Технические характеристики двигателей на судах

Глава III. Главные судовые двигатели

§ 17. Характеристики главных судовых энергетических установок

Главными показателями, которые определяют технико-экономические качества судовых энергетических установок, являются:
— малый вес и небольшие габариты при достаточной мощности, что способствует повышению скорости хода судна;
— простота обслуживания и высокая экономичность;
— живучесть и надежность в работе при различных внешних воздействиях;
— быстрое изменение нагрузки главных машин и направления вращения гребных винтов (реверс);
— быстрый пуск и развитие полной мощности в наиболее короткое время;
— устойчивость работы главных машин при малой частоте вращения;
— минимально возможная шумность и отсутствие вибраций корпуса при работе главных машин;
— технологичность конструкции во время монтажа и ремонта установки.

Основные типы главных судовых энергетических установок, отвечающие указанным требованиям и применяемые в настоящее время на морских судах, были перечислены ранее в § 6, гл. I. Ниже приводятся основные характеристики каждой из этих установок.

Установки с двигателями внутреннего сгорания (ДВС). Современные установки такого типа отличаются высокой мощностью, надежностью в работе и экономичностью. Перспективным в применении этих установок на морских судах является использование для их работы тяжелых сортов топлива. Строящиеся в настоящее время на отечественных заводах мощные дизельные установки (с агрегатной мощностью до 15000 квт) могут кратковременно (при пуске и реверсах) работать на дизельном топливе и длительно (в период рейса) — на тяжелом топливе. Осваивается постройка еще более мощных дизелей — до 25 000 квт.

В зависимости от назначения и типа судна установки с ДВС могут быть реверсивными и нереверсивными. В первом случае они работают на гребной вал непосредственно или через какую-либо передачу (зубчатую, гидравлическую и др.). Нереверсивные установки имеют или специальные реверсивные муфты, или передают энергию непосредственно на гребной вал, имеющий винт регулируемого шага (ВРШ), или приводят в движение электрогенераторы, питающие током гребные электродвигатели.

Паротурбинные установки. Такие установки могут обладать неограниченной мощностью; их применяют исключительно на крупных морских судах. Современная паротурбинная установка имеет мощность 150 000 квт и более при частоте вращения ротора до 12 000 об/мин и в то же время отличается относительно малыми габаритами и небольшим удельным весом, т. е. весом установки, приходящимся на единицу мощности.

В отличие от ДВС основные подвижные детали паротурбинной установки совершают вращательное движение, что создает возможность их полного уравновешивания, обеспечивает плавность работы и исключает вибрацию. Кроме того, отсутствие поступательно движущихся трущихся частей позволяет снизить потери энергии на трение, а следовательно, повысить механический к. п. д. установки.

Однако применение паротурбинных установок на морских судах ограничивается рядом недостатков, свойственных этим установкам. Для работы паровых турбин необходим пар, поэтому на судне устанавливают громоздкие и тяжелые паровые котлы со всеми обслуживающими их вспомогательными механизмами и трубопроводами. С целью уменьшения высокой частоты вращения турбин до приемлемой для работы гребных винтов (75—250 об/мин) между турбинами и гребным валом размещают понижающую зубчатую (редукторную) передачу. Для обеспечения обратного направления вращения гребного винта в один из корпусов турбин встраивают турбину заднего хода или применяют специальное реверсивное устройство. Все это утяжеляет турбинную установку, делает ее громоздкой и снижает механический к. п. д. Кроме того, большой расход пара при работе турбины на малых режимах и при реверсах делает нерентабельным их применение для судов с малой мощностью энергетической установки (менее 5000 квт).

Читайте также:  Описание процесса работы двигателя

Газотурбинные установки. Развитие газотурбинных установок (ГТУ) началось в послевоенный период. Особенно широкое распространение получили газотурбинные установки со свободно-поршневыми генераторами газа (СГТГГ), сочетающие в себе положительные качества ДВС (высокая экономичность) и газовой турбины (малый удельный вес).

Современные ГТУ обладают мощностью до 20 000 квт при частоте вращения ротора турбин до 6000 об/мин. Они отличаются быстротой пуска, надежностью в работе, простотой в изготовлении и обслуживании. Отсутствие громоздкой котельной установки, тяжелых паропроводов и конденсатора и сравнительно малые габариты ГТУ позволяют сократить и рационально использовать объем машинного отделения, увеличить объем трюмов и полезную грузоподъемность судна. Благодаря полной уравновешенности движущихся частей у газовой турбины и генераторов газа они не передают вибрацию корпусу судна и потому могут устанавливаться на облегченном фундаменте. Газовые турбины и генераторы газа более просты по конструкции, чем дизельные установки, не требуют специального обслуживания и вскрытия в течение навигации, а их профилактический осмотр можно проводить во время рейса без существенного снижения скорости хода судна.

Ядерные энергетические установки. Значительные успехи, достигнутые в области ядерной энергетики, позволили создать судовые ядерные энергетические установки (ЯЭУ), применяемые в настоящее время на судах транспортного и военно-морского флота. Одним из преимуществ ЯЭУ перед другими типами установок является высокая концентрация энергии в ядерном горючем.

Наряду с несомненными преимуществами ЯЭУ имеют и ряд недостатков, связанных с необходимостью ограждения активной зоны ЯЭУ специальной биологической защитой, имеющей значительные вес и габариты, а также применения автоматизации и дистанционного управления механизмами, находящимися внутри этой защиты. Все это усложняет установку и повышает требования к надежности ее работы. Кроме того, стоимость постройки и эксплуатации атомных судов выше, чем обычных судов морского флота.

Рассмотренные судовые энергетические установки наиболее распространены в морском судостроении. На судах старой постройки еще встречаются установки с паровыми поршневыми машинами. Несмотря на простоту и надежность в эксплуатации, а также довольно значительный срок службы (40—50 лет и более), они громоздки, маломощны и малоэкономичны. На вновь строящихся судах такие установки применения не находят. В табл. 1 приведены основные характеристики современных судовых энергетических установок.

Источник

Классификация и маркировка судовых ДВС

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — это тепловая машина, внутри цилиндра которой происходит сгорание топлива. При сгорании выделяется теплота, идущая на расширение, газов. Под давлением расширяющихся газов движется поршень.

Таким образом в ДВС тепловая энергия превращается в механическую.

Судовые ДВС классифицируются по ряду признаков. Для работы двигателя необходимо обеспечить определенную последовательность процессов: наполнение цилиндра воздухом, сжатие его, подачу топлива и горение, расширение продуктов сгорания и удаление отработавших газов. Этот ряд последовательно протекающих в цилиндре процессов, обеспечивающих непрерывную работу двигателя, называется рабочим циклом. Часть рабочего цикла, протекающая за один ход поршня, называется тактом .

Таким образом, по осуществлению рабочего цикла двигатели подразделяются на четырехтактные, у которых рабочий цикл совершается за четыре хода поршня или за два оборота коленчатого вала, и двухтактные, у которых рабочий цикл осуществляется за два хода поршня или один оборот коленчатого вала.

Читайте также:  Как лучше утеплить двигатель зимой

По конструктивному выполнению двигатели подразделяются на тронковые, крейцкопфные и с противоположно движущимися поршнями (ПДП) в одном цилиндре.

Во время работы двигателя при сгорании топлива в цилиндре на поршень действует давление газов. Его можно представить в виде сосредоточенной силы Р (рис. 1, а), приложенной к оси поршневого пальца и направленной вниз. При повороте коленчатого вала на некоторый угол сила Р раскладывается по правилу параллелограмма на две силы: РШ, действующую вдоль оси шатуна и приводящую в движение коленчатый вал, и РН, ействующую перпендикулярно направлению движения поршня. Сила РН прижимает поршень к стенке цилиндра и вызывает усиленный износ поршней и стенок цилиндров

Рис. 1. Схема конструктивного выполнения двигателей: а — тронковый; б — крейцкопфный; в — с противоположно движущимися поршнями в одном цилиндре

По такой схеме выполняются высокооборотные и среднеоборотные двигатели, называемые тронковыми (поршень у них имеет развитую нижнюю цилиндрическую часть — тронк).

У двигателей больших мощностей сила РН велика, поэтому их делают крейцкопфными (рис. 1, б). Поршень 2 такого двигателя жестко через шток 3 соединен с крейцкопфом 1, ползун 4 которого движется в направляющих параллелях 5. Боковое усилие PН в этом случае воспринимается не стенкой цилиндра, а через крейцкопф параллелями, которые жестко связаны со станиной двигателя. Крейцкопфы делают односторонними или двусторонними.

У двигателей с ПДП (рис. 1, в) топливо сгорает в камере, расположенной между двумя поршнями 1, которые работают в одном цилиндре и движутся в противоположные стороны. Такой двигатель имеет два коленчатых вала 2.

В зависимости от расположения цилиндров двигатели бывают однорядные с вертикальным расположением цилиндров (рис. 2, а) и V-образные (рис. 2, б).

Рис. 2. Схема двигателей: а — рядный; б — V-образный; в — без наддува; г — с наддувом

По способу наполнения цилиндра свежим зарядом различают:

  • двигатели без наддува (рис. 2, в), у которых всасывание воздуха через клапан осуществляется поршнем (четырехконтактные) или заполнение цилиндра воздухом производится продувочным насосом при невысоком давлении, незначительно превышающем атмосферное (двухтактные);
  • двигатели, у которых топливо впрыскивается в рабочий цилиндр под давлением, создаваемым специальным насосом К (воздуходувкой).

По способу воспламенения горючей смеси в цилиндре различают:

  • двигатели, у которых топливо впрыскивается в рабочий цилиндр через специальное устройство (форсунку) под действием давления, создаваемого топливным насосом; оно мелко распыливается, смешивается в цилиндре с воздухом, сильно разогретым в результате сжатия, и самовоспламеняется (это дизели);
  • карбюраторные двигатели, т. е. такие двигатели, у которых топливо перемешивается с воздухом не в цилиндре, а в особом приборе-карбюраторе, из которого горючая смесь подается в цилиндр двигателя и воспламеняется там от электрической искры, получаемой от специальной системы.

По быстроходности двигатели условно подразделяют на тихоходные со средней скоростью поршня менее 6,5 м/с и быстроходные со средней скоростью поршня более 6,5 м/с.

По частоте вращения двигатели подразделяют на:

  • малооборотные (МОД) — 10. 25 с -1 (100. 250 об/мин),
  • среднеоборотные (СОД) — 25. 60 с -1 (250. 600 об/мин),
  • повышенной оборотности — 60. 100 с -1 (600. 1000 об/мин)
  • высокооборотные — свыше 1000 с -1 (10 000 об/мин).
Читайте также:  Как снять термостат на газ 3110 402 двигатель

По мощности двигатели подразделяются на:

  • маломощные — до 73,5 кВт (100 л. с),
  • средней мощности — 73,5. 735 кВт (100. 1000 л. с.) и
  • сверхмощные — свыше 7350 кВт (10000л.с).

По назначению двигатели бывают главными, которые обеспечивают ход судна, приводят в движение гребные винты, и вспомогательными, служащими для привода электрогенераторов, компрессоров и других вспомогательных механизмов.

По способу изменения направления вращения вала двигатели подразделяют на реверсивные и нереверсивные. Передний и задний ход при гребном винте фиксированного шага может быть достигнут изменением направления вращения гребного винта. Для обеспечения заднего хода гребному винту можно придать вращение в обратную сторону двумя способами: либо изменить направление вращения коленчатого вала двигателя, либо только гребного.

В реверсивных двигателях можно изменить направление вращения коленчатого вала. Мощность этих двигателей, как правило, большая.

Коленчатые валы нереверсивных двигателей вращаются только в одном направлении. У быстроходных и маломощных нереверсивных двигателей направление вращения гребного винта изменяют с помощью реверсивной передачи, устанавливаемой между двигателем и валопроводом.

Для краткого обозначения типа двигателя дизелестроительные заводы пользуются условной маркировкой (табл. 1). Единая у отечественных дизелестроительных заводов, индивидуальная у заводов других стран маркировка типа двигателя обычно состоит из записываемых в определенной последовательности буквенных условных обозначений отдельных характеристик двигателя и цифр, обозначающих число цилиндров, диаметр, а также ход поршня (в см).

В соответствии с ГОСТ 4398-78 маркировка двигателей СССР состоит из цифрового обозначения числа цилиндров, условных буквенных обозначений характеристик двигателя,после которых дробью показаны диаметр цилиндра и ход поршня в см.

Так, марка 8DP 43/61 расшифровывается: восьмицилиндровый двухтактный реверсивный тронковый (отсутствие буквы К), без наддува (отсутствие буквы Н) двигатель с цилиндром диаметром 430 мм и ходом поршня 610 мм.

Точно так же марка 6DKPH 74/160 обозначает: двигатель шестицилиндровый двухтактный крейцкопфный реверсивный, с наддувом, с цилиндром диаметром 740 мм и ходом поршня 1600 мм.

В маркировку двигателей производства ГДР входит число цилиндров и ход поршня. Диаметр цилиндра либо дается в знаменателе, либо совсем не указывается. Например, марка двигателя 8ZD 72/48 расшифровывается: восьмицилиндровый двухтактный дизель с ходом поршня 720 мм и с цилиндром диаметром 480 мм.

В маркировке двигателей «Зульцер» ход поршня не указывается. Например, марка 8TD-48 присваивается восьмицилиндровому тронковому реверсивному двигателю с цилиндром диаметром 480 мм.

В маркировке двигателей МАН число цилиндров указывают между условными буквенными обозначениями конструкции двигателя и его тактностью, после чего дробью — диаметр цилиндра и ход поршня (в см), затем условное обозначение турбонаддува и показатель модификации. Так, марка двигателя K6Z 60/105Л означает, что двигатель крейцкопфный шестицилиндровый двухтактный с цилиндром диаметром 600 мм, ходом поршня 1050 мм, подпоршневые пространства у данной модификации используются как продувочный насос.

Двигатели заводов «Бурмейстер и Вайн» маркируются несколько иначе. Здесь диаметр цилиндра (в см) указывают впереди условных буквенных обозначений, за числом цилиндров, а ход поршня — после них. Так, марка 6-35 VBF62 присваивается шестицилиндровому двухтактному реверсивному дизелю с газотурбинным наддувом с цилиндром диаметром 350 мм и ходом поршня 620 мм.

Источник

Оцените статью