СОДЕРЖАНИЕ
Задание на курсовой проект
I. Введение
II. Техническая характеристика двигателя
III. Особенности конструкции двигателя
1. Остов двигателя
2. Кривошипно-шатунный механизм
3. Механизм распределения
4. Система подачи воздуха в цилиндры
5. Система выпуска отработавших газов
6. Топливная система
7. Масляная система
8. Система охлаждения
9. Система пуска, реверса и управления
10. Контрольно-измерительные приборы и устройства аварийно-предупредительной сигнализации на двигателе
11. Автоматические и защитные устройства на двигателе
IV. Тепловой расчет двигателя
V. Динамический расчет двигателя
VI. Заключение
Использованная литература
1. Введение
Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) получили широкое применение в промышленности, в сельском хозяйстве и на транс-порте.
Зарождение идеи создания ДВС относится к концу XVII в. В 1680 г. Гюйгенс предложил построить двигатель, работающий за счет взрывов в цилиндре заряда пороха. В дальнейшем раз-личные варианты двигателей предлагались Р. Стритом, В. Рай-том, В. Барнетом, Ленуаром и Бо де Роша, который первым раз-работал четырехтактный цикл.
В 1879 г. инженер-механик русского флота И. С. Костович сконструировал первый в мире легкий бензиновый двигатель (предназначался для дирижабля) мощностью 80 л. с. (58,8 кВт) С удельной массой всего 3 кг/л. с. (4,08 кг/кВт). Еще через 18 лет на заводах Германии строили для дирижаблей двигатели, имевшие в 8 раз большую удельную массу.
В 1892 г. Рудольф Дизель получил патент на двигатель, в котором топливо должно было воспламеняться от предваритель-но сжимаемого до высоких температур воздуха. Первая работо-способная конструкция двигателя была создана им в 1896-- 1897 гг. Двигатель работал на керосине, распыливаемом форсун-кой с помощью подаваемого в нее сжатого воздуха (такой метод распыливания получил наименование компрессорного). Мощ-ность двигателя составляла 20 л. с. (14,7 кВт) при расходе топ-лива 0,24 кг/(л. с.-ч) [0,327 кг/(кВт-ч)], что соответствует КПД ?е=0,26.
В 1899 г. петербургским механическим заводом "Л. Нобель" (сейчас завод «Русский дизель») по патенту Р. Дизеля был по-строен первый в России двигатель, который работал па более дешевой, чем керосин, сырой нефти и расходовал топлива 0,2 кг/(л. с-ч) [0,298 кг/(кВт-ч)].
В дальнейшем развитии и внедрении дизелей на водном тран-спорте большую роль сыграли русские инженеры. В 1903 г. была практически осуществлена первая в мире судовая дизель-элект-рическая установка на наливной барже «Вандал» с тремя четы-рехтактными 120-сильными двигателями.
В 1907 г. Коломенский завод построил первый в мире колес-ный буксир «Мысль» с двигателем мощностью 300 э. л. с. (220,8 кВт)/и зубчатой передачей, снабженной муфтой Р. А. Корейво для заднего хода и маневрирования. Первые в мире ревер-сивные двигатели были установлены в 1908 г. на подводной лод-ке «Минога». Первым морским теплоходом был танкер «Дело» во-доизмещением 6000 т, построенный также в 1908 г. В постройке теплоходов другие государства отставали от России. На съезде двигателестроителей (Петербург, 1910 г.) Р. Дизель признал ве-дущую роль русского судового двигателестроения. Только в 1911 г. за рубежом (в Дании) был построен первый крупный теп-лоход «Зеландия». В дальнейшем высокоэкономичные дизели ста-ли вытеснять широко применявшуюся на морских судах паровую поршневую машину. Последующее совершенствование двигателей привело к увеличению их коэффициента полезного действия (КПД) до 42--45%. В настоящее время из всех тепловых двигате-лей ДВС является наиболее экономичным. Кроме того, ДВС обладает относительно малыми габаритами и массой, боль-шим моторесурсом (60--100 тыс. ч), прост в эксплуатации и на-дежен, что предопределило преимущественное применение дизе-лей на морских судах.
Для современного периода в развитии морского транспорта характерны: интенсивный рост дедвейта наливных судов и рудо-возов; увеличение скоростей сухогрузных судов для генеральных грузов до 20--25 уз при росте их водоизмещения; появление су-хогрузных судов нового типа (контейнеровозов, судов с горизон-тальной погрузкой, судов для перевозки груженых барж и т. п.), скорости хода которых достигают 25--30 уз.
До недавнего времени судовые энергетические установки мощ-ностью свыше 15 тыс. л. с. (11 тыс. кВт) в связи с отсутствием мощных дизелей комплектовались паровыми турбинами. Под вли-янием растущей потребности в более мощных судовых двигателях мощность двухтактных мало-оборотных крейцкопфных двига-телей доведена до 48 тыс. э. л. с. (35,3 тыс. кВт) в одном агрега-те.Сейчас малооборот-ные дизели успешно конкуриру-ют с паровыми турбинами в установках судов дедвейтом до 250 тыс. т. Отечественная промышлен-ность выпускает двигатели раз-личного назначения; для морских судов дизелестроительные заводы строят двигатели типа ДКРН 50/110, 62/140, 74/160, 84/180; ДР 30/50, ЧН 25/34 и др.
Успехи двигателестроения и в первую очередь применение над-дува, а также новых прогрессивных конструктивных решений и высококачественных материалов, достижения в области техноло-гии производства и др. способствовали созданию ряда новых ти-пов среднеоборотных (n = 400--600 об/мин.) тронковых дизелей, предназначенных в основном для передачи мощности греб-ному винту через редукторную передачу (заметим, что ма-лооборотные двигатели используются для прямой пере-дачи).
Среднеоборотные двигатели перед малооборотными имеют следующие преимущества: меньшие массу, габаритные размеры и стоимость; возможность выбрать такую частоту вращения греб-ного винта, которая обеспечивает более высокие значения пропульсивного коэффициента; возможность комплектовать установ-ку несколькими однотипными двигателями; возможность привода от главных двигателей генераторов тока и иных вспомогательных механизмов и др.
Среднеоборотные двигатели строят в рядном и V-образном исполнении мощностью от 2700 до 24 000 э. л с. (2000 -- 17 700 кВт).
Наряду с созданием новых двигателей, повышением их мощ-ности и совершенствованием конструкции большое значение при-дается увеличению долговечности двигателей, снижению объема и трудоемкости работ по их техническому обслуживанию.
II. Техническая характеристика
Дизель
ДКРН 80/170
Цилиндровая мощность, э.л.с…………………….1250
Скорость вращения, об/мин……………………….115
Диаметр цилиндра, мы.............................................800
Ход поршня, м .....................................................1700
Среднее индикаторное давление, кг/см2…………..7,9
Среднее эффективное давление, кг/см2 ................7,1
Механический к.п.д…………………………………0,90
Давление продувочного воздуха, ати……………..0,46
Давление в конце сжатия, кг/см2…………………...45
Максимальное давление сгорания, кг/см2………….50
Удельный расход топлива, г/э.л.с.ч ...........................158
III. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ ДВИГАТЕЛЯ.
1. Остов двигателя.
Остов двигателя состоит из следующих основных частей: фунда-ментной рамы, станины, цилиндров и цилиндровых крышек. Все части остова образуют единую жесткую конструкцию, обеспечиваю-щую отсутствие деформаций при работе двигателя от действия сил давления газов и сил инерции движущихся частей. Для надежной работы двигателя необходимо, чтобы ось коленчатого вала была прямолинейна, а ось движения (поршень, шток, шатун) --перпенди-кулярна оси вала. Эти требования выполняются при обработке де-талей и сборке двигателя. Недостаточная жесткость остова двига-теля может привести к появлению в частях остова деформаций, вызывающих искривление оси коленчатого вала, а также изменить взаимное расположение осей вала и деталей движения, что в свою очередь влечет за собой появление добавочных напряжений у колен-чатого вала и нагрев подшипников. Жесткость конструкции остова создается за счет выбора материала для изготовления его частей, конструктивного оформления деталей остова, проверки выбранных размеров расчетом на прочность и способа соединения деталей остова между собой.
В судовых дизелях применяют различные схемы конструктивного оформления деталей остова. Рассмотрим три основные схемы.
1. Остов креицкопфного двигателя (рис. 1) состоит из фун-даментной рамы 4, станины, выполненной из отдельных А-образных стоек 2, и цилиндров 1, закрытых крышками. Рама, станина и ци-линдры связаны длинными анкерными связями 3. Увеличенное сечение высоких поперечных и продольных балок фундаментной рамы обеспечивает жесткость конструкции.
Фундаментная рама 2, станина с А-образными колоннами 6 и проставка 23 из двух секций -- стальные, сварные.
Отсеки картера с боковых сторон двигателя закрыты сталь-ными съемными щитами со смотровыми люками и предохрани-тельными клапанами.
Двигатель имеет два распределительных вала. Верхний вал 39 со стопорным цилиндром 38 служит для привода вы-пускных клапанов 17, а нижний вал 40 -- для привода топлив-ных насосов 37 высокого давления. Оба распределительных ва-ла соединены с коленчатым валом 33 при помощи двойной цепной передачи, заключенной в специальном отсеке 44.
Сварной фундамент упорного подшипника 41 связан с тор-цом фундамента двигателя.
Рис. 1. Остов двигателя
Валоповоротное устройство установлено на ста-нине, прикрепленной к судовому фундаменту. Зубчатое колесо42 на упорном зале 43 приводится в движение через двойную чер-вячную передачу от электродвигателя 4 с дистанционным уп-равлением.
Блок цилиндров (лист 96) состоит из отдельных руба-шек цилиндров 13, соединенных болтами 9 в две секции, между котороми размещен приводной отсек. Рубашки цилиндров, вы-полненные из перлитного чугуна, имеют люки 10 для осмотра полостей охлаждения. Охлаждающая вода подводится к ци-линдру в нижней части и отводится в крышку 20 по двум чу-гунным патрубкам 22.
Простановка 25 между блоком цилиндров и станиной, являющаяся дополнительной емкостью ресивера 18, выполнена из двух секций. Каждая секция разбита на отсеки по числу цилиндров переборками с отверстиями А сообщающими отсеки ксждой секции с общей полостью.
Диафрагма 28 с отверстием В для сальника штока, отделяю-щая подпоршневые полости от картера, имеет в каждом отсеке по два патрубка для удаления загрязнений. Осмотр подпоршне-вых полостей, осуществляется через съемные щиты 27. В тру-бе 19 размещается телескопическое устройство охлаждения поршня.
Сальникштока (узел Т) с чугунным корпусом 1 выпол-нен из двух частей, соединенных между собой болтами. К диа-фрагме 28 сальник крепится шпильками.
Два чугунных уплотнительных кольца 2 с S-образным зам-ком прижимаются к штоку наружными кольцевыми пружина-ми 3.
Два чугунных маслосъемных кольца 6 и 11 из трех сегмен-тов прижимаются к штоку спиральными пружинами 12.
Отвод масла от верхнего кольца осуществляется через ра-диальные сверления по штуцеру, ввернутому в сверление К. Смазка для штока от лубрикатора поступает по отверстию V. Короткие анкерные связи 16 из легированной стали, размещенные в плоскостях разъемов рубашек цилиндра, соеди-няют цилиндры с верхней литой частью стоек картера.
Втулка цилиндра 14 изготовлена из перлитного чугуна, легированного хромом, никелем и ванадием. Она имеет двад-цать четыре продувочных окна с тангенциальным размещением их в горизонтальной плоскости. При высоте окон в 165 мм сум-марное проходное сечение составляет 1488 мм.
Уплотнение втулки в рубашке цилиндра и проставив произ-водится резиновыми кольцами 15 и 23, которые обжимаются втулками 17 и 24, состоящими из двух половин.
Смазка к втулке подается через шесть штуцеров 26 с шари-ковыми невозвратными клапанами, нагруженными пружинами.
Крышка 29 из молибденовой стали уплотняется по торцу втулки притиркой, а по конической поверхности -- стальным кольцом 8 из двух половин. Конические поверхности крышки и втулки для защиты от коррозии обмазываются пастой на гра фитной основе («Апексиор»). Утопленное исполнение крышки улучшает условия охлаждения втулки и снижает тепловые и напряження у ее бурта.
Крышка имеет центральное отверстие дли выпускного кла-пана, два отверстия L со стальными стаканами 31 для форсу-нок, отверстие М со стальным стаканом 21 для пускового клапана, отверстие N для предохранительного клапана отверстие Р для индикаторного крана, два отверстия Z для подхода охлаждающей воды в крышку, патрубки 32 и 29 (отверстие R с резиновыми уплотнитольными кольцами30 и 33 для перепуска охлаждающей воды из крышки в корпус выпуск-ного клапана, четыре отверстия Т для отжимных болтов. Лючкн 4 и пробки 5 используются для осмотра и очистки полости охлаждения крышки. Крышка фиксируется относительно ци-линдра направляющей 7.
2. Кривошипно-шатунный механизм.
Кривошипно-шатунный механизм служит для передачи усилий от давления газов на коленчатый вал. В крейцкопфных двигателях -- из поршня, штока, поперечины, ползуна, шатуна и коленчатого вала.
При работе двигателя в кривошипно-шатунном механизме дей-ствует движущая сила Р, являющаяся суммой сил от давления газов, сил веса и сил инерции. Движущая сила Рд направлена по оси цилиндра и совпадает по направлению с шатуном только при положении поршня в мертвых точках; в остальных положениях она раскладывается на две составляющие -- силу Рш, на-правленную по шатуну, и силу Рн, направленную перпендикулярно оси цилиндра. Силу Рш воспринимает коленчатый вал, передающий ее на стенки ци-линдра. В крейцкопфных двигателях ползун передает силу Рн на параллель. Величина Рн зависит от силы давления газов в цилиндре и от площади поршня. В двигателях с диаметром цилиндра 450-- 500 мм Рн достигает 120 кН.
В крейцкопфных двигателях головной подшипник шатуна и тру-щаяся пара ползун--параллель вынесены из зоны высоких темпера-тур в картер двигателя, где можно обеспечить надежную смазку. Трущаяся поверхность ползуна залита антифрикционным сплавом (баббитом). Поэтому при равной величине Рн работа трения у пары ползун--параллель меньше, чем у пары поршень --втулка в трон-ковых двигателях, что при прочих равных условиях обеспечивает повышение механического КПД у крейцкопфных двигателей по сравнению с тронковыми на 2--4 % и большую надежность ра-боты головных подшипников.
Поршень двигателя (лист 105)--составной. Головка поршня 10 выполнена из жаростойкой легированной стали, а ко-роткая направляющая 13 -- из легированного чугуна перлитной структуры. Верхние три уплотненных кольца 11 с косым зам-ком имеют высоту 16 мм и ширину 26 мм, а нижние три коль-ца 12 с замком внахлест имеют высоту 18 мм при ширине 26 мм. Коксами 23 относительно поршня фиксируются только три ниж-них кольца.
Для уменьшения износа колец в пазы поршня, как и у дви-гателей 76VTBF 160 (см. лист 97, поз. /), закатаны чугунные полукольца.
Сварная вставка 14 и отверстия в головке поршня, улучшая условия стока охлаждаемого масла и повышая скорость движе-ния последнего, способствуют более интенсивному охлаждению стенок.
Шток 16 с диаметром стержня 270 мм -- полый, кованый, из углеродистой стали, с трубкой 15 для подвода масла. Он соединен через направляющую с головкой поршня шпильками. Положение сопрягаемых, деталей фиксируется болтом.
Со стальной кованой поперечиной 21 шток соединяется тор-цевой кольцевой поверхностью посредством направляющего хвостовика с гайкой.
Перенос радиальных сверлений для подвода и отвода охлаж-дающего масла со стержня штока в его хвостовик повышает прочность штока и упрощает конструкцию этого узла.
Крейцкопф двигателя -- двусторонний. К концам попере-чины из углеродистой стали с полыми шейками диаметром 500 мм болтами крепятся четыре ползуна 30 из литой стали с заливкой рабочих поверхностей баббитом. Конструктивно за-крепление ползунов выполнено более надежно, чем у двигате-ля 74VTBF 160.
Стальные литые направляющие 31 крепятся к стойкам ста-нины шпильками. Планками 37 ограничивается поперечное сме-щение ползунов.
Стальные литые кронштейны 18 и 26 для охлаждения порш-ня крепятся к поперечине шпильками.
Масло на охлаждение поршня поступает по трубопроводу 20 к телескопическому устройству, состоящему из неподвижной трубы 9, подвижной трубы 5 и уплотпитслыюго устройства (см. разрез по В--В).
Фланец неподвижной трубы закрепляется к опорной пли-те 8 ресивера продувочного воздуха через проставку 7 болтами. Направляющая втулка 6, залитая баббитом, прижимается бол-тами к проставке обжимным фланцем.
Отвод масла от поршня осуществляется сливом через кронш-тейн 18, конец которого движется в продольной прорези колон-ки 17. Отсюда масло по патрубку 19 через воронку 1 с термо-метром 3 поступает в сливную магистраль (см. лист 103). Смот-ровое стекло 2 в кожухе 4 позволяет визуально контролировать систему охлаждения.
Шатун двигателя -- с отъемными головными и мотылевым подшипниками. Стержень шатуна 28 диаметром 300 мм из угле-родистой стали, полый, с жесткой безвильчатой головкой.
Головные подшипники 22 диаметром 500 мм имеют ширину рабочей поверхности по 320 мм. Мотылевые подшипники 35 диа-метром 680 мм имеют ширину рабочей поверхности у верхней половины 380 мм и у нижней--300 мм. Нижние половины го-ловных подшипников имеют на рабочих поверхностях продоль-ные и поперечную смазочные канавки.
Коленчатый вал -- с составными коленами из двух сек-ций при числе цилиндров больше пяти. Секции вала соединяют-ся при помощи фланцев прецизионными болтами.
Полые рамовые 33 и мотылевые 36 шейки из углеродистой стали имеют одинаковый диаметр по 680 мм и длину соответ-ственно 450 и 390 мм. По торцам шейки закрыты крышками 32 на болтах.
Щеки 34 из литой стали шириной 1500 мм имеют толщину 185 мм. По условиям уравновешивания и зависимости от числа цилиндров двигателя отдельные щеки отливают вместе с про-тивовесами, которые размещаются под разными углами к плос-кости соответствующего колена вала.
Рамовые подшипники имеют стальные вкладыши 29, залитые баббитом, с кольцевой маслоподводящеп канавкой в верхних половинках. Крышки 27 подшипника из стального литья. Они крепятся к фундаментной раме шпильками 25.
Подача масла через верхний вкладыш рамовых подшипни-ков к мотылевым и головным подшипникам показана стрел-ками.
Приводной отсек (лист 106) размещен в средней, а при пяти цилиндрах -- в кормовой части двигателя. Привод проме-жуточного вала 35, соединенный с правой и левой частями рас-пределительного вала топливных насосов и выпускных клапа-нов, осуществляется двойной роликовой цепью 28 с шагом 112,5 мм.
Ведущее цепное колесо 29, состоящее из двух половин, за-креплено болтами на соединительном фланце коленчатого вала.
Ведомое цепное колесо 17, также состоящее из двух половин, свободно сидит па втулке, которая соединена с промежуточным валом 35 при помощи двух кривошипов 18, двух поперечин 16, зубчатой передачи и кулачковой муфты (см. лист 108).
Коленчатый вал состоит из рамовых и шатунных шеек, щек и соединительных фланцев. Рамовые шейки, щеки и шатунная шей-ка образуют колено, или кривошип (мотыль), вала (мотыль -- старое название, имеющее широкое распространение). Расстояние от центра рамовой до центра шатунной шейки называется радиу-сом кривошипа. Коленчатый вал -- одна из наиболее ответствен-ных и напряженных деталей. Стоимость коленчатого вала состав-ляет около 15% стоимости двигателя. Моторесурс двигателя обычно зависит от срока службы вала (до проточки или шли-фовки его шеек).
К коленчатым валам судовых дизелей предъявляют требова-ния обеспечения необходимой прочности, жесткости и износоус-тойчивости.
Вал нагружается силами давления газа и силами инерции поступательно движущихся и вращающихся масс и подвергается одновременному действию зна-копеременных изгибающих и крутящих моментов. В результате воздействия этих сил и моментов материал вала «работает» на усталость. Усталость металла объясняется возникновением в на-иболее слабом месте микроскопической трещины, которая под влиянием знакопеременной нагрузки растет, уменьшая расчетное сечение и вызывая рост напряжений. В итоге напряжения пре-вышают предел прочности материала, вызывая быстрое разру-шение деталей.
3. Механизм распределения.
Распределительный вал.
Привод клапанов (рис. 4) осуществляется от кулачных шайб 2 распределительного вала, на котором могут также крепиться кулачные шайбы 3 привода топливных насо-сов, шестерня / привода распределительного вала, привода центро-бежного регулятора частоты вращения и др. Распределительный вал отковывают из стали. У высокооборотных двигателей малой и средней мощности кулачные шайбы изготовляют за одно целое с валом. У малооборотных двигателей шайбы устанавливают на валу с прессовой посадкой и фиксируют шпонками. Вал лежит на разъем-ных опорных подшипниках. Концевой подшипник воспринимает осевое усилие от привода, поэтому его выполняют опорно-упорным.
Рис. 4. Распределительный вал
На распределительном валу реверсивного двигателя устанавли-вают два комплекта кулачковых шайб: один -- для работы двигателя на передний ход, другой -- для работы на задний ход. Профиль кулачковой шайбы может быть образован различными кривыми. Он должен обеспечивать плавное набегание и сбегание ролика толка-теля на выступ кулачной шайбы, быстрое открытие и закрытие клапана. При равноплечих клапанных рычагах высота профиля h равна высоте подъема клапана hн. В высокооборот-ных двигателях для уменьшения сил инерции, действующих в частях клапанного механизма, стремятся уменьшить перемещение штанги толкателя. С этой целью применяют неравноплечие рычаги, при этом высота профиля кулачковой шайбы h -- 0,8hK, где 0,8 -- отношение плеч клапанных рычагов.
Впускные и выпускные клапаны. Впускные и выпускные кла-паны во время работы подвергаются действию высоких температур и значительным динамическим нагрузкам. Температура впускных клапанов 300--400 °С, выпускных 600--800 °С, поэтому материал для клапанов должен отличаться износоустойчивостью, сохранять необходимую механическую прочность при высоких температурах и противостоять газовой коррозии. Впускные клапаны изготовляют из легированных сталей 40ХН, 50ХН, 65ХН, выпускные -- из жаро-стойких хромоникелевых сталей ЭЯ2, ЭН107, ЭН69 и др. Для по-вышения износоустойчивости тарелок клапанов на поверхности фаски клапана делают наплавку сверхтвердых сплавов типа стеллита толщиной 0,7--1,5 мм. Клапанные пружины выполняют из высокоуглеродистых марганцовистых или кремнемарганцовистых сталей (60Г, 50ХФА, П1). Для лучшего наполнения и очистки ци-линдра проходные сечения клапанов должны быть наибольшими.
У четырехтактных малооборотных двигателей в крышке цилиндра располагают два клапана: впускной и выпускной. В высокооборот-ных двигателях, у которых скорость поршня 7--8 м/с, устанавли-вают два впускных и два выпускных клапана, при этом увеличивается общее проходное сечение клапанов, уменьшаются масса, а следо-вательно, и силы инерции в механизме газораспределения, улуч-шаются условия теплоотвода от клапана. В двухтактных двигателях с прямоточно-клапанной продувкой в зависимости от скорости поршня и конструкции двигателя в крышке цилиндра располагают от одного до четырех выпускных клапанов.
/Впускные и выпускные клапаны можно ставить непосредственно в крышке цилиндра или в отдельном корпусе. При установке клапана непосредственно в крышке можно увеличить диаметр тарелки клапана примерно на 20 %, что очень важно для высокооборотных двигателей. Однако чтобы за-менить или притереть клапан, необходимо снимать крышку ци-линдра.
Клапаны, установленные в корпусах, сложнее по конструкции, имеют меньшее проходное сечение, но удобнее в эксплуатации, так как их легко заменить запасным комплектом. Выпускной клапан двухтактного двигателя установлен в корпусе 7, име-ющем полость 8, куда из крышки цилиндра поступает охлаждающая вода. Гнездо клапана 9 выполнено из жаростойкого чугуна и при-жимается корпусом клапана к расточке цилиндровой крышки. Шток 5 клапана двигается в направляющих втулках 11, он смазы-вается маслом, поступающим из цилиндра 4 гидропривода. При попадании масла на рабочее поле клапана может образоваться нагар. Во избежание этого на штоке клапана крепится защитный кожух 10, который защищает также направляющие штока от дей-ствия горячих газов. На посадочную конусную поверхность клапана наварено покрытие из износоустойчивого жаростойкого сплава.
У клапана, поставленного непосредственно в крышке цилиндра, теплоотвод осуществляется через опорное гнездо клапана, расточенное в крышке, и через шток и его направляющие к воде, охлаждающей крышку цилиндра.
Пружины клапанов должны обладать достаточной жесткостью, чтобы предотвратить отрыв клапана от гнезда в результате действия сил инерции, возникающих в поступательно движущихся частях клапанного привода. Для большей надежности часто устанавливают несколько пружин меньшей жесткости, суммарная сила которых больше сил инерции. За счет уменьшения жесткости пружин по-вышается их работоспособность. Тарелка клапана должна иметь достаточную жесткость и хорошую обтекаемость.
Привод выпускного клапана (лист 100) устроен следующим образом. Выпускной клапан получает привод от симметричной кулачной шайбы 16 на распределительном валу через штангу 21 и рычаг 11. Особенностью привода является отсутствие в нем тепловых зазоров при работе двигателя.
Ролик 15 имеет двухрядный игольчатый подшипник 31. По-лый палец 28 (см. разрез по В--В) с продольными прорезями по концам свободно вводится в проушины стальной литой на-правляющей 27 и закрепляется в них при помощи распорных стальных втулок 34 с закрытыми торцами.
Осевое смещение пальца предотвращается наличием стопор-ного винта 35.
Направляющей толкателя служит корпус 12 привода вы-пускных клапанов. Поворачивание толкателя предотвращается наличием шпонки 26 на винтах, которая скользит в пазе на-правляющей.
В корпусе 23 размещено маслосъемное кольцо 22 с обжим-ной спиральной пружиной.
Штанга имеет в верхней части резьбу для штыря 20, который является опорой пальца 19. Палец, соединенный с рычагом бол-том 17, имеет фиксирующие шайбы 18.
В холодном состоянии двигателя поворотом штанги относи-тельно штыря устанавливается требуемый зазор между левым концом рычага и торцом штока клапана (Х=0,2 мм).
Автоматический выбор тепловых зазоров в приводе осуще-ствляется устройством, состоящим из поршня 13, ограничитель-ной шайбы 24, цилиндра 14, невозвратного клапана в сборе Т и пружины 25. Пружина прижимает поршень к нижнему торцу штанги и цилиндр к толкателю.
Клапан 3 (узел Т) с легкой пружиной / имеет направляю-щую 2, запрессованную в днище цилиндра демпфера. Полость под цилиндром 14 сообщена с системой циркуляционной смазки двигателя отверстием М. Из полости под цилиндром масло че-рез клапан поступает в полость под поршень 13, создавая гид-равлическую подушку в системе привода.
При запуске двигателя тепловое расширение штока выпуск-ного клапана вначале выбирает зазор X. Последующее удли-нение штока уменьшает толщину масляной подушки в демп-фере.
За каждый оборот двигателя масло, выжатое из полости под поршнем, через неплотности в период открытия выпускного клапана (наибольшая осевая нагрузка на штангу) пополняется
через невозвратный клапан в период, когда выпускной клапан закрыт. При закрытии выпускного клапана пружина 25 отжи-мает поршень со штангой вверх, в результате чего создаются условия для пополнения утечки масла из полости под цилинд-ром 14,
Стальной литой рычаг 11 с запрессованной бронзовой втул-кой 32 (см. разрез по А--А) имеет осью качания полый сталь-ной цалец 36, закрепленный в проушине стальной литой стойки на крышке цилиндра. Осевое смещение пальца и его проворачи-вание предотвращается планкой 29, закрепленной болтом. На левый рабочий конец рычага // наплавлен твердый сплав.
В рычаге размещен палец 4 (см. разрез по Л--Л) с бронзо-выми втулками 5 для кронштейнов 7, приваренных к промежу-точной шайбе пружин. Дополнительно шайба соединена со стой-кой 9 тягами 8, осью качания которых являются цапфы 33. На-личие кронштейнов и тяг снижает поперечные вибрации пружин.
Смазка рычага привода выполняется от масленки 10 по сверлениям и трубкам 6. Периодически скапливающееся масло в ванне стойки отводится через кран 30. Смазка к направляю-щей 27 подводится через систему сверлений по штуцерам, ввер-нутым в отверстия О и К (см. сечение П--П).
4. СИСТЕМА ПОДАЧИ ВОЗДУХА В ЦИЛИНДРЫ
Впускной трубопровод, или ресивер, служит для подвода воздуха в цилиндры двигателя. В четырехтактных двигателях без наддува воздух засасывается в ресивер из машинного отделения или может приниматься с палубы по специальному трубопроводу. В двигателях с наддувом и в двухтактных двигателях воздух нагнетается в ци-линдры воздухонагнетателями. Для уменьшения колебаний давле-ния объем ресивера делают достаточно большим, проходное сечение должно обеспечить скорость воздуха не более 20 м/с. Внутри ресивера в двигателях с наддувом устанавливают воздухоохладители.
Для измерения давления воздуха, поступающего в цилиндр, на ресивере устанавливают манометры, а для измерения температуры -- термометры. Из системы смазки нагнетателей в ресивер вместе с воз-духом могут попадать пары масла. Чтобы снизить давление газов при взрыве паров масла, ресивер снабжают предохранительными автоматическими клапанами. Горловины, закрытые крышками, слу-жат для очистки ресивера. Ресивер изготовляют из листовой стали. Для уменьшения шума в машинном отделении ресивер снаружи обшивают асбестом и покрывают стальным кожухом.
В двигателях с двухступенчатым наддувом ресивер может раз-деляться продольной перегородкой (на две ступени давления) и поперечными перегородками (отделяющими подпоршневые простран-ства отдельных цилиндров или группы цилиндров). На перегородках вырезаны окна, которые служат для установки пластинчатых кла-панов, автоматически открывающихся при расчетном давлении.
Конструкция выпускного трубопровода зависит от системы над-дува. В двигателях без наддува выпускные газы отводятся через короткие патрубки в общий выпускной коллектор, охлаждаемый водой. Отдельные участки коллектора для возможности свободного расширения соединяют между собой с помощью гофрированной трубы или телескопического уплотнения с чугунными разрезными уплотнительными кольцами.
В двигателях с газотурбинным наддувом с турбинами постоянного давления выпускные газы от всех цилиндров поступают в общий коллектор. При таком объеме давление газов перед турбиной остается постоянным. При использовании турбин с переменным давлением газа перед соплами общий выпускной коллектор отсутствует, а выпускные газы подво-дятся к турбине от одного или нескольких цилиндров по коротким патрубкам малого объема. Используя импульс газа, выходящего из цилиндра в момент открытия выпускных органов с высоким давле-нием и температурой, можно повысить мощность турбины. Выпуск-ной тракт двигателей с газотурбинным наддувом покрыт слоем изо-ляции, поверх которой одет кожух из листового железа или рубашки с водяным охлаждением.
Для уменьшения шума на выпускном трубопроводе за турбинами устанавливают глушитель. В качестве глушителя может использо-ваться утилизационный котел. По правилам Регистра судовая дизельная установка должна быть оборудована устройством для улавливания и гашения искр в выпускных газах.
5. СИСТЕМА ВЫПУСКА ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ.
В нашем двигателе на процессы выпуска отработавших газов и наполнения цилиндра воздухом отводится всего 130--150° ПКВ. Это обстоя-тельство создает трудности для хорошей очистки цилиндров от отработавших газов и наполнения его свежим зарядом воздуха. Кроме того, в двухтактных ДВС отработавшие газы из цилиндра: выталкиваются не поршнем, а продувочным воздухом, при этом не-избежно частичное перемешивание воздуха с газами.
Процессы выпуска отработавших газов и наполнения цилиндра свежим зарядом в двухтактных двигателях протекают в такой после-довательности: после открытия выпускных окон (клапанов) начи-нается «свободный выпуск» -- истечение газов из цилиндра в выпуск-ной коллектор за счет разности давлений в цилиндре и выпускном коллекторе. Скорость истечения газов в период свободного выпуска 800--600 м/с при температуре газов около 1000 СС в начале выпуска. В конце свободного выпуска давление в цилиндре падает. В это время Поршень открывает продувочные окна и начинается продувка ци-линдра воздухом. Воздух к окнам подается продувочным насосом под давлением 0,11--6,13 МПа, вытесняет отработавшие газы и за-нимает освободившийся объем; происходит «принужденный выпуск»
и продувка, т. е. наполнение цилиндра воздухом.
В зависимости от системы продувки при ходе поршня вверх про-дувочные окна могут закрываться раньше выпускных, и тогда через открытые выпускные окна (клапаны) будет теряться часть заряда воздуха. Если продувочные окна закрываются позже выпускных, то происходит дозарядка цилиндра воздухом. Качество очистки цилиндра двухтактного двигателя и наполнения его свежим зарядом зависит от совершенства системы продувки, которая должна обеспе-^швать наибольшую мощность и экономичность двигателя. В зависимости от характера движения потоков воздуха все существующие схемы продувки подразделяют на контурные и прямо-точные. В контурных схемах поток продувочного воздуха, поступая через окна в средней части рабочей втулки, описывает внутренний контур цилиндра и движется вниз к выпускным окнам. В прямоточ-ных схемах воздух движется только, в одном направлении -- вдоль оси цилиндра. Путь воздуха и отработавших газов в прямоточных продувках примерно в два раза короче, чем в контурных.
На рис. 5. показаны контурные и прямоточные схемы основных типов про-дувки.
Рис. 5. Схема основных типов продувки
6. Топливная система
Топливоподающая система состоит из двухплупжерного топливоподкачивающего насоса 49, создающего давление до 5 ати; трех фильтров тонкой очистки 37 с войлочными патро-нами, индивидуальных топливных насосов 20 высокого давле-ния золотникового типа с регулированием по концу подачи и механизмом изменения момента подачи топлива, форсунок с щелевыми фильтрами высокого давления (по три на каждом цилиндре). Для работы двигателя на тяжелом топливе преду-смотрен подогреватель 39.
Топливный насос высокого давления (лист 101, черт. 2) золотникового типа, с регулированием по концу подачи без нагнетательного клапана.
Нижняя чугунная часть 34 корпуса, общая для двух насосов, образует масляную ванну для симметричных кулачных шайб. В корпусе размещен опорный подшипник 24 распределительно-го вала 2.
Верхняя стальная кованая часть 22 корпуса с чугунной втул-кой 21 при помощи проставки 18 соединена шпильками 28 с крышкой 12, которая крепится к нижней части короткими 33 и длинными 32 шпильками. Наличие длинных шпилек облегчает выполнение предварительной затяжки пружин 9 и 10. Верхний корпус по вставке фиксируется штифтом 27.
Кулачная шайба симметричного профиля (узел Я), состоя-щая из двух половин 38 и 39 с наружным конусом, закреплена на муфте 37 с внутренним конусом болтами 36. Наличие не-скольких болтов при незначительной затяжке каждого из них создает силу трения в конусном соединении для передачи зна-чительного крутящего момента.
Регулирование угла опережения подачи топлива по насосу производится изменением зазора С соответствующим поворо-том половин кулачной шайбы относительно неподвижной муфты.
Плунжер 19 из легированной стали с диаметром 38 мм и хо-дом 75 мм имеет два симметричных профильных выреза с регу-лирующими кромками. Вырезы радиальным и вертикальным сверлениями сообщаются с полостью над плунжером.
Изменение цикловой подачи осуществляется поворотом втул-ки 17, в продольных направляющих пазах которой движется поперечина 16, закрепленная на плунжере. Втулка штырем с шаровой головкой 20 соединена системой тяг и рычагов с вали-ком управления топливными насосами. Положение плунжера относительно топливоподводящих каналов определяется деле-ниями шкалы, нанесенной на верхней части проставки 18
Шайба 15 и втулка 14 предотвращают попадание топлива в масляную ванну распределительного вала.
Плунжер опирается на стальную каленую шайбу // в сталь-ной направляющей 8 с отжимными пружинами 9 и 10, имею-щими разное направление витков. Ролик 4 имеет двухрядный игольчатый подшипник 7. Стальной полый палец 5 с продоль-ными прорезями по концам свободно вводится в проушины направляющей и закрепляется в них разжимными втулками 6 с закрытыми торцами. От проворачивания и осевого смещения
палец закрепляется болтом и винтом. Шпонка 25 обеспечивает толкателю только поступательно-возвратное движение. От топливоподкачивающего насоса топливо подводится в по-лости А по патрубку 3 (см. разрез по В--В). При положении плунжера в нижнем крайнем положении топливо через два ра-диальных канала Б поступает в полость над плунжером. При движении плунжера вверх после перекрытия каналов Б начи-нается сжатие и подача топлива в две форсунки по трубам 23. Отсечка топлива наступает при сообщении каналов Б с выточ-кой на плунжере.
При помощи отверстий в верхнем корпусе приемная полость насоса сообщается с отверстием В, от которого по трубке с уста-новленным на ней невозвратным клапаном избыток топлива по-ступает на охлаждение форсунки. Этим достигается постоянное прохождение топлива через насос и устраняется возможность образования в нем воздушных мешков.
Отверстие Т сообщается с запорным угловым игольчатым клапаном 30, на который периодически устанавливается мано-метр 29 для проверки максимального давления впрыска (420 кг/см2). Для вывода насоса из работы направляющая 8 устанавли-вается в верхнее крайнее положение специальным съемным ры- чагом при помощи стержня / с проушиной и планкой 35. В этом положении толкатель фиксируется проставкой. / Смазка направляющей толкателя и игольчатого подшипника осуществляется от масленки 13. Подвод смазки для направляю-щей выполнен через штуцер 26, а для втулки 17 -- через штуцер 31. Отвод утечки топлива через плунжерную пару производится из поддона по трубке, присоединенной к отверстию К. В последующих конструкциях топливных насосов плунжер- ная втулка имеет два радиальных отверстия -диаметром 8 мм для наполнения, а под ними -- два радиальных отверстия диа-метром 3 мм для отсечки подачи топлива. Разделение полостей наполнения и отсечки устранило отрицательное влияние волн отсечки на процесс наполнения и повысило стабильность работы насоса.
Форсунка двигателя (лист 101, черт. 1) закрытого типа. Игла 5 нагружена через толкатель 26 пружиной 23 в съемном стакане 19. Затяжка пружины на давление начала впрыска 300 кГ/см2 регулируется высотой проставочной втулки 17. На-жимной болт 16 стопорится гайкой 18. Штифт 21, отжатый пру-жиной 15 вверх, служит для контроля работы форсуночной иг-лы. Игла имеет плоский конец, приоткрытый по торцу сопла /, имеющего четыре отверстия диаметром 0,95 мм. Направляю-щая 3 иглы и корпус 2 сопла прижимаются к стальному корпусу форсунки 9 гайкой 4. По корпусу гайка уплотняется маслостойким резиновым кольцом 6.
Подъем иглы в 0,8 мм ограничивается упорным каленым кольцом 28, являющимся одновременно направляющей для нижней части толкателя. Втулка 25 служит направляющей для верхней части толкателя.
Охлаждение сопла осуществляется топливом через систему горизонтальных 29 и вертикальных 7 и 8 сверлений. Топливо подводится к соплу по нагнетательной трубке 13, щелевому фильтру // тонкой очистки и систему отверстий. Уплотнение на-гнетательного штуцера по щелевому фильтру осуществлено прокладкой 12, выжимаемой болтом 14.
Сверления 27 и 24 предназначены для прокачки топлива с целью удаления воздуха, могущего скопиться в форсунке. Про-качка осуществляется насосом при отжатом игольчатом кла-пане 22.
7. Маслянная система.
К системам смазки двигателя предъявляются следующие об-щие требования; своевременная подача необходимого количества масла к узлам трения для защиты их поверхностей от износа и коррозии (смазывающее и защитное действие); отвод тепла от трущихся поверхностей и деталей (терморегулирующее дей-ствие);
удаление продуктов износа и нагара с поверхностей тре-ния (моющее действие); очистка масел.
От того, насколько удов-летворяет отмеченным требованиям система смазки, в значитель-ной степени зависят надежность и долговечность работы двига-теля.
Система циркуляционной смазки, объединенная с масляной системой охлаждения поршней, обслуживается на-сосом с приводом от электродвигателя. Масло для кривошипно-шатунного механизма, упорного подшипника, приводного отсека и распределительных валов топливных насосов и выпускных клапанов после редукционного клапана поступает под давле-нием 1,8 ати по трубопроводу 3. Из поддона 34 масло через патрубок / сливается в сточную цистерну. Рекомендуемые темпе-ратуры масла: на входе 40--45° С и на выходе 46--52° С.
Смазка втулок осуществляется от лубрикаторов 37 по одно-му на цилиндр с приводом от распределительного вала 40 топ-ливных насосов.
Смазка подшипников газотурбонагнетателей обеспечивается самостоятельной циркуляционной системой.
8. Система охлаждения.
Система охлаждения цилиндров замкнутая, двухконтурная, с приводом насосов забортной и пресной воды от элек-тродвигателей. На всех режимах работы двигателя при помощи терморегулятора температуру пресной воды рекомендуется под-держивать на входе 58° С и на выходе 65° С. Вода подводит-ся к цилиндрам под давлением 1,8 ати по трубопроводу 12 и отводится через корпусы выпускных клапанов по трубопрово-дам 13. От магистрали пресной воды осуществляется и охлаж-дение корпусов турбин нагнетателей.
Забортной водой под давлением 0,7 ати охлаждаются прес-ная вода, наддувочный воздух с подводом и отводом воды к каждому воздухоохладителю по трубопроводам 7 и 8, циркуля-ционное масло, масло для смазки турбонагнетателей и топливо для охлаждения форсунок.
Поршни охлаждаются маслом от циркуляционной системы смазки с подводом по трубопроводу // при помощи телескопи-ческого устройства и отводом через контрольные колонки 31 по трубопроводу 32 в сточную цистерну.
9. Система пуска, реверса и управления.
Для пуска дизеля необходимо раскрутить его коленчатый вал от постороннего источника энергии. После появления первых вспы-шек в цилиндрах посторонний источник энергии отключают, и дви-гатель начинает работать на топливе. Средняя скорость поршня должна быть не меньше 0,7--1,2 м/с. При такой скорости темпера-тура в цилиндрах в конце сжатия обеспечивает самовоспламенение топлива. Если скорость поршня меньше, то возрастают утечки воз-духа через неплотности цилиндропоршневой группы, давление и температура сжатия будут низкими. Кроме того, малая скорость поршня увеличивает продолжительность процесса сжатия, и сжи-маемый воздух заметно охлаждается от стенок цилиндра. Поскольку средняя скорость поршня непосредственно не измеряется, принято говорить о пусковой частоте вращения коленчатого вала, которая составляет 15--25 % от ее номинального значения.
Пусковые качества дизеля зависят от конструкции, быстроход-ности, способа и условий смесеобразования, теплового состояния двигателя. Основные факторы, определяющие продолжительность и надежность пуска, -- смесеобразование и сгорание.
Управление двигателем (лист 108) осуществляется следующим образом. Применение симметричной кулачной шай-бы топливного н ...........
Страницы: [1] | 2 |
|
