Учебное пособие Специальности 100300 «Эксплуатация судовых энергетических установок»


НазваниеУчебное пособие Специальности 100300 «Эксплуатация судовых энергетических установок»
страница1/8
Дата публикации03.07.2013
Размер0.84 Mb.
ТипУчебное пособие
userdocs.ru > Физика > Учебное пособие
  1   2   3   4   5   6   7   8


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ОДЕССКИЙ Н А Ц И О Н АЛЬH Ы Й М О Р С К О Й УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра "Судовые энергетические установки и техническая эксплуатация"

Устройство дизелей. Расчетный цикл

Учебное пособие

Специальности

6.100300 «Эксплуатация судовых энергетических установок» 6.090509 «Судовые энергетические установки и оборудование»

Одесса – 2007

Учебное пособие разработано Черемисиным Владимиром Ильичом кандидатом технических наук доцентом кафедры „Судовые энергетические установки и техническая эксплуатация" Одесского национального морского университета в соответствии с рабочими программами дисциплин „Судовые двигатели внутреннего сгорания и их эксплуатация" и „Судовые двигатели внутреннего сгорания», утвержденными Советом судомеханического факуль­тета ОНМУ и полностью охватывает материал первого модуля указанных дис­циплин.

Учебное пособие одобрено кафедрой „Судовые энергетические установки и техническая эксплуатация" OНМУ (протокол № )

Рецензент: В.Г.Ивановский д.т.н., профессор

ВВЕДЕНИЕ
Данное учебное пособие включает разделы дисциплин «Судовые двигатели внутреннего сгорания» и «Судовые двигатели внутреннего сгорания и их эксплуатация», входящие в состав первого модуля «Устройство дизелей. Расчетный цикл». В пособии рассматриваются конструкции современных судовых дизелей как двухтактных так и четырехтактных. Рассмотрены рабочие процессы, составляющие рабочий цикл с максимальным приближением к действительным условиям их протекания в двигателе. Дан анализ влияния эксплуатационных факторов на заряд воздуха в цилиндре, смесеобразование и сгорание топлива, процессы газообмена.

В учебном пособии также рассмотрены вопросы повышения экономичности, конструктивные решения основных узлов современных судовых дизелей.

Учебное пособие предназначено для студентов, изучающих двигатели внутреннего сгорания, выполняющих курсовые проекты по современным судовым дизелям, дипломные проекты. Пособие будет также полезно для студентов, заочно обучающихся по специальностям 6.100300 «Эксплуатация судовых энергетических установок» и 6.090500 «Судовые энергетические установки и оборудование».

Рекомендуемая литература, ознакомление с которой позволит глубже изучить рассматриваемые вопросы, перечислена в конце пособия.

^ 1 УСТРОЙСТВО СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ
1.1 Конструктивные схемы судовых дизелей
Структурная схема современных судовых дизелей зави­сит от исполнения кривошипно-шатунного механизма (рис.1.1).

На схеме «а» показан тронковый двигатель, в котором шатун 4 с помощью пальца 1 соединен непосредственно с поршнем 3. В этом случае существенно уменьшается общая высота двигателя, однако продукты окисления и сгорания, которые удаляются поршневыми кольцами с поверхности втулки цилиндра, попадают в картер, т.е. в смазочное циркуляционное масло двигателя. Кроме того, в тронковых дизелях втулка цилиндра дополнительно нагружена нормальным усилием, которое увеличивает ее износ. Тронковыми строят все высоко- и среднеоборотные дизели и редко малооборотные.

На схеме «б» изображен крейцкопфный двигатель. В этом двигате­ле шатун 4 соединен с крейцкопфным устройством 9, которое с помощью штока 7 соединяется с поршнем 3. Крейцкопфное устройство применяют в двухтактных малооборотных дизелях (МОД) для разгрузки цилиндра от нор­мального давления, при этом конструкция позволяет осуществить изоляцию картера двигателя от подпоршневой полости цилиндра пу­тем установки диафрагмы 8.




Рис. 1.1. Структурные схемы судовых дизелей
Тенденции развития конструкции дизелей тесно связаны с совершенствованием их технических показателей. Необходимость повыше­ния экономичности дизелей привела к разработке так называемых "длинноходных" дизелей, имеющих высокое отношение хода поршня S к диаметру цилиндра D (отношение S / D) и обусловила резкое возрастание максимального давления сгорания, что существенно увеличило механическую нагрузку на детали остова и движения дви­гателя. Одновременный рост форсировки дизелей путем наддува обострил проблему снижения тепловых напряжений в деталях цилиндропоршневой группы (ЦПГ), без успешного решения которой не были бы возможны современные достижения в судовом дизелестроении.
1.2 Особенности конструкции двухтактных дизелей
Конструктивное исполнение современных судовых двухтактных дизелей рассмот­рим на примере малооборотных дизелей типов МС/МСЕ фирмы "МАН-Бурмейстер и Вайн" (в дальнейшем МАН-Б и В) и RТА фирмы "Зульцер". Дизели этих типов относятся к дизелям последних выпусков, отличаются высокой экономичностью и совершенством конструктивно­го исполнения. В настоящее время в мировой практике свыше 80 % всех строящихся судовых МОД приходится на эти два типа дизелей.
1.2.1 Дизели фирмы "МАН - Бурмейстер и Вайн"
В России дизели по лицензии этой фирмы строят с 1961 г. На ПО "Брянский машиностроительный завод" освоен выпуск и дизелей последнего типа МС/МСЕ, т.е. дизелей 8ДКРН 60/195-10 и 6ДКРН 42/136-10.

Дизели МС/МСЕ двухтактные, крейцкопфные, реверсивные, с газотурбинным наддувом. Конструкция дизелей МС и МСЕ одинакова, отличаются они друг от друга лишь степенью форсировки по наддуву, т.е. мощностью (более высокая в дизелях МС), регулировкой двигателей и экономичностью (последняя более высокая в дизелях МСЕ).

Дизели МС и МСЕ фирма МАН-Б и В выпускает с различным отношением S/D, а именно: S/D =3,0 в дизелях КМС и КМСЕ, S/D =3,24 в дизелях LMC и LMCЕ и S/D =3,82 в дизелях SMC и SMCЕ.

Конструкцию дизелей типа МС/МСЕ рассмотрим на примере дизеля марки L80MC/MCE (рис. 1.2). Другие дизели этого типа отличаются от рассматриваемого в основном лишь компоновкой отдельных узлов.

Фундаментная рама 3 состоит из продольных балок, сваренных со сварно-литыми поперечными балками, в которых размещены постели рамовых подшипников 37. К фундаментной раме снизу прикреплен масляный поддон 1. Фундаментная рама дизеля крепится к фундаменту судна фундаментными болтами 2.

Коробка картера 34 (станина) сварная и имеет высокую жесткость.

Со стороны двигателя, где размещены выпускной 17 и продувочный 12 коллекторы, станина снабжена предохранительными клапанами 7. Для каждого цилиндра с обеих сторон двигателя на стойках станины шарнирно прикреплены люковые закрытия 6 (двери), которые обеспечивают доступ к коленчатому валу 36 и его подшипникам, а также к крейцкопфному устройству 32. В коробке картера располо­жены чугунные направляющие крейцкопфов. В каждой секции имеются вваренные из толстостенных труб колодцы 35 для анкерных связей.

Блок цилиндров чугунный литой, состоит из отдельных рубашек 14 цилиндра, соединенных между собой призонными болтами 30. В верхнюю часть рубашек устанавливаются втулки 23 цилиндров, а нижняя образует полость продувочного ресивера 29.



Рис.1.2. Поперечный разрез дизеля МС/МСЕ
Днище 31 блока цилиндров двойное, оно охлаждается пресной водой, которая поступает из коллектора 9. Из днища вода перетекает в зарубашечное пространство блока цилиндра, а затем в каналы охлаждения крышки 20 цилиндра и отводится из двигателя по коллек­тору 18. Со стороны продувочного коллектора 12 в блоках цилинд­ров имеются вырезы, которые соединяют полости продувочного реси­вера 29 с коллектором 12.

Днище выполняет роль диафрагмы между подпоршневым пространством цилиндра и картером. Эта диафрагма препятствует попаданию отработавших продуктов сгорания со стенок цилиндра в картер.

В центральной расточке днища блока цилиндра расположен саль­ник 10, который служит для предотвращения попадания масла из кар­тера в ресивер и продувочного воздуха из ресивера в картер. Корпус сальника состоит из двух половин. В корпусе сальника уста­новлены две группы колец: уплотнительные и маслосъемные. Все кольца прижимаются к штоку поршня спиральными пружинами.

Одна из тенденций развития современных дизелей – повышение надежности их деталей. При конструировании остова двигателя основное внимание обращают на повышение его жесткости. Характерным решением верхней части двигателя является более высокое расположение втулки цилиндра (см. рис. 1.2). Крышка и втулка цилиндра вместе с верхней частью блока цилиндров стягиваются длинными шпильками, что существенно повышает жесткость всей верхней части двигателя. В свою очередь верхнюю часть блока цилиндров, продувочный ресивер, станину и фундаментную раму стягивают анкерными связями. Нижние гайки 38 анкерных связей опираются на поперечные балки фундаментной рамы, а верхние гайки 24 - на верхнюю поверхность рубашек цилиндров.

Втулка цилиндра 23 изготовлена из специального легированного чугуна. Верхней частью втулка цилиндра прижимается к рубашке ци­линдра крышкой 20. Нижняя часть втулки центруется в рубашке 14 и при нагревании во время работы может удлиняться вниз в полость ресивера. В нижней части втулки, расположенной в ресивере, имеют­ся продувочные окна 27. Смазочное масло на зеркало цилиндра (на втулку цилиндра) подводится через штуцеры, расположенные в верхней половине втулки.

Крышка 20 цилиндра кованая, изготовлена из легированной жаростойкой стали. В крышке размещаются выпускной клапан 19, две форсунки, пусковой и предохранительный клапаны, а также индика­торный кран. Крышка закрывает втулку цилиндра и вместе с ней при­жимается к блоку цилиндра при помощи шпилек 22. Уплотнение ка­меры сгорания обеспечивается притиркой посадочного пояска крышки и втулки цилиндра.

Поршень 21 изготовлен из хромомолибденовой стали. Его головка жестко соединена болтами с верхней частью штока 13 поршня. Голов­ка поршня охлаждается маслом, которое по телескопическому устрой­ству 28 (показано пунктиром слева) подводится к крейцкопфу. Ниж­няя часть (лапа) штока поршня опирается на поперечину крейцкопфного устройства и крепится к ней четырьмя шпильками.

Крейцкопфное устройство 32 состоит из поперечины, двух направляющих башмаков (ползунов) и крейцкопфного подшипника.

Шатун 33 кованый стальной.

Коленчатый вал 37 полусоставного или сварного типа. Гребень упорного подшипника выполнен на кормовом конце коленчатого вала. Зубчатый венец привода цепи распределительного вала посажен на наружную окружность гребня упорного подшипника, что уменьшает общую длину двигателя.

Распределительный вал 26 приводится во вращение от коленчато­го вала цепным приводом, т.е. привод остался таким, каким он был и на всех предыдущих дизелях этой фирмы. Для регулирования натя­жения цепи используют натяжное устройство, компенсирующее неиз­бежный механический износ цепи.

Как показал длительный и успешный опыт эксплуатации, цепной привод имеет ряд преимуществ перед шестеренным. Так как он ока­зался очень надежным, то классификационные общества требуют на­личия лишь нескольких запасных звеньев цепи, тогда как при шесте­ренной передаче запасным должен быть весь комплект шестерен. При цепном приводе проще обеспечить высокое расположение распредели­тельного вала, что уменьшает длину топливопроводов от топливных насосов высокого давления (ТНВД) и длину маслопровода гидропри­вода выпускного клапана. А это в свою очередь снижает влияние волновых процессов в трубах на закон впрыскивания топлива и за­кон открытия выпускного клапана.

На распределительном валу размещены кулачковые шайбы топливных насосов высокого давления и насосов гидравлического привода 25 выпускных клапанов. При перемене направления вращения коленчатого вала двигателя реверсируется только воздухораспределитель и привод ТНВД (без разворота распределительного вала, что было характерно для более ранних типов дизелей фирмы).

Наддув осуществляется турбокомпрессором 16, наддувочный воздух после которого охлаждается в двухступенчатом охладителе 8 и поступает в коробку 11 и далее в продувочный коллектор 12.

Дизели МС/МСЕ имеют масляное охлаждение поршней, при котором не опасны протечки охлаждающей жидкости в картер двигателя, так как и охлаждение поршней и смаз­ка подшипников коленчатого вала осуществляются одним и тем же маслом. Масло из коллектора 15 (см. рис. 1.2) по телескопическому устройству 28 поступает к крейцкопфному устройству, где его поток (рис. 1.3) де­лится на два потока: один для охлаждения поршня, другой - для смазки подшипников.

К поршню масло подводится по кольцевому каналу «а», образованному между стенкой отверстия в штоке 3 и трубой 7, расположенной в этом отверстии. В кольце­вой канал масло поступает из телескопического устройства 2 и по каналам в поперечине 8 крейцкопфного устройства. Из поршня мас­ло отводится по трубе 7, расположенной в отверстии штока и каналам в поперечине 8 ко второму телескопичес­кому устройству 1 и далее в картер.

Масло второго потока смазывает крейцкопфный подшипник, ползуны крейцкопфа и мотылевый подшипник, куда оно попадает по свер­лению «б» в шатуне 9.



Рис. 1.3. Система подвода масла на охлаждение поршня и, смазку подшипников шатуна дизеля S80MC:
1 - телескопическое устройство для отвода масла из поршня; 2 - телескопическое устройство для подвода масла к крейцкопфному устройству; 3 - шток поршня; 4 - втулка цилиндра; 5 - сальник; 6 - дно продувочного ресивера; 7 - труба; 8 - поперечина крейцкопфа; 9 – шатун.
Рассмотрим более подробно конструктивное исполнение основных узлов дизелей типа МС/МСЕ.

Фирма МАН-Б и В в конструкциях своих длинноходных дизелей охлаждение по сверлениям использовала только в крышках цилиндров. Остальные детали ЦПГ (поршень и цилиндровая втулка) имеют традиционное обьемное охлаждение.

На рис. 1.4 показана ЦПГ дизеля марки L 35MC. Охлаждающая вода из зарубашечного пространства (полос­ти «а» и «б») блока цилиндра перетекает в полость «в» охлажде­ния верхней части втулки цилиндра, откуда по патрубку и каналам в крышке цилиндра поступает в кольцевую полость «г». Из этой по­лости вода идет по каналам «д» в полость «е», откуда перетекает в корпус выпускного клапана, после охлаждения которого уходит в сборный коллектор отвода охлаждающей воды. Каналы «д», соединяю­щие полости «г» и «е», сверлят по всей окружности крышки цилинд­ра. Как показал опыт, такое охлаждение очень эффективно; это под­тверждается значениями температуры стенок деталей ЦПГ (температуры указаны в °С).

Охлаждающее масло к поршню приходит по кольцевому каналу меж­ду стенкой отверстия в штоке 11 и трубой 12. Вначале оно посту­пает в кольцевую камеру «ж» для охлаждения боковой стенки порш­ня, где размещены поршневые кольца. Затем по каналам «з» масло идет в полость «и» для охлаждения днища поршня, после чего по трубе 12 уходит к крейцкопфному устройству.

Рис. 1.4. Цилиндро-поршневая группа дизеля L35MC:

1 - блок цилиндра; 2 - втулка цилиндра; 3 - рубашка верхней части цилиндра; 5 - седло выпускного клапана; 6 - выпускной клапан; 7 - корпус выпускного клапана; 8 - шпилька; 9 - пор­шень; 10 - уплотнительное кольцо; 11 - шток поршня; 12 – труба.

Общей тенденцией при конструировании крышки цилиндра дизеля с прямоточно-клапанной продувкой является размещение в ее центре корпуса 1 выпускного клапана с седлом. Для снижения тепловых напряжений огневое днище необходимо выпол­нять как можно тоньше, а для снижения механических напряжений как можно толще. Это противоречие было успешно разрешено после перехода на крышки цилиндра принципиально новой конструкции - мощной стальной поковки (см. рис. 1.4). В поковке обычно исключаются дефекты в металле, т.е. повышаются его механические свойства. В результате на дизелях МС/МСЕ максимальное давление сгорания удалось поднять до 12,5 МПа.

Для снижения тепловых напряжений охлаждение крышек осуществля­ется по сверленым каналам, которые расположены на небольшом уда­лении от огневой поверхности крышки, тем самым обеспечивая пони­женные температуры на этой поверхности. Следует отметить, что при охлаждении по каналам отсутствуют застойные зоны, которые имели место при охлаждении крышек, когда вода подавалась в боль­шие полости в крышке.

Лучшее охлаждение крышки способствовало и значительному снижению теплонапряженности выпускного клапана и форсунок. В настоящее время фирма устанавливает форсунки без специального дополнительного охлаждения распылителей, несмотря на применение высоковязких топлив с высокой температурой подо­грева.

Крышка колпачкового типа (см. рис. 1.4) позволила исключить (или резко уменьшить) контакт боковой поверхности цилиндра в районе соединения крышки и втулки цилиндра с газами в момент основного сгорания топлива в районе ВМТ, что повысило надежность уплотнения крышки и втулки цилиндра.

Существенные изменения произошли и в конструкции поршней. Для снижения тепловых напря­жений, т.е. температуры наружной поверхности поршня фирма начала уменьшать толщину огневого днища, а для разгрузки от максимально­го давления газов предусмотрела установку массивной опоры. Эта опора передает механические нагрузки на поршень непосредственно штоку 11. В результате стало возможным уменьшить толщину и боковой стенки поршня, что способствовало снижению температуры порш­ня в районе поршневых колец, улучшив условия их работы.

В дизелях МС/МСЕ боковая стенка поршня (см. рис. 1.4) при нагрева­нии может свободно расширяться вниз, вследствие чего в ней резко снижаются механические напряжения. Для исключения протечек охлаждающего масла предусмотрено уплотнительное кольцо 10.

В дизелях МС/МСЕ по сравнению с дизелями ранних конструкций уменьшено число поршневых колец, а их канавки хромируют, в то время как раньше в них зачеканивали чугунные накладные кольца. Ликвидированы и резьбовые отверстия для подъема поршня, выполнен­ные на периферийной части днища поршня, так как эти отверстия даже в дизелях с низкой форсировкой часто являлись очагами разви­тия трещин. Выемку поршня в дизелях МС/МСЕ осуществляют специаль­ным приспособлением, захватывающим головку за кольцевой паз, выполненный в верхней части боковой стенки головки поршня. Этот паз хорошо виден на рис. 1.4.

Заметные изменения произошли и в конструкции втулки 2 цилиндра, что наглядно видно из рис. 1.4. Теперь крышка цилиндра опи­рается на верхний бурт цилиндровой втулки. В дизелях МС/МСЕ значительная часть втулки поднята над блоком 1 цилиндра.

Конструкция крейцкопфного устройства и шатуна показана на рис. 1.5. Крейцкопф состоит из поперечины 2 и двух направляющих башмаков 3 (ползунов), которые центруются на поперечине и крепятся к ней болтами. Рабочие поверхности башмаков залиты баббитом, в котором выполнены масляные канавки, обеспечивающие равномерное распределение масла по рабочим поверхностям башмаков. К поперечине кре­пятся подводящая 5 и отводящая трубы масляной системы. В теле поперечины имеются сверления, по которым масло поступает для смазки подшипников шатуна, рабочих поверхностей башмаков крейцкопфа и на охлаждение поршня.
  1   2   3   4   5   6   7   8

Похожие:

Учебное пособие Специальности 100300 «Эксплуатация судовых энергетических установок» iconДальневосточное мореходное училище 80 лет
Коханий Василий Викторович – курсант 2 курса специальности 190502 Эксплуатация транспортных энергетических установок
Учебное пособие Специальности 100300 «Эксплуатация судовых энергетических установок» iconУчебное пособие подготовлено в соответствии с типовой программой...
Учебное пособие предназначено для студентов обучающихся по специальности 060101 лечебное дело
Учебное пособие Специальности 100300 «Эксплуатация судовых энергетических установок» iconРабочая программа практики по профилю специальности 150414 «Монтаж...
Государственными требованиями к минимуму содержания и уровню подготовки выпускника по специальности150414
Учебное пособие Специальности 100300 «Эксплуатация судовых энергетических установок» iconУчебное пособие для студентов очного и заочного факультетов специальности...
Учебное пособие подготовлено на кафедре "Экономики и менеджмента" проф., к т н. Барлиани И. Я., утверждено на заседании методической...
Учебное пособие Специальности 100300 «Эксплуатация судовых энергетических установок» iconУчебное пособие для студентов высших учебных заведений, обучающихся...
Перминов О. Г. Уголовно-исполнительное право: учебное пособие для вузов М.: «Былина», 1999 240 с
Учебное пособие Специальности 100300 «Эксплуатация судовых энергетических установок» iconУчебное пособие предназначено для студентов специальности 351400...
Учебное пособие предназначено для студентов специальности 351400 «Прикладная информатика (по областям)» идругих экономических специальностей,...
Учебное пособие Специальности 100300 «Эксплуатация судовых энергетических установок» iconТомский государственный университет кафедра новой, новейшей истории...
...
Учебное пособие Специальности 100300 «Эксплуатация судовых энергетических установок» iconВопросы по курсу сптм
Предназначение судовых подъемно-транспортных машин (сптм). Особенности оборудования сптм различных типов судов. Грузовые устройства...
Учебное пособие Специальности 100300 «Эксплуатация судовых энергетических установок» iconКурс лекций «Огнеупоры и их эксплуатация» для студентов специальности...
Огнеупоров, которые могли бы использоваться во всех этих случаях и обладающих необходимым для этого комплексом физико-химических...
Учебное пособие Специальности 100300 «Эксплуатация судовых энергетических установок» iconУчебное пособие для студентов 3-5-х курсов педагогических вузов по...
Автор: Валеев Г. Х. Методология и методы психолого-педагогических исследований: Учебное пособие для студентов 3–5-х курсов педагогических...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2020
контакты
userdocs.ru
Главная страница