Маркировка используется для условного обозначения типа двигателя и выполняется на дизелестроительных заводах. Условные буквенные обозначения отдельных характеристик дизелей, применяемых в России и Украине, в Германии и других странах, приведены в таблице 5.1. В каждой стране применяется свое обозначение двигателей.
В соответствии с государственным стандартом обозначение двигателей состоит из цифр, указывающих число цилиндров, и буквенных обозначений характеристик двигателя, после которых дробью показаны диаметр цилиндра и ход поршня (в сантиметрах).
Например, обозначение 64Н18/22 расшифровывается так: шестицилиндровый, четырехтактный, с наддувом двигатель с диаметром поршня 180 мм и ходом поршня 220 мм.
Марка 6ДКРН 74/160 обозначает: шестицилиндровый, двухтактный, крейцкопфный, реверсивный, с наддувом, с диаметром цилиндра 740 мм и ходом поршня 1600 мм.
Таблица 5.1 Условные обозначения характеристик двигателей.
| Характеристики | Страны | |||
| Россия, Украина | МАН, Германия | Бурмейстер и Вайн, Дания | Зульмер, Швеция | |
| Четырехтактные | Ч | V | V | B |
| Двухтактный | Д | Z | V | - |
| Реверсивный | P | U | F | D |
| Крейцкопфный | K | K | T | S |
| Тронковый | - | G | - | T |
| С газотурбинным наддувом | H | A, C | B | A |
| С реверсивной муфтой | C | - | - | - |
| С редуктором | П | - | - | - |
| Дизель | - | D |
В то же время дизели некоторых отечественных заводов имеют особую маркировку. В Германии в маркировку двигателей входят тактность, число цилиндров и ход поршня. Например, двигатель 6VD24 расшифровывается как шестицилиндровый нереверсивный четырехтактный дизель с ходом поршня 240 мм. При наличии наддува, а также если дизель реверсивный дополняются буквы А и U. Например, 8NVD – 48 AU.
На учебном судне института в качестве главного установлен дизель 6NVD26-A-3(шестицилиндровый, нереверсивный, четырехтактный дизель с газотурбинным наддувом, ходом поршня 260 мм, 3-й модификации), а в качестве вспомогательных – два дизеля 64 12/14.
Типы СЭУ с ДВС.
Судовые энергетические установки с ДВС классифицируются по целому ряду признаков.
По числу гребных валов: одновальные; двухвальные; трехвальные и т.д.
По способу передачи мощности от дизеля к гребным винтам:
С жесткой передачей без изменения частоты вращения (гребной винт вращается с частотой вращения коленчатого вала главного двигателя);
С гибкой передачей (с помощью гидромуфт, электромагнитных муфт; гидротрансформаторов);
С электрической передачей – дизели работают на генераторы, а гребные винты приводятся в действие от гребных электродвигателей (ГЭД);
С гидропередачей, обеспечивающей гидрореактивную движущую силу (на судах с водометными движителя).
По числу двигателей , работающих на каждый гребной вал: одномашинные – на каждый гребной вал работает один главный дизель; многомашинные – на каждый гребной вал работают два и более главных двигателей, передающих свою энергию вращения на гребной вал через один общий редуктор.
По типу применяемых двигателей :
Однотипные, когда используются однородные типы двигателей;
Комбинированные – используются несколько типов главных двигателей (например, дизели и газовые турбины и т.п.).
По типу движетеля: с гребным винтом фиксированного шага (ВФШ); с гребным винтом регулируемого шага (ВРШ); с противоположно вращающимися соосными гребными винтами; с водометными движителями; с крыльчатыми движителями.
Современные мощные главные двигатели выполняются с наддувом и струйным распылением топлива. Четырехтактные дизели выполняются тронковыми, двухтактные – тронковыми и крейцкопфными, а также с противоположно движущимися поршнями и несколькими коленчатыми валами.
Главные судовые дизели классифицируются по ряду признаков.
1. По назначению:
Всережимные, обеспечивающие все скорости судна от самой малой до полной;
Ускорительные (форсажные), обеспечивающие полные и близкие к полным хода при кратковременном использовании;
Маршевые (экономического хода), обеспечивающие длительный экономический ход.
2. По конструктивному исполнению:
Рядные с вертикальным расположением цилиндров четырехтактные с числом цилиндров от 6 до 12 и двухтактные с числом цилиндров от 5 до 12;
V-образные с числом цилиндров от 8 до 20;
X-образные с числом цилиндров от 16 до 32;
Звездообразные с числом цилиндров от 42 до 56;
Двухрядные – по существу два дизеля, соединенных общим картером, рамой и зубчатой передачей;
D-образные двухтактные с противоположно движущимися поршнями с числом цилиндров от 9 до 18.
3. По реверсивности: нереверсивные с реверсивными муфтами или с реверс-редукторами; реверсивные.
4. По массовым и габаритным характеристикам, скоростному режиму и ресурсу:
Малооборотные тяжелые;
Среднеоборотные;
Быстроходные средней удельной массы;
Быстроходные легкие.
Рассмотрим более детально указанные типы дизелей и сравним их.
Малооборотные тяжелые дизели являются в основном двухтактными с клапанной или петлевой продувкой. Они отличаются высокой удельной массой (до 55 кг/кВт), большими габаритами и низкой частотой вращения коленчатого вала. Такие дизели применяют для прямой передачи мощности на гребные винты крупнотоннажных морских судов (танкеров, сухогрузов, рудовозов и др.). Ведущие западные фирмы создали ряд дизелей этого класса с числом цилиндров от 6 до 12, мощностью 30-35 тыс. кВт. Например, дизели фирмы МАН-Бурмейстер и Вайн. К таковым относится дизель 60МС. Это двухтактный крейцкопфный реверсивный с прямоточно-клапанной продувкой и турбинным наддувом.
Среднеоборотные дизели получили широкое распространение в качестве главных дизелей СЭУ. Это четырехтактные двигатели с высоким давлением наддува, числом цилиндров от 6 до 20 при рядном или V-образном расположений цилиндров, частотой вращения коленчатого вала 350…550 об/мин. Такая частота вращения коленчатого вала, как правило, не позволяет устанавливать прямую передачу на гребной винт. Поэтому применяются редукторные передачи, соединяемые с дизелем упругими муфтами. Ресурсы дизелей и передач отвечают высоким требованиям морского флота. Причем суммарная масса дизель-редукторного агрегата в 2,0…2,5 раза меньше малооборотных тяжелых дизелей.
На различных судах в качестве главных двигателей широко применяются среднеоборотные дизели фирм: «МАН-Бурмейстер и Вайн», «Зульцер», «Пилстик», «МаК» и др. Они, как и малооборотные дизели эксплуатируются на тяжелых сортах топлива. Примером могут служить среднеоборотные дизели <40/54 фирмы «СЕМТ Пилстик», а также дизели фирмы «МаК» серии М601.
Высокооборотные (быстроходные) дизели средней удельной массы. Это дизели рядной и V-образной конструкции мощностью 740…4500 кВт при частоте вращения 750…1500 об/мин. Такие дизели применяются на судах ограниченного водоизмещения (буксирах, небольших танкерах, морских траулерах, речных судах) и в качестве главных дизель-генераторов на судах с электродвижением.
Быстроходные легкие судовые дизели сложной конструкции V-, X-, H-образные или звездообразные. Их изготавливают при широком использовании алюминиевых сплавов для получения минимальной массы. Они применяются на наиболее быстроходных судах, требующих развития высокой скорости в легких энергетических установках. Например, на судах с подводными крыльями мощность серийных дизелей этого типа достигает 3700 кВт. Они отличаются малыми размерами диаметра и большим числом цилиндров (12…56). Этот тип двигателей обладает наименьшим ресурсом и в этом их основной недостаток.
5.3.1 Дизельные установки с малооборотными двигателями.
Компоновка, масса, габариты и стоимость установки зависит в основном от характеристик главного двигателя, а малооборотные дизели имеют большие размеры и массу. Поэтому они размещаются в средней части машинного отделения. Чаще всего такие дизели применяются в одновальных установках с размещением в диаметральной плоскости судна параллельно основной плоскости или с незначительным отклонением от линии гребного вала.
Реже встречаются двухвальные установки, а в практике судостроения известен случай строительства трехвального контейнеровоза (Япония) с малооборотными дизелями фирмы «Мицубиси». На этом судне установлено два дизеля эффективной мощностью 18,5 мВт по бортам и один дизель эффективной мощностью 26 мВт – по диаметральной плоскости.
Следует иметь в виду, что многовальная установка во многом уступает одновальной по массе, габаритам, сложности, капитальным затратам, затратам на обслуживание и др. Во многих случаях многовальную установку с малооборотными дизелями не всегда можно считать оправданной, тем более, что в настоящее время максимальная мощность таких дизелей составляет 70 мВт при высокой экономичности. Например, дизели фирмы «Зульцер» типа RTA в 12-ти цилиндровом исполнении.
Таким образом, наиболее эффективны одновальные установки с малооборотными дизелями.
5.3.2 Дизель-редукторные установки со среднеоборотными и высокооборотными двигателями.
Такие установки занимают второе место по распространенности и применяются на морских судах транспортного, технического, вспомогательного и промыслового флота, а также на судах смешанного плавания (река-море) и на речных судах.
Число оборотов коленчатого вала среднеоборотных дизелей (250…750 об/мин) превышает допустимые обороты гребного винта и поэтому в состав такой дизельной установки включаются передачи мощности (механические, гидравлические или комбинированные).
Совокупность установленных на общей фундаментной раме главных двигателей и передач, соединительно-разъединительных или пружинных муфт называется дизель-редукторным агрегатом.
К передачам, как правило, присоединяются один или два валогенератора, что усложняет схему установки, но дает выигрыш в экономии топлива для выработки электроэнергии при работе главного двигателя. Такое решение также позволяет уменьшить количество дизель-генераторов судовой электростанции и экономить ресурс.
Редукторы и соединительно-разъединительные муфты увеличивают массу (на 25…60%) и габариты (на 30…50%) дизель-редукторной установки. Однако, в целом, они в 1,2…2 раза меньше, нежели установки с малооборотными дизелями. Габариты дизель-редукторного агрегата практически не отличаются от габаритов установки с малооборотным дизелем. Однако, последний в два раза выше.
Незначительная высота среднеоборотных дизелей позволяет использовать их на судах, которые перевозят длинномерные грузы и на которых необходимы палубные проезды для колесной техники (например, суда с горизонтальной грузообработкой).
Конструктивно главные установки со среднеоборотными дизелями и механическими передачами бывают одно-, двух-, трех- и четырехмашинными, которые присоединяются к одному редуктору. Такие СЭУ бывают одно- и многовальными.
По сравнению с установками с малооборотными двигателями, рассматриваемые установки имеют ряд преимуществ:
Машинное отделение судна со среднеоборотными дизелями может иметь меньшую высоту, а сама ГЭУ – меньше массу и габариты;
Наличие редуктора позволяет использовать двигатели и гребной вал при частичных оборотах, что отвечает наибольшему КПД винта;
Эксплуатационные характеристики установки выше за счет того, что при снижении скорости хода судна отдельные двигатели можно остановить, а оставшиеся в работе используются более эффективно;
Неисправность одного из двигателей не приводит к остановке судна, а возможность отключения неисправного двигателя позволяет выполнить его ремонт во время рейса.
Следует отметить и недостатки установок со среднеоборотными двигателями по сравнению с установками с малооборотными:
Ресурс среднеоборотного дизеля значительно ниже;
Из-за затрат энергии в редукторе и муфтах механический КПД меньше;
Более сложна эксплуатация из-за большого количества цилиндров дизелей;
Эти установки имеют повышенный уровень шума, что заставляет принимать дополнительные меры по шумоизоляции, а это ведет к удорожанию установки.
Установки с высокооборотными дизелями применяются на рыболовецких сейнерах речного флота, портовых буксирах, судах обеспечения, катерах, судах на подводных крыльях и на воздушной подушке. К этому классу относятся двигатели с частотой вращения коленчатого вала выше 750 об/мин. Поэтому в состав энергетической установки применяется понижающая передача на движители. Как правило, применяется механические, гидравлические, гидромеханические и электрические передачи.
Высокооборотные дизели имеют меньше массогабаритные показатели, чем среднеоборотные, меньшую стоимость и высокую ремонтопригодность. Однако они уступают среднеоборотным экономичностью, ресурсом и требуют использования легкого (дизельного) топлива.
Высокооборотные дизели широко применяются в установках с электропередачей. Это позволяет создавать компактные энергетические установки, так как дизель-генераторы можно размещать в любом месте судна, включая платформы и верхнюю палубу. При наличии условий передачи мощности на гребной винт в таких установках можно обойтись без валопровода.
СЭУ со среднеоборотными и высокооборотными дизелями отличаются между собой разнообразием конструктивных и компоновочных решений, которое определяется в большей степени типом и назначением судов. У них чаще, чем в установках с малооборотными дизелями, применяются навешанные вспомогательные механизмы (электрогенераторы, компрессоры воздушные, насосы топливные, масляные, охлаждения, осушительные, противопожарные), а это упрощает компоновку систем и уменьшает нагрузку на судовую электростанцию. В то же время навешанные механизмы (в большом количестве) могут снизить надежность и ремонтопригодность установки.
Раздел I. Малооборотные двигатели,тенденции развития, характеристики.....7
1. Системы газообмена 2-х тактных двигателей
2. Газотурбинный наддув 2-х тактных двигателей
3. Воздухоснабжение двигателей при пуске и на маневрах, помпаж ГТК
4. Оптимизация тепловой энергии
5. Использование энергии выхлопных газов в силовых газовых турбинах
Раздел II. Модельный ряд МС двигателей
«МАН - Бурмейстер и Вайн»...........16
6. Особенности конструкции двигателей
7. Топливовпрыскивающая аппаратура.
Раздел III. Техническое обслуживание дизелей - повышение эффективности их эксплуатации и предотвращение отказов..............25
8. Системы технического обслуживания.
9. Превентивное техническое обслуживание.
10. Техническое обслуживание по состоянию.
11. Основы диагностирования технического состояния,
12. Современные методы организации технического обслуживания судовых дизелей
13. Сводная таблица повреждений судовых дизелей.
Раздел IV. Выдержки из инструкции по эксплуатации и техническому обслуживанию двигателей MAN&BW - МС 50-98...33
Проверки во время стоянки. Регулярные проверки остановленного дизеля при нормальной эксплуатации. Пуск, управление и прибытие в порт.
Неисправности при пуске. Проверки в период пуска.....39
Нагружение.....45
Проверки при нагружении
Работа .....47
Неисправности при пуске. Неисправности при работе
Проверки при работе. Остановка.
Пожар в ресивере продувочного воздуха и воспламенение в картере......54
Помпаж турбонагнетателя ......59
Аварийная работа с отключенными цилиндрами или турбонагнетателями.......60
Вывод цилиндров из эксплуатации. Пуск после вывода цилиндров из эксплуатации. Работа двигателя с одним отключенным цилиндром.
Длительная работа с ТН, выведенным из эксплуатации. Вывод цилиндров из эксплуатации
Наблюдения при работе двигателя.....69
Оценка параметров двигателя в эксплуатации. Рабочий диапазон. Нагрузочная диаграмма. Пределы для работы с перегрузкой.
Характеристика винта
Эксплуатационные наблюдения ....71
Оценка записей.
Параметры, относящиеся к среднему индикаторному давлению (Pmi). Параметры, относящиеся к эффективной мощности (Ре). Повышенный уровень температуры выпускных газов - диагностика неисправностей.
Механические дефекты, способствующие снижению давления сжатия. Диагностика охладителей воздуха.
Удельный расход топлива .....78
Коррекция рабочих параметров .....80
Примеры расчетов:
Максимальная температура выпускных газов.
Оценка эффективной мощности двигателя без
индикаторных диаграмм. Индекс топливного насоса.
Частота вращения турбонагнетателя.
Нагрузочная диаграмма только для движения судна.
Нагрузочная диаграмма для движения судна и привода валогенератора.
Замер показателей, определяющих
термодинамическое состояние двигателя .....86
Поправка на окружающие условия ИСО:
Максимальное давление сгорания, Температура выпускных газов, Давление сжатия. Давление надувочного воздуха. Примеры замеров
Состояние цилиндра ....92
Функционирование поршневых колец. Осмотр через продувочные окна. Наблюдения.
Переборка цилиндра .....95
Сроки между переборками поршней. Первичный осмотр и снятие колец.
Замер износа колец. Осмотр цилиндровой втулки.
Замеры износа цилиндровой втулки
Юбка поршня, головка поршня и охлаждающая жидкость.
Кольцевые канавки поршня Восстановление рабочих
поверхностей втулки, колец и юбки.
Зазор в замках колец (новые кольца).
Установка поршневых колец. Зазор поршневых колец.
Смазка цилиндра и монтаж.
Обкатка втулок и колец
Факторы, влияющие на износ цилиндровой втулки .....101
Смазка цилиндра .......104
Цилиндровые масла. Величина подачи цилиндрового масла. Расчет дозировки при спецификационной мощности. Расчет дозировки при частичных нагрузках.
Осмотр состояния ЦПГ через продувочные окна,
осмотр поршневых колец ......108
Дозировка цилиндрового масла при обкатке. Расходы масла при спецификационной мощности.
Шейки / Подшипники .....110
Общие требования. Антифрикционные металлы. Покрытия. Шероховатость поверхности. Искровая эрозия. Геометрия поверхности. Шейки ремонтного раздела.
Проверка без вскрытия. Ревизия со вскрытием и переборка.
Виды повреждений .....112
Причины наволакивания. Трещины, причины трещин. Ремонт переходных участков (канавок) для масла.
Скорость износа подшипников. Ремонт подшипников на месте. Ремонт шеек. Крейцкопфные подшипники. Рамовые и мотылевые подшипники. Узел упорного подшипника и подшипники распределительного вала. Проверка новых подшипников перед монтажом
Центровка рамовых подшипников ......123
Измерение раскепов. Проверка раскепов. Кривая раскепов. Причины изгиба коленчатых валов. Измерения по струне. Центровка валопровода. Перезатяжка фундаментных болтов и болтов концевых клиньев. Перезатяжка анкерных связей.
Программа проверок и обслуживания двигателей МС .....137
Крышка цилиндра. Поршень со штоком и сальником. Проверка поршня и колец. Лубрикаторы. Втулка цилиндра и охлаждающая рубашка. Осмотр и обмер втулки. Крейцкопф с шатуном. Смазка подшипников. Проверка поступательно движущихся частей. Проверка зазора в мотылевом подшипнике. Коленчатый вал, упорный подшипник и валоповоротный механизм. Проверка раскепов коленчатого вала. Демпфер продольных колебаний. Цепной привод. Проверка цепного привода, регулировка демпфера натяжного устройства. Осмотр рабочих поверхностей кулаков ТНВД. Проверка зазора в подшипнике распределительного вала.
Регулирование положения распределительного вала из-за износа цепи.
Система продувочного воздуха двигателя......181
Работа с вспомогательными воздуходувками.
Охладитель надувочного воздуха, Очистка воздухоохладителя
Сухая очистка турбины ТН.
Система пускового воздуха и выхлопа .....194
Главный пусковой клапан, воздухораспределитель. Пусковой клапан. Выпускной клапан, аварийная работа с открытым выпускным клапаном. Проверка регулировки кулака выпускного клапана.
Топливные насосы высокого давления. Проверка, регулировка оперережения. Форсунки. Проверка, переборка распылителей. Испытание на стенде.
Топливо, топливная система .....223
Топлива, их характеристики. Стандарты на топлива. ТНВД, регулировки. Топливная система, топливообработка.
Циркуляционное масло и система смазки ......235
Система циркуляционного масла, Неисправности системы. Уход за циркуляционным маслом. Чистота масляной системы.
Очистка системы. Подготовка циркуляционного масла. Процесс сепарации. Старение масла. Циркуляционное масло: анализы и характерные свойства. Смазка распределительного вала. Объединенная система смазки. Смазка турбонагнетателя.
Вода, системы охлаждения ......251
Система забортной охлаждающей воды. Система охлаждения цилиндров. Центральная система охлаждения. Подогрев во время стоянки. Неисправности системы охлаждения цилиндров. Водоподготовка. Уменьшение эксплуатационных неисправностей. Проверка системы и воды в эксплуатации. Очистка и ингибирование. Рекомендуемые ингибиторы коррозии.
Сказку Страна Оз можно почитать по адресу www.tyt-skazki.ru/load/strana_oz/8
Сводная таблица повреждений судовых ДВС:(6 примеров, а Всего 25
)
| Дефект, повреждение | Характерные признаки | Причины |
| 1. Деформация фундаментной рамы, образование трещин. | Увеличение отрицательных раскепов коленчатого вала, перегрев рамовых подшипников | Деформация корпуса судна при неправильной загрузке судна, при сильном волнении, посадке судна на грунт. |
| 2. Трещины в верхней плоскости блока цилиндров. | Появление в месте образования трещины воды или налетов соли. |
Чрезмерная или неравномерная затяжка шпилек крепления крышки рабочего цилиндра, анкерных связей; чрезмерно высокое давление в цилиндре; отсутствие необходимого радиального зазора между опорным фланцем втулки цилиндра и гнездом блока |
| 3. Трещины в плоскости разъема блока с фунд. рамой. |
-- |
Плохая пригонка или коррозионное разъедание опорной поверхности блока; сильная или неравномерная затяжка соединительных шпилек; гидравлический удар в рабочем цилиндре. |
| 4. Трещины в блоке в районе нижнего уплотн. пояса втулки рабочего цилиндра. | Подвижка элементов остова. |
Плотная запрессовка втулки без соблюдения необходимого теплового зазор в поясах уплотнения; слишком большой диаметр резиновых уплотнительных колец; деформация втулки, вызванная ее перегревом (особенно в 2-х так-тных двигателях в районе выхл. окон), заклинивание поршня в цилиндре. |
| 5. Разрыв шпилек, скрепляющих элементы остова | -- |
Перетяг или неравномерный затяг, гидр, удар в цилиндре/Деформация остова, ослабление затяга шпилек, их вытяжка. |
| 6. Трещины в огневом днище крышек раб. цилиндров. |
Выбрасывание воды или пара через открытые индикаторные краны при проворачивании двигателя перед пуском; Появление воды на раб. поверхности втулки после остановки двигателя; белая окраска выпускных газов, понижение их температуры; повышение давления вспышки - «стрельба» предохранительного клапана; повышение темп, выходящей из крышки воды |
Ухудшение охлаждения в полостях охлаждения и перегрев крышки вследствие отложений накипи, ила, шлама и перегрузки двигателя; быстрая нагрузка непрогретого двигателя, гид-i равлический удар в цилиндре; обрыв тарелки клапана; малые радиусы скругления у кромок гнезд клапанов (трещины располагаются на перемычках между гнездами форсунки и ра-i бочих клапанов). |
Конструкцию распылителя форсунки судовых дизелей Бурмейстер и Вайн (рис. 6.4.5., а) с незначительными изменениями применяли до тех пор, пока не была создана принципиально новая форсунка с другим распылителем (рис. 6.4.5., б).
В конструкции, показанной на рис. 6.4.5., а, сопло 10 запрессовано в корпус 11 (соплодержатель), который притирается к нижнему торцу направляющей 8 иглы 7. Верхний торец направляющей притерт к корпусу 1 форсунки. Массивной гайкой 9 соплодержатель 11, направляющая 8 и нижняя часть корпуса 1 скреплены в единый герметичный узел. Штифты 5 обеспечивают совпадение участков каналов охлаждения 12 топливопровода 6. Сопло 10 закреплено в корпусе 11 горячей посадкой, чем обеспечивается надежная фиксация сопла, отверстия которого должны иметь строго заданное направление (число форсунок две или три при центральном положении выпускного клапана). Три или четыре распыливающих отверстия сопла имеют диаметр 0,95 -1,05 мм. Для увеличения срока службы элементов игла - упор верхняя часть иглы 7 сделана в виде утолщённой головки, а упор 4 - в виде втулки увеличенного диаметра. Упор запрессован в тело корпуса 1. Подъём иглы h и = 1 мм. Развитая головка иглы позволила увеличить диаметр штока 3, передающего игле усилие затяга форсуночной пружины 2 (Р зп), что повысило надёжность узла пружина - шток.
Форсунки Бурмейстер и Вайн охлаждаются, как правило, дизельным топливом автономной системы.
Рис. 6.4.5
В последние годы все высокомощные судовые малооборотные дизели Бурмейстер и Вайн, а также перспективные дизели МАН - Бурмейстер и Вайн оборудуют новыми форсунками унифицированной конструкцией (см. рис. 6.4.5., 6).
Принципиальным отличием в данном случае является то, что форсунка неохлаждаемая. Нормальная работа форсунки при высоких температурах подогрева тяжелого топлива (105-120 °С) обеспечивается благодаря его центральному подводу по каналу 14. При этом получаются симметричное температурное поле и равные градиенты температур по поперечному сечению распылителя, а следовательно, равные рабочие зазоры в сопряженных парах (во всех прочих конструкциях форсунок, где горячее топливо и охладитель подаются по разным сторонам ее корпуса, создается несимметричное температурное поле).
Распылитель состоит из сопла 10, направляющей 8, иглы 7 и запорного клапана 17 внутри иглы. Направление односторонних сопловых отверстий обеспечивается фиксацией сопла штифтом 5, (корпус 1 форсунки фиксируется своим штифтом в месте крепления, не показанном на чертеже). Игла 7, имеющая вверху форму стакана, воспринимает усилие затяга пружины 2 через ползун 13, в вырезы которого входит головка проставки 15 с центральным каналом 14. Внутри стакана иглы размещены пружина 16 запорного клапана 17 и узел сопряжения топливного канала в проставке 15 и в клапане 17. Нижний заплечик проставки 15 ограничивает подъем клапана (h к = 3,5 мм), а верхний - подъем иглы (h и = 1,75 мм).
Форсунка обеспечивает циркуляцию нагретого топлива при неработающем двигателе (во время подготовки к пуску и при вынужденных остановках в море), а также в период между смежными впрысками, когда ролик толкателя плунжера обкатывает цилиндрическую часть шайбы.
При стоянке двигателя, когда ТНВД находится в положении нулевой подачи (полости наполнения и нагнетания соединены), топливоподкачивающий насос при давлении 0,6 МПа подает топливо в нагнетательный топливопровод и канал 14 форсунки. "Гак как пружина 16 запорного клапана 17 имеет затяг 1 МПа, то клапан не поднимается, и топливо проходит через небольшое отверстие 18 в стакан иглы и далее вверх на слив. Таким образом, при стоянке любой продолжительности вся система нагнетания будет заполнена топливом рабочей вязкости. Это исключительно важно для надежной работы топливной аппаратуры.
При работе двигателя в период активного хода плунжера давление нагнетания практически мгновенно поднимает запорный клапан 17, и перепускное отверстие 18 перекрывается. Топливо проходит к дифференциальной площадке иглы 7 и поднимает иглу.
В конце активного хода плунжера вся система нагнетания быстро разгружается через рабочую полость насоса, так как нагнетательного клапана в нем нет. Когда давление топлива падает ниже давления затяга Р ап. пружина 2 сажает иглу 7, а при давлении ниже 1 МПа пружина 16 опускает на место запорный клапан 17. Ролик толкателя плунжера на длительное время выходит на верх шайбы, и система нагнетания вновь прокачивается топливом до следующего активного хода плунжера.
В рассмотренной особенности новой форсунки большое достоинство топливной аппаратуры, так как в любых условиях эксплуатации она постоянно находится в рабочем температурном режиме, что чрезвычайно важно для гарантии надежности.
Практика показала, что во время вынужденных остановок судов в море, при длительных стоянках в готовности, а также при продолжительных режимах малых ходов и маневров тяжелое топливо остывает по всей линии нагнетания, вязкость его повышается. В таких случаях после пуска двигателя или при резких набросах нагрузки давление впрыскивания может сильно возрасти, а гидравлические усилия в линии нагнетания достичь опасного уровня. В результате возможны образование трещин в корпусах ТНВД и стенках нагнетательных топливопроводов, прорыв мест соединений их с насосом и форсункой (особенно когда эти места резьбовые).
Для топливной аппаратуры с охлаждаемыми форсунками существует несколько решений, направленных на поддержание температурного режима системы нагнетания в упомянутых условиях: отключение охлаждения форсунок, подача пара в каналы охлаждения, установка вдоль всего (или части) нагнетательного топливопровода паровых «спутников» и т.д. Однако все эти решения по эффективности действия значительно уступают форсунке с симметричным температурным полем.
Положительным фактором в пользу неохлаждаемых форсунок является и то, что исключается необходимость применять специальную систему охлаждения (два насоса, цистерна, трубопроводы, контрольно-измерительные приборы и приборы автоматики).
Есть, однако, и недостатки. Конструкция форсунки сложная, многодетальная. Одних мест притирки - девять, причем для притирки требуются специальные оправки. В топливной аппаратуре фактически отсутствует нагнетательный клапан, так как запорный клапан 17 его функций не выполняет: в случае зависания иглы форсунки топливо из системы нагнетания выталкивается давлением газов в цилиндре вскоре после окончания активного хода плунжера. Опыт показывает, что цилиндр при этом самовыключается.
В составе отечественного флота имеется большое количество теплоходов с дизелями зарубежного производства .
Ведущими зарубежными фирмами, производящими судовые дизели, являются: «Бурмейстер и Вайн» (Дания), «Зульцер» (Швейцария), МАН (ФРГ), «Доксофорд» (Великобритания), «Сторк» (Нидерланды), «Гетаверкен» (Швеция), «Фиат» (Италия), «Пилстик» (Франция) и их лицензиаты. Дизели, построенные зарубежными фирмами, имеют свои обозначения.
В марках дизелей фирмы «Бурмейстер и Вайн» буквы обозначают: М - четырехтактный, V - двухтактный (второе V в конце марки V-образный), Т - крейцкопфный, F - судовой (реверсивный и главный нереверсивный серии MTBF), В - с газотурбинным наддувом, Н - вспомогательный. Число цилиндров указано перед буквами, диаметр цилиндров - за числом цилиндров, ход поршня - после букв. В крейц-копфных дизелях с наддувом модификация указана в середине буквенного обозначения цифрой 2 или 3.
Для дизелей, построенных фирмой «Бурмейстер и Вайн» после 1967 г., введены новые обозначения: первая цифра - число цилиндров, следующая за ней первая цифра - тип двигателя (К - двухтактный крейцкопфный); вторые цифры - диаметр цилиндров; следующая буква - обозначение модели (например, Е или F); последняя буква - назначение дизеля (например, F - судовой реверсивный для прямой передачи).
В дизелях фирмы «Зульцер» буквы обозначают: В - четырехтактный, Z - двухтактный, S - крейцкопфный, Т - тронковый, D - реверсивный, Н - вспомогательный, А - с наддувом, R - с управляемым выпуском, V - V-образный, G - с редукторной передачей, М -тронковый с коротким ходом поршня. Число цилиндров указано перед буквами, диаметр цилиндра - после букв. Некоторые дизели этой фирмы имеют сокращенное буквенное обозначение: у серии Z и ZV не проставляют буквы М, Н, А, а у серии RD - буквы S и А.
Обозначения в дизелях фирмы МАН: V - четырехтактный (второе V - V-образный), Z - двухтактный, К - крейцкопфный, G - тронковый, А - двухтактный без наддува или четырехтактный с низкой степенью наддува, С, D и Е - двухтактные с низкой, средней и высокой степенями наддува, L - четырехтактный с охлаждением наддувочного воздуха, Т - с наличием предкамеры, m - четырехтактный с наддувом без воздухоохладителя. Число цилиндров указано между буквами К и Z, числитель дроби-диаметр цилиндра, знаменатель - ход поршня. Заводы-лицензиаты фирмы МАН наличие наддува обозначают буквой А с цифровыми индексами: А3 и А5 - последовательно-параллельная система наддува с газотурбонагнетателями, работающими на газах соответственно с постоянным и переменным давлением.
Фирмой «Фиат» приняты такие обозначения: S и SS с наддувом первой и второй форсировки, Т - крейцкопфный с диаметром цилиндра до 600 мм (при D = 600 мм буква Т может отсутствовать), R - четырехтактный реверсивный, С и В - модификации дизеля. Первые цифры означают диаметр цилиндра, последующие - число цилиндров.
Дизели ГДР: D-дизель, V - четырехтактный, Z - двухтактный, К - с малым ходом поршня (S/D < 1,3), N -со средним ходом поршня (S/D > 1,3), первая цифра означает число цилиндров, вторая - ход поршня, см.
Датская фирма «Бурмейстер и Вайн» с 1939 г. совместно с лицензиатами производит судовые малооборотные двигатели с прямоточно-клапанной системой продувки, а с 1952 г.- с газотурбинным наддувом.
В отечественном флоте настоящее время эксплуатируются двигатели серий VTBF, VT2BF, K-EF, K-FF, K-GF, L-GF, L-GFCA.
Дизели типа VTBF
Дизели типа VTBF
Общая компоновка двигателей VTBF представлена на рис. 23 поперечным разрезом двигателя 74VTBF-160. (ДКРН74/160), Это двухтактный, крейцкопфный, реверсивный двигатель с прямоточно-клапанной продувкой и с импульсным газотурбинным наддувом.
Наддув двигателя осуществляется газотурбонагнетателями фирмы «Бурмейстер и Вайн» типа TL680, которые устанавливаются на каждые два-три или четыре цилиндра в зависимости от рядности двигателя.
Выпускные газы поступают к турбине при переменном давлении с температурой около 450 °С по индивидуальным патрубкам от каждого цилиндра, имеющим защитные решетки, которые в случае поломки поршневых колец должны предохранять проточную часть газовой турбины от попадания обломков.
Двигатель обеспечивается воздухом на всех режимах от полного хода до пусков и маневров только газотурбонагнетателем за счет раннего открытия выпускного клапана. Клапан открывается при 87° -п. к. в. до НМТ, а закрывается при 54° п. к. в. после НМТ.
Продувочные окна открываются и закрываются при 38° п. к. в. соответственно до и после НМТ. Раннее Открытие клапана дает возможность получить мощный импульс давления, обеспечивающий баланс мощности между турбиной и компрессором на всех режимах работы, однако фирма дополнительно установила аварийную воздуходувку 9.
Прямоточно-клапанная продувка в двигателях Бурмейстер и Вайн традиционно осуществляется с помощью одного клапана 1 большого диаметра, расположенного в центре крышки 2 цилиндра.
По этой причине для равномерного распределения распыливаемого топлива по объему камеры сгорания установлены две или три форсунки с односторонним расположением сопловых отверстий по периферии крышки 2, которая имела ранее конусообразную форму, что позволило вынести плохо охлаждаемую область стыка крышки с цилиндровой втулкой 3 из зоны камеры сгорания вверх.
Использование такой схемы продувки дало возможность применить простую симметричную конструкцию цилиндровой втулки, в нижней части которой расположены продувочные окна 6, равномерно распределенные по всей окружности втулки. Оси каналов, образующих продувочные окна, направлены по касательной к окружности цилиндра, что создает закручивание потока воздуха при его поступлении в цилиндр.
Это обеспечивает очистку цилиндра от продуктов сгорания с минимальным перемешиванием продувочного воздуха и остаточных газов, а также улучшает смесеобразование в камере сгорания, так как вращение воздушного заряда сохраняется и в момент впрыска топлива.
Простая конфигурация и возможность обеспечения равномерной температурной деформации втулки по длине обеспечивают благоприятные условия работы деталей цилиндропоршневой группы.
Поршень 4 двигателя имеет стальную головку, выполненную из молибденовой жаростойкой стали, и очень короткий чугунный тронк. В связи с периферийным расположением форсунок днище поршня имеет полусферическую форму.
Равномерный обдув днища поршня холодным воздухом при продувке позволил фирме сохранить масляное охлаждение поршня во всех моделях своих двигателей. Применение масляной системы охлаждения значительно упрощает как конструкцию, так и эксплуатации двигателя.
Для повышения ремонтопригодности поршней в канавках поршневых колец двигателей VTBF и двух последующих модификаций установлены противоизносные чугунные кольца. При износе или поломке их заменяют. При этом восстанавливают первоначальную высоту канавки.
Осуществив сварную конструкцию фундаментной рамы и картерных стоек, фирма попыталась в этих двигателях применить укороченные анкерные связи, проходящие от верхней плоскости блока цилиндров до верхнего края картерных стоек, вместо традиционных длинных анкерных связей.
Однако опыт эксплуатации показал, что при коротких анкерных связях не обеспечивается необходимая жесткость остова, поэтому в последующих моделях вернулись к длинным анкерным связям.
Двигатели VTBF имеют два распределительных вала. Их привод от коленчатого вала 8 осуществляется традиционной для МОД фирмы «Бурмейстер и Вайн» ценной передачей. Верхний распределительный вал служит для привода 5 выпускных клапанов, а нижний для привода 6 топливных насосов высокого давления.
Реверс распределительных валов выпускных клапанов и топливных насосов производится с помощью кулисных сервомоторов с планетарными передачами, смонтированных внутри приводных звездочек. При реверсе каждый распределительный вал фиксируется с помощью тормозного клапана и остается неподвижным в течение заданного угла при развороте коленчатого вала в новом направлении.
При этом распределительный вал топливных насосов оказывается развернутым относительно коленчатого вала на 130° п. к. в. С целью уменьшения угла реверса распределительные валы разворачиваются в разные стороны.
Коленчатый вал двигателей этой серии составной, т. е. и мотылевая, и рамовая шейки запрессованы в щеки. Мотылевые подшипники смазываются по каналам в шейках и щеках.
От мотылевого подшипника масло по отверстиям в шатуне поступает к крейцкопфу, затем на смазку головных подшипников.
Подвод охлаждающего масла в поршень осуществляется по телескопическим трубам через крейцкопф, затем масло поднимается к поршню по кольцевому зазору между штоком поршня и отводной трубой.
Отработавшее масло из поршня сливается по трубе, расположенной внутри штока поршня, затем из крейцкопфа по гуську, свободный конец которого ходит в прорези не-подвижной отводящей трубы, и далее по системе труб масло поступает в сточную цистерну.
На двигателях Бурмейстер и Вайн традиционно применяют ТНВД 7 золотникового типа с регулированием по концу подачи. В двигателях VTBF трубопроводы к обеим форсункам подсоединены непосредственно к головке топливного насоса.
Насос не имеет нагнетательных клапанов, а угол опережения подачи топлива регулируется разворотом кулачной шайбы относительно распределительного вала. Форсунки этих двигателей-закрытого типа, охлаждаются дизельным топливом, давление начала впрыскивания 30 МПа. Характерной особенностью форсунок является торцовое уплотнение иглы.
Опыт эксплуатации дизелей типа VTBF на судах отечественного флота показал, что для них характерны следующие дефекты и неисправности: интенсивные износы цилиндровых втулок, ослабление шпилек крепления головки и тронка поршня, частные поломки и интенсивные износы поршневых колец, образование трещин под опорным буртом цилиндровой втулки, выход из строя противоизносных колец, растрескивание и отслаивание баббита головных и мотылевых подшипников, прогорание выпускных клапанов, растрескивание деталей и зависание плунжеров ТНВД, частые отказы форсунок из-за зависания игл, растрескивание распылителей и т. д. Однако в целом двигатели показали достаточную надежность при коэффициенте использования мощности 0,8-0,9.
Дизели типа VT2BF
Дизели типа VT2BF
Следующая модель двигателей, выпускавшаяся фирмой с 1960 г., VT2BF сохранила основные черты предыдущей модели: импульсный ГТН 2, прямоточно-клапанную продувку, масляное охлаждение поршня, составную конструкцию коленчатого вала 1, привод распредели¬тельного вала 4 и т. д. Однако в новой серии среднее эффективное давление увеличилось с 0,7 до 0,85 МПа, примерно на 20%.
Для повышения мощности турбины была увеличена фаза открытия выпускного клапана 3 со 140 до 148° п. к. в. Теперь выпускной клапан открывался за 92° п. к. в. до НМТ и закрывался при 56° п. к. в. после нее.
В целях упрощения конструкции и снижения массы двигателя фирма отказалась от использования двух распределительных валов. Начиная с этой модели, для привода ТНВД и выпускных клапанов используется один распределительный вал. Для повышения жесткости остова двигателя фирма вернулась к длинным анкерным связям 7, проходящим от верхней плоскости блока цилиндров 5 до нижней плоскости фундаментной рамы 6.
Реверс распределительного вала осуществляется его разворотом на 130° п. к. в. в сторону реверса кулачных шайб выпускных клапанов, поэтому фирма была вынуждена использовать для привода ТНВД кулачную шайбу с негативным профилем.
В связи с резким сокращением времени наполнения насоса фирма установила в головке ТНВД всасывающий клапан. Кроме того, в двигателях этой серии применен эксцентриковый механизм изменения угла опережения подачи топлива (рис. 26), регулирующий максимальное давление сгорания без остановки двигателя, что является несомненным преимуществом такой конструкции.
От ТНВД топливо подается по нагнетательному трубопроводу к распределительной коробке, от которой отходят трубопроводы к форсункам. Сохранив торцовое уплотнение иглы с распылителем, фирма опустила форсуночную пружину вниз, уменьшив тем самым массу подвижных частей. Отсутствие нагнетательного клапана в системе впрыскивания при мощной отсечке топлива в конце подачи зачастую приводило к образованию вакуумных каверн в топливопроводах высокого давления, вызывая неравно-мерность цикловых подач по цилиндрам.
Дизели типов K-EF, K-FF.
Дизели типов K-EF, K-FF
В двигателях сохранен импульсный газотурбинный наддув, прямоточно-клапанная схема газообмена, масляное охлаждение поршня и другие характерные черты двигателей предыдущей модели VT2BF. Общая компоновка двигателей этой серии представлена поперечным разрезом двигателя K84EF на рис. 27.
В конструкцию двигателя внесены некоторые изменения. В первую очередь это касается деталей камеры сгорания. Как видно из рис. 28, камера сгорания двигателей K98FF вынесена в крышку колпачкового типа.
Это снизило температуры зеркала цилиндра в верхней части втулки, чему способствовало охлаждение верхнего пояса втулки водой, подводимой по сверленым тангенциальным каналам в опорном бурте 4. Колпачковая конструкция обеспечила достаточную жесткость и прочность крышки без увеличения толщины стенок камеры сгорания, несмотря на то, что диаметр цилиндра и давление Pz стали больше.
Толщина верхней части втулки оставлена без изменений благодаря смещению ее вниз в область более низких давлений газа. При такой компоновке деталей камеры сгорания верхняя часть поршня при его положении в ВМТ выступает из цилиндровой втулки.
Поэтому появилась возможность отказаться от резьбовых отверстий под рамы в днище поршня, являющихся концентраторами напряжений, и применять для демонтажа поршня устройство, традиционно используемое в двигателях фирмы МАН, в виде хомута, бурт которого входит в кольцевую выточку в верхней части поршня 5.
Для обеспечения достаточного теплоотвода от днища поршня и его механической прочности фирма сохранила прежнюю толщину днища, а для снижения деформаций, возникающих от давления газов, использовала опорный стакан 3; диаметр которого составляет 0,7 диаметра цилиндра.
Этим достигается равновесие сил давления газов на центральную и периферийную поверхность днища поршня, позволяющее уменьшить изгибающие напряжения в месте перехода днища в боковые стенки. Для крепления поршня к штоку использовано пружинное кольцо Бельвиля 1.
За счет упругости этого кольца обеспечивается автоматическая компенсация износов опорных поверхностей опорного стакана, днища поршня и штока. Благодаря этим мерам удалось сохранить приемлемый уровень температур в деталях цилиидропоршневой группы, несмотря на увеличение среднего эффективного давления за счет наддува на 10% по сравнению с дизелями VT2BP.
Существенные изменения внесены в ТНВД двигателей этой серии. Фирма отказалась от применения эксцентрикового механизма с регулированием угла опережения подачи топлива и применила подвижную плунжерную втулку, положение которой может регулироваться при отключенном насосе с помощью небольшого шестеренного привода. При вращении при¬водной шестерни на крышку навинчивается промежуточная втулка, которая служит упором для плунжерной втулки.
Сама плунжерная втулка прижимается к промежуточной с помощью четырех шпилек. При регулировании угла опережения впрыска топлива на ходу двигателя подачу топлива отключают, ослабляют затяжку шпилек крепления плунжерной втулки, а затем путем вращения зубчатой шестерни наворачивают или выворачивают регулировочную втулку на головку насоса, перемещая ее на нужную высоту. Кроме того, фирма применила пластинчатый всасывающий клапан, расположенный непосредственно в ТНВД.
Топливо в полость нагнетания подводится по кольцевому зазору между корпусом и плунжерной втулкой снизу вверх, что позволяет равномерно прогревать насос при работе на тяжелом топливе. Для гашения волн давления, возникающих при отсечке, используется пружинный демпфер.
Дизели типа K-GF
Дизели типа K-GF
Совершенствование конструкции своих двигателей фирма реализовала в процессе доводки базового двигателя K90GF, а затем всех остальных двигателей этого ряда. За счет наддува мощность двигателей была увеличена почти на 30% по сравнению с моделями K-EF, среднее эффективное давление составило 1,17-1,18 МПа при максимальном давлении сгорания 8,3 МПа. Это привело к значительному росту нагрузок на все детали остова двигателя.
Поэтому фирма полностью отказалась от его прежней конструкции, образованной отдельными А образ-ными стойками, и перешла на более рациональную жесткую сварную конструкцию коробчатой формы, в которой нижний блок 8 вместе с фундаментной рамой 9 образует пространство шатунного механизма, а верхний блок 7-полость крейцкопфа вместе с параллелями.
В этом варианте уменьшается количество болтовых соединений, упрощается обработка отдельных секций и облегчается герметизация уплотнений. Для улучшения условий работы крейцкопфа 6 значительно увеличен диаметр шеек его поперечины, который приблизительно стал равен диаметру цилиндра, и укорочена их длина (до 0,3 диаметра шейки).
В результате де-формации крейцкопфа уменьшились, снизились давления на подшипники (до.10 МПа), не-сколько увеличились окружные скорости в крейцкопфном подшипнике, что способствует образованию масляного клина. Симметричность крейцкопфного узла позволяет в случае повреждения шейки перевернуть поперечину на 180°.
Из-за высокого уровня тепловых и механических напряжений в эксплуатации наблюдались выходы из строя деталей камеры сгорания: крышек, втулок и поршней. Для ликвидации этих недостатков и в связи с необходимостью дальнейшей форсировки двигателя по наддуву фирма «Бурмейстер и Вайн» пошла на переработку конструкции этих деталей.
Литые крышки заменены коваными стальными, они полуколпачкового типа и имеют пониженную высоту. Для интенсификации охлаждения у самой поверхности огневого днища просверлено около 50 радиальных каналов, по которым циркулирует охлаждающая вода.
В утолщениях фланцевых поясов крышке 2 и втулке 5 также выполнен ряд тангенциальных отверстий, образующих круговые каналы для прохода охлаждающей воды. Благодаря интенсивному охлаждению верхнего пояса втулки температура зеркала цилиндра на уровне верхнего кольца при положении поршня в ВМТ не превышает 160-180°С, что обеспечивает надежность работы и увеличивает срок службы поршневых колец, а также снижает износ втулки.
При этом фирме удалось сохранить масляное охлаждение поршня 3, головка которого осталась примерно такой же, как и в предыдущей серии двигателей K-EF, но без противоизносных колец.
Для повышения надежности выпускного клапана (1), был заменен механический привод это-го клапана на гидравлический привод, а концентрические пружины большого диаметра - на комплект из 8 пружин.
Гидравлический привод передает усилия поршневого толкателя 6, приводимого от кулачной шайбы распределительного вала, через гидросистему на поршень сервомотора, действующего на шпиндель выпускного клапана. Давление масла при открытии клапана составляет около 20 МПа.
Эксплуатация показала, что гидравлический привод надежнее в работе, меньше шумит, обеспечивает меньший износ штока клапана благодаря отсутствию боковых усилий, что увеличило срок службы клапана до 25-30 тыс. ч.
В связи с тем, что на каждом цилиндре двигателей Бурмейстер и Вайн с прямоточно-клапанной продувкой устанавливалось от двух до трех форсунок, их недостаточная надежность серьезно снижала безотказность работы двигателей.
По этой причине конструкция форсунок была полностью переработана (рис. 33). В новой форсунке топливо подводится по центральному каналу, образованному сверлениями в головке форсунки, в стержне, в упоре и в невозвратном нагнетательном клапане. Сам нагнетательный клапан размещен в теле иглы форсунки. Уплотнение всех стыков между деталями, образующими центральный канал для подвода топлива, осуществляется только за счет их взаимной притирки и усилия, создаваемого в результате натяга при сборке форсунки. Сопло, выполненное съемным, изготовлено из высококачественной стали.
Это позволяет повысить не только надежность работы самих распылителей, но и их ремонтопригодность. В форсунке не предусмотрено устройство для регулирования давления открытия иглы. Опытная проверка таких форсунок на двигателях показала их высокую надежность.
Интенсификация охлаждения цилиндровой крышки в районе форсуночного отверстия позволила обойтись без охлаждения распылителя. Размещение нагнетательного клапана в игле в непосредственной близости от сопла, с одной стороны, полностью устраняет возможность подвпрыска топлива, а с другой, гарантирует топливную систему от прорыва газов из цилиндра при зависании иглы форсунки Масса и размеры форсунок существенно уменьшились не большая высота крышки позволили выполнить форсунки короткими и вмонтировать их в отверстия, просверленные не посредственно в стальном корпусе крышки.
На рис. 34 представлен топ дивный насос двигателя этого типа. В его конструкции сохранен подвод топлива к насосу по кольцевому зазору между плунжерной втулкой и корпусом снизу вверх для равномерного прогрева плунжерной пары при переходе на тяжелое топливо, использован тот же принцип регулирования начала подачи осевым перемещением плунжерной втулки, всасывающий клапан размещен со стороны полости нагнетания и т. д.
Однако с учетом опыта эксплуатации введено специальное уплотнение для снижения утечек топлива через зазор в плунжерной паре. Рейка регулирования цикловой подачи перенесена в нижнюю часть корпуса насоса.
Двигатели типа K-GF, выпушенные на рынок в 1973 г., были ориентированы на требования судостроения, в основе которых лежали низкие цены на топливо и высокие фрахтовые ставки. Преобладали тенденции к увеличению агрегатных мощностей, что позволяло снизить производственные затраты на единицу мощности выпускаемых дизелей.
Дизели серии L-GF
Дизели серии L-GF
Энергетический кризис вынудил фирму «Бурмейстер и Вайн», так же как и другие фирмы, перейти к созданию двигателей с большим отношением S к D. Двигатели этой серии получили маркировку L-GF. Увеличение хода поршня компенсировало снижение частоты вращения на 20% и позволило сохранить на прежнем уровне цилиндровую мощность.
Многие узлы двигателей L-GF полностью идентичны узлам двигателя K-GF (рис. 35): кованая стальная крышка 2 со сверлениями для подвода охлаждающей воды, гидравлический при-вод выпускного клапана 1, конструкция поршня 3 с масляным охлаждением, крейцкопфа 5, остов двигателя и т. д. Верхняя часть втулки 4 была вынесена из блока цилиндра и выполнена в виде толстого опорного бурта значительной высоты, в котором просверлены тангенциальные каналы для подвода охлаждающей воды.
Снижение частоты вращения длинноходовых двигателей дало возможность увеличить диаметр винта и в результате повысить пропульсивный к. п. д. приблизительно на 5%. Испытания построенных дизелей показали, что при длинноходовом исполнении повышается и индикатор-ный к. п. д. дизеля на 2-3%, так как более полно используется работа расширения газов.
Подтвердились преимущества прямоточно-клапанной схемы газообмена, благодаря которым увеличение высоты цилиндра не привело к увеличению зоны перемешивания воздуха с остаточными газами, как это произошло в двигателях с контурными схемами продувки.
Дизели серии L-GFCA. Сохранение импульсного газотурбинного наддува в двигателях L-GF не позволяло получить нужный уровень экономичности в условиях энергетического кризиса. В связи с этим в конце 1978 г. фирма «Бурмейстер и Вайн» испытала на заводском стенде первый двигатель с изобарным наддувом, в котором был достигнут удельный расход топлива около 190 г/(кВт-ч). Новая серия двигателей получила обозначение L-GFCA.
К общему выпускному коллектору 3 большого объема подведены выпускные патрубки цилиндров, поэтому перед турбиной 2 устанавливаются практически постоянные параметры газа. Переход на наддув при постоянном давлении газа перед турбиной позволил повысить к. п. д. турбокомпрессора на 8% и улучшить за счет этого воздухоснабжение двигателя на основных эксплуатационных режимах.
В то же время на малых нагрузках и при пуске двигателя располагаемой энергии газов перед турбиной оказывается недостаточно, поэтому на этих режимах пришлось использовать две воздуходувки мощностью 0,5% полной мощности дизеля.
В связи с переходом на постоянный наддув отпала необходимость в раннем открытии выпускного клапана 4, за счет чего обеспечивался мощный импульс газов при импульсной системе наддува.
Вместо открытия за 90° п. к. в. до НМТ клапан стал открываться на 17-20° п. к. в. позднее. Неизменный профиль кулачной шайбы дал возможность клапану на столько же позже закрываться, а вся его диаграмма «время-сечение» стала более симметричной по отношению к НМТ.
По-видимому, фирма пошла на увеличение потери заряда при газообмене в первую очередь для снижения температур поршня и особенно выпускного клапана, температура которого превышала 500°С.
Некоторое снижение давления в начале сжатия позволяет получить и дополнительный выигрыш мощности (зона //). Благодаря этому, а также из-за повышения максимального давления сгорания с 8,55 до 9,02 МПа (зона ///) и увеличения продолжительности процесса расширения газов в результате более позднего открытия клапана (зона /) среднее индикаторное давление в двигателе L-GFCA выросло по сравнению с двигателем L-GF с 1,26 до 1,40 МПа.
Повышение экономичности двигателей было достигнуто благодаря снижению удельного расхода топлива на 7,5%, чему способствовало и глубокое охлаждение продувочного воздуха.
По данным фирмы, снижение температуры продувочного воздуха на каждые 10°С позволило уменьшить расход топлива на 0,8%. Глубокое охлаждение воздуха сопряжено с выпадением из него конденсата водяных паров, что может быть причиной износов деталей ЦПГ. Это затруднение было устранено установкой в воздухоохладителях 1 (см. рис. 36) сепараторов влаги, состоящих из набора профилированных пластин. Содержащиеся в потоке воздуха капли конденсата отводятся от пластин в дренажную систему.
Фирмой проводились исследования возможности выбора между полным использованием построечной мощности двигателя и снижением скорости судна для максимальной экономии топлива.
Они показали, что двигатели типа L-GFCA могут работать при постоянном значении максимального давления сгорания в диапазоне изменения мощности от 100 до 85% Neном. (при работе двигателя на винт).
Результаты этих исследований представлены расчетной диаграммой, а. Зона режимов, в которой допускается сохранение номинальных значений Pz, ограничена фигурой 1-2-3-4-5. Работа в зоне 1-6-2 связана с превышением номинальных значений удельных давлений на подшипники.
При необходимости полного использования построечной мощности (т. е. поддержания максимальной скорости) режимы работы двигателя должны располагаться около границы 5-1-2-3.
Конкретное положение режимной точки будет зависеть от расположения реальной винтовой характеристики. При необходимости движения экономичным ходом режимная точка должна располагаться ближе к границе 3-4-5. Рис. 38,6 показывает, что. в этом случае часовой расход топлива уменьшится вследствие снижения как мощности, так и удельного эффективного расхода топлива (точки Л к В).
Дизели типа L-GA
Дизели типа L-GA
Первая разработанная объединенной фирмой МАН - «Б и В» модель двигателя L-GA отличалась от предшествующей модификации L-GFCA только использованием турбокомпрессора NA-70, разработанного фирмой МАН.
Повышение к. п. д. турбокомпрессора с 61 до 66% снизило эффективный удельный расход топлива на 2 г/(кВт-ч) при номинальной мощности и на 2,7 г/(кВт-ч)-при 76% Neном. Поскольку при оборудовании дизеля более эффективным турбокомпрессором не ставилась задача повышения среднего эффективного давления, увеличение его к. п. д. было использовано для уменьшения располагаемой энергии газов перед турбиной за счет более позднего открытия выпускных клапанов. Это позволило полнее использовать расширение газов в цилиндрах дизеля, что повысило его экономичность. Все остальные параметры двигателя L-GA остались такими же, как у L-GFCA.
Высокий к. п. д. новых турбокомпрессоров и более позднее открытие выпускных клапанов снизили температуру отработавших газов за турбиной на 20-25°С. В результате уменьшилась и паропроизводительность утилизационного котла. Чтобы частично компенсировать снижение температуры газов, было решено использовать турбокомпрессоры с неохлаждаемыми корпусами типа NA-70 фирмы МАН.
Дизели типа L-GB
Дизели типа L-GB
Модификация L-GA послужила промежуточной моделью при переходе к дизелям повышенной форсировки и лучшей экономичности серии L-GB. В этих двигателях были увеличены ре до 1,5 МПа и цилиндровые мощности дизелей на 13% (по сравнению с дизелями L-GFCA). Удельный расход топлива снижен на 4 г/(кВт-ч) вследствие использования более эффективных турбокомпрессоров и повышения Pz до 10,5 МПа. В связи с ростом уровня тепловых и механических нагрузок все детали движения и ЦПГ, а также остова усилены, хотя общая ком-поновка осталась без изменений по отношению к двигателям L-GFCA.
Для повышения надежности выпускного клапана его конструкция переработана: пружины заменены пневматическим поршнем, работающим при давлении воздуха 0,5 МПа, для вращения клапана применена крылатка, охлаждение седла клапана по сверленым каналам.
Новая конструкция поршня с масляным охлаждением.
Для автоматического поддержания постоянного давления в области нагрузок от 78 до 110% применен золотниковый насос смешанного регулирования. Специальная конфигурация отсечных кромок 1 плунжера обеспечивает увеличение опережения впрыска при снижении нагрузки двигателя, поддерживая максимальное давление сгорания на номинальном уровне.
При уменьшении нагрузки ниже 75% момент начала подачи по насосу постепенно начинает уменьшаться и примерно при 50% нагрузки давление Pz становится таким же, как при насосе прежней конструкции.
Дизели серии L-GBE
Дизели серии L-GBE
Одновременно с серией L-GB фирмой МАН «Б и В» разрабатывалась ее улучшенная по экономичности модификация L-GBE. У двигателей этой модификации те же размерности частоты вращения, что и у двигателей L-GB, но номинальное среднее эффективное давление снижено до уровня дизелей L-GFCA при сохранении максимального давления сгорания на высоком уровне и более высокой степени сжатия.
Для уменьшения объема камеры сжатия под пятку поршневого штока установлены специальные прокладки. Турбокомпрессоры дизелей L-GBE имеют другие размеры проточных ча-стей, соответственно изменены размеры продувочных окон и фазы выпускного клапана.
Есть отличия и в конструкции распылителей форсунок и плунжеров ТНВД. Благодаря автоматическому увеличению угла опережения подачи топлива при развороте плунжера с уменьшением мощности диаграмма Нагрузок при pz=const немного меняется: границей низких частот вращения, т. е. левой образующей зоны постоянных значений pz, становится линия винтовой характеристики. В результате эта зона существенно расширяется.
Малоразмерная модель L35GB/GBE (см. табл. 8). спроектирована заново. В связи с повышением давления сгорания до 12 МПа чугунный блок цилиндров выполнен литым, коленчатый вал - цельнокованый, изменена конструкция механизма реверса.
Дизели серии L-MC/MCE
Дизели серии L-MC/MCE
Следующей моделью фирмы МАН-«Б и В» стала сверхдлинноходовая модель с отношением S/D= 3,0 - 3,25 получившая маркировку L-MC/ МСЕ. За счет дальнейшего увеличения хода поршня и одновременного повышения Pz удельный эффективный расход топлива в двигателе L90MC/MCE составил 163-171 г(кВт-ч). Стремясь возможно полнее удовлетворить потребности судостроения, фирма МАН-«Б и В» в 1985 г. объявила о подготовке к производству двух модификаций МОД S-MC/MCE К-МС/МСЕ (табл. 9).Модели S-MC и S-MCE имеют отношение S/D=3,82 и обеспечивают рекордно низкие расходы топлива до 156 г/(кВт-ч),
Модели К-МС и К-МСЕ с отношением S/D=3 имеют сравнению с аналогичными двигателями моделей L-MC/MCE повышенную на 10% частоту вращения, так как она предназначена для контейнеровозов и других быстроходных судов, в которых ограниченное пространство кормовых подзоров не, позволяет использовать низкооборотные гребные винты большого диаметра.
В двигателе 12К90МС может быть обеспечена номинальная мощность 54 тыс. кВт.
Основные конструктивные решения, использованные фирмой в дизелях последних модификаций, остались неизменными и отношению к дизелям моделей L-MC/MCE. фундаментная рама 7 сварная, коробчатой формы с цельнолитыми поперечными балками, высота ее обеспечивает большую жесткость. Сплошной отлитый из чугуна ресивер 1 продувочного воз-духа объединен с охлаждающими рубашками блоков цилиндров.
В цилиндровых втулках 6 температура распределяется равномерно, износы при небольших расходах цилиндровой смазки невелики. Крышка цилиндра 4-стальная кованая, имеет систему сверленых каналов для охлаждения.
Топливные насосы золотникового типа со смешанным регулированием подачи обеспечивают низкие расходы топлива. Выпускные клапаны 2 в крышках цилиндров имеют гидравлический привод и устройство для проворачивания, что повышает надежность их сопряжения с охлаждаемыми седлами. Поршни 5 охлаждаются маслом.
Экономичность двигателей была повышена за счет утилизации тепла выпускных газов в стандартизованной турбокомпаундной системе 3, которая предлагается в двух вариантах: ГТН с электрогенератором, встроенным в воздушный фильтр глушитель, или утилизационный турбогенератор. При этом дополнительная энергия может отдаваться винту или в судовую электросеть.
