Малооборотные дизели - до 300 об/мин Среднеоборотные дизели - 301 - 600 об/мин Дизели повышенной оборотности 601 - 1100 об/мин Высокооборотные дизели - свыше 1101 об/мин

*************

5 Вопрос вод

5) Высокооборотные двс(ВОД) применяются в основном как главные двигатели на малых судах, а также в качестве вспомогательных двигателей на судах всех типов; их агрегатная мощность до 2 Мвт, число цилиндров 12—16, удельный эффективный расход топлива 215—230 г/(квт×ч), частота вращения свыше 1500(1500-4000) об/мин. S<0.2м

6) Среднеоборотные двигатели(СОД) в настоящее время получили большое распространение. Их мощность составляет свыше 30% мощности всех судовых двигателей. Основным преимуществом этих двигателей является небольшая высота, что делает их в некоторых случаях единственно возможным типом дизелей для установки на судне. Среднеоборотные дизели отличаются высокими значениями среднего эффективного давления, достигающего в отдельных случаях 1,6-2,0 МПа и выше. Обладая достаточно высокой экономичностью, в том числе при работе на частичных нагрузках, тронковые среднеоборотные двигатели одновременно характеризуются повышенным по сравнению с малооборотными двигателями (иногда до 3 раз) расходом смазочного масла. Другим недостатком среднеоборотных двигателей является наличие значительно большего числа деталей и редукторной передачи, повышенный уровень шума, более высокие затраты на обслуживание. Pe, бар.=(15-25). S=(0.3-1)м

7) Судовые малооборотные дизельные двигатели (МОД)- Предназначены для установки на судах транспортного и рыбопромыслового флота в качестве главной силовой установки, а также используются совместно с генератором для выработки электроэнергии в стационарных условиях.

 Малооборотные двухтактные и среднеоборотные дизели являются основными судовыми двигателями. Главным направлением в развитии судовых двигателей является повышение экономичности и расширение области применения тяжелых то-плив, вследствие чего особо важное значение приобретает дальнейшее повышение надежности работы узлов и деталей двигателя. Малооборотные двухтактные двигатели отличаются высокой экономичностью и небольшими затратами на обслуживание. При максимальном давлении сгорания р2 = 10,5 МПа удельный расход топлива де= 175,4 гДкВт-ч). Малооборотные двигатели характеризуются умеренным шумом, не превышающим в среднем (при достаточно высоком значении ре = И 1,2 МПа) 100 дБ. Pe,бар.= (8-20). S=(1-3)м

8 И 9 вопросы двухтактные и четерехтактные дизеля. Устройство индикаторная диаграмма и принцип действия.

Рассмотрим схему устройства и принцип действия двухтактного дизеля с контурной поперечно-щелевой, кривошипно-камерной системой продувки. Схема устройства, индикаторная и круговая диаграммы такого двигателя показаны на рис. 85.

Двигатель имеет пластинчатые невозвратные клапаны 1 в картерной полости, через которые при движении поршня вверх (рис. 85,а) в картер засасывается воздух. Выхлопные газы удаляются в выхлопной коллектор 2 через выпускные окна В (рис. 85,б), верхняя кромка которых выше верхней кромки продувочных окон П. Открытие и закрытие выпускных окон В и продувочных окон П осуществляются боковой поверхностью поршня 4. Когда поршень движется вниз, пластинчатые клапаны 1 закрываются, картерная полость герметизируется, и в ней повышается давление воздуха, который используется для продувки и наполнения цилиндра свежим зарядом. Таким образом, в подпоршневой полости происходит всасывание воздуха из атмосферы (при ходе поршня вверх) и нагнетание в цилиндр двигателя через продувочный канал 5 после того, как поршень, опускаясь вниз, начнет открывать продувочные окна П. Давление продувочного воздуха в рассматриваемом двигателе лишь немного выше атмосферного.

В надпоршневой полости цилиндра после окончания процесса сгорания происходит расширение газов и поршень перемещается от в.м.т. к н.м.т. При своем движении верхняя кромка поршня сначала открывает выпускные окна В и отработавшие газы начинают свободно выходить из цилиндра. К моменту открытия поршнем продувочных окон П давление в цилиндре становится меньше давления продувочного воздуха в подпоршневой полости. После открытия продувочных окон воздух по каналу 5 поступает в цилиндр двигателя и принудительно вытесняет отработавшие газы. Происходят одновременно выпуск и продувка (см. рис. 85,б). Дойдя до н.м.т., поршень меняет направление своего движения. При движении вверх он сначала перекрывает продувочные, а затем и выпускные окна. После закрытия выпускных окон воздух, оставшийся в цилиндре, сжимается примерно до тех же параметров, что и у четырехтактного двигателя. В конце процесса сжатия через форсунку 3 в цилиндр впрыскивается мелкораспыленное топливо, которое самовоспламеняется и сгорает в среде воздуха, нагретого от сжатия. Затем, при движении поршня вниз, происходит расширение газов и цикл повторяется.

Движению поршня вверх соответствует такт сжатия, а движению вниз — такт расширения, или рабочий ход.

Процессы, протекающие в двигателе, можно проследить по индикаторным диаграммам, показанным в нижней части рис. 85,а, б. Поршень двигается от в.м.т. к н.м.т. (см. рис. 85,а), и в цилиндре сначала происходит продувка (линия а'n). В точке n продувочные окна закрываются, а поступивший в цилиндр воздух частично выходит через открытые выпускные окна (линия nа). В точке а закрываются выпускные окна, цилиндр герметизируется и начинается процесс сжатия по линии ас. В конце сжатия (точка m) начинается впрыск топлива в цилиндр двигателя. Топливо воспламеняется, начинается сгорание в малом объеме камеры сжатия Vc, и давление резко возрастает (линия cz'). После того как поршень начнет опускаться вниз (см. рис. 85,б), давление несколько возрастает за счет продолжающегося сгорания впрыскиваемого топлива и достигает максимального значения pz. Сгорание заканчивается в точке z, и начинается процесс расширения газов по линии zb. В точке b поршень своей верхней кромкой начинает открывать выпускные окна, и отработавшие газы получают возможность свободного выхода из цилиндра. Давление в период свободного выпуска падает (линия bn) и становится равным или ниже давления продувочного воздуха. В точке n открываются продувочные окна, и начинается принудительное, за счет давления поступающего из картера воздуха, вытеснение отработавших газов (принудительный выпуск) и продувка по линии nа'. При движении поршня от н.м.т. к в.м.т. цикл повторяется.

Рис. 85. Схема устройства и принцип действия двухтактного дизеля:

а-такт сжатия; б-такт расширения; в-круговая диаграмма

Канал 5 направляет поступающий воздух таким образом, чтобы он обтекал поверхность цилиндра по внутреннему контуру (контурная продувка) и тем самым обеспечивал лучшую очистку цилиндра от оставшихся после сгорания газов. Качеству очистки цилиндра от отработавших газов в двухтактных двигателях уделяется особое внимание, так как от этого зависит мощность и экономичность двигателя. Кривошипно-камерная контурная продувка не обеспечивает хорошего качества очистки цилиндров вследствие малого и пульсирующего давления воздуха, создаваемого в картере движущимся поршнем. В цилиндре остается более 10%' отработавших газов. Кроме того, часть воздуха после закрытия продувочных окон вытекает из цилиндра, уменьшая количество свежего заряда. Поэтому такой тип продувки применяют только у небольших маломощных дизелей, где основное требование предъявляется к простоте конструкции. На более крупных дизелях для подготовки воздуха повышенного давления применяют специальные продувочные насосы, подающие воздух в продувочные ресиверы, из которых он поступает в цилиндры двигателя. Применяют также и более совершенные системы продувок (прямоточные и прямоточно-клапанные).

Круговая диаграмма двухтактного дизеля с поперечно-щелевой продувкой показана на рис. 85,в. Поскольку газораспределением в таком двигателе управляет поршень, то углы поворота кривошипа, соответствующие процессу выпуска αвып и продувки , оказываются симметричными относительно н.м.т. Опережению подачи топлива соответствует угол αт до в.м.т.

У двухтактных двигателей различают две степени сжатия: геометрическую (или номинальную) и действительную. Геометрическая степень сжатия определяется отношением объема цилиндра при положении поршня в н.м.т. к объему камеры сжатия и характеризует конструктивные соотношения в двигателе:

Действительная степень сжатия представляет собой отношение объема цилиндра в момент закрытия поршнем выпускных окон к объему камеры сжатия:

Действительная степень сжатия у двухтактных и четырехтактных дизелей имеет примерно одинаковые значения. В паспортах и технических описаниях двухтактных двигателей часто указывают геометрическую, а не действительную степень сжатия.

У двухтактных двигателей весь рабочий цикл совершается за два такта, или один оборот коленчатого вала, т. е. в два раза чаще, чем у четырехтактного двигателя. Поэтому, казалось бы, при одинаковых размерах цилиндра и прочих равных условиях мощность двухтактного двигателя должна быть в два раза выше, чем у четырехтактного. Но в связи с тем, что часть рабочего объема цилиндра занята продувочными и выпускными окнами, а также вследствие затраты энергии на приготовление продувочного воздуха (для сгорания 1 кг топлива требуется подавать более 40 кг продувочного воздуха) и некоторых других потерь мощность двухтактных двигателей только в 1,5—1,7 раза больше, чем у четырехтактных.

На речном флоте применяются в основном четырехтактные дизельные двигатели, а на морском — двухтактные. Это объясняется тем, что наиболее выгодное число оборотов коленчатого вала двигателей, работающих непосредственно на гребной вал, находится в определенной зависимости от размеров корпуса судна и скорости его движения. Для речных судов наиболее приемлема частота вращения вала в пределах 275—500 об/мин при мощности от 100—150 до 1000—1500 л. с. В этом диапазоне мощностей и частоты вращения наиболее выгодными с точки зрения расходов топлива и срока службы основных деталей оказываются четырехтактные двигатели. Основные же преимущества двухтактных двигателей начинают проявляться лишь при малой частоте вращения гребного вала (100-150 об/мин) и при больших размерах цилиндров двигателей, т. е. у двигателей повышенной мощности (свыше 2000 л. с). А такие двигатели можно устанавливать только на крупных морских судах.

Принцип действия четырехтактного дизеля

В четырехтактном двигателе рабочие процессы происходят следующим образом:

1. Такт впуска. При движении поршня от ВМТ к НМТ вследствие образующегося

разряжения из воздухоочистителя в полость цилиндра через открытый впускной

клапан поступает атмосферный воздух. Давление воздуха в цилиндре составляет

0.08 - 0.095 МПа, а температура 40 - 60 С.

2. Такт сжатия. Поршень движется от НМТ к ВМТ; впускной и выпускной клапаны

закрыты, вследствие этого перемещающийся вверх поршень сжимает поступивший

воздух. Для воспламенения топлива необходимо, чтобы температура сжатого

воздуха была выше температуры самовоспламенения топлива. При ходе поршня к

ВМТ цилиндр через форсунку впрыскивается дизельное топливо, подаваемое

топливным насосом .

3. Такт расширения, или рабочий ход . Впрыснутое в конце такта сжатия

топливо, перемешиваясь с нагретым воздухом, воспламеняется, и начинается

процесс сгорания, характеризующийся быстрым повышением температуры и

давления. При этом максимальное

давление газов достигает 6 - 9 МПа, а температура 1800 - 2000 С. Под

действием давления газов поршень 2 перемещается от ВМТ в НМТ -происходит

рабочий ход. Около НМТ давление снижается до 0.3 - 0.5 МПа, а температура до

700 - 900 С.

4. Такт выпуска . Поршень перемещается от НМТ в ВМТ и через открытый

выпускной клапан 6 отработавшие газы выталкиваются из цилиндра. Давление

газов снижается до 0.11 - 0.12 МПа, а температура до 500-700 С. После

окончания такта выпуска при дальнейшем вращении коленчатого вала рабочий цикл

повторяется в той же последовательности. Для обобщения на показаны схемы

рабочего цикла карбюраторных двигателей и дизелей.

Принцип действия двухтактного двигателя

Двухтактные двигатели отличаются от четырехтактных тем, что у них наполнение

цилиндров горючей смесью или воздухом осуществляется в начале хода сжатия, а

очистка цилиндров от отработавших газов в конце хода расширения, т.е.

процессы выпуска и впуска происходят без самостоятельных ходов поршня. Общий

процесс для всех типов двухтактных

двигателей - продувка, т.е. процесс удаления отработавших газов из цилиндра с

помощью потока горючей смеси или воздуха. Поэтому двигатель данного вида

имеет компрессор (продувочный насос). Рассмотрим работу двухтактного

карбюраторного двигателя с кривошипно-камерной продувкой. У этого типа

двигателей отсутствуют клапаны, их роль выполняет поршень, который при своем

перемещении закрывает впускные, выпускные и продувочные окна. Через эти окна

цилиндр в определенны моменты сообщается с впускным и выпускным

трубопроводами и кривошипной камерой (картер), которая не имеет

непосредственного сообщения с атмосферой. Цилиндр в средней части имеет три

окна: впускное, выпускное 6 и продувочное, которое сообщается клапаном

скривошипной камерой двигателя.

Рабочий цикл в двигателе осуществляется за два такта:

1. Такт сжатия . Поршень перемещается от НМТ к ВМТ, перекрывая сначала

продувочное, а затем выпускное 6 окно. После закрытия поршнем выпускного окна

в цилиндре начинается сжатие ранее поступившей в него горючей смеси.

Одновременно в кривошипной камере вследствие ее герметичности создается

разряжение, под действием которого из карбюратора через открытое впускное

окно поступает горючая смесь в кривошипную камеру.

2. Такт рабочего хода. При положении поршня около ВМТ сжатая рабочая смесь

воспламеняется электрической искрой от свечи, в результате чего температура и

давление газов резко возрастают. Под действием теплового расширения газов

поршень перемещается к НМТ, при этом расширяющиеся газы совершают полезную

работу. Одновременно опускающийся поршень закрывает впускное окно и сжимает

находящуюся в кривошипной камере горючую смесь.

Когда поршень дойдет до выпускного окна, оно открывается и начинается выпуск

отработавших газов в атмосферу ,давление в цилиндре понижается. При

дальнейшем перемещении поршень открывает продувочное окно и сжатая в

кривошипной камере горючая смесь перетекает по каналу, заполняя цилиндр и

осуществляя продувку его от остатков отработавших газов.

Рабочий цикл двухтактного дизельного двигателя отличается от рабочего цикла

двухтактного карбюраторного двигателя тем, что у дизеля в цилиндр поступает

воздух, а не горючая смесь, и в конце процесса сжатия впрыскивается

мелкораспыленное топливо.

Мощность двухтактного двигателя при одинаковых размерах цилиндра и частоте

вращения вала теоретически в два раза больше четырехтактного за счет большего

числа рабочих циклов. Однако неполное использование хода поршня для

расширения, худшее освобождение цилиндра от остаточных газов и затраты части

вырабатываемой мощности на привод продувочного компрессора приводят

практически к увеличению мощности только на 60...70%.

Схема работы четырехтактного двигателя и индикаторные.

11 Вопрос Цикл Отто состоит из адиабатического сжатия, сообщения теплоты при постоянном объёме, адиабатического расширения и отдачи теплоты при постоянном объёме. В случае четырёхтактного цикла Отто имеется также изобарическое сжатие и изобарическое расширение, которые обычно не рассматриваются, так как в идеализированном процессе они не играют роли в сообщении рабочему газу теплоты или в совершении газом работы.

ПЕРВЫЙ ТАКТ – впуск Поршень идет вниз, клапан впуска открывается, и топливная смесь поступает из карбюратора в цилиндр. Когда поршень достигает нижнего положения, клапан впуска закрывается. ВТОРОЙ ТАКТ - СЖАТИЕ: Поршень идет вверх, топливная смесь сжимается. Кокда поршень находится в нескольких миллиметрах от верхней мертвой точки (ВМТ), свеча воспламеняет топливо, сжатое поршнем. ТРЕТИЙ ТАКТ - РАБОЧИЙ ХОД (РАСШИРЕНИЕ): После воспламенения горючего оно сгорает, горячие газы быстро расширяются, толкая поршень вниз (оба клапана закрыты). ЧЕТВЁРТЫЙ ТАКТ - ВЫПУСК: По инерции коленвал продолжает свое вращение (для равномерности вращения на коленвале установлены грузы - щеки коленвала), поршень идет наверх. Одновременно открывается выпускной клапан, и отработавшие газы выходят в выхлопную трубу. При достижениии поршнем ВМТ, выпускной клапан закрывается.

10 Вопрос Регенеративный цикл — цикл паротурбинной установки, в котором питательная вода до её поступления в котельный агрегат подвергается предварительному нагреву паром, отбираемым из промежуточной ступени паровой турбины. Подогрев реализуется посредством специального теплообменника - регенеративного подогревателя.

Увеличение КПД при применении регенерации составляет 10-15 %. При этом экономия теплоты в цикле возрастает с повышением начального давления p₁ пара. Это связано с тем что с повышением p₁ увеличивается температура кипения воды, а следовательно повышается количество теплоты, которое можно подвести к воде при подогреве её отработанным паром. В настоящее время регенеративный подогрев применяется на всех крупных электростанциях.