Какие бывают типы двигателей на судне

Содержание
  1. Двигатели внутреннего сгорания
  2. Машинное отделение (дизель со вспомогательными механизмами)
  3. Принцип действия четырехтактного дизеля
  4. Принцип действия двухтактного дизеля
  5. Принцип действия газотурбинного нагнетателя
  6. Принцип действия малооборотного двухтактного дизеля
  7. Четырехтактный дизель (рядный двигатель)
  8. Четырехтактный дизель V-образной конструкции
  9. Двигатели судовые: типы, характеристики, обслуживание
  10. Классификация ДВС для судов
  11. Типы судовых моторов по мощности
  12. Моторы по горению топливной смеси
  13. ДВС и забор воздуха
  14. Типы по виду горючего
  15. По методу воспламенения
  16. По типу образования смеси
  17. По камерам сгорания
  18. По частоте вращения коленвала
  19. Характеристики четырёхтактных ДВС
  20. Маломощные модели
  21. Модели средней мощности
  22. Сверхмощные агрегаты
  23. ДВС с наддувом
  24. Машины без наддува
  25. Судовые моторы и их обслуживание

Двигатели внутреннего сгорания

В начале XX в. начали появляться судовые двигатели внутреннего сгорания (ДВС). Первое в мире датское судно «Зеландия» с дизельной установкой, построенное в 1912 г., имело два дизеля мощностью по 147,2 кВт. Эти ДВС приводили в движение непосредственно по одному гребному винту. После этого ДВС стали совершенствоваться довольно быстро. Процесс особенно ускорился после второй мировой войны. В настоящее время основную часть устанавливаемых на судах главных энергетических установок составляют ДВС. Паротурбинные установки имеют только суда с мощностью двигателей от 14700 до 22 100 кВт. В некоторых странах по традиции, а также исходя из имеющихся производственных мощностей турбинный двигатель применяют и на судах меньшей мощности. Это особенно характерно для судов торгового флота США. Дизельная энергетическая установка состоит из одного или нескольких основных двигателей, а также из обслуживающих их механизмов. В зависимости от способа осуществления рабочего цикла ДВС разделяют на четырехтактные и двухтактные. Дополнительное увеличение мощности достигается с помощью наддува. Существует другой принцип разделения ДВС — по частоте вращения. Малооборотные дизели с частотой вращения 100—150 об/мин непосредственно приводят в движение судовой движитель. Среднеоборотными называют ДВС с частотой вращения 300—600 об/мин. Они приводят в движение судовой движитель через редуктор. Приблизительно до конца 60-х гг. на судах устанавливали реверсивные главные двигатели, позволяющие судну осуществлять задний ход. Только при малых мощностях для реверса ДВС использовали специальные устройства (реверсредукторы), дающие возможность маневрирования. В 60-х гг. одновременно с появлением винтов регулируемого шага начали в качестве главного двигателя применять нереверсивные ДВС вначале на малых судах, траулерах и буксирах, а затем и на больших торговых судах. За счет этого конструкция двигателей упростилась.

Машинное отделение (дизель со вспомогательными механизмами)

Судовая энергетическая установка с ДВС изображена на рисунке. Кроме главного двигателя предусмотрены еще два вспомогательных, которые приводят во вращение генераторы. Для обслуживания главного и вспомогательных двигателей используются вспомогательные механизмы и системы, а также система трубопроводов и клапанов. Топливная система предназначена для подачи топлива из цистерн к двигателю. При этом для уменьшения вязкости топливо подогревается и освобождается в сепараторах и фильтрах от жидких и твердых примесей. Система смазки служит для прокачивания смазочного масла через двигатель с целью уменьшения трения между трущимися поверхностями, а также для отвода части полученного от двигателя тепла и очистки масла. Система охлаждения предусмотрена для отвода от двигателя тепла, которое проникает в основном через стенки цилиндра и возникает во время сжигания топлива, а также для охлаждения циркулирующего смазочного масла. Эта система состоит из насосов для пресной и морской воды и охладителей воды и масла. Пусковая установка, включающая в себя компрессоры, резервуары сжатого воздуха, а также трубопроводы и клапаны, служит для пуска главного и вспомогательных двигателей.

Наряду с указанными выше вспомогательными системами главного и вспомогательных двигателей в машинном отделении находятся и другие судовые механизмы общего назначения. Принцип действия четырехтактного ДВС показан на рисунке ниже. В четырехтактном двигателе рабочий цикл осуществляется за два поворота коленчатого вала, т. е. за четыре хода поршня. Механическая работа совершается только за время одного такта, три остальных служат для подготовки. При первом такте поршень движется в направлении коленчатого вала. Под воздействием возникающего при этом разрежения воздух через открытый всасывающий клапан устремляется в цилиндр. В дизеле без наддува давление всасываемого воздуха равно атмосферному, в дизеле с наддувом к цилиндру подводится уже предварительно сжатый воздух. Во время второго такта при закрытых всасывающих клапанах предварительно поступивший воздух перед поршнем подвергается сжатию, за счет чего повышаются температура и давление. Топливоподкачивающий насос, привод которого согласован с движением соответствующего поршня, повышает давление топлива. При достижении давления 19,62—39,24 МПа топливо через форсунку впрыскивается в цилиндр, в котором у дизелей без наддува давление сжатого воздуха составляет 2,94—3,43 МПа и температура 550—600°С, а у дизелей с наддувом соответственно 3,92—4,91 МПа и 600—700°С.

Принцип действия четырехтактного дизеля

Топливо впрыскивается незадолго до того момента, когда поршень достигнет верхнего положения. Впрыснутое и тщательно распыленное топливо в сжатом воздухе нагревается, испаряется и вместе с воздухом образует горячую самовоспламеняющуюся смесь. Третий такт является рабочим. Во время процесса сгорания топлива образуются горячие газы, которые вызывают увеличение давления над поршнем в дизелях без наддува от 4,41 до 5,4 МПа, а в дизелях с наддувом — от 5,89 до 7,85 МПа. Под давлением силы, возникающей за счет давления газов, поршень движется вниз, газы расширяются и производят при этом механическую работу. Во время четвертого такта открывается выпускной клапан и отработавшие газы выходят наружу. Четырехтактные судовые ДВС изготовляются как многоцилиндровые двигатели. Они устроены так, что рабочие такты равномерно распределяются по отдельным цилиндрам.

Читайте также:  Почему двигатель ест масло что делать

Принцип действия двухтактного дизеля

В рабочий цикл двухтактного дизеля входят два такта, или один оборот коленчатого вала. Первый такт, называемый сжатием, начинается, когда поршень находится в нижнем положении. Впускные окна в боковых стенках цилиндра открыты. Через эти окна проходит предварительно сжатый продувочный воздух, давление которого должно быть выше давления находящихся в цилиндре расширившихся газов. Одновременно продувочный воздух через открытый выпускной клапан вытесняет отработавшие газы из цилиндра и наполняет цилиндр новой дозой. Когда впускные окна закрываются поршнем, к цилиндру воздух не подводится. Так как одновременно закрывается и выпускной клапан, воздух в цилиндре сжимается. Этот процесс не показан на рисинке. Впрыскивание топлива и воспламенение происходит точно так же, как и в четырехтактном ДВС. Во время второго такта — рабочего (или расширения) — расширяющиеся газы совершают механическую работу. В конце этого такта впускные окна открываются поршнем и процесс продувки цилиндра начинается снова. Отработавшие газы могут выйти из цилиндра через внешний клапан, либо через управляемые поршнем выпускные окна. Под наддувом дизельного двигателя понимают подачу к цилиндрам большего количества воздуха, чем требуется для заполнения всего цилиндра при такте всасывания. Цель наддува заключается в том, чтобы способствовать сжиганию наибольшего количества топлива за один рабочий цикл. Это означает повышение мощности двигателя без увеличения его размеров (диаметра, хода и числа цилиндров), а также частоты вращения. Наддув можно осуществлять за счет предварительного сжатия воздуха перед цилиндром. Во всех выпускаемых четырехтактных судовых ДВС предварительное сжатие воздуха происходит с помощью центробежного компрессора, который приводится в действие газовой турбиной, работающей на отработавших газах дизеля.

Принцип действия газотурбинного нагнетателя

1 — турбина, работающая на отработавших газах; 2 — отработавшие газы; 3 — свежий воздух; 4 — компрессор; 5 — коленчатый вал; 6 — цилиндр; 7 — поршень.

Принцип действия компрессора показан на рисунке выше. Поступивший из компрессора воздух проходит через фильтры. После открытия впускного клапана сжатый воздух подается через воздушный коллектор к соответствующим цилиндрам. В двухтактных дизелях предварительное сжатие воздуха происходит в центробежных компрессорах, в пространстве под поршнем, а также в поршневых компрессорах, приводимых в действие двигателем. Давление наддувочного воздуха достигает 0,14—0,25 МПа. На рисунке ниже показан в разрезе главный малооборотный дизель с наддувом.

Принцип действия малооборотного двухтактного дизеля

а — предварительно сжатый воздух вытесняет отработавшие газы из цилиндра; b — одновременно происходит сжатие и всасывание; с — рабочий такт и предварительное сжатие; d — предварительно сжатый воздух вытесняет отработавшие газы из цилиндра двигателя без выходного клапана.

Двухтактные дизели изготовляют в виде многоцилиндровых рядных двигателей с 10—12 цилиндрами. Диаметр цилиндров больших двухтактных дизелей достигает 1000 мм, ход — 1500—2000 мм. Мощность цилиндра при общей мощности двигателя более 29 440 кВт составляет от 2900 до 3700 кВт. В связи с этим ДВС можно использовать в качестве главных двигателей и на крупных судах. Двухтактные дизели имеют очень большие размеры и массу. Их удельная масса достигает 40—55 кг/кВт. При мощности, например 14 720 кВт, масса составляет 600—800 т.

Четырехтактный дизель (рядный двигатель)

1 — наддувочный агрегат; 2 — охладитель наддувочного воздуха; 3 — трубопровод отработавших газов; 4 — трубопровод наддувочного воздуха; 5 — трубопровод охлаждающей воды; 6 — масляный трубопровод; 7 — топливный трубопровод; в — распределительный вал; 9 — приводное колесо; 10 — промежуточные шестерни; 11 — приводное колесо коленчатого вала; 12 — коленчатый вал; 13 — шатун; 14 — поршень; 15 — цилиндровая гильза; 16 — камера охлаждающей воды; 17 — крышка цилиндра; 18 — выпускной клапан; 19 — впускной клапан; 20 — топливный клапан; 21 — штанга; 22 — топливный насос; 23 — маслораэбрызгивающее кольцо; 24 — масляная ванна картера; 25 — станина двигателя; 26 — блок цилиндров.

Четырехтактные дизели применяют на судах либо в составе дизель-генераторных установок, либо в качестве главного двигателя в многовальных энергетических установках (по одному дизелю на один движитель) и, соответственно, в многодвигательных установках для одного движителя. Среднеоборотные дизели используются также в дизель-электрических энергетических установках в качестве главного двигателя. Применение среднеоборотных дизелей в качестве главного двигателя дает следующие преимущества:

  1. увеличение надежности (при выходе из строя одного двигателя остальные продолжают работать);
  2. уменьшение габаритов и собственной массы деталей (например, клапанов, поршней, кривошипных механизмов, подшипников и т. д.);
  3. уменьшение удельной массы, которая в зависимости от мощности составляет от 14 до 35 кг/кВт (для мощностей около 2200 кВт).
Читайте также:  Двигатель 2l the характеристики

Четырехтактный дизель V-образной конструкции

1 — поршень; 2 — цилиндровая гильза; 3 — коленчатый вал.

Источник

Двигатели судовые: типы, характеристики, обслуживание

Первые судовые двигатели стали появляться лишь в начале 20-го века. Один из первых был установлен на «Зеландии», датском судне, построенном в 1912 году. Агрегат представлял собой две дизельные установки, общая мощность которых составляла 147,2 кВт. Сегодня суда также оснащаются двигателями внутреннего сгорания. Все они должны быть оборудованы в соответствии с требованиями Речного Регистра или Регистра России для привода судовых движителей или вспомогательных агрегатов. Рассмотрим основные типы двигателей, их характеристики и обслуживание.

Классификация ДВС для судов

По предназначению судовые двигатели можно разделить на основные агрегаты и вспомогательные. Первые – это основная движущая сила. Вспомогательные агрегаты предназначены для обеспечения работы самых разных механизмов. Так, моторы применяются в качестве привода для электрических генераторов, дополнительного оборудования. Кроме назначения, ДВС делятся на типы и по мощности.

Еще судовые агрегаты можно разделить и по тому, как в них сгорает топливо. Судовые дизельные двигатели могут быть как двух-, так и четырехтактными. Первыми можно выделить модели, где сгорание смешанное – в них обеспечивается постоянный уровень давления. Можно выделить и модели, где топливная смесь горит в условиях постоянного объема. Существуют ДВС, оснащенные наддувом и без него.

Типы судовых моторов по мощности

По материалам Центрального научно-исследовательского института, моторы по мощностным характеристикам можно разделить на четыре основные группы. Так, маломощными считаются агрегаты ниже 74 кВт. Машины со средними мощностными характеристиками – от 74 до 736 кВт. Мощными ДВС читаются машины, выдающие от 736 до 7360 кВт. Сверхмощный двигатель способен выдавать 7360 кВт и более. В основном судовые двигатели, выпускаемые серийно, развивают около 1600 кВт энергии. Этот параметр встречается чаще всего.

Моторы по горению топливной смеси

Четырехтактные двигатели, как и их двухтактные собратья, функционируют на базе цикла, где сгорание воздушно-топливной смеси смешанное. Как это происходит? Одна часть сгорает при постоянном объеме. Вторая порция горит под воздействием постоянного давления. Есть и исключения. Процесс может быть и в условиях постоянного объема (так, смесь горит целиком, когда поршни находятся в ВМТ).

ДВС и забор воздуха

В зависимости от того, каким образом камеры сгорания заполняются воздухом, судовые двигатели могут быть оснащены системой, повышающей давление и без таковых. Так, ДВС оснащается наддувом или работает без него.

Наддув позволяет создать давление, за счет которого в камеры поместится большее количество воздуха. Это приводит также и к увеличению объема горючего, которое сгорает в течение одного цикла. Таким образом, возрастает мощность, крутящий момент и другие характеристики.

В качестве наддува в четырехтактных дизельных судовых агрегатах применяют компрессоры. Они подают воздух под давлением. Компрессор в таких моторах подключен к коленчатому валу и от него приводится в действие. Это механическая система. Воздух попадает к клапанам через наддувочный коллектор.

За счет того, что компрессор приводится в действие от коленвала, двигатель теряет полезную мощность. Это снижает экономичность. Особенно это заметно, когда система работает под большим давлением. Механический наддув по этой причине применяют редко. Можно встретить только один вид ДВС с наддувом механического типа. Это М400, который устанавливают на речном транспорте.

Некоторые модели судовых агрегатов могут оснащаться посторонней системой наддува. Здесь воздух предварительно сжимается компрессором, который приводится в действие от независимого источника. Чаще всего применяют судовые дизельные двигатели с газотурбинной наддувочной системой. Так, отработанные газы поступают в коллектор, а затем — в газовую турбину. Они обеспечивают вращение ротора, на валу которого установлено приводное колесо компрессора. Воздух, который забирается из атмосферы, подается в коллектор. Далее он поступает в цилиндры.

В двухтактном ДВС, где система подачи воздуха контурная и прямоточная, используют наддув комбинированного типа. В зависимости от того, как подключены приводы компрессора, схем наддува может быть три. Так, различают:

  • Последовательное.
  • Параллельное.
  • Последовательно-параллельное подключение компрессорных систем.

Типы по виду горючего

Как и автомобильные моторы, агрегаты для судов также могут работать на «светлом» горючем и на «темном». ДВС, способные работать на горючем разной фракции без существенных изменений в их конструкции, являются многотопливными. Различают и двухтопливные системы, работающие на жидких видах горючего, а также на газу. Во время работы можно переводить машину с одного вида топливной смеси на другую.

По методу воспламенения

В моторах, где смесь образуется внутри агрегата, процесс воспламенения происходит за счет высоких температур в камере сгорания за счет сжатия. В моделях низкого сжатия процесс самовоспламенения невозможен. Здесь применяют принудительное зажигание, аналогичное автомобильному. Это могут быть свечи.

Современная промышленность также выпускает конвертируемые типы судовых двигателей. При минимальных конструктивных изменениях они преобразовываются в дизели или же моторы с принудительным искровым зажиганием.

По типу образования смеси

В газовых ДВС, а также в предназначенных для работы на жидком светлом топливе, применяются внешние системы образования смеси. Так, в камеры сгорания поступает уже готовая к употреблению смесь. Приготавливается она в карбюраторах.

Читайте также:  Масло какой вязкости заливать в старый двигатель

В моделях, где смесь образуется внутри, воздух и горючее подаются в камеру сгорания по отдельности. Топливо готовится непосредственно внутри цилиндра двигателя. Процесс организации качественного смешивания жидкого топлива и воздуха с внутренним типом смесеобразования достаточно сложный. А производство судовых двигателей с внешним образованием смеси для топлива невозможно. В случае с легким светлым топливом оно испаряется, а темное остается в виде жидкости.

Дизельные агрегаты, где смесь образуется внутри, распыление может быть объемным. В этом случае большая порция впрыскиваемой смеси направлена на стенки цилиндра, образуя пленку. Лишь небольшая часть смешивается с воздухом. Также существуют объемно-пленочные модели. Здесь одна часть порции горючего находится в объеме цилиндра, вторая же направлена на стенки цилиндра для создания пленки.

По камерам сгорания

Образец агрегата, где камера сгорания находится в поршне, – дизель 6XCG 18/22. Здесь для создания смеси и горения сделана одна камера. Она находится в головке на поршне. Камера соединяет напдпоршневое пространство, обеспечивая движение воздуха. В данной конструкции вихреобразование обеспечивается радиально-направленными воздушными потоками.

Если цилиндр размещен в головке на поршне, в крышке цилиндра или же между дном поршней, то такой агрегат называют ДВС с открытой камерой сгорания и непосредственной системой впрыска.

В некоторых моторах применяется предкамерный способ образования смеси. Здесь заложен принцип перепада давлений за счет частичного сгорания топливной смеси. В воздушно-камерных машинах применяется воздушна струя, которая создается в дополнительной воздушной камере во время такта сжатия.

По частоте вращения коленвала

По ГОСТ 10448-80 моторы можно разделить на пять основных групп. В первую входят агрегаты, где рабочий режим никак не контролируется, а вал вращается с частотой больше 1800 оборотов в минуту. Вторая группа – безнаддувные моторы с частотой вращения коленвала от полутора тысяч и более. Третья группа включает в себя наддувные модели, где вал вращается с частотой от двух и более. Четвертая группа – частота вращения коленчатого вала от 250 об./мин до 1500 об./мин. Пятая группа – двигатели, где коленчатый вал вращается на оборотах меньше 250 об./мин.

Характеристики четырёхтактных ДВС

Мощность судовых двигателей четырехтактного вида в среднем составляет 40 кВт. Они оснащены поддонами с дейдвудами, а приводные валы находятся над центральной камерой. Водяная помпа отсутствует. Некоторые модели оснащаются фиксаторами заднего хода. Иногда на отдельных модификациях имеются шестеренки для заднего хода.

Маломощные модели

Эти агрегаты чаще всего применяют с переходными коннекторами.

Моторы оснащены ручным стартером. Гребной вал установлен над поддоном. Существуют модификации, оснащенные нагнетателями. Фиксаторов заднего хода на большинстве моделей нет.

Модели средней мощности

Двигатели четырехтактные и двухтактные средней мощности чаще встречаются на судах, предназначенных для пассажирских перевозок. Модели отличаются по объему и количеству цилиндров. Карбюраторы на таких моторах можно найти в задней части корпуса двигателя. На большинстве модификаций имеются фиксаторы для заднего хода. Вал может быть расположен над поддоном. Модели оснащены ручным стартером.

Сверхмощные агрегаты

Эти ДВС производятся на базе распределительного вала. Характеристики судового двигателя такого плана очень высокие. Поэтому в модификациях имеется глушитель. Карбюраторные системы расположены около поддона. Частота вращения коленчатого вала в таких ДВС не выше 2,3 тысячи оборотов в минуту.

ДВС с наддувом

Эти решения более подходят для установки на танкеры.

Стартер – ручной. Румпели находятся над струбциной и закреплены на распределительном валу. По объему моторы различаются. Стоит сказать, что двигатель может быть оснащен фиксаторами различного типа. Масло подается при помощи помпы.

Машины без наддува

Эти агрегаты подойдут для транспортных судов. Многие модели оснащены ручным стартером. Клапаны удерживают давление до 5,5 атм. Поддон изготавливается из стальных сплавов. Некоторые модификации имеют фиксаторы для заднего хода и другие системы. Судовой двигатель имеет вал, расположенный за ведущей шестерней. Характеристики зависят от мощности. Агрегаты такого плана оснащены охлаждающими системами.

Судовые моторы и их обслуживание

В отличие от автомобилей, где обслуживают мотор через определенный пробег, судовые силовые агрегаты обслуживают по моточасам. Существует несколько видов ТО. Первое техническое обслуживание нужно выполнять через 60-250 рабочих часов. В ходе ТО выполняют очистку и промывку фильтров, проверяют показатели масла, удаляют осадок из топливного и масляного баков, а также осматривают крепежи.

На втором техническом обслуживании, которое производится через 250-750 моточасов, выполняется проверка зазоров клапанов, надежность крепления фундаментных рам, коренных и шатунных подшипников, а также крышек цилиндров. Диагностируется качество распыления топлива, состояние насосов, компрессоров и другого навесного оборудования.

Все последующие операции включают в себя проверку состояния валов, охладителей, электрооборудования, поршневых колец, а также других важных систем. В каждом случае периодичность, а также порядок обслуживания судового двигателя устанавливается службами судового хозяйства или судоходными компаниями.

Источник

Adblock
detector