Voznitskiy_-_Sudovye_dvigateli_vnutrennego_sgora (1)
.pdf240 |
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