Чайнов Н.Д. - Конструирование двигателей внутреннего сгорания (1037884), страница 98
Текст из файла (страница 98)
Â. Êîíå÷íî-ýëåìåíòíàÿ ìîäåëüêðûøêè öèëèíäðà ñðåäíåîáîðîòíîãîäâèãàòåëÿKD_vkladka.qxd21.07.200810:01Page 8Ðèñ. 9. Ä.Òåìïåðàòóðíîå ïîëå (°Ñ) çîíû I(ñì. ðèñ. 9. Ã) ñîïðÿæåíèÿêðûøêè è âòóëêè öèëèíäðàñðåäíåîáîðîòíîãî äâèãàòåëÿÃëàâà 11. ÀÍÀËÈÇ ÊÎÍÑÒÐÓÊÖÈÉÈ ÏÅÐÑÏÅÊÒÈÂÛ ÐÀÇÂÈÒÈß ÏÎÐØÍÅÂÛÕ ÄÂÈÃÀÒÅËÅÉÐèñ. 11. À. Îáùèé âèä ãèáðèäíîãî ñèëîâîãî àãðåãàòà àâòîìîáèëÿ ôèðìû Toyota11.3. Мало, среднеи высокооборотные судовыедвигателиМалооборотныедвухтактные(МОД) и среднеоборотные (СОД)дизели являются основными судовыми двигателями. Их высокаяэкономичность обусловила переходна флоте от паротурбинных установок к дизелям.
Главным направлением в развитии судовых двигателей является повышение экономичности и расширение областиприменениятяжелыхтоплив,вследствие чего особо важное значение приобретает дальнейшее повышение надежности работы узлови деталей двигателя. Обязательнымусловием стало соответствие вновьсоздаваемых двигателей экологическим нормам.Малооборотные двухтактные двигатели отличаются высокой экономичностью и небольшими затратами на техническое обслуживание.При максимальном давлении сгорания рz = 14,5 МПа удельный расходтоплива у дизелей с электроннымуправлением достиг 155 г/(кВт×ч).Малооборотные двигатели характеризуются умеренным уровнем шума, не превышающим в среднем100 дБА. Основные параметрыМОД приведены в табл.
1.2. Следуетотметить повышенный интерес кдлинноходным (S/D > 2) конструкциям малооборотных двигателей.Увеличение S/D дает возможностьуменьшить удельный расход топлива и частоту вращения, повыситьпропульсивный КПД установки иее долговечность.Среднеоборотные двигатели внастоящее время получили болееширокое распространение. Ихмощность составляет свыше 30 %мощности всех судовых двигателей.
Основным преимуществомэтих двигателей является относительно небольшая высота, что делает их в некоторых случаяхединственно возможным типомдизелей для установки на судне.Среднеоборотные дизели отличаются высокими значениями среднего эффективного давления, достигающего в отдельных случаях2,5 МПа и более. Обладая достаточно высокой экономичностью[160–166 г/(кВт×ч)], тронковыесреднеоборотные двигатели одновременно характеризуются повышенным по сравнению с малооборотными двигателями расходом смазочного масла.
Другим недостатком среднеоборотных двигателей является наличие значительно большего числа деталей иредукторной передачи, повышенный уровень шума, более высокие затраты на техническое обслуживание.При выборе энергетической силовой установки дедвейтом менее2000 т предпочтение отдается СОД,однако и на более крупных судахсреднеоборотные двигатели успешно конкурируют с МОД.11.3.1. Малооборотные двигателиПринципиальные компоновочные схемы малооборотных главныхсудовых двигателей в настоящеевремя достаточно определены.
Этодвухтактные дизели простого действия с газотурбинным (часто двухступенчатым) наддувом, ряднымвертикальным расположением цилиндров и крейцкопфным механизмом, имеющие частоту вращения коленчатого вала 60–250 мин-1при диаметре цилиндра, достигающем 1060 мм. Наибольшая агрегатная мощность современных МОДприближается к 100 тыс. кВт. Ведутся работы по созданию на базе465хорошо зарекомендовавших себяконструкций малооборотных двигателей их модификаций, предназначенных для работы на газе.Форсирование судовых малооборотных двигателей по среднемуэффективному давлению до ре == 1,9–2,0 МПа обусловило необходимость повышения прочности ижесткости элементов корпуса, деталей цилиндропоршневой группы,коленчатого вала и подшипников.Остов современных малооборотных двигателей включает фундаментную раму с расположенными на ней подшипниками коленчатого вала и картерную коробку, которые являются сложными сварными конструкциями.
Сверху остовзаканчивается блоком цилиндров,состоящим из отдельных литыхсекций, соединенных между собойболтами. Нижняя стенка этого блока с манжетами для штоков отделяет полость картера от подпоршневого пространства цилиндров. Блокцилиндров целесообразно выполнять неохлаждаемым, при этомвтулки цилиндров своими верхними частями выводятся из блока иснабжаются отдельными тонкостенными рубашками охлаждения.Фундаментную раму двигателейбольших габаритных размеров делают сборной, скрепляя болтамиотдельные секции, так же как иблоки цилиндров. В вертикальномнаправлении детали остова стягиваются анкерными связями.Повышение прочности при снижении массы фундаментных рамдостигается в результате применения решетчатых конструкций,представляющих собой каркас, набранный из отдельных балок, располагаемых в направлении действия максимальных усилий и закрепляемых сваркой или болтами. Использование вместо Аобразныхстоек блоккартерной конструкции, состоящей из одной или двухдеталей с горизонтальным разъемом, позволяет повысить прочность и жесткость корпуса.
Приэтом уменьшается число болтовыхсоединений и упрощается монтаждвигателя. С переходом на сварнуюи сварнолитую конструкцию рам истанин в некоторых случаях отказываются от использования традиционных сквозных анкерных связей и заменяют последние двойными короткими связями, закрепленными в верхней части фундаментной рамы.С ростом форсирования двигателей значительно изменилась конструкция цилиндропоршневой группы. Уменьшение циклических напряжений от давления газов за счетповышения толщины стенок вызывает увеличение температурных напряжений, что обусловило создание конструкций с относительнотонкими стенками деталей цилиндропоршневой группы, которыеобразуют камеру сгорания и опираются на массивные элементы, воспринимающие нагрузки от давления газов (бандаж втулок цилиндра, массивные крышки цилиндров и др.).Коленчатые валы малооборотных двигателей выполняются составными.
С повышением форсирования МОД по среднему эффективному давлению при росте максимального давления газов рz требуется увеличение прочности ижесткости коленчатого вала. Сэтой целью по возможности уменьшают межцилиндровые расстоянияи увеличивают диаметры шеек вала. Рамовые (коренные), мотылевые (шатунные) подшипники выполняют с тонкостенными вкладышами с оловоалюминиевым антифрикционным слоем.466Выемку поршня (со штоком)производят через верхнюю частьвтулки цилиндра, поэтому ограничение высоты МОД, особенно всвязи с повышением отношенияS/D, является важным требованиемк конструкции с разных точек зрения, включая техническое обслуживание.
Для этого уменьшаютдлину шатунов и используют болеекомпактные крейцкопфы.Тип механизма газораспределения определяется схемой газообмена. Практически повсеместный переход к клапаннощелевой схеме свыпуском отработавших газов через один центрально расположенный клапан предопределил и конструкцию механизма. При этомпривод клапана осуществляется гидравлическим способом. Давлениемасла, действующее на выпускнойклапан, создается плунжернымиустройствами, приводимыми в движение кулачковым валом. В двигателях с электронным управлениемнеобходимость в распределительном вале отпадает.Турбонаддув современных МОДосуществляется с помощью турбокомпрессоров с центробежным компрессором и осевой турбиной, имеющими высокий КПД, достигающий0,70–0,72. Высокий КПД турбокомпрессоров и применение дополнительного электропривода длявоздухоснабжения двигателя на режимах малой мощности позволилоотказаться от использования подпоршневых полостей для осуществления процессов газообмена.Для сокращения длины трубопроводов топливные насосы и пусковые воздухораспределители выполняют отдельными для каждогоцилиндра.
Число форсунок при одном выпускном клапане обычноравно двум на цилиндр. Системыохлаждения – циркуляционные:цилиндры, крышки и турбокомпрессор, а также выпускные клапаны охлаждаются пресной водой,поршни – маслом или водой. Подвод и отвод охлаждающей жидкостив поршень производится через крейцкопф и шток.
При охлаждении маслом применяются как шарнирные,так и телескопические устройства, апри охлаждении водой – преимущественно телескопические во избежание попадания воды в картерчерез зазоры в шарнирах. Смазочные системы – двойные: циркуляционная система – для смазыванияподшипников и других деталей движения и лубрикаторная – для смазывания поршней и некоторых других ответственных деталей.Насосы систем охлаждения исмазочных систем двигателей данного типа, как правило, не устанавливаются на двигатель и приводятся в движение от электродвигателя.Для облегчения проведения ремонтных работ турбокомпрессорытакже часто не навешиваются надвигатель, а монтируют на верхнейплощадке.Сильная конкуренция заставляет непрерывно искать пути улучшения потребительских свойств малооборотных судовых двигателей.
Одним из эффективных направленийразвития МОД является внедрениеэлектронного управления. В этомслучае процессами впрыска топлива, подачи масла и газораспределения управляет компьютер. Дляобеспечения впрыска топлива и открывания выпускных клапанов предусмотрен специальный контур,давление масла в котором около20 МПа.Система впрыска топлива с электронным управлением позволяетсогласовывать начало впрыска сего продолжительностью в зависимости от сорта применяемого топ46711.3.2. Среднеоборотныесудовые двигателиРис. 11.8.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
