Описание судового дизеля ДКРН 80/70

Задание на курсовой проект

I. Введение

II. Техническая характеристика двигателя

III. Особенности конструкции двигателя

1. Остов двигателя

2. Кривошипно-шатунный механизм

3. Механизм распределения

4. Система подачи воздуха в цилиндры

5. Система выпуска отработавших газов

6. Топливная система

7. Масляная система

8. Система охлаждения

9. Система пуска, реверса и управления

10. Контрольно-измерительные приборы и устройства аварийно-предупредительной сигнализации на двигателе

11. Автоматические и защитные устройства на двигателе

IV. Тепловой расчет двигателя

V. Динамический расчет двигателя

VI.

Заключение

Использованная литература

1. Введение

Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) получили широкое применение в промышленности, в сельском хозяйстве и на транс-порте.

Зарождение идеи создания ДВС относится к концу XVII в. В 1680 г. Гюйгенс предложил построить двигатель, работающий за счет взрывов в цилиндре заряда пороха. В дальнейшем раз-личные варианты двигателей предлагались Р. Стритом, В. Рай-том, В. Барнетом, Ленуаром и Бо де Роша, который первым раз-работал четырехтактный цикл.

В 1879 г. инженер-механик русского флота И. С. Костович сконструировал первый в мире легкий бензиновый двигатель (предназначался для дирижабля) мощностью 80 л. с. (58,8 кВт) С удельной массой всего 3 кг/л. с. (4,08 кг/кВт). Еще через 18 лет на заводах Германии строили для дирижаблей двигатели, имевшие в 8 раз большую удельную массу.

В 1892 г. Рудольф Дизель получил патент на двигатель, в котором топливо должно было воспламеняться от предваритель-но сжимаемого до высоких температур воздуха. Первая работо-способная конструкция двигателя была создана им в 1896— 1897 гг. Двигатель работал на керосине, распыливаемом форсун-кой с помощью подаваемого в нее сжатого воздуха (такой метод распыливания получил наименование компрессорного). Мощ-ность двигателя составляла 20 л. с. (14,7 кВт) при расходе топ-лива 0,24 кг/(л. с.-ч) [0,327 кг/(кВт-ч)], что соответствует КПД ?_е=0,26.

В 1899 г. петербургским механическим заводом «Л. Нобель» (сейчас завод «Русский дизель») по патенту Р. Дизеля был по-строен первый в России двигатель, который работал па более дешевой, чем керосин, сырой нефти и расходовал топлива 0,2 кг/(л. с-ч) [0,298 кг/(кВт-ч)].

В дальнейшем развитии и внедрении дизелей на водном тран-спорте большую роль сыграли русские инженеры. В 1903 г. была практически осуществлена первая в мире судовая дизель-элект-рическая установка на наливной барже «Вандал» с тремя четы-рехтактными 120-сильными двигателями.

В 1907 г. Коломенский завод построил первый в мире колес-ный буксир «Мысль» с двигателем мощностью 300 э. л. с. (220,8 кВт)/и зубчатой передачей, снабженной муфтой Р. А. Корейво для заднего хода и маневрирования. Первые в мире ревер-сивные двигатели были установлены в 1908 г. на подводной лод-ке «Минога». Первым морским теплоходом был танкер «Дело» во-доизмещением 6000 т, построенный также в 1908 г. В постройке теплоходов другие государства отставали от России. На съезде двигателестроителей (Петербург, 1910 г.) Р. Дизель признал ве-дущую роль русского судового двигателестроения. Только в 1911 г. за рубежом (в Дании) был построен первый крупный теп-лоход «Зеландия». В дальнейшем высокоэкономичные дизели ста-ли вытеснять широко применявшуюся на морских судах паровую поршневую машину. Последующее совершенствование двигателей привело к увеличению их коэффициента полезного действия (КПД) до 42—45%. В настоящее время из всех тепловых двигате-лей ДВС является наиболее экономичным. Кроме того, ДВС обладает относительно малыми габаритами и массой, боль-шим моторесурсом (60—100 тыс. ч), прост в эксплуатации и на-дежен, что предопределило преимущественное применение дизе-лей на морских судах.

Для современного периода в развитии морского транспорта характерны: интенсивный рост дедвейта наливных судов и рудо-возов; увеличение скоростей сухогрузных судов для генеральных грузов до 20—25 уз при росте их водоизмещения; появление су-хогрузных судов нового типа (контейнеровозов, судов с горизон-тальной погрузкой, судов для перевозки груженых барж и т. п.), скорости хода которых достигают 25—30 уз.

До недавнего времени судовые энергетические установки мощ-ностью свыше 15 тыс. л. с. (11 тыс. кВт) в связи с отсутствием мощных дизелей комплектовались паровыми турбинами. Под вли-янием растущей потребности в более мощных судовых двигателях мощность двухтактных мало-оборотных крейцкопфных двига-телей доведена до 48 тыс. э. л. с. (35,3 тыс. кВт) в одном агрега-те.Сейчас малооборот-ные дизели успешно конкуриру-ют с паровыми турбинами в установках судов дедвейтом до 250 тыс. т. Отечественная промышлен-ность выпускает двигатели раз-личного назначения; для морских судов дизелестроительные заводы строят двигатели типа ДКРН 50/110, 62/140, 74/160, 84/180; ДР 30/50, ЧН 25/34 и др.

Успехи двигателестроения и в первую очередь применение над-дува, а также новых прогрессивных конструктивных решений и высококачественных материалов, достижения в области техноло-гии производства и др. способствовали созданию ряда новых ти-пов среднеоборотных (n = 400—600 об/мин.) тронковых дизелей, предназначенных в основном для передачи мощности греб-ному винту через редукторную передачу (заметим, что ма-лооборотные двигатели используются для прямой пере-дачи).

Среднеоборотные двигатели перед малооборотными имеют следующие преимущества: меньшие массу, габаритные размеры и стоимость; возможность выбрать такую частоту вращения греб-ного винта, которая обеспечивает более высокие значения пропульсивного коэффициента; возможность комплектовать установ-ку несколькими однотипными двигателями; возможность привода от главных двигателей генераторов тока и иных вспомогательных механизмов и др.

Среднеоборотные двигатели строят в рядном и V-образном исполнении мощностью от 2700 до 24 000 э. л с. (2000 — 17 700 кВт).

Наряду с созданием новых двигателей, повышением их мощ-ности и совершенствованием конструкции большое значение при-дается увеличению долговечности двигателей, снижению объема и трудоемкости работ по их техническому обслуживанию.

II. Техническая характеристика

Дизель

ДКРН 80/170

Цилиндровая мощность, э.л.с…1250

Скорость вращения, об/мин…115

Диаметр цилиндра, мы…800

Ход поршня, м …1700

Среднее индикаторное давление, кг/см²…7,9

Среднее эффективное давление, кг/см² …7,1

Механический к.п.д…0,90

Давление продувочного воздуха, ати…0,46

Давление в конце сжатия, кг/см²…45

Максимальное давление сгорания, кг/см²…50

Удельный расход топлива, г/э.л.с.ч …158

III. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ ДВИГАТЕЛЯ.

1. Остов двигателя.

Остов двигателя состоит из следующих основных частей: фунда-ментной рамы, станины, цилиндров и цилиндровых крышек. Все части остова образуют единую жесткую конструкцию, обеспечиваю-щую отсутствие деформаций при работе двигателя от действия сил давления газов и сил инерции движущихся частей. Для надежной работы двигателя необходимо, чтобы ось коленчатого вала была прямолинейна, а ось движения (поршень, шток, шатун) —перпенди-кулярна оси вала. Эти требования выполняются при обработке де-талей и сборке двигателя. Недостаточная жесткость остова двига-теля может привести к появлению в частях остова деформаций, вызывающих искривление оси коленчатого вала, а также изменить взаимное расположение осей вала и деталей движения, что в свою очередь влечет за собой появление добавочных напряжений у колен-чатого вала и нагрев подшипников. Жесткость конструкции остова создается за счет выбора материала для изготовления его частей, конструктивного оформления деталей остова, проверки выбранных размеров расчетом на прочность и способа соединения деталей остова между собой.

В судовых дизелях применяют различные схемы конструктивного оформления деталей остова. Рассмотрим три основные схемы.

1. Остов креицкопфного двигателя (рис. 1) состоит из фун-даментной рамы 4, станины, выполненной из отдельных А-образных стоек 2, и цилиндров 1, закрытых крышками. Рама, станина и ци-линдры связаны длинными анкерными связями 3. Увеличенное сечение высоких поперечных и продольных балок фундаментной рамы обеспечивает жесткость конструкции.

Фундаментная рама 2, станина с А-образными колоннами 6 и проставка 23 из двух секций — стальные, сварные.

Отсеки картера с боковых сторон двигателя закрыты сталь-ными съемными щитами со смотровыми люками и предохрани-тельными клапанами.

Двигатель имеет два распределительных вала. Верхний вал 39 со стопорным цилиндром 38 служит для привода вы-пускных клапанов 17, а нижний вал 40 — для привода топлив-ных насосов 37 высокого давления. Оба распределительных ва-ла соединены с коленчатым валом 33 при помощи двойной цепной передачи, заключенной в специальном отсеке 44.

Сварной фундамент упорного подшипника 41 связан с тор-цом фундамента двигателя.

Рис. 1. Остов двигателя Валоповоротное устройство установлено на ста-нине, прикрепленной к судовому фундаменту. Зубчатое колесо42 на упорном зале 43 приводится в движение через двойную чер-вячную передачу от электродвигателя 4 с дистанционным уп-равлением.

Блок цилиндров (лист 96) состоит из отдельных руба-шек цилиндров 13, соединенных болтами 9 в две секции, между котороми размещен приводной отсек. Рубашки цилиндров, вы-полненные из перлитного чугуна, имеют люки 10 для осмотра полостей охлаждения. Охлаждающая вода подводится к ци-линдру в нижней части и отводится в крышку 20 по двум чу-гунным патрубкам 22.

Простановка 25 между блоком цилиндров и станиной, являющаяся дополнительной емкостью ресивера 18, выполнена из двух секций. Каждая секция разбита на отсеки по числу цилиндров переборками с отверстиями, А сообщающими отсеки ксждой секции с общей полостью.

Диафрагма 28 с отверстием В для сальника штока, отделяю-щая подпоршневые полости от картера, имеет в каждом отсеке по два патрубка для удаления загрязнений. Осмотр подпоршне-вых полостей, осуществляется через съемные щиты 27. В тру-бе 19 размещается телескопическое устройство охлаждения поршня.

Сальникштока (узел Т) с чугунным корпусом 1 выпол-нен из двух частей, соединенных между собой болтами. К диа-фрагме 28 сальник крепится шпильками.

Два чугунных уплотнительных кольца 2 с S-образным зам-ком прижимаются к штоку наружными кольцевыми пружина-ми 3.

Два чугунных маслосъемных кольца 6 и 11 из трех сегмен-тов прижимаются к штоку спиральными пружинами 12.

Отвод масла от верхнего кольца осуществляется через ра-диальные сверления по штуцеру, ввернутому в сверление К. Смазка для штока от лубрикатора поступает по отверстию V. Короткие анкерные связи 16 из легированной стали, размещенные в плоскостях разъемов рубашек цилиндра, соеди-няют цилиндры с верхней литой частью стоек картера.

Втулка цилиндра 14 изготовлена из перлитного чугуна, легированного хромом, никелем и ванадием. Она имеет двад-цать четыре продувочных окна с тангенциальным размещением их в горизонтальной плоскости. При высоте окон в 165 мм сум-марное проходное сечение составляет 1488 мм.

Уплотнение втулки в рубашке цилиндра и проставив произ-водится резиновыми кольцами 15 и 23, которые обжимаются втулками 17 и 24, состоящими из двух половин.

Смазка к втулке подается через шесть штуцеров 26 с шари-ковыми невозвратными клапанами, нагруженными пружинами.

Крышка 29 из молибденовой стали уплотняется по торцу втулки притиркой, а по конической поверхности — стальным кольцом 8 из двух половин. Конические поверхности крышки и втулки для защиты от коррозии обмазываются пастой на гра фитной основе («Апексиор»). Утопленное исполнение крышки улучшает условия охлаждения втулки и снижает тепловые и напряження у ее бурта.

Крышка имеет центральное отверстие дли выпускного кла-пана, два отверстия L со стальными стаканами 31 для форсу-нок, отверстие М со стальным стаканом 21 для пускового клапана, отверстие N для предохранительного клапана отверстие Р для индикаторного крана, два отверстия Z для подхода охлаждающей воды в крышку, патрубки 32 и 29 (отверстие R с резиновыми уплотнитольными кольцами30 и 33 для перепуска охлаждающей воды из крышки в корпус выпуск-ного клапана, четыре отверстия Т для отжимных болтов. Лючкн 4 и пробки 5 используются для осмотра и очистки полости охлаждения крышки. Крышка фиксируется относительно ци-линдра направляющей 7.

2. Кривошипно-шатунный механизм.

Кривошипно-шатунный механизм служит для передачи усилий от давления газов на коленчатый вал. В крейцкопфных двигателях — из поршня, штока, поперечины, ползуна, шатуна и коленчатого вала.

При работе двигателя в кривошипно-шатунном механизме дей-ствует движущая сила Р, являющаяся суммой сил от давления газов, сил веса и сил инерции. Движущая сила Р_д направлена по оси цилиндра и совпадает по направлению с шатуном только при положении поршня в мертвых точках; в остальных положениях она раскладывается на две составляющие — силу Р_ш, на-правленную по шатуну, и силу Р_н, направленную перпендикулярно оси цилиндра. Силу Р_ш воспринимает коленчатый вал, передающий ее на стенки ци-линдра. В крейцкопфных двигателях ползун передает силу Р_н на параллель. Величина Р_н зависит от силы давления газов в цилиндре и от площади поршня. В двигателях с диаметром цилиндра 450— 500 мм Р_н достигает 120 кН.

В крейцкопфных двигателях головной подшипник шатуна и тру-щаяся пара ползун—параллель вынесены из зоны высоких темпера-тур в картер двигателя, где можно обеспечить надежную смазку. Трущаяся поверхность ползуна залита антифрикционным сплавом (баббитом). Поэтому при равной величине Р_н работа трения у пары ползун—параллель меньше, чем у пары поршень —втулка в трон-ковых двигателях, что при прочих равных условиях обеспечивает повышение механического КПД у крейцкопфных двигателей по сравнению с тронковыми на 2—4 % и большую надежность ра-боты головных подшипников.

Поршень двигателя (лист 105)—составной. Головка поршня 10 выполнена из жаростойкой легированной стали, а ко-роткая направляющая 13 — из легированного чугуна перлитной структуры. Верхние три уплотненных кольца 11 с косым зам-ком имеют высоту 16 мм и ширину 26 мм, а нижние три коль-ца 12 с замком внахлест имеют высоту 18 мм при ширине 26 мм. Коксами 23 относительно поршня фиксируются только три ниж-них кольца.

Для уменьшения износа колец в пазы поршня, как и у дви-гателей 76VTBF 160 (см. лист 97, поз. /), закатаны чугунные полукольца.

Сварная вставка 14 и отверстия в головке поршня, улучшая условия стока охлаждаемого масла и повышая скорость движе-ния последнего, способствуют более интенсивному охлаждению стенок.

Шток 16 с диаметром стержня 270 мм — полый, кованый, из углеродистой стали, с трубкой 15 для подвода масла. Он соединен через направляющую с головкой поршня шпильками. Положение сопрягаемых, деталей фиксируется болтом.

Со стальной кованой поперечиной 21 шток соединяется тор-цевой кольцевой поверхностью посредством направляющего хвостовика с гайкой.

Перенос радиальных сверлений для подвода и отвода охлаж-дающего масла со стержня штока в его хвостовик повышает прочность штока и упрощает конструкцию этого узла.

Крейцкопф двигателя — двусторонний. К концам попере-чины из углеродистой стали с полыми шейками диаметром 500 мм болтами крепятся четыре ползуна 30 из литой стали с заливкой рабочих поверхностей баббитом. Конструктивно за-крепление ползунов выполнено более надежно, чем у двигате-ля 74VTBF 160.

Стальные литые направляющие 31 крепятся к стойкам ста-нины шпильками. Планками 37 ограничивается поперечное сме-щение ползунов.

Стальные литые кронштейны 18 и 26 для охлаждения порш-ня крепятся к поперечине шпильками.

Масло на охлаждение поршня поступает по трубопроводу 20 к телескопическому устройству, состоящему из неподвижной трубы 9, подвижной трубы 5 и уплотпитслыюго устройства (см. разрез по В—В).

Фланец неподвижной трубы закрепляется к опорной пли-те 8 ресивера продувочного воздуха через проставку 7 болтами. Направляющая втулка 6, залитая баббитом, прижимается бол-тами к проставке обжимным фланцем.

Отвод масла от поршня осуществляется сливом через кронш-тейн 18, конец которого движется в продольной прорези колон-ки 17. Отсюда масло по патрубку 19 через воронку 1 с термо-метром 3 поступает в сливную магистраль (см. лист 103). Смот-ровое стекло 2 в кожухе 4 позволяет визуально контролировать систему охлаждения.

Шатун двигателя — с отъемными головными и мотылевым подшипниками. Стержень шатуна 28 диаметром 300 мм из угле-родистой стали, полый, с жесткой безвильчатой головкой.

Головные подшипники 22 диаметром 500 мм имеют ширину рабочей поверхности по 320 мм. Мотылевые подшипники 35 диа-метром 680 мм имеют ширину рабочей поверхности у верхней половины 380 мм и у нижней—300 мм. Нижние половины го-ловных подшипников имеют на рабочих поверхностях продоль-ные и поперечную смазочные канавки.

Коленчатый вал — с составными коленами из двух сек-ций при числе цилиндров больше пяти. Секции вала соединяют-ся при помощи фланцев прецизионными болтами.

Полые рамовые 33 и мотылевые 36 шейки из углеродистой стали имеют одинаковый диаметр по 680 мм и длину соответ-ственно 450 и 390 мм. По торцам шейки закрыты крышками 32 на болтах.

Щеки 34 из литой стали шириной 1500 мм имеют толщину 185 мм. По условиям уравновешивания и зависимости от числа цилиндров двигателя отдельные щеки отливают вместе с про-тивовесами, которые размещаются под разными углами к плос-кости соответствующего колена вала.

Рамовые подшипники имеют стальные вкладыши 29, залитые баббитом, с кольцевой маслоподводящеп канавкой в верхних половинках. Крышки 27 подшипника из стального литья. Они крепятся к фундаментной раме шпильками 25.

Подача масла через верхний вкладыш рамовых подшипни-ков к мотылевым и головным подшипникам показана стрел-ками.

Приводной отсек (лист 106) размещен в средней, а при пяти цилиндрах — в кормовой части двигателя. Привод проме-жуточного вала 35, соединенный с правой и левой частями рас-пределительного вала топливных насосов и выпускных клапа-нов, осуществляется двойной роликовой цепью 28 с шагом 112,5 мм.

Ведущее цепное колесо 29, состоящее из двух половин, за-креплено болтами на соединительном фланце коленчатого вала.

Ведомое цепное колесо 17, также состоящее из двух половин, свободно сидит па втулке, которая соединена с промежуточным валом 35 при помощи двух кривошипов 18, двух поперечин 16, зубчатой передачи и кулачковой муфты (см. лист 108).

Коленчатый вал состоит из рамовых и шатунных шеек, щек и соединительных фланцев. Рамовые шейки, щеки и шатунная шей-ка образуют колено, или кривошип (мотыль), вала (мотыль — старое название, имеющее широкое распространение). Расстояние от центра рамовой до центра шатунной шейки называется радиу-сом кривошипа. Коленчатый вал — одна из наиболее ответствен-ных и напряженных деталей. Стоимость коленчатого вала состав-ляет около 15% стоимости двигателя. Моторесурс двигателя обычно зависит от срока службы вала (до проточки или шли-фовки его шеек).

К коленчатым валам судовых дизелей предъявляют требова-ния обеспечения необходимой прочности, жесткости и износоус-тойчивости.

Вал нагружается силами давления газа и силами инерции поступательно движущихся и вращающихся масс и подвергается одновременному действию зна-копеременных изгибающих и крутящих моментов. В результате воздействия этих сил и моментов материал вала «работает» на усталость. Усталость металла объясняется возникновением в на-иболее слабом месте микроскопической трещины, которая под влиянием знакопеременной нагрузки растет, уменьшая расчетное сечение и вызывая рост напряжений. В итоге напряжения пре-вышают предел прочности материала, вызывая быстрое разру-шение деталей.

3. Механизм распределения.

Распределительный вал.

Привод клапанов (рис. 4) осуществляется от кулачных шайб 2 распределительного вала, на котором могут также крепиться кулачные шайбы 3 привода топливных насо-сов, шестерня / привода распределительного вала, привода центро-бежного регулятора частоты вращения и др. Распределительный вал отковывают из стали. У высокооборотных двигателей малой и средней мощности кулачные шайбы изготовляют за одно целое с валом. У малооборотных двигателей шайбы устанавливают на валу с прессовой посадкой и фиксируют шпонками. Вал лежит на разъем-ных опорных подшипниках. Концевой подшипник воспринимает осевое усилие от привода, поэтому его выполняют опорно-упорным.

Рис. 4. Распределительный вал На распределительном валу реверсивного двигателя устанавли-вают два комплекта кулачковых шайб: один — для работы двигателя на передний ход, другой — для работы на задний ход. Профиль кулачковой шайбы может быть образован различными кривыми. Он должен обеспечивать плавное набегание и сбегание ролика толка-теля на выступ кулачной шайбы, быстрое открытие и закрытие клапана. При равноплечих клапанных рычагах высота профиля h равна высоте подъема клапана h_н. В высокооборот-ных двигателях для уменьшения сил инерции, действующих в частях клапанного механизма, стремятся уменьшить перемещение штанги толкателя. С этой целью применяют неравноплечие рычаги, при этом высота профиля кулачковой шайбы h — 0,8h_K, где 0,8 — отношение плеч клапанных рычагов.

Впускные и выпускные клапаны. Впускные и выпускные кла-паны во время работы подвергаются действию высоких температур и значительным динамическим нагрузкам. Температура впускных клапанов 300—400 °С, выпускных 600—800 °С, поэтому материал для клапанов должен отличаться износоустойчивостью, сохранять необходимую механическую прочность при высоких температурах и противостоять газовой коррозии. Впускные клапаны изготовляют из легированных сталей 40ХН, 50ХН, 65ХН, выпускные — из жаро-стойких хромоникелевых сталей ЭЯ2, ЭН107, ЭН69 и др. Для по-вышения износоустойчивости тарелок клапанов на поверхности фаски клапана делают наплавку сверхтвердых сплавов типа стеллита толщиной 0,7—1,5 мм. Клапанные пружины выполняют из высокоуглеродистых марганцовистых или кремнемарганцовистых сталей (60Г, 50ХФА, П1). Для лучшего наполнения и очистки ци-линдра проходные сечения клапанов должны быть наибольшими.

У четырехтактных малооборотных двигателей в крышке цилиндра располагают два клапана: впускной и выпускной. В высокооборот-ных двигателях, у которых скорость поршня 7—8 м/с, устанавли-вают два впускных и два выпускных клапана, при этом увеличивается общее проходное сечение клапанов, уменьшаются масса, а следо-вательно, и силы инерции в механизме газораспределения, улуч-шаются условия теплоотвода от клапана. В двухтактных двигателях с прямоточно-клапанной продувкой в зависимости от скорости поршня и конструкции двигателя в крышке цилиндра располагают от одного до четырех выпускных клапанов.

/Впускные и выпускные клапаны можно ставить непосредственно в крышке цилиндра или в отдельном корпусе. При установке клапана непосредственно в крышке можно увеличить диаметр тарелки клапана примерно на 20%, что очень важно для высокооборотных двигателей. Однако чтобы за-менить или притереть клапан, необходимо снимать крышку ци-линдра.

Клапаны, установленные в корпусах, сложнее по конструкции, имеют меньшее проходное сечение, но удобнее в эксплуатации, так как их легко заменить запасным комплектом. Выпускной клапан двухтактного двигателя установлен в корпусе 7, име-ющем полость 8, куда из крышки цилиндра поступает охлаждающая вода. Гнездо клапана 9 выполнено из жаростойкого чугуна и при-жимается корпусом клапана к расточке цилиндровой крышки. Шток 5 клапана двигается в направляющих втулках 11, он смазы-вается маслом, поступающим из цилиндра 4 гидропривода. При попадании масла на рабочее поле клапана может образоваться нагар. Во избежание этого на штоке клапана крепится защитный кожух 10, который защищает также направляющие штока от дей-ствия горячих газов. На посадочную конусную поверхность клапана наварено покрытие из износоустойчивого жаростойкого сплава.

У клапана, поставленного непосредственно в крышке цилиндра, теплоотвод осуществляется через опорное гнездо клапана, расточенное в крышке, и через шток и его направляющие к воде, охлаждающей крышку цилиндра.

Пружины клапанов должны обладать достаточной жесткостью, чтобы предотвратить отрыв клапана от гнезда в результате действия сил инерции, возникающих в поступательно движущихся частях клапанного привода. Для большей надежности часто устанавливают несколько пружин меньшей жесткости, суммарная сила которых больше сил инерции. За счет уменьшения жесткости пружин по-вышается их работоспособность. Тарелка клапана должна иметь достаточную жесткость и хорошую обтекаемость.

Привод выпускного клапана (лист 100) устроен следующим образом. Выпускной клапан получает привод от симметричной кулачной шайбы 16 на распределительном валу через штангу 21 и рычаг 11. Особенностью привода является отсутствие в нем тепловых зазоров при работе двигателя.

Ролик 15 имеет двухрядный игольчатый подшипник 31. По-лый палец 28 (см. разрез по В—В) с продольными прорезями по концам свободно вводится в проушины стальной литой на-правляющей 27 и закрепляется в них при помощи распорных стальных втулок 34 с закрытыми торцами.

Осевое смещение пальца предотвращается наличием стопор-ного винта 35.

Направляющей толкателя служит корпус 12 привода вы-пускных клапанов. Поворачивание толкателя предотвращается наличием шпонки 26 на винтах, которая скользит в пазе на-правляющей.

В корпусе 23 размещено маслосъемное кольцо 22 с обжим-ной спиральной пружиной.

Штанга имеет в верхней части резьбу для штыря 20, который является опорой пальца 19. Палец, соединенный с рычагом бол-том 17, имеет фиксирующие шайбы 18.

В холодном состоянии двигателя поворотом штанги относи-тельно штыря устанавливается требуемый зазор между левым концом рычага и торцом штока клапана (Х=0,2 мм).

Автоматический выбор тепловых зазоров в приводе осуще-ствляется устройством, состоящим из поршня 13, ограничитель-ной шайбы 24, цилиндра 14, невозвратного клапана в сборе Т и пружины 25. Пружина прижимает поршень к нижнему торцу штанги и цилиндр к толкателю.

Клапан 3 (узел Т) с легкой пружиной / имеет направляю-щую 2, запрессованную в днище цилиндра демпфера. Полость под цилиндром 14 сообщена с системой циркуляционной смазки двигателя отверстием М. Из полости под цилиндром масло че-рез клапан поступает в полость под поршень 13, создавая гид-равлическую подушку в системе привода.

При запуске двигателя тепловое расширение штока выпуск-ного клапана вначале выбирает зазор X. Последующее удли-нение штока уменьшает толщину масляной подушки в демп-фере.

За каждый оборот двигателя масло, выжатое из полости под поршнем, через неплотности в период открытия выпускного клапана (наибольшая осевая нагрузка на штангу) пополняется через невозвратный клапан в период, когда выпускной клапан закрыт. При закрытии выпускного клапана пружина 25 отжи-мает поршень со штангой вверх, в результате чего создаются условия для пополнения утечки масла из полости под цилинд-ром 14,

Стальной литой рычаг 11 с запрессованной бронзовой втул-кой 32 (см. разрез по А—А) имеет осью качания полый сталь-ной цалец 36, закрепленный в проушине стальной литой стойки на крышке цилиндра. Осевое смещение пальца и его проворачи-вание предотвращается планкой 29, закрепленной болтом. На левый рабочий конец рычага // наплавлен твердый сплав.

В рычаге размещен палец 4 (см. разрез по Л—Л) с бронзо-выми втулками 5 для кронштейнов 7, приваренных к промежу-точной шайбе пружин. Дополнительно шайба соединена со стой-кой 9 тягами 8, осью качания которых являются цапфы 33. На-личие кронштейнов и тяг снижает поперечные вибрации пружин.

Смазка рычага привода выполняется от масленки 10 по сверлениям и трубкам 6. Периодически скапливающееся масло в ванне стойки отводится через кран 30. Смазка к направляю-щей 27 подводится через систему сверлений по штуцерам, ввер-нутым в отверстия О и К (см. сечение П—П).

4. СИСТЕМА ПОДАЧИ ВОЗДУХА В ЦИЛИНДРЫ

Впускной трубопровод, или ресивер, служит для подвода воздуха в цилиндры двигателя. В четырехтактных двигателях без наддува воздух засасывается в ресивер из машинного отделения или может приниматься с палубы по специальному трубопроводу. В двигателях с наддувом и в двухтактных двигателях воздух нагнетается в ци-линдры воздухонагнетателями. Для уменьшения колебаний давле-ния объем ресивера делают достаточно большим, проходное сечение должно обеспечить скорость воздуха не более 20 м/с. Внутри ресивера в двигателях с наддувом устанавливают воздухоохладители.

Для измерения давления воздуха, поступающего в цилиндр, на ресивере устанавливают манометры, а для измерения температуры — термометры. Из системы смазки нагнетателей в ресивер вместе с воз-духом могут попадать пары масла. Чтобы снизить давление газов при взрыве паров масла, ресивер снабжают предохранительными автоматическими клапанами. Горловины, закрытые крышками, слу-жат для очистки ресивера. Ресивер изготовляют из листовой стали. Для уменьшения шума в машинном отделении ресивер снаружи обшивают асбестом и покрывают стальным кожухом.

В двигателях с двухступенчатым наддувом ресивер может раз-деляться продольной перегородкой (на две ступени давления) и поперечными перегородками (отделяющими подпоршневые простран-ства отдельных цилиндров или группы цилиндров). На перегородках вырезаны окна, которые служат для установки пластинчатых кла-панов, автоматически открывающихся при расчетном давлении.

Конструкция выпускного трубопровода зависит от системы над-дува. В двигателях без наддува выпускные газы отводятся через короткие патрубки в общий выпускной коллектор, охлаждаемый водой. Отдельные участки коллектора для возможности свободного расширения соединяют между собой с помощью гофрированной трубы или телескопического уплотнения с чугунными разрезными уплотнительными кольцами.

В двигателях с газотурбинным наддувом с турбинами постоянного давления выпускные газы от всех цилиндров поступают в общий коллектор. При таком объеме давление газов перед турбиной остается постоянным. При использовании турбин с переменным давлением газа перед соплами общий выпускной коллектор отсутствует, а выпускные газы подво-дятся к турбине от одного или нескольких цилиндров по коротким патрубкам малого объема. Используя импульс газа, выходящего из цилиндра в момент открытия выпускных органов с высоким давле-нием и температурой, можно повысить мощность турбины. Выпуск-ной тракт двигателей с газотурбинным наддувом покрыт слоем изо-ляции, поверх которой одет кожух из листового железа или рубашки с водяным охлаждением.

Для уменьшения шума на выпускном трубопроводе за турбинами устанавливают глушитель. В качестве глушителя может использо-ваться утилизационный котел. По правилам Регистра судовая дизельная установка должна быть оборудована устройством для улавливания и гашения искр в выпускных газах.

5. СИСТЕМА ВЫПУСКА ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ.

В нашем двигателе на процессы выпуска отработавших газов и наполнения цилиндра воздухом отводится всего 130—150° ПКВ. Это обстоя-тельство создает трудности для хорошей очистки цилиндров от отработавших газов и наполнения его свежим зарядом воздуха. Кроме того, в двухтактных ДВС отработавшие газы из цилиндра: выталкиваются не поршнем, а продувочным воздухом, при этом не-избежно частичное перемешивание воздуха с газами.

Процессы выпуска отработавших газов и наполнения цилиндра свежим зарядом в двухтактных двигателях протекают в такой после-довательности: после открытия выпускных окон (клапанов) начи-нается «свободный выпуск» — истечение газов из цилиндра в выпуск-ной коллектор за счет разности давлений в цилиндре и выпускном коллекторе. Скорость истечения газов в период свободного выпуска 800—600 м/с при температуре газов около 1000 ^СС в начале выпуска. В конце свободного выпуска давление в цилиндре падает. В это время Поршень открывает продувочные окна и начинается продувка ци-линдра воздухом. Воздух к окнам подается продувочным насосом под давлением 0,11—6,13 МПа, вытесняет отработавшие газы и за-нимает освободившийся объем; происходит «принужденный выпуск»

и продувка, т. е. наполнение цилиндра воздухом.

В зависимости от системы продувки при ходе поршня вверх про-дувочные окна могут закрываться раньше выпускных, и тогда через открытые выпускные окна (клапаны) будет теряться часть заряда воздуха. Если продувочные окна закрываются позже выпускных, то происходит дозарядка цилиндра воздухом. Качество очистки цилиндра двухтактного двигателя и наполнения его свежим зарядом зависит от совершенства системы продувки, которая должна обеспе-^швать наибольшую мощность и экономичность двигателя. В зависимости от характера движения потоков воздуха все существующие схемы продувки подразделяют на контурные и прямо-точные. В контурных схемах поток продувочного воздуха, поступая через окна в средней части рабочей втулки, описывает внутренний контур цилиндра и движется вниз к выпускным окнам. В прямоточ-ных схемах воздух движется только, в одном направлении — вдоль оси цилиндра. Путь воздуха и отработавших газов в прямоточных продувках примерно в два раза короче, чем в контурных.

На рис. 5. показаны контурные и прямоточные схемы основных типов про-дувки.

Рис. 5. Схема основных типов продувки

6. Топливная система

Топливоподающая система состоит из двухплупжерного топливоподкачивающего насоса 49, создающего давление до 5 ати; трех фильтров тонкой очистки 37 с войлочными патро-нами, индивидуальных топливных насосов 20 высокого давле-ния золотникового типа с регулированием по концу подачи и механизмом изменения момента подачи топлива, форсунок с щелевыми фильтрами высокого давления (по три на каждом цилиндре). Для работы двигателя на тяжелом топливе преду-смотрен подогреватель 39.

Топливный насос высокого давления (лист 101, черт. 2) золотникового типа, с регулированием по концу подачи без нагнетательного клапана.

Нижняя чугунная часть 34 корпуса, общая для двух насосов, образует масляную ванну для симметричных кулачных шайб. В корпусе размещен опорный подшипник 24 распределительно-го вала 2.

Верхняя стальная кованая часть 22 корпуса с чугунной втул-кой 21 при помощи проставки 18 соединена шпильками 28 с крышкой 12, которая крепится к нижней части короткими 33 и длинными 32 шпильками. Наличие длинных шпилек облегчает выполнение предварительной затяжки пружин 9 и 10. Верхний корпус по вставке фиксируется штифтом 27.

Кулачная шайба симметричного профиля (узел Я), состоя-щая из двух половин 38 и 39 с наружным конусом, закреплена на муфте 37 с внутренним конусом болтами 36. Наличие не-скольких болтов при незначительной затяжке каждого из них создает силу трения в конусном соединении для передачи зна-чительного крутящего момента.

Регулирование угла опережения подачи топлива по насосу производится изменением зазора С соответствующим поворо-том половин кулачной шайбы относительно неподвижной муфты.

Плунжер 19 из легированной стали с диаметром 38 мм и хо-дом 75 мм имеет два симметричных профильных выреза с регу-лирующими кромками. Вырезы радиальным и вертикальным сверлениями сообщаются с полостью над плунжером.

Изменение цикловой подачи осуществляется поворотом втул-ки 17, в продольных направляющих пазах которой движется поперечина 16, закрепленная на плунжере. Втулка штырем с шаровой головкой 20 соединена системой тяг и рычагов с вали-ком управления топливными насосами. Положение плунжера относительно топливоподводящих каналов определяется деле-ниями шкалы, нанесенной на верхней части проставки 18

Шайба 15 и втулка 14 предотвращают попадание топлива в масляную ванну распределительного вала.

Плунжер опирается на стальную каленую шайбу // в сталь-ной направляющей 8 с отжимными пружинами 9 и 10, имею-щими разное направление витков. Ролик 4 имеет двухрядный игольчатый подшипник 7. Стальной полый палец 5 с продоль-ными прорезями по концам свободно вводится в проушины направляющей и закрепляется в них разжимными втулками 6 с закрытыми торцами. От проворачивания и осевого смещения палец закрепляется болтом и винтом. Шпонка 25 обеспечивает толкателю только поступательно-возвратное движение. От топливоподкачивающего насоса топливо подводится в по-лости А по патрубку 3 (см. разрез по В—В). При положении плунжера в нижнем крайнем положении топливо через два ра-диальных канала Б поступает в полость над плунжером. При движении плунжера вверх после перекрытия каналов Б начи-нается сжатие и подача топлива в две форсунки по трубам 23. Отсечка топлива наступает при сообщении каналов Б с выточ-кой на плунжере.

При помощи отверстий в верхнем корпусе приемная полость насоса сообщается с отверстием В, от которого по трубке с уста-новленным на ней невозвратным клапаном избыток топлива по-ступает на охлаждение форсунки. Этим достигается постоянное прохождение топлива через насос и устраняется возможность образования в нем воздушных мешков.

Отверстие Т сообщается с запорным угловым игольчатым клапаном 30, на который периодически устанавливается мано-метр 29 для проверки максимального давления впрыска (420 кг/см²). Для вывода насоса из работы направляющая 8 устанавли-вается в верхнее крайнее положение специальным съемным рычагом при помощи стержня / с проушиной и планкой 35. В этом положении толкатель фиксируется проставкой. / Смазка направляющей толкателя и игольчатого подшипника осуществляется от масленки 13. Подвод смазки для направляю-щей выполнен через штуцер 26, а для втулки 17 — через штуцер 31. Отвод утечки топлива через плунжерную пару производится из поддона по трубке, присоединенной к отверстию К. В последующих конструкциях топливных насосов плунжерная втулка имеет два радиальных отверстиядиаметром 8 мм для наполнения, а под ними — два радиальных отверстия диа-метром 3 мм для отсечки подачи топлива. Разделение полостей наполнения и отсечки устранило отрицательное влияние волн отсечки на процесс наполнения и повысило стабильность работы насоса.

Форсунка двигателя (лист 101, черт. 1) закрытого типа. Игла 5 нагружена через толкатель 26 пружиной 23 в съемном стакане 19. Затяжка пружины на давление начала впрыска 300 кГ/см² регулируется высотой проставочной втулки 17. На-жимной болт 16 стопорится гайкой 18. Штифт 21, отжатый пру-жиной 15 вверх, служит для контроля работы форсуночной иг-лы. Игла имеет плоский конец, приоткрытый по торцу сопла /, имеющего четыре отверстия диаметром 0,95 мм. Направляю-щая 3 иглы и корпус 2 сопла прижимаются к стальному корпусу форсунки 9 гайкой 4. По корпусу гайка уплотняется маслостойким резиновым кольцом 6.

Подъем иглы в 0,8 мм ограничивается упорным каленым кольцом 28, являющимся одновременно направляющей для нижней части толкателя. Втулка 25 служит направляющей для верхней части толкателя.

Охлаждение сопла осуществляется топливом через систему горизонтальных 29 и вертикальных 7 и 8 сверлений. Топливо подводится к соплу по нагнетательной трубке 13, щелевому фильтру // тонкой очистки и систему отверстий. Уплотнение на-гнетательного штуцера по щелевому фильтру осуществлено прокладкой 12, выжимаемой болтом 14.

Сверления 27 и 24 предназначены для прокачки топлива с целью удаления воздуха, могущего скопиться в форсунке. Про-качка осуществляется насосом при отжатом игольчатом кла-пане 22.

7. Маслянная система.

К системам смазки двигателя предъявляются следующие об-щие требования; своевременная подача необходимого количества масла к узлам трения для защиты их поверхностей от износа и коррозии (смазывающее и защитное действие); отвод тепла от трущихся поверхностей и деталей (терморегулирующее дей-ствие);

удаление продуктов износа и нагара с поверхностей тре-ния (моющее действие); очистка масел.

От того, насколько удов-летворяет отмеченным требованиям система смазки, в значитель-ной степени зависят надежность и долговечность работы двига-теля.

Система циркуляционной смазки, объединенная с масляной системой охлаждения поршней, обслуживается на-сосом с приводом от электродвигателя. Масло для кривошипно-шатунного механизма, упорного подшипника, приводного отсека и распределительных валов топливных насосов и выпускных клапанов после редукционного клапана поступает под давле-нием 1,8 ати по трубопроводу 3. Из поддона 34 масло через патрубок / сливается в сточную цистерну. Рекомендуемые темпе-ратуры масла: на входе 40—45° С и на выходе 46—52° С.

Смазка втулок осуществляется от лубрикаторов 37 по одно-му на цилиндр с приводом от распределительного вала 40 топ-ливных насосов.

Смазка подшипников газотурбонагнетателей обеспечивается самостоятельной циркуляционной системой.

8. Система охлаждения.

Система охлаждения цилиндров замкнутая, двухконтурная, с приводом насосов забортной и пресной воды от элек-тродвигателей. На всех режимах работы двигателя при помощи терморегулятора температуру пресной воды рекомендуется под-держивать на входе 58° С и на выходе 65° С. Вода подводит-ся к цилиндрам под давлением 1,8 ати по трубопроводу 12 и отводится через корпусы выпускных клапанов по трубопрово-дам 13. От магистрали пресной воды осуществляется и охлаж-дение корпусов турбин нагнетателей.

Забортной водой под давлением 0,7 ати охлаждаются прес-ная вода, наддувочный воздух с подводом и отводом воды к каждому воздухоохладителю по трубопроводам 7 и 8, циркуля-ционное масло, масло для смазки турбонагнетателей и топливо для охлаждения форсунок.

Поршни охлаждаются маслом от циркуляционной системы смазки с подводом по трубопроводу // при помощи телескопи-ческого устройства и отводом через контрольные колонки 31 по трубопроводу 32 в сточную цистерну.

9. Система пуска, реверса и управления.

Для пуска дизеля необходимо раскрутить его коленчатый вал от постороннего источника энергии. После появления первых вспы-шек в цилиндрах посторонний источник энергии отключают, и дви-гатель начинает работать на топливе. Средняя скорость поршня должна быть не меньше 0,7—1,2 м/с. При такой скорости темпера-тура в цилиндрах в конце сжатия обеспечивает самовоспламенение топлива. Если скорость поршня меньше, то возрастают утечки воз-духа через неплотности цилиндропоршневой группы, давление и температура сжатия будут низкими. Кроме того, малая скорость поршня увеличивает продолжительность процесса сжатия, и сжи-маемый воздух заметно охлаждается от стенок цилиндра. Поскольку средняя скорость поршня непосредственно не измеряется, принято говорить о пусковой частоте вращения коленчатого вала, которая составляет 15—25% от ее номинального значения.

Пусковые качества дизеля зависят от конструкции, быстроход-ности, способа и условий смесеобразования, теплового состояния двигателя. Основные факторы, определяющие продолжительность и надежность пуска, — смесеобразование и сгорание.

Управление двигателем (лист 108) осуществляется следующим образом. Применение симметричной кулачной шай-бы топливного насоса с отрицательным профилем позволило иметь общий распределительный вал для привода выпускных клапанов и топливных насосов. Система обеспечивает одинако-вое опережение подачи на передний и задний ход при начале открытия выпускных клапанов при работе двигателя на перед-ний ход на 6° поворота коленчатого вала раньше, чем при рабо-те на задний ход.

Конструктивное исполнение запорного клапана 26, главного клапана 27, золотникового воздухораспределителя 29, клапана-золотника 31 и клапана 28 на крышке цилиндра пусковой си-стемы, а также блокировка секторами 33 и 36 топливно-пусковой 38 и реверсивной 37 рукояток поста управления сохра-нены такими же, как и у двигателя типа 74VТВF 160.

Незначительные изменения внесены в конструкцию некото-рых устройств реверсивной системы.

У захватного устройства (см. разрез по С—С) рычаги с пружинами заменены поршеньками 22 с роликами 21, нагружен-ные пружинами в приваренных стаканах 23. Амортизаторы цеп-ного колеса 2 имеют короткие пружины /.

Клапан-золотник заменен золотником 25, который переме-щается в осевом направлении и поворачивается вокруг оси на 90°. Золотник имеет профильные сквозные каналы.

10. КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА

АВАРИЙНО-ПРЕДУПРЕДИТЕЛЬНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ НА

ДВИГАТЕЛЕ

Для контроля за работой отдельных систем каждый дизель снабжается контрольно-измерительными приборами.

Подробное описание приборов и руководство по их обслуживанию изложены в специальных инструкциях заводов-изготовителей.

Электротахометр и его привод Для контроля числа оборотов дизеля установ-лен комплект электрического тахометра типа К-16, состоящий из датчика постоянного тока типа МЭТ-8/30 и щитовых измерителей тахометра постоянно-го тока типа М-180.

Рис. 6. Привод датчика электротахометра:

1. 8, 21 — шестерни; 2, 5, 22— крышки; 3, 7, 18, 20 — подшипники; 4, 6, 19 — втулки; 9, 13, 15— валы; 10 — корпус; //— стакан; 12 — сальник; 14, 16— полумуфты; 17 — сухарь Датчик типа МЭТ-8/30 представляет собой во-дозащищенную электрическую машину постоянно-го тока, поле возбуждения которой создается по-стоянным магнитом.

Измеритель тахометра типа М-180 имеет магни-то-электрическую систему измерительного механиз-ма и служит для измерения числа оборотов колен-чатого вала дизеля. Измерители выполнены в герме-тичном корпусе и имеют шкалу 600—0—600 обо-ротов в минуту.

Измеритель тахометра типа М-180 выполнен для выступающего монтажа и устанавливается на пе-реднем щите дизеля.

Привод датчика постоянного тока типа МЭТ-8/30 осуществляется от промежуточной шестерни дизеля через шестерню 8 (рис 6), которая сидит на валу 9 на шпонке. На другом конце вала 9 насажена ко-ническая шестерня /, которая входит в зацепление с конической шестерней 21, установленной на ва-лу 13.

Вал 9 вращается в подшипниках 3, 7. Подшип-ники запрессованы во втулке 4 и от осевого пере-мещения фиксируются крышкой 2 и втулкой 6.

Вал 13 вращается в подшипниках 18 и 20. Под-шипники запрессованы в стакан 11, который уста-навливается в корпус 10. От осевого перемещения подшипники 18 и 20 стопорятся крышкой 22 и втул;

кой 19. Вал 15 датчика электротахометра связыва-ется с валом 13 через полумуфты 14, 16 и сухарь 17.

Электротахометр и его привод смонтированы на крышке 5, которая крепится к кожуху закрытия шестерен привода распределительного вала.

Для предотвращения подтекания масла из кор-пуса привода в стакане 11 на валу 13 установлен самоподжимной сальник 12.

Щит приборов Щит предназначен для размещения на нем при-боров контроля за работой дизеля. Монтируется щит приборов на переднем щите дизеля на амортизаторах АКСС-10М. На этих же аморти-заторах монтируется и термоэлектрический дизель-ный комплект типа ТКД-018.