Судовой дизель фирмы "МАН - Бурмейстер и Вайн" (MAN B&W Diesel A/S), марки L50MC/MCE - двухтактный простого действия, реверсивный, крейцкопфный с газотурбинным наддувом (с постоянным давлением газов перед турбиной) со встроенным упорным подшипником, расположение цилиндров рядное, вертикальное.
Диаметр цилиндра- 500 мм; ход поршня - 1620мм; система продувки -прямоточно-клапанная.
Эффективная мощность дизеля: Ne = 1214 кВт
Номинальная частота вращения: n н = 141 мин -1 .
Эффективный удельный расход топлива на номинальном режиме g e = 0,170 кг/кВт ч.
Габаритные размеры дизеля:
Длина (по фундаментальной раме), мм 6171
Ширина (по фундаментальной раме), мм 3770
Высота, мм. 10650
Масса, т 273
Поперечный разрез главного двигателя представлен на рис. 1.1. Охлаждающая жидкость - пресная вода (по замкнутой системе). Температура пресной воды на выходе из дизеля на установившемся режиме работы 80...82 °С. Перепад температур на входе и выходе из дизеля - не более 8...12°С.
Температура смазочного масла на входе в дизель 40...50 °С, на выходе из дизеля 50...60°С.
Среднее давление: Индикаторное - 2,032 мПа; Эффективное -1,9 мПа; Максимальное давление сгорания-14,2 мПа; Давление продувочного воздуха- 0,33 мПа.
Назначенный ресурс до капитального ремонта - не менее 120000ч. Срок службы дизеля - не менее 25 лет.
Цилиндровая крышка изготавливается из стали. В центральном отверстии с помощью четырёх шпилек крепится выпускной клапан.
Кроме того, крышка снабжена сверлениями под форсунки. Другие сверления предназначены для индикаторного, предохранительного и пусковых клапанов.
Верхняя часть цилиндровой втулки окружена охлаждающей рубашкой, устанавливаемой между цилиндровой крышкой и блоком цилиндра. Цилиндровая втулка крепится к верхней части блока крышкой и центруется в нижнем сверлении внутри блока. Плотность от утечек охлаждающей воды и продувочного воздуха обеспечивается четырьмя резиновыми кольцами, вложенными в канавках цилиндровой втулки. На нижней части цилиндровой втулки между полостями охлаждающей воды и продувочного воздуха расположено 8 отверстий для штуцеров подачи смазочного масла в цилиндр.
Центральная часть крейцкопфа соединена с шейкой головного подшипника. В поперечной балке имеется отверстие для поршневого штока. Головной подшипник оборудован вкладышами, которые заливаются баббитом.
Крейцкопф снабжен сверлениями для подачи масла, поступающего по телескопической трубке частично на охлаждение поршня, частично на смазку головного подшипника и направляющих башмаков, а также через отверстие в шатуне на смазку мотылёвого подшипника. Центральное отверстие и две скользящие поверхности башмаков крейцкопфа заливаются баббитом.
Коленчатый вал выполняется полусоставным. Масло к рамовым подшипникам поступает из главного трубопровода смазочного масла. Упорный подшипник служит для передачи максимального упора винта посредством вала винта и промежуточных валов. Упорный подшипник устанавливается в кормовой секции фундаментальной рамы. Смазочное масло для смазки упорного подшипника поступает из системы смазки под давлением.
Распределительный вал состоит из нескольких секций. Секции соединяются с помощью фланцевых соединений.
Каждый цилиндр двигателя снабжен отдельным топливным насосом высокого давления (ТНВД). Работа топливного насоса осуществляется от кулачной шайбы на распределительном валу. Давление передаётся через толкатель плунжеру топливного насоса, который посредством трубки высокого давления и распределительной коробки соединён с форсунками, установленными на цилиндровой крышке. Топливные насосы - золотникового типа; форсунки - с центральным подводом топлива.
Воздух в двигатель поступает от двух турбокомпрессоров. Колесо турбины ТК приводится в движение от выпускных газов. На одном валу с колесом турбины установлено колесо компрессора, который забирает воздух из машинного отделения и подает воздух в охладитель. На корпусе охладителя устанавливается влагоотделитель. Из охладителя воздух поступает в ресивер через открытые невозвратные клапаны, расположенные внутри ресивера надувочного воздуха. С обоих торцов ресивера установлены вспомогательные воздуходувки, которые подают воздух мимо охладителей в ресивере при закрытых невозвратных клапанах.
Рис.
Секция цилиндров двигателя состоит из нескольких блоков цилиндров, которые крепятся к фундаментальной раме и коробке картера анкерными связями. Между собой блоки соединяются по вертикальным плоскостям. В блоке располагаются цилиндровые втулки.
Поршень состоит из двух основных частей головки и юбки. Головка поршня крепится к верхнему кольцу поршневого штока болтами. Юбка поршня крепится к головке 18-ю болтами.
Поршневой шток имеет сквозное сверление под трубу для охлаждающего масла. Последняя крепится в верхней части поршневого штока. Дальше масло поступает по телескопической трубке к крейцкопфу, проходит по сверлению в основании поршневого штока и поршневом штоке к головке поршня. Затем масло поступает по сверлению к опорной части головки поршня к выпускной трубе поршневого штока и далее на слив. Шток крепится к крейцкопфу четырьмя болтами, проходящими через основание поршневого штока.
Используемые сорта топлив и масел
Воплощение в жизнь великих идей - дело времени. Но сами эти великие идеи всегда приходят внезапно. Или ночью, или по пьянке. Странно только, что колесо было изобретено раньше самогона…
Burmeister & Wain
Моим первым «подфлажным» пароходом оказался балкер «Галактик» греческой судовой компании. Это было в декабре 1991 года, когда развал торгового флота ЧМП только начинался. Работы на базовом флоте становилось все меньше для моряков, и вместе с тем попасть «под флаг» было еще не всем доступно. Еще плотно терлись о землю совдеповские хвосты принципа отбора: где по знакомству пролез, где и цифру отсыпал…
Я оказался в этой отборной гвардии совершенно случайно. Решение уже созрело, и оставалось зайти в кадры подписать заявление на перевод в «подфлажный» флот. Инспектор, конечно же, категорически отказал мне, мол, некому на танкерах работать. На выходе я заметил, что дверь в кабинет старшего инспектора (не помню фамилию, много их тогда развелось в переулке Нахимова), зав. кадрами плавсостава подфлажного флота открыта и секретарши в предбаннике нет. Я решился на необдуманный, но, как позже оказалось, правильный поступок и, постучавшись, попросил разрешения войти. В кабинете горела только настольная лампа, и в ее свете я увидел лицо занятого человека. Он снял очки.
- Я вас слушаю, молодой человек.
- Проблема у меня, хотел посоветоваться.
- У меня мало времени. Что у вас?
- Заяву написал, хочу под флаг…
- Давайте заявление. А где подпись инспектора?
- Так в том-то и дело, не хочет инспектор подписывать, не отпускает меня.
Пауза немного зависла. Взгляд прыгал с листа на меня и обратно. Рука надела на нос очки, плотно их притерла к переносице, и уже какой-то другой, твердый голос изрек:
- А мы с вами обойдемся и без его подписи! - рука размашисто утвердила на бумаге какую-то резолюцию, другая, порывшись в ящике стола, извлекла из его недр маленькую печать, и ее категорический хлопок перебросил меня в другой мир…
Первые сборы подфлажников были тут же, в кадрах тогда еще вроде бы ЧМП. Хотя многим в те дни уже было ясно, что эти три буквы тонут в трясине капиталистических обновлений. Но тогда моряка волновало другое - заработать денег. А кто чего там разваливает и кто окажется под развалинами - пустозвон сквозь сигаретный дым за кружкой помойного пива в забегаловке рядом с кадрами. Свое - оно как-то ближе и больней… Так вот, уже зная название судна, на которое мне предстояло лететь в составе сколоченного экипажа неизвестно куда и когда, я регулярно, три раза в неделю, в назначенное время посещал сборы. Вопросы, которые там решались, на первый взгляд были серьезными и актуальными, но при ближайшем рассмотрении оказалось, что это просто перекомплектовка, отсеивание неугодных и втискивание новых, нужных кому-то людей, но как зачастую выходило - совершенно ненужных именно на судах. Среди всех прочих было и немало действительно серьезных спецов с большим стажем и опытом работы на советских судах - как рядовых моряков, так и офицерского состава. Так я познакомился с двумя выдающимися личностями: Борисом Ивановичем Маслюком и Иваном Ивановичем Волковым. Старые сварщики-мотористы, обыкновенные работяги-моряки Боря и Ваня, которых я сразу же окрестил по типу судового главного двигателя - Бурмейстер и Вайн…
Старые штаны с новыми дырками
Панама встречала нас жарой, а где-то там дома скрипела зима. Привезли нас из аэропорта прямиком к Панамскому каналу, возле славного города с одноименным названием. Ждать подхода судна для смены экипажа предстояло несколько часов. Сразу же к нам прилипли местные маклаки (в простонародии - бизнесмены) со всякого рода навязчивыми предложениями купить их разношерстные товары. Среди прочего у них можно было найти и кое-что полезное. Например, водку.
Скуплена она была в количестве двух ящиков, в каждом из которых находилось по шесть двухлитровых бутылок под названием «ВОДКА БОЛШОЙ». И телевизоры. На такую роскошь я претендовать не мог, так как вылетел из Одессы с пустыми, а приземлился в Панаме с дырявыми карманами. Но кое у кого цифра в карманах еще громко похрустывала, и трое наших хорошо похмелившихся соратников категорически решили: надо брать! К ним, пошевеля мозгами и рассудив, что телевизор в каюте на время контракта является вещью первостепенной важности, примкнул непьющий Бурмейстер. Вайн скромно откололся, решив покупать телевизор по дороге домой после окончания контракта… а еще лучше - музыкальный центр.
Договорившись с маклаком, который на радостях скинул цену за опт с четырехсот до аж трехсот восьмидесяти долларов за единицу товара, наши мужи теперь уже полностью были готовы работать хоть год и хоть на чертовом корыте, которое будет плавать в кипящем масле. Аппараты проверили, воткнув по очереди вилки в розетку в какой-то засаленной, воняющей рыбой и старыми шлепанцами будке.
Покупки обмыли. В процессе ожидания подхода судна количество ящиков с водкой сократилось до полутора. Кто-то купил себе соломенную шляпу, которая уже минут через пять безответственно доверилась легкому ветерку…
Фигура из трех пальцев
Шел уже третий месяц контракта. Выполняя условия фрахта, судно бегало с грузом угля, руды или цемента, а порой и зерна из портов на Миссисипи, через Атлантику, на Гвинейский залив. Обратно в балласте снова на Штаты. В тропиках жара, а на судне не работает кондиционер. Тотальная экономия - компания зажимает запчасти, и мы на пару с Вайном разбираем, что-то придумываем, снова собираем… Поработает пару дней - и скиснет. Но нам не привыкать.
Однажды, выйдя из славного Гвинейского порта Конакри, мы в очередной раз двинули на Новый Орлеан. По международным требованиям перед выходом из таких веселых портов экипаж должен досмотреть все судно на предмет присутствия в разных дырах и щелях незаконных мигрантов и при нахождении оных сдать их властям. Досматривали как обычно, то есть не очень-то и внимательно. Да и за полчаса отведенного времени не сильно-то и досмотришь. Тут пару часов надо бы и фонарей побольше. В общем, на третьи сутки перехода откуда-то из трюма вылупились три клавиша. Здрассте, мол, мы вот тут пить очень хотим, да и пожрать бы не прочь. И темно у вас там!.. Напоили, хлеба дали, определили любезных в каюту с решеткой на иллюминаторе и под замок. В каюте той, как и положено - гальюн и умывальник. Но братья наши меньшие, верно, слыхом не слыхивали о чудесах быта и справляли нужду по углам каюты. На всех доступных членам экипажа языках, на пальцах рук и ног мы пытались объяснить, куда по нужде ходить следует, но дело это оказалось безнадежным, разве что пользовать наши крестники стали только один угол каюты из четырех. И то уже хорошо…
А в это время идет крутая переписка капитана с компанией по поводу присутствия на борту нежелательных элементов, имеющих намерение своим тайным вторжением подорвать экономику Соединенных Штатов. Из самой Америки приходят недовольные и категорические заявления о том, что вина за происшедшее возлагается на капитана и экипаж и что к компании будут применены штрафные санкции. Капитан, в свою очередь, собирает экипаж для разбирательства…
Капитана помню только фамилию: Мороков. О качествах мастера судить не буду - не мой уровень. Но профессионал, чувствовалось. А как человек - так все мы со своими лопнувшими шариками в голове и семейными проблемами. Своеобразный стиль разговора - ускоренно-заикающийся, а в нервозной или напряженной обстановке его порой можно было и не понять, приходилось прислушиваться.
- Так вот, собрал капитан Мороков народ для расправы. Сидит за столом, красный как буряк, слюной брызжет, кулаком по столу в такт резаным словам стучит:
К-компания штраф, ш-штраф за этих п-пассажиров платить должна! Из-за вашей х-халатности! Сc-то пи-пийсят тыщ до-доларов платить!.. - в это время сидящий в первом ряду собрания Бурмейстер с напряжением, приставив ладонь рупором к уху, вслушивается в тарабарщину Морокова.
Лицо его из состояния полного непонимания постепенно переходит к сосредоточению, потом брови медленно сдвигаются, одна приподымается и растягивается по лбу… - И ч-что прикажете с вами делать?! Это же с-сто пийсят ты-ты-щ дола-долларов! П-платить из-за вас!..
…дотарабанить капитан так и не успел. Со своего места внезапно вскочил Бурмейстер и дрожащим гневно-истерическим голосом заорал:
Это что, я свои сто пятьдесят долларов платить должен?!. На! - и под носом у Морокова образовалась круто свернутая рабочей рукой огромная фига!..
Пока успокоили Бурмейстера, объяснив ему, что по чем и о чем вообще речь идет, пока пришел в себя обалдевший Мороков, пока отгрохотал смех в салоне, прошло какое-то время. Ни о каком собрании дальше речи уже не могло быть. Глуховат был Борис Иваныч. Да и скуповат - уж это было!
В составе отечественного флота имеется большое количество теплоходов с дизелями зарубежного производства .
Ведущими зарубежными фирмами, производящими судовые дизели, являются: «Бурмейстер и Вайн» (Дания), «Зульцер» (Швейцария), МАН (ФРГ), «Доксофорд» (Великобритания), «Сторк» (Нидерланды), «Гетаверкен» (Швеция), «Фиат» (Италия), «Пилстик» (Франция) и их лицензиаты. Дизели, построенные зарубежными фирмами, имеют свои обозначения.
В марках дизелей фирмы «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 крейц-копфных дизелях с наддувом модификация указана в середине буквенного обозначения цифрой 2 или 3.
Для дизелей, построенных фирмой «Бурмейстер и Вайн» после 1967 г., введены новые обозначения: первая цифра - число цилиндров, следующая за ней первая цифра - тип двигателя (К - двухтактный крейцкопфный); вторые цифры - диаметр цилиндров; следующая буква - обозначение модели (например, Е или F); последняя буква - назначение дизеля (например, F - судовой реверсивный для прямой передачи).
В дизелях фирмы «Зульцер» буквы обозначают: В - четырехтактный, Z - двухтактный, S - крейцкопфный, Т - тронковый, D - реверсивный, Н - вспомогательный, А - с наддувом, R - с управляемым выпуском, V - V-образный, G - с редукторной передачей, М -тронковый с коротким ходом поршня. Число цилиндров указано перед буквами, диаметр цилиндра - после букв. Некоторые дизели 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 дизелях фирмы МАН: V - четырехтактный (второе 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 степенями 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 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 такие обозначения: S и SS с наддувом первой и второй форсировки, Т - крейцкопфный с диаметром цилиндра до 600 мм (при D = 600 мм буква Т может отсутствовать), R - четырехтактный реверсивный, С и В - модификации дизеля. Первые цифры означают диаметр цилиндра, последующие - число цилиндров.
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), первая цифра означает число цилиндров, вторая - ход поршня, см.
Выбор типа главной передачи и главного двигателя будем производит в комплексе. Подбор вариантов главного двигателя будем производить на основе расчетной эффективной мощности. Рассмотрим 3 дизеля:
Характеристики принимаемых ДВС.
|
Цилиндровая мощность, кВт |
Число ци- |
Эффективная мощность, кВт |
Удельный расход топли- ва, г/кВтч |
оборотов, |
||
|
«МАН-Бурмейстер и Вайн S50MC-C» | ||||||
|
«МАН-Бурмейстер | ||||||
|
«МАН-Бурмейстер |
Требуемая мощность одного ГД=кВт
Из таблицы видно, что наименьший удельный расход топлива у «МАН-Бурмейстер и Вайн S60MC», он является малооборотным, что допускает его работу на винт без использования понижающей передачи. Эти показатели увеличивают экономичность двигателя и упрощают процесс эксплуатации.
Подводя итог, принимаем в качестве варианта СЭУ, устанавливаемого на проектируемое судно, СДУ. В качестве главного двигателя и типа передачи принимаем МОД «МАН-Бурмейстер и Вайн» S60MC с прямой передачей и ВФШ. Для обеспечения требуемой мощности необходимо установить два таких двигателя.
Основные характеристики двигателя «МАН-Бурмейстер и Вайн» S60MC
Выбор количества валопроводов и типа движителя
Количество валопроводов выбираем из задания на курсовой проект в соответствии с количеством движителей. Проектируемое судно должно иметь два движителя. В качестве главных используются МОД с прямой передачей, поэтому принимаю решение установить две одновальные СДУ. Такая схема обеспечивает высокую живучесть и маневренные качества. При выборе типа движителя рассматривают преимущества и недостатки каждого из типов, целесообразность его применения на данном судне, первоначальную стоимость судна и эксплуатационные затраты. Установка с ВФШ проще и дешевле, удобнее в обслуживании, наиболее ремонтопригодна, по сравнению с ВРШ. Так же у ВРШ несколько меньший (на 1- 3 %), чем у ВФШ к.п.д. из-за большого диаметра ступицы, в которой размещается механизм поворота. Это определило широкое распространение установок с ВФШ на судах транспортного морского флота с установившимися режимами плавания: нефтеналивных, сухогрузных судах, лесовозах, углерудовозах, транспортных рефрижераторах, судах рыбопромыслового флота.
Применение винта регулируемого шага дает возможность быстрого перехода с переднего на задний ход улучшает маневренные качества судна.
Из выше сказанного следует, что для данного судна целесообразным будет применение ВФШ.
Тип документа: Книга | PDF .
Популярность: 1.60 %
Страниц: 263 .
Размер файла: 25 Mb .
Язык: Русский, Английский .
Год издания: 2008 .
Цель книги - оказание практической помощи при изучении конструкции и эксплуатации главных судовых МОД модели МС с диаметрами цилиндра 50-98 см., выпускаемых фирмой «MAN Diesel» и ее лицензиатами. Фирма «MAN B&W» наряду с фирмой «Вяртсиля», занимает ведущее положение е в области судового дизелестроения.
Раздел I. МОД, этапы развития, хар-ки.
Раздел II. Двигатели «MAN - B&W» семейства MC.
Раздел III. ТО МОД - методы повышения эффективности эксплуатации и ресурса.
Раздел IV. Официальные инструкции по эксплуатации и ТО двигателей MAN B&W МС
Раздел I. Малооборотные двигатели, тенденции развития, характеристики
Высокая надежность, большой моторесурс, простота конструкции и высокая экономичность (см Рис. 1.1) являются отличительными чертами малооборотных двигателей. Этим, а также возможностью обеспечить высокие агрегатные мощности (80000 кВт) определяется их преимущественное
К классу малооборотных двигателей относятся мощные двухтактные дизели с числом оборотов до 300 в минуту. Двигатели 2-х тактные, так как использование 2-х тактного цикла в сравнении с 4-х тактным позволяет при равенстве размеров цилиндров и оборотов получить в 1,4 -1,8 раза большую мощность. Диаметр цилиндров находится в диапазоне 260 - 980 мм, отношение хода поршня к диаметру цилиндра в двигателях ранних моделей лежало в пределах 1,5-2,0. Однако стремление повысить мощность путем увеличения объема цилиндра, не увеличивая его диаметр, а также обеспечить лучшие условия для развития факелов топлива и, соответственно, создать лучшие условия лля смесеобразования в камере сгорания за счет увеличения ее высоты, привело к росту отношения 3D. Тенденцию к увеличению S/D можно проследить на примере двигателей Зульцер RTA: 1981 г. -ТГА S/D=2,9; 1984 г. - RTA М S/D= 3,45; 1991 г. - RTA Т S/D=3,75; 1995 г. - RTA48 Т S/D= 4,17.
Цилиндровая мощность современных малооборотных двигателей в зависимости от размесив цилиндров и уровня форсировки лежит в пределах 945-5720 кВт при Ре= 18-18,6 бар (Зульцер чТА), 400-6950 кВт при Ре = 18-19 бар (MAH ME и МС). Частота вращения лежит в пределах 70 - 127 " мин. и лишь в двигателях с размерами цилиндров менее 50 см. п= 129-250 1\мин.
Важно отметить, что в 50-60 годы стоимость топлив была низкой и находилась на уровне 23-30 $/тонну, и поэтому задача достижения максимальной экономичности двигателя и пропуль-оивного комплекса в целом не являлась превалирующей. Этим можно объяснить, что выбор час--эты вращения двигателя, а, следовательно, и гребного вала, определялся двигателестроителями без учета кпд гребного винта. В восьмидесятые годы стоимость топлив выросла в 10 и более:аз. и задачи повышения экономичности работы всего пропульсивного комплекса встали на первое место. Известно, что кпд гребного винта растет с уменьшением скорости вращения, кстати, уменьшение скорости вращения двигателя способствует и снижению удельного расхода топлива. Это обстоятельство при создании современных дизелей, несомненно, учитывается и, если у дви--ателей ранних поколений частота вращения не спускалась ниже 100 1\мин, то в новом поколении двигателей диапазон оборотов лежит в пределах 50-190. Снижение мощности при уменьшении оборотов компенсируется увеличением объема цилиндров за счет роста S/D и дальнейшей форсировкой рабочего процесса по наддуву. Среднее эффективное давление увеличилось до 19,6-20 бар. В настоящее время малооборотные двигатели производят три фирмы: МАН & Бурмейстер и Вайн, Вяртсиля - Зульцер, Митсубиши (MHI).
1. Системы газообмена двухтактных двигателей.
В двухтактных дизелях в отличие от четырехтактных отсутствуют такты наполнения воздухом (всасывания) и очистки от продуктов сгорания (выталкивания поршнем). Поэтому процессы очистки цилиндров от продуктов сгорания и наполнение воздухом в них осуществлялось принудительно под давлением 1,12-1,15 ата. Для сжатия воздуха использовались поршневые продувочные насосы.
Внедрение газотурбинного наддува в 2-х тактных двигателях в сравнении с 4-х тактными двигателями заняло значительно больше времени. По этой причине среднее эффективное давление оставалось на уровне 5-6 бар. и для увеличения цилиндровой и агрегатной мощностей конструкторам приходилось прибегать к увеличению диаметра цилиндров и хода поршня. Были построены двигатели с D=980-1080 мм. и ходом поршня S= 2400-2660 мм. Однако этот путь вел к увеличению габаритов и весовых характеристик двигателей и дальнейшее его применение было нерациональным. Причины затруднений при внедрении газотурбинного наддува заключались в том, что в 2-х тактный цикл для реализации продувки цилиндров требовал на 20-30% больше воздуха, температура выпускных газов, представляющая собою смесь продуктов сгорания и продувочного воздуха, была существенно ниже и энергия газов была недостаточна для привода ГТК.
Лишь в 1954г. были построены первые 2-х тактные двигатели с газотурбинным наддувом, при этом, в помощь турбонаддувочному агрегату фирмы МАН и Зульцер стали использовать подпоршне-вые полости - см. Рис. 1.2. Как видно из этого Рис.унка воздух из турбокомпрессора через воздухоохладитель 2 поступает в первый отсек ресивера 3 и оттуда при поднимающемся вверх поршнем через невозвратные пластинчатые клапаны 4 во второй отсек 5, и в подпоршневое пространство 6.
При опускании поршня воздух в полости 2 дополнительно сжимается от 1,8 до 2,0-2,2 бар и при открытии поршнем продувочных окон поступает в цилиндр.
В рассматриваемом варианте подпоршневые полости создают лишь кратковременный импульс давления в начальной стадии продувки, тем самым, исключая заброс газов из цилиндра в ресивер и одновременно повышая импульс давления газов, поступающих на газовую турбину, что способствует увеличению ее мощности. Давление в отсеке 5 постепенно падает и дальнейшая продувка, и зарядка цилиндра происходят при давлении, создаваемым надувочным агрегатом. В этот период, чтобы исключить потерю заряда воздуха, золотник дозарядки перекрывает выхлопной канал.
Фирма МАН для решения этих задач прибегала к более сложным решениям использования под-поршневых полостей, ряд ППП включалась последовательно с ГТК и ряд параллельно.
Существенно, что дальнейшее развитие газотурбинного наддува, увеличение производительности и КПД ГТК, рост давлений наддува и располагаемой энергии выхлопных газов позволило в двигателях с контурными схемами газообмена отказаться от подпоршневых полостей, так как продувка и зарядка цилиндров воздухом полностью обеспечивалась ГТК.
Двигатели Бурмейстер и Вайн с прямоточно-клапанной схемой газообмена с самого начала не нуждались в подпоршневых полостях, так как необходимая для ГТК энергия газов легко обеспечивалась за счет более раннего открытия выхлопного клапана. Но при пуске двигателя и работе на маневрах, когда ГТК практически еще не работает, до сих пор приходится прибегать к электроприводным центробежным насосам.
Схемы газообмена 2-х тактных дизелей в зависимости от направления движения потоков воздуха внутри цилиндра подразделяются на два основных типа - контурные и прямоточные.
Контурные схемы. Контурные схемы газообмена благодаря своей простоте были широко распространены в судовых малооборотных дизелях, выпускавшихся до 80-х годов фирмами МАН, Зульцер, Фиат, Русский Дизель и др. Типичная для контурной схемы организация газообмена заключается в том, что поступающий через продувочные окна поток продувочного воздуха и вытесняемые им выпускные газы в своем движении описывают контур цилиндра.
Сначала воздух по одной стороне цилиндра поднимается вверх, у крышки поворачивается на 180° и опускается к выпускным окнам. Так организован газообмен в односторонней щелевой (петлевой) схеме фирмы МАН (А) или в близкой к ней схеме фирмы Зульцер (В) (Рис. 1.3). Здесь для прохода воздуха и газов служат окна, выфрезерованные во втулке на одной стороне илпиндра. верхний ряд - выпускные (2), нижний - продувочные. Моментами их открытия и закрытия управляет поршень. Первыми открываются выпускные, в период свободного выпуска пел дейстзием герегала давления
(Р - Р„а_) продукты сгорания повидает цлгл*^. Затем открываются продувочные окна, и продувочный воздух устремляется вве(к, вытесняя продукты сгорания из цилиндра через открытые выпускные окна. В своем движении воздух огмсьвает петлю, поэтому такой тип продувки называют петлевой. Существенным недосташж подобного газообмена в двигателях МАН KZ является наличие заброса газов из цилиндра в ростиер в начале продувки, когда только открываются продувочные:
В двигателях Зульцер продувочные окна занимают большую часть окружности цилиндра, поэтому петлевой характер тока воздуха менее выражен, наблюдается большее перемешивание воздуха с вытесняемыми им продуктами сгорания (уг= 0,1 и фа= 1,62). Перемешиванию способствует и интенсивное поступление воздуха в цилиндр в начале продувки из-за создаваемого в этот моменбт подпоршневым насосом большого перепада давления, необходимого во избежание заброса газов в ресивер в начале продувки. Подпоршневой насос в двигателях серии RD к моменту открытия продувочных окон поднимает давление перед ними с 0,17 МПа (давление наддува) до 0,21 МПа. В конце газообмена, поднимающийся вверх поршень первыми закрывает продувочные окна, но остаются открытыми выпускные и через них теряется часть поступившего в цилиндр воздушного заряда. Эта потеря нежелательна и фирма стала устанавливать в канале за выпускными окнами вращающиеся заслонки 3 (Рис. 1.3. В). Задача которых состояла в том, чтобы после закрытия поршнем продувочных окон каналы выпускных окон перекрывались заслонками. В двигателях МАН подобные заслонки также устанавливались, но, в отличие от Зульцера с индивидуальным приводом заслонок, заслонки МАН имели общий привод и в связи с частой его поломкой, происходившей при заклинивании хотя бы одной заслонки, от установки заслонок в последующих модификациях двигателей фирма отказалась. При этом пришлось отказаться от короткого поршня и заменить его на поршень с длинной юбкой. В противном случае при подъеме поршня вверх продувочный воздух через открывающиеся им окна уходил бы в выпускную систему. Такое решение, с одной стороны, было вынужденным, так как было сопряжено с потерей некоторой части воздушного заряда. С другой стороны, улучшалась продувка цилиндров и, главное, воздух уносил с собой часть тепла, отбираемого от стенок цилиндра, особенно в зоне расположения выхлопных окон. Потеря воздуха компенсировалась увеличением производительности ГТК. Фирма Зульцер, форсируя двигатели, перешла на более эффективный наддув при постоянном давлении. Это позволило увеличить количество поступающего в цилиндры воздуха и согласиться с потерей его некоторой части в конце газообмена. В новых моделях двигателей RND, RLA, RLB по аналогии с двигателями МАН также убрала заслонки и удлинила юбки поршней.
Прямоточные схемы. Характерным для прямоточной схемы газообмена является наличие прямого тока воздуха вдоль оси цилиндра, преимущественно с послойным вытеснением продуктов сгорания. Это обусловливает низкие значения коэффициента остаточных газов у, = 0,05 - 0,07.
В переходе от контурных схем газообмена к прямоточным решающую роль сыграли следующие недостатки контурных схем:
♦ больший расход воздуха на продувку, увеличивающийся с ростом наддува и плотности воздуха;
♦ несимметричное распределение температур у втулки цилиндра и поршня, а отсюда и неравномерная их деформация - в зоне выпускных окон температура выше, чем в зоне продувочных;
♦ худшее качество очистки верхней части цилиндра, особенно при увеличении его высоты в связи с увеличением отношения S\D.
С ростом наддува и необходимостью более раннего отбора газов на газовую турбину, что пришлось делать путем увеличения высоты выпускных окон, фирмы столкнулись с увеличением уровня и неравномерности температурных полей втулок и головок поршней, а это приводило к учащающимся задирам в ЦПГ и появлению трещин в перемычках между выпускными окнами. Это ограничивало возможность увеличения энергии газов, отбираемых на ГТК, и, соответственно, увеличения их производительности и давления надувочного воздуха.
Фирма Зульцер убедилась в этом на примере последних двигателей с контурными схемами газообмена RND, RND-M, RLA и RLB, производство их прекратила и в новых двигателях RTA с более высоким уровнем форсировки по наддуву перешла на прямоточно-клапанные схемы газообмена - 1983 г.
Переходу способствовало также желание увеличить отношение хода поршня к диаметру цилиндра, при контурных схемах это было невозможно, так как ухудшало качество продувки и очистки цилиндров.
Отказ от контурных схем и переход на прямоточно-клапанную схему газообмена осуществила и фирма МАН. Фирма Бурмейстер и Вайн, традиционно придерживавшаяся прямоточных схем газообмена, испытывала финансовые трудности и фирма МАН, основываясь на этом, приобрела контрольный пакет акций, прекратила выпуск своих дизелей и, вложив дополнительное финансирование в разработку нового модельного ряда МС, в 1981 г. приступила к его производству.
В прямоточной схеме продувочные окна расположены в нижней части втулки равномерно во всей окружности цилиндра, что обеспечивает большие проходные сечения и малое сопротивление окон, а также равномерное распределение воздуха по сечению цилиндра.
Тангенциальное направление окон 2 в плане способствует закручиванию потоков воздуха в цилиндре, которое сохраняется до момента впрыскивания топлива. Частицы топлива захватываются вихрями и разносятся по пространству камеры сгорания, что существенно улучшает смесеобразование. Выпуск газов из цилиндра происходит через клапан 1 в крышке, привод его осуществляется от распределительного вала посредством механической или гидравлической передачи.
Фазы открытия и закрытия клапана определяются профилем кулачка распределительного вала, в двигателях с электронным управлением в целях их оптимизации применительно к конкретному режиму работы двигателя могут автоматически изменяться.
Преимущества прямоточных схем:
♦ лучшая очистка цилиндров и меньшие потери воздуха на продувку;
♦ наличие управляемого выпуска, благодаря чему имеется возможность варьирования энергией газов, направляемых на газовую турбину;
♦ симметричное распределение температур и тепловых деформаций элементов ЦПГ.
Прямоточно-шелевую схему газообмена имеют тепловозные и судовые двигатели Д100, а также ранее выпускавшиеся двигатели Доксфорд. Для них характерной особенностью является расположение продувочных и выпускных окон по концам цилиндра. Продувочные окна управляются верхним поршнем, а выпускные - нижним.