Чайнов Н.Д. - Конструирование двигателей внутреннего сгорания, страница 99

Поперечный разрез малооборотногодизельного двигателя типа 6S50МССлива, в результате чего улучшаетсяэкономичность и снижается минимально допустимая частота вращения коленчатого вала.На рис. 11.8 и 4.25 показаны соответственно поперечный разрез ицилиндропоршневая группа двигателя 6S50МСС фирмы МАN, выпускаемого Брянским машиностроительным заводом.

Вследствиеувеличенной протяженности жарового пояса поршня положение стыка втулки и крышки цилиндра оказывается ниже верхней кромкипоршня, что снижает тепловую напряженность втулки, улучшает условия работы поршневых колец ицилиндрового масла. При этом тепловая нагрузка в б\льшей степенивоспринимается крышкой цилиндра, выполненной из специальнойстали, обладающей более высокойтермопрочностью по сравнению счугуном, из которого выполненавтулка цилиндра.Большая часть среднеоборотных двигателей представляет собой четырехтактные дизели простого действия с газотурбиннымнаддувом постоянного давления, срядным или Vобразным расположением цилиндров. Частота вращения коленчатого вала этих двигателей n = 350–750 мин-1 и диаметр цилиндра D = 260–650 мм.Число цилиндров среднеоборотных двигателей, используемых вкачестве главных судовых двигателей, составляет 6–20.

За последнеедесятилетие удельная мощностьсреднеоборотных двигателей возросла более чем в 2 раза. Компоновка среднеоборотных двигателейдолжна способствовать уменьшению высоты машинного отделения, высокой взаимозаменяемостиосновных деталей в условиях эксплуатации, сокращению затрат натехническое обслуживание.Высокий уровень форсированиясовременных среднеоборотных двигателей, достигаемый благодаря повышению давления наддува (до0,44 МПа), и использование тяжелых топлив с повышенным содержанием серы, ванадия и других агрессивных компонентов обусловливает значительную тепловую и механическую напряженность их основных узлов и деталей.Конструкция деталей двигателядолжна быть такой, чтобы обеспечивалось равномерное распределение нагрузок по их элементам, эффективное охлаждение теплонагруженных участков. Остовы среднеоборотных двигателей выполняют литыми из чугуна, а такжесварнолитыми.

В последнем случае снижается удельная масса двигателя.468Стальные цельнокованые коленчатые валы изготовляют из качественной (например, хромомолибденовой) стали. Прогрессивным является метод гибки с высадкой. Вал вращается в подшипниках, расположенных в фундаментной раме. Наряду с этим широкоераспространение получили конструкции с подвесным расположением вала. Тонкостенные вкладышикоренных и шатунных подшипников в этом случае заливают свинцовистой бронзой с нанесением дополнительного приработочного покрытия, а крышки подшипников вкартере укрепляют стяжками и поперечными болтами.

Высокие требования к точности изготовленияэлементов узла коренных опор икачеству обработки поверхностиобусловливают применение высокоточного станочного оборудования, обеспечивающего соответствующую обработку с одного установа при нормах на допуски, близких к 1му классу. Высоки требования к точности обработки резанием и других элементов остова, в частности, расточек под втулки цилиндров.Шатуны, кроме обычной конструкции, часто с косым разъемом,также могут иметь отъемную нижнюю головку, что уменьшает требуемую для выемки поршня высоту машинного отделения. В случае Vобразных среднеоборотных двигателейприменяют смещенные шатуны.Поршни тронкового типа, какправило, интенсивно охлаждают.Часто применяется составная конструкция с головкой из жаропрочной стали и корпусом, изготовленным из легкого сплава.

Юбку такихпоршней выполняют овальнобочкообразной формы.Втулки цилиндра должны обладать высокой жесткостью, износостойкостью и интенсивно охлаждаться. Последнее достигается, вчастности, применением сверленыхканалов. Крышки цилиндров имеютобычно два впускных и два выпускных клапана. Последние устанавливаются в стальных или чугунныхкорпусах, охлаждаемых водой. Высокая тепловая напряженность обусловливает необходимость выполнения чугунной отливки крышки сточно выдержанной заданной толщиной ее элементов. Клапаны приводятся в действие рычагами иштангами от распределительноговала, расположенного с боковойстороны в средней по высоте частиблока цилиндров; предусматривается применение механизма поворотаклапана при работе. Для удобстваизготовления и сборки распределительный вал выполняют составным.Передача движения от коленчатоговала к распределительному, какправило, осуществляется цилиндрическими зубчатыми колесами,преимущественно от приводногоконца коленчатого вала.Системы охлаждения обычноциркуляционные: цилиндры икрышки, а также турбокомпрессоры охлаждаются пресной водой, апоршни – маслом.

Смазочная система – циркуляционная, с сухимкартером, общая для всех деталей.Двухсекционный масляный насос(с откачивающей и нагнетательнойсекциями) и два жидкостных насоса (для пресной и забортной воды)системы охлаждения с приводом отколенчатого вала двигателя устанавливаются на торце картера. Вомногих конструкциях на двигательдополнительно навешивают поршневой трюмный насос. Масляныенасосы в большинстве случаевшестеренного типа, жидкостныецентробежные или поршневые, нетребующие заполнения перед нача469лом работы и устройства для реверсирования.Система пуска – пневматическая,обычно с управляемыми пусковымиклапанами и воздухораспределителем, через который проходит тольковоздух, необходимый для управления.

Воздушные пусковые компрессоры, как правило, не навешиваютсяна двигатель, а устанавливаются отдельно с электроприводом.На среднеоборотных двигателяхобычно устанавливают раздельныедля каждого цилиндра топливныенасосы и реже блочные с двумяплунжерами (не более) на два соседних цилиндра.Свободные турбокомпрессорымонтируются на торце и над двигателем. Высокофорсированные четырехтактные, а также двухтактныедвигатели этой группы часто имеютдвухступенчатую систему наддувадля обеспечения работы на малыхнагрузках и при маневрах. Главныесудовые двигатели этого типа обычно снабжены устройствами для дистанционного управления и автоматизации обслуживания.

Развитиесреднеоборотных судовых дизелейнаправлено, как и малооборотных,на повышение топливной экономичности при соблюдении норм повредным выбросам с учетом перехоРис. 11.9. Поперечный разрез среднеоборотного дизельного двигателя типа ЧН57/62470да на тяжелые топлива, а также наувеличение цилиндровых и агрегатных мощностей.Снижению расхода топлива способствует повышение максимального давления газов в цикле до19 МПа, давления впрыска топливадо 160 МПа и более, S/D, КПД турбокомпрессоров до 0,7 и более, атакже обеспечение механическогоКПД около 0,92–0,93. Следует отметить внедрение микроэлектроники и микропроцессорной техники для решения задач автоматизации и управления отдельными процессами и работой двигателя в целом, включая функциональное диагностирование. В качестве примера компоновки среднеоборотныхдвигателей на рис.

11.9 приведенпоперечный разрез четырехтактного двигателя 12 ЧН57/62 (РС4)фирмы S.E.M.T. PIELSTIK.11.3.3. Высокооборотные судовыедвигатели (ВОД)Эти двигатели имеют частотувращения коленчатого вала более1200 мин-1.Судовые двигатели с частотойвращения до 1000–1200 мин-1 относят к двигателям повышенной оборотности (ПОД). Направление развития двигателей этого класса –это повышение основных техникоэкономических показателей, свойственное в целом всем транспортным дизелям. Кроме того, намечается увеличение степени сжатия до19, максимального давления цикладо 18 МПа и давления впрыска топлива до 200 МПа, что обеспечивает высокие цилиндровые и агрегатные мощности, снижение удельноймассы и улучшение топливной экономичности (до ge = 190 г/(кВт×ч).Последнее частично связано с получением механического КПД == 0,88–0,91.

Именно здесь достигнуты наибольшие значения среднегоэффективного давления. Агрегатная мощность достигает 7400 кВт(двадцатицилиндровый двигательфирмы МТU). Судовые ВОД должны иметь высокую надежность приресурсе около 50–60 тыс.ч до капитального ремонта при средней скорости поршня, достигающей сm == 12,7 м/с. При этом большое внимание уделяется работе ВОД на тяжелых топливах и проблемам экологии. Общей является тенденцияэлектронизации ВОД и энергоустановки в целом, упрощение технического обслуживания.Развитие судовых высокооборотных двигателей, в том числе предназначенных для скоростного флота, связано не в последнюю очередь со снижением массы энергетической установки судна и доведением удельной массы до 2–3 кг/кВт.

Этого можно достигнутьприменением дизелей облегченнойконструкции, примером которыхмогут служить многочисленныемодификации отечественных двигателей типа ЧН18/20 и ЧН16/17.Альтернативой являются высокофорсированные по наддуву и среднему эффективному давлению дизели традиционной конструкции,примером которых могут служитьмодификации двигателей типаЧН16,5/18,5 фирмы MTU, в томчисле модель ТС/ТЕ в восьми идвенадцатицилиндровом исполнении, отличающаяся повышенными надежностью, экономичностьюи улучшенными экологическимипоказателями.

Улучшению экономичности способствует применение системы наддува с изменением числа подключаемых турбокомпрессоров (один или два) в зависимости от режима работы двигателя.471Низкие значения среднего эффективногодавления(pе== 1,12 МПа) в двигателях облегченной конструкции позволяюттем не менее получить удельнуюмассу 1,65 кг/кВт. В то же времяфорсирование по среднему эффективному давлению pе дизеля"обычной" конструкции даже приболее высокой средней скоростипоршня (12,25 м/с по сравнениюс 11,05 м/с в первом случае) даетудельную массу 2,9 кг/кВт. Получение низкой удельной массы облегченных судовых отечественных дизелей типов ЧН18/20 иЧН16/17 основано на широкомиспользовании алюминиевых сплавов для изготовления остова, моноблочной конструкции узла рубашка – головка цилиндров, высоколегированных сталей для изготовления коленчатого вала ишатунов.В целом при создании судовых двигателей данного класса(ВОД) и (ПОД) без фундаментной рамы используют многиепринципы, применяемые приконструировании двигателей наземного транспорта.