Белоусов Е.В. Дизельные двигатели современных морских судов

Подождите немного. Документ загружается.

– 20 –

Основными особенностями двигателей

выполненных по такой схеме являются:

– впускные окна, расположены в ниж-

ней части цилиндра по всему периметру.

Высота окон составляет 10…20% от хода

поршня;

– выпускной клапан, размещен в крыш-

ке цилиндра, а его привод обеспечивает

открытие клапана на каждом обороте ко-

ленчатого вала;

– продувка цилиндра на режимах сред-

ней и полной мощности осуществляется

воздухом, предварительно сжатым в тур-

бокомпрессорном агрегате, а на режимах

пуска и малых нагрузок воздухом сжатым

в нагнетательных устройствах с внешним

приводом.

Рабочий цикл в двигателе осуществля-

ется следующим образом.

Первый такт – продувка и сжатие

(рис. 2.9, а). При движении поршня к НМТ

открываются продувочные окна и воздух

поступает в цилиндр из ресивера надду-

вочного воздуха (точка 1 на индикаторной

диаграмме). Такт начинается движением

поршня от НМТ (точка а’) к ВМТ. В нача-

ле этого хода поршня продолжаются про-

дувка и выпуск продуктов сгорания через

открытый выпускной клапан. При пере-

крытии поршнем продувочных окон по-

ступление воздуха в рабочий цилиндр пре-

кращается (точка 2) и до момента закрытия

выпускного клапана (тоска а) некоторая

часть заряда вытесняется в выпускной ре-

сивер. После закрытия органов газообмена

начинается процесс сжатия (линия ас), ко-

торый заканчивается с приходом поршня в

ВМТ. К концу сжатия (точка с) давление в

цилиндре возрастает до р

=4,5…7,5 МПа, а

температура Т

= 530…730 °С.

Второй такт – сгорание, расширение,

выпуск и продувка (рис. 2.9, б) – осущест-

вляется при ходе поршня от ВМТ к НМТ.

В зависимости от типа дизеля, за 3…35°

п.к.в. до прихода поршня в ВМТ, в ци-

линдр производится впрыск топлива, ко-

торое самовоспламеняется и сгорает (про-

цесс сгорания – линия cz). Под действием

давления газов поршень в процессе дви-

жения от ВМТ к НМТ совершает рабочий

ход, (линия zb) В процессе расширения

температура и давление газов уменьшают-

ся. За 80…90° до НМТ открывается выпу-

скной клапан (точка b) и начинается вы-

пуск продуктов сгорания из цилиндра при

этом давление в цилиндре резко падает.

Отработавшие газы поступают в газовую

турбину.

Продувочные окна открываются порш-

нем после открытия выпускного клапана,

когда давление в цилиндре становится не-

сколько меньшим давления воздуха, по-

ступающего в цилиндр из продувочного

ресивера. С открытием продувочных окон

начинаются продувка и наполнение ци-

линдра свежим зарядом. Продувка про-

должается вплоть до закрытия поршнем

продувочных окон при его движении к

ВМТ.

Таким образом, в двухтактных двигате-

лях нет четкой границы между отдельны-

ми тактами, процессы впуска свежего за-

ряда и выпуска отработавших газов накла-

дываются друг на друга и протекают прак-

тически одновременно.

Рассмотренная выше прямоточная кла-

панно-щелевая схема газообмена в на-

стоящее время получила преимуществен-

ное распространение на современных

мощных судовых малооборотных дизелях.

Все ведущие мировые производители

СДВС перешли на данную схему. Однако в

эксплуатации еще находится большое ко-

личество двигателей с различного рода

щелевыми схемами продувки рабочего ци-

линдра, по этому далее будут рассмотрены

особенности процессов газообмена в дви-

гателях данного типа (рис. 2.10).

Основными особенностями таких дви-

гателей являются:

– наличие двух типов окон, выпускных

и продувочных, которые могут распола-

гаться друг над другом или на противопо-

ложных стенках цилиндра;

– верхняя кромка выпускных окон ле-

жит на высоте составляющей 30…40% от

хода поршня;

– процессом выпуска и впуска управля-

ет сам поршень в процессе своего движе-

ния в районе НМТ.

В двигателях рассматриваемого типа,

поршень при движении из ВМТ в НМТ,

сначала открывает выпускные окна, через

которые газы поступают в выпускной ре-

– 21 –

сивер и далее на турбину. При дальнейшем

перемещении поршня, им открываться

продувочные окна и в цилиндр поступает

предварительно сжатый в турбокомпрес-

соре воздух. Подача воздуха организована

таким образом, чтобы максимально очи-

стить пространство рабочего цилиндра от

отработавших газов.

Рисунок 2.10 – Процесс газообмена двух-

тактного дизеля с щелевой схемой продувки и

диаграммы фаз газораспределения: 1 – проду-

вочные окна; 2 – выпускные окна; 3 – форсун-

ка

Фазы газораспределения у таких двига-

телей симметричны относительно НМТ и в

процессе работы двигателя не могут быть

изменены.

Преимуществами такой схемы продувки

является:

– простота конструкции двигателя, ко-

торая выражается в отсутствии сложной

системы клапанов и их привода, а также

более простая конструкция головки рабо-

чего цилиндра;

– возможность центрального располо-

жения форсунки, что способствует качест-

венному смесеобразованию.

К недостаткам двигателей данной кон-

струкции следует отнести:

– значительную потерю рабочего хода

за счет большой высоты выпускных окон;

– невозможность качественной очистки

рабочего пространства от отработавших

газов. В цилиндре всегда остаются зоны в

которые практически не попадает свежий

заряд;

– необходимость иметь достаточную

высоту поршня, чтобы избежать одновре-

менного открытия продувочных и выпуск-

ных окон при положении поршня близком

к ВМТ;

– большие потери заряда в связи с тем,

что от момента закрытия продувочных

окон и до момента закрытия выпускных

окон, заряд вытесняется поршнем в выпу-

скной ресивер.

В силу перечисленных причин, которые

не позволяют осуществлять дальнейшее

форсирование рабочего процесса, от щеле-

вых схем продувки в настоящее время от-

казались. Последним производителем дви-

гателей с щелевой продувкой была Швей-

царская фирма Sulzer, для которой данная

компоновка двигателя была традиционной.

Однако, начиная с 1981 года, фирмой был

начат выпуск новых двигателей серии

RTA, в которой применена прямоточная

клапанно-щелевая схема продувки.

2.6 – Классификация судовых ДВС

Современные судовые дизельные дви-

гатели внутреннего сгорания могут быть

классифицированы по следующим основ-

ным характерным признакам.

По способу осуществления рабочего

цикла:

– четырехтактные, у которых рабочий

цикл совершается за два оборота коленча-

того вала;

– двухтактные, у которых рабочий цикл

завершается за один оборот коленчатого

вала.

– 22 –

По назначению

– главные реверсивные с непосредст-

венной передачей мощности на гребной

винт;

– главные нереверсивные, работающие

в составе с реверсивным редуктором или

реверсивной муфтой;

– главные нереверсивные, работающие

на электрогенераторы или ВРШ;

– вспомогательные нереверсивные, ра-

ботающие на привод вспомогательных ме-

ханизмов (дизель-генераторы, дизель-

компрессоры и др.).

По способу наполнения цилиндра:

– безнаддувные у которых всасывание

воздуха осуществляется поршнем (в четы-

рехтактных ДВС) или очистка цилиндра

происходит за счет воздуха подаваемого

продувочным насосом (в двухтактных

ДВС);

– с наддувом у которых наполнение ци-

линдра осуществляется воздухом повы-

шенного давления, создаваемым надду-

вочным компрессором с механическим или

газотурбинным приводом.

По роду применяемого топлива:

– двигатели работающие на жидком то-

пливе, которые в свою очередь подразде-

ляются на двигатели работающие на лег-

ком (дизельное топливо) и тяжелом (мо-

торное, газотурбинное флотский и топоч-

ный мазут) топливе. Двигатели, которые

без конструктивных изменений могут ра-

ботать на жидком топливе различных

фракционных составов, называют много-

топливными;

– газодизельные двигатели, работают

преимущественно на газообразном топли-

ве, а жидкое, в небольших количествах,

подается в камеру сгорания лишь для ак-

тивавации процесса сгорания. Как прави-

ло, при необходимости эти двигатели

можно переводить на жидкое топливо;

– газовые двигатели, предназначенные

для работы исключительно на газовом то-

пливе (как правило, работают по циклу

Отто).

По способу воспламенения топливовоз-

душной смеси:

– с самовоспламенением топлива от

сжатия (дизельные двигатели);

– с запальным воспламенением топлива

(газодизельные двигатели).

– с принудительным воспламенением,

от электрической искры или другого ис-

точника открытого пламени (газовые дви-

гатели, работающие по циклу Отто). В су-

довой энергетике такие двигатели приме-

няются на судах-газовозах:

По способу смесеобразования:

– с внутренним смесеобразованием воз-

дух и топливо поступают в цилиндр раз-

дельно, смешение их происходит внутри

цилиндра (дизеля);

– внешнее смесеобразование, т. е. в ци-

линдр поступает готовая горючая смесь

топлива с воздухом, которая образуется в

особом смесителе (газодизельные и газо-

вые двигатели).

По расположению цилиндров:

– однорядные с вертикальным располо-

жением цилиндров в одной плоскости;

– с расположением рядов цилиндров

под углом (V-образные);

– одно или двухрядные со встречно дви-

жущимися поршнями.

По соотношению S/D:

- двигатели с S/D≤1 называют коротко-

ходными;

- двигатели с S/D>1 называют длинно-

ходными;

По конструкции камер сгорания

– с неразделенными однополостными

камерами сгорания (в основном дизели

средней и большей мощности);

– с полуразделенными камерами сгора-

ния (дизели с камерами сгорания в крышке

и поршне);

– с разделенными камерами сгорания с

двумя и более полостями (пред- и вихре-

камерные).

По конструктивному исполнению КШМ

– крейцкопфные, у которых боковые

(нормальные) силы воспринимаются пол-

зуном крейцкопфа, перемещающегося

вдоль параллели. При этом сам поршень

испытывает действие только сил направ-

ленных вдоль оси цилиндра;

– тронковые, у которых боковые (нор-

мальные) силы воспринимаются развитой

нижней частью поршня (тронком) которая

передает их на стенки цилиндра;

– 23 –

По направлению вращения коленчатого

вала:

– имеющие одно постоянное направле-

ние вращения коленчатого вала левое или

правое;

– реверсивные, у которых направление

вращения вала может быть изменено;

По частоте вращения коленчатого ва-

ла:

– малооборотные двигатели (МОД)

(п = до 350 мин

-1

);

– среднеоборотные двигатели (СОД)

(п=350…750 мин

-1

);

– высокооборотные двигатели (ВОД)

(п=750…2500 мин

-1

По средней скорости поршня.

Двигатели по значению средней скоро-

сти поршня (с

) делят на 3 группы:

– с

< 6,5 м/с – тихоходные;

– с

(6,5…9) м/с – средней быстроход-

ности;

– с

> 9 м/с – быстроходные.

Маркировка дизелей. Чтобы различать

отдельные конструктивные разновидности

двигателей, им присваивают марки. Каж-

дая фирма изготовитель судовых ДВС

имеет собственную систему маркировки

двигателей.

На территории большинства стран СНГ

помимо заводских обозначений действует

маркировка двигателей в соответствии

ГОСТ 4393–82. Согласно этой маркировке

вначале ставят цифру, обозначающую чис-

ло цилиндров, затем буквы, означающие

конструктивные особенности двигателя.

Отсутствие какой либо буквы обозначает,

что данная конструктивная особенность у

двигателя отсутствует. За буквами следует

соотношение диметра цилиндра к ходу

поршня.

Например, марка двигателя в соответст-

вии ГОСТ 6ДКРН42/176 (МАN 6S42MC)

расшифровуется как шестицилиндровый

двухтактный двигатель крейцкопфного

типа, реверсивный, с наддувом, диаметр

цилиндра которого составляет 42 см, а ход

поршня 176 см. Если в одном цилиндре

располагаются два поршня ход обеих ука-

зывают в знаменателе, например

10Д20,7/(2×25,4) (10Д100), расшифровует-

ся как десятицилиндровый двухтактный

двигатель с диаметром цилиндра 20,7 см,

двумя противоположно движущимися

поршням каждый из которых имеет ход

25,4 см.

Обозначение некоторых конструктив-

ных особенностей разных производителей

СДВС которые наиболее часто можно

встретить в эксплуатации приведены в

таблице 2.1.

Таблица 2.1 – Обозначение некоторых конструктивных особенностей СДВС в

соответствии с ГОСТ 4393-82, а также со стандартами основных производителей

Производитель,

ГОСТ

Конструктивная

особенность

ГОСТ

Sulzer

МАN

SKL

B&W

Wärtsilä

Skoda

Двухтактный

Д – Z Z V – –

Четырехтактный

Ч B V V M – –

Дизель

– – – D – – –

Рядный

– – – – – L –

V-образный

– – – – – V –

Крейцкопфный

К S K – T – –

Тронковый

– T G – – – –

Наддувный

Н A C A B – PN

С управлением выпуском

– R – – – – –

Реверсивный

Р D – U F – R

Не реверсивный

– – – – – – S

Реверс редуктор

П – – – – – –

Реверс муфта

С – – S – – –

Вспомогательный

– H H – – – –

S/D<1,3

– – – K – – –

S/D≥1,3

– – – N – – –

– 24 –

Следует отметить, что не всегда зару-

бежные фирмы точно следуют заявленной

системе обозначений. Так в своей послед-

ней модели фирма Sulzer применила шифр

RTA, несмотря на то, что двигатели дан-

ной серии не являются тронковыми.

Фирма MAN для своих новых разрабо-

ток МОД внедрила новую систему обозна-

чения, принцип которой показан на рис.

2.11. По величине соотношения S/D к дви-

гателям со сверхдлинным ходом относят

дизели с S/D=(3,54…4,2), к двигателям с

длинным ходом S/D=(2,8…3,24), к двига-

телям с коротким ходом S/D=(2,45…2,88).

Рисунок 2.11 – Обозначение малооборот-

ных двигателей фирмы MAN

2.7 – Архитектура судовых ДВС

Под архитектурой двигателя внутренне-

го сгорания понимают совокупность ком-

поновочных решений, которые определя-

ются выбором основной конструктивной

схемы двигателя.

При выборе компоновочных решений

конструкторы исходят из ряда требований,

которые в первую очередь зависят от осо-

бенностей эксплуатации судовых двигате-

лей. К числу основных требований отно-

сятся:

- способность двигателя сохранять ра

ботоспособность в широком диапазоне на-

грузочно-скоростных режимов в течение

установленных, достаточно продолжи-

тельных промежутков времени, так как по-

теря работоспособности двигателем в

большинстве случаев ведет к аварии судна;

- высокий моторесурс, под которым

подразумевается максимально возможный

по длительности срок службы, в течение

которого дизель должен работать надежно

и экономично вплоть

до капитального ре-

монта;

- по возможности простая и техноло-

гичная конструкция двигателя, облегчаю-

щая его изготовление и монтаж;

- удобство для проведения работ по

техническому обслуживанию и ремонту

двигателя, а также удобство контроля за

состоянием элементов его конструкции во

время эксплуатации;

- доступность для наблюдения и осмот-

ра всех наиболее ответственных

узлов и

частей двигателя (подшипники, детали

кривошипно-шатунного механизма и т. д.);

- ограничения по габаритам, массе, ус-

тановленной мощности и компоновке су-

довой энергетической установки.

- максимальная безопасность обслужи-

вания двигателя при всех эксплуатацион-

ных условиях его работы, соблюдение всех

правил техники безопасности, предусмот-

ренных для двигателей. В зависимости от

того, какие требования к двигателю явля-

ются приоритетными, предпочтение отда-

ется той или иной компоновочной схеме,

однако не зависимо от этого требование к

высокой надежности судового двигателя

всегда стоит на первом месте.

Из всего многообразия архитектурных

форм в судовой энергетике нашли приме-

нение лишь несколько компоновочных

схем, основные из которых показаны

на

рис. 2.12., некоторые их этих схем свойст-

венны лишь судовым двигателям.

Тронковые двигатели (рис. 2.12 а, б)

отличаются простотой конструкции и хо-

рошими массогабаритными показателями.

К недостаткам этих двигателей относится

повышенный износ втулки рабочего ци-

линдра за счет прижатия поршня к стенке

втулки под действием нормальной состав-

ляющей силы направленной вдоль шатуна

и невозможность отделить подпоршневую

полость от полости картера. Последнее

приводит к тому,

что в картер прорывают-

ся газы из надпоршневого пространства,

ухудшая качество смазочного масла и вы-

зывая разного рода отложения на внутрен-

них поверхностях двигателя.

– 25 –

В результате этого, при прочих равных

условиях, двигатели данного типа имеют

меньший ресурс, чем крейцкопфные. Од-

нако, во вновь создаваемых дизелях, ряд

конструктивных решений которые нами

будут рассмотрены далее, позволили вы-

вести ресурс тронковых двигателей на

один порядок с малооборотными крейц-

копфными двигателями.

Рисунок 2.12 – Архитектурные формы судовых ДВС. а – тронковый рядный; б – тронковый

V-образный; в – тронковый с противоположно движущимися поршнями; г – крейцкопфный;

д – крейцкопфный с противоположно движущимися поршнями

Наиболее характерной компоновкой

тронкового двигателя является рядное рас-

положение цилиндров (рис. 2.12 а). Одно-

рядные двигатели просты по конструкции

и достаточно технологичны в изготовле-

нии. Указанные преимущества, а также

большой опыт создания и эксплуатации

двигателей с вертикально расположенны-

ми цилиндрами обусловливают их широ-

кое применение в судовой энергетике. По-

добная компоновка

позволяет достаточно

упростить обслуживание и ремонт двига-

телей в условиях машинного отделения. В

частности, снятие головок, выемку порш-

ней и т.д. можно производить с использо-

ванием штатных подвесных подъемно-

транспортных механизмов без дополни-

тельных приспосодлений. Расположение

различных агрегатов систем двигателя с

боковых сторон картера, позволяет доста-

точно просто их контролировать

во время

работы, обслуживать и ремонтировать. В

рядном исполнении обычно изготавливают

тронковые двигатели от 3 до 9 цилиндров.

При необходимости увеличения удель-

ной мощности, прибегают к двухрядной

компоновке рабочих цилиндров (рис. 2.12

б), располагая их относительно друг друга

под углом 30…120°. Такое расположение

цилиндров получило название V-образного

(по форме латинской буквы V). Это позво-

ляет

, практически при той же мощности

вдвое сократить длину двигателя и увели-

чить жесткость таких ответственных эле-

ментов конструкции, как остов и коленча-

тый вал. Угол между осями цилиндров,

называемый углом развала, определяется

назначением двигателя, требованиями к

размерам и порядком работы цилиндров,

расположенных в одном ряду. Недостат-

ком данной схемы является

более сложная

конструкция КШМ и некоторое неудобст-

во в обслуживании особенно в стесненных

условиях машинно-котельного отделения

судна. Судовые двигатели данной компо-

новочной схемы обычно имеют от 6 до 24

цилиндров и более.

В тронковых двигателях реализуется

как двухтактный, так и четырехтактный

– 26 –

рабочий процесс, однако четырехтактные

двигатели тронкового типа получили пре-

имущественное распространение на флоте.

Относительно небольшая масса подвиж-

ных деталей позволяет форсировать двига-

тели данного типа по частоте вращения без

чрезмерного увеличения динамических

нагрузок на подшипники. В этой связи,

преимущественно по данной схеме строят-

ся средне- и высокобортные двигатели. В

тоже время

, некоторые азиатские произво-

дители, такие как Akasaka Diesels, Hanshin

EL, Makita, Matsui Iron Works, Niigata

Engineering предлагают модельные ряды

малооборотных тронковых дизелей. В ча-

стности Японская фирма и Hanshin EL вы-

пускает шестицилиндровые дизели с диа-

метрами цилиндров от 22 до 58 см. Самый

крупный из двигателей этой серии модели

LF58A при диаметре цилиндра 580 мм и

ходе поршня 1050 мм развивает мощность

770 кВт/цил. при

частоте вращения 190

мин

-1

Двигатели с противоположно движу-

щимися поршнями тронкового типа. Из

достаточно обширного многообразия ком-

поновочных схем тронковых двигателей с

противоположно движущимися поршнями

на флоте некоторое распространение по-

лучила компоновочная схема, показанная

на рис. 2.12 в. Разработку такой компоно-

вочной схемы связывают с именем вы-

дающегося немецкого инженера Гуго Юн-

керса*, однако задолго до получения Юн-

керсом патента на свой двигатель на

Ко-

ломенском заводе сроились судовые дви-

гатели конструкции Р.А. Корейво* в кото-

рых был реализован принцип двух проти-

воположно движущихся поршней в одном

цилиндре.

Двигатели данной компоновочной схе-

мы строятся только двухтактными, так как

в них достаточно просто реализовать пря-

моточную продувку, возложив функцию

управления газовыми потоками на порш-

ни. В этих двигателях один из поршней

цилиндра управляет впуском, другой – вы-

пуском, для этого кривошипы каждого ци-

линдра смещены один относительно дру-

гого на угол 10…15°.

Достоинством таких двигателей являет-

ся полное отсутствие газораспределитель-

ного механизма и газового стыка между

цилиндрами и головками цилиндров.

Недостатками является то, что поршень,

управляющий выпуском

, омывается выпу-

скными газами и работает в особо тяжелых

условиях, кроме того, с коленчатого вала,

управляющего выпуском, снимается

большая мощность, и этот вал оказывается

более нагруженным.

В настоящее время единственным по-

ставщиком таких двигателей для флота яв-

ляется американская фирма Fairbanks

Morse которая выпускает двигатели моде-

ли 38TD8-1/8 в 6, 9 и 12 цилиндровом ис-

полнении

с диаметром цилиндра 206,4 мм

и ходом поршня 254 мм. Эти двигатели

при частоте вращения 900 мин

-1

, имеют

цилиндровую мощность около 260 кВт.

Отечественная промышленность так же

выпускала подобные двигатели типа

2Д100 и 10Д100 (10Д 20,7/(2×25,4)) кото-

рые так же использовались на судах.

Крейцкопфные двигатели (рис. 2.12

г). Такая компоновочная схема двигателя

получила достаточно широкое распростра-

нение на флоте, перейдя к двигателям

внутреннего сгорания от паровых машин,

на которых она была достаточно хорошо

отработана. В первую очередь это объяс-

няется рядом существенных преимуществ,

к числу которых можно отнести:

- у двигателей такого типа поршнем

воспринимаются только силы

направлен-

ные вдоль оси цилиндра, что существенно

снижает износ направляющей поверхности

втулки цилиндра, поршня и поршневых

колец. Боковые (нормальные) составляю-

щие сил действующих в КШМ восприни-

маются ползунами крейцкопфа и предают-

ся на параллели, которые вынесены во

внутреннее (картерное) пространство дви-

гателя. Это позволяет организовать смазку

трущихся поверхностей под давлением,

результате чего снижаются механические

потери в КШМ;

- штоковое соединение поршня и попе-

речины крейцкопфа, позволяет достаточно

легко разделить полость картера двигателя

и подпоршневое пространство. Это дает

возможность организовать отдельно смаз-

ку деталей расположенных в картере

(подшипники коленчатого вала, крейц-

– 27 –

копфный узел, подшипники распредели-

тельного вала и т.д) и деталей поршневой

полости (поршень, втулка, поршневые

кольца) двумя различными сортами масел,

наиболее соответствующими по своим ха-

рактеристикам условиям работы пар тре-

ния. Кроме того, разделение полостей за-

щищает картерное пространство двигателя

от попадания в него продуктов сгорания

прорвавшихся через газовый стык

поршня.

Особенно это существенно при работе

двигателя на высокосернистых тяжелых

топливах, при сгорании которых образует-

ся много химически активных компонен-

тов, отрицательно влияющих на срок

службы смазочного масла и способных

вызвать коррозию деталей и механизмов

двигателя;

- разделение подпоршневого простран-

ства и полости картера в некоторых случа-

ях, позволяет использовать подпоршневое

пространство рабочего цилиндра для орга-

низации дополнительного рабочего про-

цесса (двигатели двойного действия), в ка-

честве продувочного насоса или для до-

полнительного сжатия воздушного заряда

перед продувкой надпоршневой полости.

К недостаткам данной компоновочной

схемы можно отнести повышенную высо-

ту двигателя примерно на 1/3 по сравне-

нию с аналогичным двигателем тронково-

го

типа, более сложную конструкцию

КШМ и большее значение сил инерции за

счет большей массы подвижных деталей.

Данная конструктивная схема подходит

для реализации как четырехтактного, так и

двухтактного рабочего процесса. Ранее

предпринимались попытки создания четы-

рехтактных судовых двигателей крейц-

копфного типа, например малооборотный

дизель K6V45/6G фирмы MAN. Опыт соз-

дания таких двигателей показал, что

им

свойственны плохие массогабаритные по-

казатели, а большие массы подвижных де-

талей ограничивают возможность их фор-

сировки по частоте вращения. В настоящее

время эта схема используется только для

создания двухтактных дизелей большой

мощности.

Крейцкопфные двигатели обычно име-

ют от 4 до 14 цилиндров и строятся пре-

имущественно в рядном исполнении. В

этом

случае им присущи те же преимуще-

ства, что и рядным тронковым. Однако по-

требности флота в современных контейне-

ровозах рассчитанных на одновременную

перевозку 8000…18000 контейнеров клас-

са TEU привела к тому, что фирма MAN

разрабатывает концепцию постройки V-

образного крейцкопфного двигателя на ба-

зе модели К98МС-С с числом цилиндров

от 12 до 18 и мощностью

от 55200 до

103000 кВт. Общая компоновка такого

двигателя показана на рис. 2.13.

Рисунок 2.13 – Концепция V-образного крейц-

копфного двигателя К98МС-С

Следует отметить, что в 60-х годах

прошлого столетия уже имелся опыт по-

стройки двухтактных крейцкопфных МОД

в V-образном исполнении, которые доста-

точно хорошо себя зарекомендовали.

Крейцкопфные двигатели с противо-

положно движущимися поршнями.

Схема такого двигателя показана на рис.

2.12 д, общий вид кривошипно-шатунного

механизма на рис. 1.14. Одновальные дви-

гатели с противоположно движущимися

поршнями имеют в основном валы с тремя

коленами на каждый цилиндр. При этом

два боковых колена, расположенных под

углом, близким к 180°, к среднему (основ-

ному) колену и связаны с верхним

порш-

нем через траверсу и длинные тяги.

Двигатели данного типа сочетают в себе

преимущества крейцкопфного двигателя и

двигателя с противоположно движущими-

– 28 –

ся поршнями. К недостаткам данной схемы

можно отнести, сложность конструкции

КШМ, большую массу подвижных дета-

лей. Высокая теплонапряженность выпу-

скного поршня, требует его интенсивного

охлаждения.

Рисунок 2.14 – Общий вид КШМ крейцкопф-

ного двигателя с противоположно движущи-

мися поршнями

В настоящее время двигатели данной

компоновочной схемы не строятся, однако

в эксплуатации можно еще встретить ди-

зели Английской фирмы Doxford выпол-

ненные подобным образом.

Интересно отметить, что в истории су-

дового двигателестроения применялись и

более сложные схемные решения. Напри-

мер, фирма Harland & Wolf engines в 30-х

годах прошлого столетия выпускала

крейцкопфные двигатели двойного дейст-

вия

с тремя поршнями в рабочем цилинд-

ре, впускным, выпускным и главным.

Главный поршень приводился от криво-

шипа коленчатого вала, а газораспредели-

тельные поршни от эксцентриков распо-

ложенных на щеках кривошипа. Принцип

двойного действия позволяет увеличить

мощность двигателя в 1,5…1,8 раза при

относительно небольшом увеличении его

массы. Однако в настоящее время двигате-

ли двойного действия (обычно двухтакт-

ные) не выпускают, так как они характери-

зуются сложностью конструкции, очень

тяжелыми условиями работы поршневой

группы, штока и других деталей. В таких

двигателях трудно обеспечить хорошее

качество процессов газообмена и особенно

смесеобразования в полости цилиндра, че-

рез которую проходит шток. Применение

же наддува позволяет получить необходи

мую мощность и в более простых по кон-

струкции двигателях простого действия.

– 29 –

РАЗДЕЛ 3

Конструкция судовых СДВС и их систем

3.1 – Механизмы и системы двигате-

ля внутреннего сгорания

С конструктивной точки зрения, двига-

тель внутреннего сгорания представляет

собой совокупность отдельных механиз-

мов и систем каждая из которых выполня-

ет одну или несколько функций. К меха-

низмам двигателя относится:

Кривошипно-шатунный механизм, ко-

торый воспринимает давление газов на

поршень и преобразует возвратно-

поступательное движение поршней во

вращательное движение коленчатого вала.

Газораспределительный механизм

служит для управления процессом газооб-

мена рабочего цилиндра в соответствии с

установленными фазами газораспределе-

ния.

Следует отметить, что механизмы дви-

гателя могут совмещать несколько функ-

ций. Так поршня, входящие в кривошипно-

шатунный механизм могут частично или

полностью управлять газовыми потоками.

К системам двигателя относятся:

Система наддува, обеспечивающая по-

дачу воздуха в цилиндры под повышен-

ным давлением с предварительным охлаж-

дением наддувочного воздуха.

Система питания, обеспечивающая

подготовку и транспортировку топлива с

последующим его впрыском в камеру сго-

рания двигателя под высоким давлением в

строго установленные угловые промежут-

ки относительно угла поворота коленчато-

го вала.

Система смазки, которая служит для

подвода смазочного масла ко всем тру-

щимся поверхностям для снижения дейст-

вия сил трения, охлаждения трущихся де-

талей и отвода продуктов износа из зоны

трения.

Система пуска и реверса, служит для

запуска двигателя и изменения направле-

ния его вращения. В большинстве двигате-

лей для пуска и реверса используется сжа-

тый воздух, в этом случае система называ-

ется водушно-пусковой. На небольших

двигателях для пуска используется систе-

ма с электрическим приводом стартерного

двигателя, такая система называется элек-

тростартерной.

Система автоматического регулиро-

вания и управления, которая служит для

поддержания заданного режима роботы

двигателя и контроля за параметрами со-

стояния рабочего процесса и основных

элементов конструкции двигателя.

3.2 – Особенности конструкции двух и

четырехтактных судовых ДВС

Как следует из сказанного выше, неза-

висимо от конструкции и назначения лю-

бой двигатель состоит из неподвижных

деталей, деталей движения и распределе-

ния, систем, обеспечивающих его работу.

К неподвижным деталям относиться:

фундаментная рама, станина, рубашки ци-

линдров, гильзы и их крышки, соединен-

ные между собой. Вместе эти детали со-

ставляют остов двигателя. Неподвижные

элементы кривошипно-шатунного меха-

низма четырехтактного СОД показаны на

рис. 3.1.

Рисунок 3.1 – Неподвижные элементы кри-

вошипно-шатунного механизма: 1 – поддон

картера; 2 – картер; 3 – рубашка охлаждения;

4 – втулка цилиндра; 5 – крышка картера