Лекция на тему "1. Устройство судовых дизелей. Основные понятия и определения. Классификация, маркировка"

Лекция 1.Устройство судовых дизелей. Основные понятия, определения. Классификация, маркировка.

1.Устройство судовых дизелей.

Поршневой дизельный двигатель состоит из следующих основ­ных элементов: неподвижные детали, составляющие остов - фундаментная рама, станина, цилиндры, цилиндровые крышки;

Подвижные детали (поршневая и шатунная группы) - пор­шни, поршневые штоки, шатуны, коленчатый вал. Во время рабо­ты двигателя элементы кривошипно-шатунного механизма (КШМ) занимают различные положения. Положения КШМ, при которых ось шатуна лежит в плоскости кривошипа, называются мертвыми точками, так как в этих положениях приложенная к поршню сила Р не может вызвать вращения вала. Мертвым точкам соответству­ют крайние положения поршня в цилиндре, при которых расстояние поршня до оси коленчатого вала наибольшее - верхняя мертвая точка (ВМТ), или наименьшее - нижняя мертвая точка (НМТ).

Расстояние, проходимое поршнем между мертвыми точками, называется ходом поршня S, а расстояние между осями шеек кри­вошипа коленчатого вала - радиусом кривошипа R.

При перемещении поршня объем цилиндра изменяется. Ха­рактерными объемами являются: объем камеры сжатия Vc (объем внутренней полости цилиндра при положении поршня в ВМТ), рабо­чий объем цилиндра Vs (объем описываемый поршнем за один ход) и полный объем цилиндра (рабочий объем) Va = Vc + Vs.

Отношение объема в начале сжатия к объему в конце сжатия называется степенью сжатия ε = Va / Vc.

В дизельных двигателях химическая энергия нефтяного топ­лива преобразуется в тепловую энергию непосредственно внутри рабочего цилиндра. Поступающие в цилиндр воздух и впрыскивае­мое топливо образуют горючую смесь, которая самовоспламеняет­ся благодаря высокой температуре в конце сжатия и химической ре­акции углеводородов топлива с кислородом воздуха. При сгорании образуются газообразные продукты, имеющие высокое давление и температуру.

Преобразование тепловой энергии в механическую происходит посредством передачи работы расширения продуктов сгорания на поршень. Поступательно-возвратное движение поршня, в свою оче­редь, посредством кривошипно-шатунного механизма преобразует­ся во вращательное движение коленчатого вала. Создаваемый на валу крутящий момент совершает полезную работу, преодолевая внешнее сопротивление соединенного с валом потребителя энер­гии (гребной винт, вспомогательные механизмы - генератор, комп­рессор и пр.).

Комплекс последовательных процессов, периодически пов­торяющихся и определяющих работу двигателя, называется ра­бочим циклом, а совокупность всех изменений рабочего тела в цилиндре - индикаторным процессом.

Благодаря рациональному использованию химической энергии топлива непосредственно в цилиндрах двигателя (без промежуточ­ного рабочего тела) и высокого срабатываемого перепада температур [T_mах(T_z) - T_min(T_z) ⁼ 900 - 1100°С] эффективный кпд в совре­менных дизелях достигает 45 - 55 %, что существенно превышает кпд всех иных тепловых двигателей.

2. Классификация судовых дизелей

Двигатели внутреннего сгорания подразделяются по следую­щим основным признакам:

1)  способу осуществления рабочего цикла

четырехтактные (Ч), у которых рабочий цикл осуществляется за 4 хода поршня (два оборота вала);

двухтактные (Д), у которых рабочий цикл происходит за два хода поршня (один оборот коленчатого вала);

2) роду применяемого топлива

бензин - поступает в цилиндры в смеси с воздухом, образующейся в карбюраторах или посредством инжекторов;

Дистиллатные (дизельные) или тяжелые топлива, впрыскивае­мые непосредственно в камеры сгорания;

Газообразные - вводятся с воздухом раздельно или в смеси, воспламенение от свечи или от пламени, возникающего при само­воспламенении впрыскиваемого в цилиндр запального дизельного топлива; Двухтопливные, могут работать на газовом или дизельном/тяжелом топливе;

3) способу наполнения рабочих цилиндров

без наддува, наполнение воздухом осуществляется из атмосферы на такте всасывания при движении поршня от ВМТ к НМТ или за счет давления, создаваемого продувочным насосом (2-х тактные двигате­ли); в настоящее время двигатели без наддува практически не произ­водятся ввиду низких удельных мощностей (мощности, снимаемой с единицы рабочего объема цилиндра);

с наддувом, наполнение осуществляется воздухом, предваритель­но сжатым в специальных надувочных агрегатах (ГТК или приводных);

4)  способу смесеобразования

с непосредственным впрыском, впрыск и распыливание топлива осуществляется непосредственно в камере сгорания, образованной между головкой находящегося в ВМТ поршня, стенками цилиндра и днищем крышки цилиндра;

с камерным смесеобразованием, впрыск и предварительное сго­рание топлива осуществляются в камеру, размещенную в крышке цилиндра (предкамера, вихревая камера) или в головке поршня;

5)  конструктивному выполнению

тронковые, у которых направляющей является тронковая часть поршня (юбка);

крейцкопфные, у которых в качестве направляющей использует­ся ползун, перемещающийся по параллелям;

6)  расположению рабочих цилиндров

одно - и двухрядные;

V- образные и звездообразные;

С противоположно-движущимися поршнями;

7)  по направлению вращения коленчатого вала

реверсивные, у которых изменение направления вращения до­стигается с помощью специального реверсивного механизма, изме­няющего фазы газораспределения;

нереверсивные, имеющие одно постоянное направление вращения;

8) по частоте вращения коленчатого вала п 1/ мин:
малооборотные(МОД)            80 < п >350
среднеоборотные (СОД)         350 < п >750
высокооборотные (ВОД)         750 < п >2500 и выше

3. Маркировка судовых дизелей

В марках буквы дизелей обозначают: Д — двухтактный, Ч — четырехтактный, Р - реверсивный, С — судовой с реверсивной муфтой, П — с редукторной передачей, ДД — двухтактный двойного действия, К — крейцкопфный, Н — с наддувом. Цифры обозначают: первая, стоящая перед буквами, — число цилиндров, в числителе — диаметр цилиндра, в знаменателе — ход поршня 2. Цифра после дроби — номер модификации данного типа (1, 2 и т. д.) двигателя. Например, марка дизеля 5ДКРН50/110 — 2 означает пятицилиндровый, двухтактный, крейцкопфный, реверсивный, с наддувом, диаметр цилиндра 50 см, ход поршня 110 см, второй модификации. Кроме обозначений по ГОСТу, применяют также заводские марки дизелей.

Ведущими зарубежными фирмами, производящими судовые малооборотные дизели, являются: «Бурмейстер и Вайн» (Дания), «Зульцер» (Швейцария), МАИ (ФРГ), «Доксфорд» (Великобритания), «Сторк» (Нидерланды), «Гетаверкен» (Швеция), «Фиат» (Италия), «Пилстик» (Франция) и их лицензиаты.

Судовые дизельные двигатели, построенные зарубежными фирмами, имеют свои обозначения.

В марках судовых дизелей «Бурмейстер и Вайн» буквы обозначают: М — четырехтактный, V — двухтактный (второе V в конце марки — v-образный), Т— крейцкопфный, F — судовой (реверсивный и главный нереверсивный серии MTBF), В — с газотурбинным наддувом, Н — вспомогательный. Число цилиндров указано перед буквами, диаметр цилиндров — за числом цилиндров, ход поршня — после букв. В крейцкопфных дизелях с наддувом модификация указана в середине буквенного обозначения цифрой 2 или 3. Основным фактором, определяющим быстроходность и напряженность работы дизеля, является средняя скорость поршня (м/с)

ст = Sn / 30,

где S — ход поршня, м;

n — частота вращения, об/мин.

С 1 января 1984 г. введён ГОСТ 4393—82.

Здесь и далее для диаметра цилиндра и хода поршня принята единица измерения — сантиметр.

Начиная с 1967 г., фирмой «Бурмейстер и Вайи» введены следующие обозначения: первая цифра — число цилиндров, следующая за ней первая буква — тип двигателя (К — двухтактный крейцкопфный); вторые цифры — диаметр цилиндра; следующая буква — обозначение модели (например, Е или F); последняя буква — назначение дизеля (например, F—судовой реверсивный для прямой передачи).

В судовых дизелях «Зульцер» буквы обозначают: В — четырехтактный, Z — двухтактный, S — крейцкопфный, Т — тронковый, D — реверсивный, Н — вспомогательный, А — с наддувом, R — с управляемым выпуском, V — U-образный, G — с редукторной передачей, М — тронковый с коротким ходом поршня. Число цилиндров указано перед буквами, диаметр цилиндра — после букв. Некоторые судовые двигатели внутреннего сгорания этой фирмы имеют сокращенное буквенное обозначение: у серии Z и ZV не проставляют буквы М, Н, А, а у серии RD — буквы S; и А.

Обозначения в судовых дизелях МАН: V — четырехтактный (повторное V — V-образный), Z — двухтактный, К — крейцкопфный, G — тронковый, А — двухтактный без наддува или четырехтактный с низкой степенью наддува. С, D и Е — двухтактные с низкой, средней и высокой степенью наддува, L — четырехтактный с охлаждением наддувочного воздуха, Т — с наличием предкамеры, m — четырехтактный с наддувом без воздухоохладителя. Число цилиндров указано между буквами К и Z, числитель дроби — диаметр цилиндра, знаменатель — ход поршня. Заводы-лицензиаты фирмы МАН (в Ростоке и Хальберштадте) наличие наддува обозначают буквой А с цифровыми индексами: А3 и А5—последовательно-параллельная система наддува с газотурбонагнетателями, работающими на газах соответственно с постоянным и переменным давлением.

Фирмой «Фиат» приняты обозначения: S и SS — с наддувом первой и второй форсировки по p_i , Т — крейцкопфный с диаметром цилиндра до 600 мм (при Z=600 мм буква Т может отсутствовать), R — четырехтактный реверсивный, С и В — модификации дизеля. Первые цифры означают диаметр цилиндра, последующие — число цилиндров.

Судовые дизели ГДР: D — дизель, V — четырехтактный, Z — двухтактный, К— с малым ходом поршня (S/D < 1,3); N — со средним ходом поршня (S/D> >1,3) и — реверсивный; первая цифра означает число цилиндров, вторая— ход поршня (см.).

Литература

1.Возницкий И. В. Судовые двигатели внутреннего сгорания. Том 1. / И.В.Возницкий, А.С.Пунда – М.:МОРКНИГА, 2010.- 260 с.-стр. 6- 11