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

Voznitskiy_-_Sudovye_dvigateli_vnutrennego_sgora (1)

.pdf
Скачиваний:
1306
Добавлен:
12.03.2016
Размер:
7.81 Mб
Скачать

240

Судовые двигатели внутреннего сгорания

микропроцессора для управления двигателем дает ряд неоспоримых преимуществ. Прежде всего управление двигателем переходит от ме­ ханического регулятора к электронному. Наличие компьютера позво­ ляет осуществлять связь с двигателем и компьютером в офисе через модем по телефону. Обслуживающий персонал, подключив перенос­ ной компьютер (lap-top) к компьютеру двигателя (ЕСМ), может полу­ чить информацию о предшествующей работе двигателя за весь период его эксплуатации, содержащую сведения о режимах его работы, пара­ метрах обслуживающих систем и всех случаях нарушений (перегревы, недостаточное давление масла, топлива и пр.). В случае выхода конт­ ролируемых параметров за установленные пределы автоматически сни­ жается нагрузка либо двигатель останавливается. Кроме того, обслу­ живающий механик, используя портативный компьютер, может вне­ сти изменения в программу, перенастроив ее таким образом, чтобы двигатель лучше реагировал на условия, в которых он эксплуатирует­ ся. Помимо функций диагностики двигателя компьютерная программа осуществляет самодиагностику всей электронной схемы.

Двигатели 3600 серии

Двигатели 3600 серии производятся в 6, 8, 12, 16 и 18-цилиндро­ вом исполнении. Двигатели 3600, как и двигатели 3500 серии, неревер­ сивные и комплектуются ВРШ или реверс-редукторами. Впрыск топ­ лива осуществляется насос-форсунками с механическим приводом и

 

 

механическим или электронным управлением от

Л И

 

устанавливаемого в этом случае микропроцессора.

 

 

 

В двигателе 3618

 

 

 

мощ ность цилиндра

 

 

 

увеличена до 400 кВт

 

 

 

путем поднятия скоро­

 

 

 

сти до 1050 об/мин и

л

 

 

р е до 24,7 бар при p s =

 

 

3,2 бар.

V

 

 

 

 

Особенности кон­

 

 

 

 

t h

£ b , J ’, W-

струкции. Двигатель

 

конструкции,основан­

 

 

 

отличается простотой

 

 

 

ной на традиционно

ViW

 

 

используемых решени­

- S

 

ях, и обладает высоким

'b ill u iе л ь С Л 1

30*Jb

ресурсом.

Гл. 15. Обзор конструкций современных судовых дизелей

241

Технические данные двигателей 3600

Параметр

Величина

Мощность цилиндра при 720/1000 об/мин, кВт

249/353

Число оборотов номин./миним., 1/мин

(1000-720)/

(300-400)

 

Диаметр цилиндра/ход поршня, мм

280 / 300

Степень сжатия

13 (диз. топл.)

12,4 (тяж. топл.)

 

Давление наддува, бар

2,77

Макс. давление сгорания, бар

165

Средн. эффект, давление (при 1000 об/мин), бар

23

Удел, расход топлива, г/кВтч

204

Удел, расход топлива (при 1000 об/мин), г/кВтч

204

Двигатели МАК - «Катерпиллар» - «Моторен GmbH»

Среднеоборотные, четырехтактные двигатели, известные под мар­ кой МАК, ранее выпускались известным немецким концерном «КрупМАК GmbH», в 1997 г. акции группы MAK-Motoren приобрела компа­ ния «Катерпиллар» и двигатели выпускаются ее подразделением Caterpillar-Motoren GmbH. Мощностной ряд двигателей охватывает 1000-16 200 кВт. Все двигатели с турбонаддувом и могут работать как на дизельных сортах топлив типа MDO, так и на тяжелых с вязкостью до 700 сСт. На судах применяются в качестве главных с приводом греб­ ного винта через реверс-редукторы и для привода генераторов судо-

Компонент

Время между

Срок службы,

 

переборками,

тыс. часов

 

тыс. часов

 

Головка поршня

30

90

Поршневые кольца

 

30

Втулка

15

60

Крышка цилиндра

30

Впускной клапан

15

Выпускной клапан

15

30

Распылитель

 

8

Плунжерная пара

 

15

Рамовый подшипник

 

30

Мотылевый подшипник

 

30

242

Судовые двигатели внутреннего сгорания

вых электростанций. Двигатели имеют высокие показатели надежнос­ ти и моторесурса. Об этом свидетельствуют приведенные данные по ресурсу двигателей М32 (см. табл. на стр. 241).

Двигатели МАК М20

Остов двигателя представляет собой монолитный, чугунный, су­ хой блок-картер. На верхнюю плоскость блока устанавливается высо­ кая рубашка, сверху на нее опирается крышка цилиндра и между ними образована полость охлаждения. Из нее охлаждающая вода переходит в крышку, а часть воды (до крышки) отбирается на охлаждение ГТК. В последней модификации турбокомпрессор не охлаждается, что ис­ ключает возможность коррозии его корпуса.

Втулка цилиндра, в ее верхнюю часть устанавливается антиполировочное кольцо, поверхность втулки азотирована, срок службы - 60 тыс. часов.

Коленчатый вал цельнокованый, подвесной.

Распределительный вал составной и состоит из секций по числу цилиндров, что существенно упрощает его демонтаж и замену отдель­ ных секций.

Поршень охлаждаемый, составной - головка стальная, юбка алю­ миниевая (рис. 15.30). В головке располагаются два компрессионных и одно маслосъемное кольца.

Количество цилиндров - 6, 8, 9 в рядном исполнении.

С 1992 г. фирма перешла на длиноходные двигатели с S/D = 1,4—1,5.

Технические данные двигателя М20

Параметры

Величина

Диаметр цилиндра, мм

200

Ход поршня, мм

300

Мощность цилиндра, кВт

170/190

Число оборотов, об/мин

900/1000

Среднее эффективное давление, бар

24,1/24,2

Давление наддува, атм., бар

3,25

Давление сжатия, бар

145

Степень сжатия

13,6

Макс. давление цикла, бар

180

Темп. вып. газов за цилиндрами, °С

420/450

Удельный расход топлива, г/кВтч

186/190

Удельный расход масла, г/кВтч

0,6 +/-0,3

Гл. 15. Обзор конструкций современных судовых дизелей

243

Ш атун стальной, круглого сечения, нижняя головка с косым разъемом. Вкладыши мотылевых и рамовых подш ипников тонкостенные, двухили трехслойные, применяют­ ся также подшипники канавочного типа (подроб­ ное описание см. Главу 9). В целях облегчения прира­ ботки подшипников и за­ щиты шеек вала от задиров, которые могут возни­ кать от возможных несоосностей при его укладке, а также небольших дефор­ маций вала и фундамент­ ной рамы при работе, фир­ ма прибегает к электроли­ тическому покрытию вкла­ дышей мягким цинком или оловом, толщиной несколь­ ко тысячных миллиметра. Срок службы подшипни­ ков - 30 тыс. часов.

Рис. 15.29. Двигатель

244

Судовые двигатели внутреннего сгорания

Топливная аппаратура. Форсунки многодырчатые, охлаждаемые маслом, отбираемым из общей системы смазки.

Срок службы распылителей составляет 8 тыс. часов. ТНВД золот­ никового типа Бош, с регулированием по концу подачи. Привод плун­ жера ТНВД осуществляется через рычаг с роликом, сидящим на оси с эксцентриком, поворот которой механически связан с тягой управле­ ния подачей топлива. Поворот эксцентриковой оси вызывает продоль­ ное перемещение ролика рычага относительно топливного кулачка. Перемещение навстречу вращению кулачка приводит к более раннему началу подачи топлива, перемещение в противоположную сторону - вызывает более позднее начало подачи. Аналогичное устройство для изменения угла опережения впрыска применяется также фирмой МАК в двигателях 58/64. Его использование позволяет менять p z в пределах 15 бар.

Турбонаддув ранее был организован по импульсной схеме, в дви­ гателях нового поколения фирма перешла на изобарный наддув. Дав­ ление наддува на режиме полной мощности составляет 3,25 бар, температура воздуха за воздухоох­

ладителем 45°С.

 

Двигатели МАК М32С

 

Этот модельный ряд двигате­

 

лей появился в 2000 г. в итоге мо­

 

дернизации двигателя М32, со­

 

зданного в 1994 г. Выпускается в

 

6-, 8- и 9-цилиндровом исполне­

 

нии (рядные) и с 12, 16 цилиндра­

 

ми V-образны е. Ц илиндровая

 

мощность - 480-500 кВт при 720-

 

750 об/мин, р е = 24,9-23,7 бар,

 

p z = 190 бар. Обращает на себя

 

внимание высокий уровень фор­

 

сировки двигателя - р е близко к

 

25 бар, максимальное давление

 

сгорания находится на верхнем

 

для данного класса двигателей.

 

Следует ожидать, что и темпера­

 

туры цикла также достигают весь-

Рис. 15.31. МАК М32

ма высоких значений.

Гл. 15. Обзор конструкций современных судовых дизелей

245

Давление наддува на режиме полной мощности составляет 3,25 бар, температура воздуха за воздухоохладителем 45°С.

По своему конструктивному исполнению двигатель подобен ра­ нее выпускавшимся фирмой двигателям МАК20, МАК32 и создавался

сиспользованием опыта их производства и эксплуатации.

Кконструктивным особенностям двигателя относится использо­ вание шатуна с разъемом стержня с верхней головкой, что позволяет уменьшить монтажную высоту и упростить операции по демонтажу поршня и мотылевого подшипника. Для производства последней опе­ рации нет необходимости в демонтаже крышки цилиндра и выемке поршня из цилиндра. Кормовой рамовый подшипник в целях его уси­ ления и упрощения монтажа изготавливается из двух частей. Турбо­ наддув организован по импульсной схеме, турбокомпрессоры имеют неохлаждаемый корпус, в них применены подшипники скольжения со смазкой от общей системы циркуляционной смазки. Монтаж двигате­ лей на судовом фундаменте осуществляется с использованием патен­ тованных эластичных антивибраторов.

Время, необходимое на замену основных компонентов двигателя М32

Наименование операции Кол-во Необходимое время людей

Крышка цилиндра

1/1/1

 

снятие/установка/замена

30 мин/30 мин/1 ч 15 мин

Поршень

1/1

 

снятие или установка /замена

30 мин/1 ч

Втулка цилиндра

 

 

снятие/установка/замена

1/1/1

30 мин/30 мин/1 ч

Рамовый подшипник

 

 

замена

2

1 ч

Мотылевый подшипник

 

 

замена

2

1 ч 30 мйн

Форсунка

 

 

замена

1

30 мин

ТНВД

 

 

замена (снятие, ремонт и

1

1 ч

установка)

 

 

Впускн. и выхлоп, клапаны

 

 

замена

1

3 ч

Глава 16

ГАЗОВЫ Е ДВИГАТЕЛИ

В связи с низкой стоимостью газа и целесообразностью его ис­ пользования для выработки электроэнергии особенно в зонах его до­ бычи, а также на судах-газовозах, ряд двигателе строительных фирм стали модернизировать выпускаемые ими двигатели для приспособле­ ния их к работе на газовом топливе. Модернизация идет по двум на­ правлениям:

 

► перевод дизеля на ра­

 

боту по циклу Отто с

 

использованием кар­

 

бюраторов и свечей за­

 

жигания подобно кар­

 

бюраторным бензино­

 

вым двигателям;

 

►сохранение дизельного

 

цикла с впрыском не­

 

большого

количества

 

дизельного топлива

 

для восплам енения

 

смеси газа и топлива.

 

При этом в случае не­

 

обходимости не ис­

 

ключается работа дви­

 

гателя только на ди­

 

зельном

топливе -

 

двухтопливные двига­

 

тели.

 

 

Газовые двигатели могут

Рис. 16.1. Газовый двигатель

работать на природном газе и

«Катерпиллар» G3512

на биогазе.

 

Гл. 16. Газовые двигатели

247

 

Характеристики природного газа

Топливо

Стехиометрическое

Низшая теплота

Метан СН4

отношение воздух/топливо

сгорания (МДж/нм3)

9,53

35,88

Этан С2Н6

16,67

64,23

Пропан C3Hg

23,82

92,66

Бутан С4Н)о

30,97

122,12

Наиболее предпочтительными топливами являются бутан и про­ пан, они обладают наиболее высокой теплотой сгорания, но для них требуется и более бедная смесь воздух/топливо, то есть необходимы большие количества воздуха.

§16.1. Двигатели, работаю щ ие на газовом топливе по циклу Отто

Одной из первых по производству газовых двигателей стала фир­ ма «Катерпиллар». Сегодня фирмой модернизированы и выпускаются двигатели моделей G3300, G3400, G3500 и G3600. Для создания смеси газа с воздухом используется карбюраторная система, и лишь в двига­ телях G3600 применяется электронная система смесеобразования. Схе­ ма подачи в двигатель газа и воздуха приведена на рис. 16.2.

Карбюратор с мик­

 

 

 

сером и заслонкой рас-

Газ

_

Выхлоп

положены за воздухоох-

ГТК

cl" *>—'с-гаии*.

-—с-

 

ладителем .

Сжатый

 

 

 

турб оком п рессором

 

 

 

воздух охлаждается

в

 

 

 

воздухоохладителе

и

 

 

 

направляется в карбю­

 

 

 

ратор, где, до того как

 

 

 

попасть в двигатель,

 

 

 

смешивается с газом и

 

 

 

далее через заслонку и

 

 

Заслонка

впускные клапаны по­

 

 

 

 

перепуска

ступает в двигатель.

 

 

 

 

Система

подачи

Рис. 16.2. Схема подачи в цилиндр двигателя

газа работает при дав-

смеси газа с воздухом

 

248

Судовые двигатели внутреннего сгорания

 

лениях 1,39-2,75 бар в зави­

 

симости от модели двигате­

 

ля. Давление газа должно

 

быть выше давления воздуха,

 

создаваемого турбокомпрес­

 

сором, чтобы воздух не пре­

 

пятствовал входу газа в кар­

 

бюратор, где они должны

 

смешиваться. Регулирование

 

необходимого давления газа

 

в зависимости от меняюще­

 

гося давления наддувочного

 

воздуха осущ ествляется в

Рис. 16.3. Принципиальная система

дифференциальном регулято-

.ре давления (рис. 16.3).

подготовки газа перед двигателем

Р егу л я то р д а в л е н и я

 

должен поддерживать поло­

жительную разницу между давлением газа перед карбюратором и дав­ лением поступающего воздуха в пределах 1,0-1,3 КПа.

Регулировочный клапан располагается в газовой магистрали меж­ ду карбюратором - смесителем и дифференциальным регулятором дав­ ления. Функция клапана состоит в том, чтобы придать нелинейность изменению отношения воздух-топливо, которое приводит к обеднению смеси при увеличении нагрузки. Регулировочный клапан работает со­ вместно с дифференциальным клапаном давления. Если первый выпол­ няет свои функции в зоне высоких нагрузок, то второй - в зоне малых нагрузок. Увеличение дифференциального давления обогащает смесь, а

уменьшение - ее обедняет. Открытие

 

регулировочного клапана нагрузки обо­

 

гащает смесь, закрытие ее обедняет.

 

Заслонка (рис. 16.4), расположен­

 

ная на пути смеси газа к цилиндрам

 

двигателя, регулирует давление в ма­

 

гистрали, с его увеличением мощность

 

двигателя растет. Практически ее фун­

 

кция сводится к тому, чтобы по анало­

 

гии с регулированием подачи топлива

 

в ТНВД дизелей, увеличивать или

 

уменьшать подачу газа и развиваемую

Рис. 16.4. Заслонка регулирования

двигателем мощность.

мощности двигателя

Гл. 16. Газовые двигатели

249

Заслонка перепуска выхлопных газов (wastegate) перед ГТК слу­ жит цели регулирования мощности-производительности ГТК. Учиты­ вая большой запас энергии выхлопных газов перед ГТК, при работе вблизи полных нагрузок заслонка открывается и перепускает часть газа напрямую в атмосферу, это предотвращает увеличение оборотов ГТК сверх предельно допустимых. При малых нагрузках, когда обороты ГТК снижаются, вырабатывается недостаточно воздуха, заслонка за­ крывается и весь поток выхлопных газов направляется в турбину. Ее

Рис. 16.5. Система управления газовым двигателем:

1 - панель дистанционного управления; 2 - электронный модуль управления; 3 -дат­ чик давления воздуха; 4 - датчик оборотов; 5 - сервомотор регулятора частоты вра­ щения; 6 и 7 - буффер и датчик содержания кислорода в смеси; 8 - датчик темпера­ туры; 9, 10 - топливный клапан с сервоприводом; 11 - компьютер; 12 - цифровой диагностический прибор; 13 - датчик угловых фаз и частоты вращения; 14 - датчик детонации; 15 и 16 - распределительный и управляющий блоки, расположенные на двигателе; 17 и 18 - трансформатор и свеча зажигания

17-3283

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]