока при чрезмерном расширении втулки в случае перегрева (податливость проставочного кольца больше, чем блока цилиндров), но имеет существенный недостаток — трудность поддержания в эксплуатации определен­ ного зазора между кольцом и ребрами втулки;

на фланец втулки и ее верхнюю часть с кольцевыми ребрами с предварительным натягом устанавливают оребренное стальное про­ ставочное кольцо — бандаж 12 (рис. 2.9, <Э), что дает возможность сделать стенки втулки тоньше, улучшить охлаждение, снизить механические и термические напряжения, уменьшить деформации фланца. Круговая выточка во фланце, закрытая стальным составным кольцом 1/, обеспечивает внутреннее охлаждение фланцевой части втулки. Кольцо одновременно воспринимает силу затяжки крепежных шпилек крышки цилиндра;

в верхнюю часть втулки устанавливают огневое (жаровое) кольцо (см. рис. 2.9, б, в), защищающее ее от пламени;

применяют цилиндровые крышки утопленного и колпакового типов (см. § 2.5), что дает возможность камеру сгорания перенести

вхорошо охлаждаемый пояс втулки или в крышку цилиндра.

Конструктивные способы уменьшения неравномерности ради­

альных и осевых деформаций втулки:

в районе выпускных окон диаметр втулки увеличивают на 0?3—“0,4 мм благодаря эксцентричной расточке перемычек выпуск­ ных окон (см. рис. 2.9, а), Профиль расточки обычно определяют приближенно, так как форма зеркала втулки во время работы ди­ зеля неизвестна. Поэтому могут возникнуть искажения зеркала (особенно в районе перехода на базовую поверхность), способствую­

щие

ступенчатой выработке втулки;

посадочный (центрирующий) пояс втулки (см. рис, 2.9, б,

узел

II) или блока (см. рис. 2.9, г) делают пружинящим (податли­

вым) . В результате предотвращается искажение формы зеркала втулки при ее радиальном расширении и улучшаются условия ра­ боты уплотнения пояса окон;

перемычки окон (особенно выпускных) охлаждают путем пере­ пуска воды из нижней части зарубашечнош пространства в верх­ нюю по сверлениям / в перемычках (см. рис. 2.9, б) или из верхней части в нижнюю по залитым в стенку втулки, близко расположен­ ным к зеркалу стальным трубкам 13 (см. рис. 2.9, д). Это значи­ тельно снижает температуру зеркала в поясе выпускных окон и неравномерность радиальных и осевых деформаций втулки;

39

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]