Малооборотные двигатели что это такое

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:  Какой двигатель лучше для опель астра gtc

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.

Читайте также:  Дистанционный запуск двигателя рено сандеро

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).

Четырехтактный дизель V-образной конструкции

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

Источник

Малооборотные двигатели что это такое

Главное меню

Судовые двигатели

Выбор типа главного двигателя (малооборотный дизель или среднеоборотный дизель) производится с учетом назна­чения судна и условий размещения главного двигателя в машинном отделении.

Использование среднеоборотный дизель более рационально на судах с ограниченной высотой машинное отделение, где дополнительно по условиям эксплуатации надо обеспечить рас­пределение мощности энергетических установок для различных потребителей. Следует отметить, что затраты на обслуживание энергетических установок с среднеоборотный дизель со временем значительно увеличиваются, тогда как у энергетических установок с малооборотным дизелем стабилизи­руются или постепенно снижаются. Энергетических установок с малооборотный дизель по затратам на техническое обслуживание становятся более рентабельными в экс­плуатации, чем энергетических установок с среднеоборотный дизель.

По эксплуатационным показателям предпочтительнее малооборотный дизель с небольшим числом цилиндров большой цилиндровой мощности 1900—3000 кВт, а также ДРУ с среднеоборотный дизель цилиндровой мощностью 1100—1400 кВт. Для установок с малооборотным дизелем применяется традицион­ный непосредственный привод винта фиксированного шага, а для энергетических установок с среднеоборотный дизель, как пра­вило, — винта регулируемого шага и вспомогательные генераторы. Комплексные показатели ремонтопригодно­сти, характеризуемые среднегодовыми затратами труда и средств, приходящимися на единицу технической работы судна, в энергетических установок с среднеоборотный дизель в полтора-два раза выше, чем у энергетических установок с малооборотным дизелем.

Суда оборудуются дизель-генератор исходя из потребности в электроэнергии на стоянке с выполнением грузовых операций и на ходу при работе вентиляции трюмов. Преимущественно применяют дизель-генератор мощ­ностью 600, 800, 1000, 1600 кВт. В энергетических установок потребность в электро­энергии на ходу может быть полностью обеспечена УТГ мощ­ностью 800, 1000, 1600 кВт. В энергетических установок с среднеоборотный дизель на судах с горизонталь­ной грузообработкой среднего тоннажа (до 12 тыс. кВт) в каче­стве основного источника электроэнергии на ходу целесообразно использовать вспомогательные генераторы с приводом от редуктора. Трудозатраты на ТО дизеля в основном зависят от числа цилиндров в нем.

Источник

Малооборотных двигателей (МОД)

Гоголев Г.В.

Конструкция судовых двс, их компОновка и новые технические решения

К ВЫПОЛНЕНИЮ ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАНЯТИЯ

ББК 39.46

Рецензенты: А.Р. Аблаев, к.т.н., доцент каф. ЭМСС

Г.В. Гоголев

Г 511 Конструкция судовых ДВС, их компоновка и новые технические решения: методические указания к практическому занятию по дисциплине «Судовые двигатели внутреннего сгорания». – Севастополь: ФГАОУВО «СевГУ», 2018. – 26 с.

Рассматривается компоновка и конструктивные особенности наиболее распространенных судовых двухтактных и четырехтактных двигателей. Описываются новые технические решения и сведения о двигателях с электронным управлением.

Пособие предназначено для студентов очной и заочной форм обучения Севастопольского государственного университета, Морского института, специальности 26.05.06 – Эксплуатация судовых энергетических установок.

Выполнение практического занятия направлено на изучение следующих профессиональных компетенций:

ПСК-6 – способен осуществлять подготовку, эксплуатацию, обнаружение неисправностей и меры, необходимые для предотвращения причинения повреждений следующим механизмам и системам управления: 1. главный двигатель и связанные с ним вспомогательные механизмы (Конвенция ПДНВ).

ПК-5 — способность самостоятельно оценить результаты своей деятельности применительно к СДВС, владеть навыками самостоятельной работы, в том числе в сфере проведения научных исследований по двигателям внутреннего сгорания (ФГОС).

ББК 39.46

Рассмотрено и рекомендовано кафедрой энергоустановок морских судов и сооружений Морского института Севастопольского государственного университета в качестве методических указаний к выполнению практического занятия по дисциплине «Судовые ДВС» для студентов направления 26.05.06 – Эксплуатация судовых энергетических установок. Протокол заседания кафедры № 1 от 31.08.2018 г.

© Гоголев Г.В., 2018

© Издание ФГАОУВО «СевГУ», 2018

Цель практического занятия…………………………….
Введение ……………………………………………………….
1. Особенности конструкции современных малооборотных двигателей (МОД) фирмы «МАН & Бурмейстер Вайн» ..
2. Особенности конструкции МОД фирм «Sulzer – Diesel» и «Wärtsilä NSD Corporation» …………….
3. Особенности конструкции четырехтактных судовых двигателей ………….……………………………………..
4. Двигатели с электронным управлением………………….
5. Используемые наглядные пособия……………………….
6. Порядок выполнения работы……………………………..
7. Требования к отчету……………………………………….
8. Вопросы к занятию………………………………………..
Библиографический список …………………………….
Приложение А. Краткий словарь элементов конструкций СДВС ..……………………………………………….
Читайте также:  Почему сигнализация томагавк не запускает двигатель

Цель практического занятия

Цель практического занятия – изучение компоновки и конструктивных особенностей наиболее распространенных судовых двухтактных и четырехтактных двигателей.

Введение

За последние 25…30 лет в конструкцию двухтактных и четырехтактных двигателей были внесены радикальные изменения за счет которых удалось достигнуть высоких уровней форсирования рабочего процесса, существенно увеличены ресурсы основных деталей, осуществлен перевод двигателей на дешевые тяжелые топлива, внесены конструктивные изменения и изменения в регулировках с целью снижения эмиссии вредных для окружающей среды веществ, содержащихся в выпускных газах.

Особенности конструкции современных

малооборотных двигателей (МОД)

фирмы «МАН & Бурмейстер Вайн»

Одной из главных конструктивных особенностей современных МОД является значительное увеличение соотношения хода поршня и диаметра S/D = 3…4,17 и создание более эффективных турбокомпрессоров, КПД которых был увеличен на 10…15 %.

Кстати, оптимальным значением с точки зрения стоимости дизеля и минимума удельного расхода топлива является отношение S/D = 3,5…3,85. Увеличение соотношения обусловлено необходимостью сохранения мощности дизеля при низких частотах вращения (50…80 об/мин.), которые необходимы для обеспечения оптимальных КПД гребного винта фиксированного шага.

Рисунок 1.1 – Поперечный разрез дизеля L60MC

Конструктивные особенности двигателей фирмы рассмотрим на примере дизелей L60MC и L35MC. Остов, поддерживающий и направляющий движущиеся детали и воспринимающий все усилия при работе двигателя состоит из фундаментной рамы 1, сварной жесткой станины 2, блока цилиндров 5, крышек цилиндров 6, а также анкерных связей 3, стягивающих эти детали (рисунок 1.1). Втулка цилиндра 4 опирается на блок. В крышке цилиндра размещен корпус выпускного клапана 7, форсунки, пусковой и предохранительный клапаны. Поршень 8 изготовлен из хромомолибденовой стали, охлаждается маслом, которое подается по телескопическому устройству к штоку поршня 10. Двигатель крейцкопфный. Крейцкопф 11 служит для передачи бокового усилия на остов. Шатун 12 соединяет поперечину крейцкопфа с коленчатым валом 13 сварного типа, который имеет увеличенный диаметр шеек в связи с ростом механических напряжений и удельных давлений в подшипниках из-за роста максимальных давлений сгорания.

Распределительный вал 9 приводится во вращение от коленчатого вала цепной передачей и сам приводит в движение топливные насосы высокого давления и поршни гидроприводов выпускных клапанов.

Реверсирование двигателя осуществляется через воздухораспределитель и привод ТНВД перестановкой ролика толкателя плунжера в новое положение.

Цилиндропоршневая группа дизеля L35MC изображена на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 – Цилиндропоршневая группа дизеля L35MC

Общий вид судового двигателя L35MC приведен на рисунке 1.3.

Фирма, реализуя технологические и конструкторские резервы, выпустила более компактные модели (К90МС-С), производство и ремонт которых упрощены. Уменьшены размеры блока, станины, ресивера, использовано более компактное исполнение корпуса воздухоохладителя, цилиндровая втулка выполнена из двух частей. Применен новый воздухораспределитель со звездообразным расположением клапанов вокруг регулировочного диска.

Введены существенные изменения в конструкцию топливной аппаратуры МОД фирмы MAN&B.W., обеспечивающие равномерный прогрев плунжерной пары во время перевода с дизельного топлива на тяжелое, регулирование угла опережения впрыска в зависимости от нагрузки, увеличение крутизны профиля топливного кулачка распредвала, введение зонтичного уплотнения, предотвращающего прорыв топлива в систему смазки распредвала. Последнее позволило опять вернуться к объединенной системе смазки.

Широко используются неохлаждаемые форсунки с центральным подводом топлива и нагнетательным клапаном, встроенным в форсунку, что позволяет осуществлять постоянную циркуляцию подогретого тяжелого топлива и обеспечивают пуск и остановку двигателя на тяжелом топливе. Внедрены распылители с уменьшенным объемом топлива, обеспечивающие низкую эмиссию NOx.

Рисунок 1.3 – Двигатель L35MC

Дальнейшим развитием явилось создание двигателей серии МЕ-С с электронным управлением. Изменения, внесенные в конструкцию двигателей серии МС-С отражены на рисунках 1.4, 1.5.

Chain drive Chain wheel frame Chain box on frame box Camshaft with cams Roller guides for fuel pump and exhaust valve Fuel pumps Exhaust valve Exhaust actuator Starting air distributor Governor Regulating shaft Mechanical Lubricator Local control stand

Рисунок 1.4 – Особенности конструктивного исполнения двигателя

Hydraulic Power Supply Hydraulic Cylinder Unit Engine Control System Starting air valves Start and reversing sequences Governor function Auxiliary blowers Electronically Profiled Injection Exhaust valve actuation Crankshaft position sensing system Electronically controlled Alfa Lubricator Local Operation Panel

Рисунок 1.5 – Особенности конструктивного исполнения двигателя 7S50ME-C

Источник

Adblock
detector