Первые судовые двигатели стали появляться лишь в начале 20-го века. Один из первых был установлен на «Зеландии», датском судне, построенном в 1912 году. Агрегат представлял собой две дизельные установки, общая мощность которых составляла 147,2 кВт.
Сегодня суда также оснащаются двигателями внутреннего сгорания. Все они должны быть оборудованы в соответствии с требованиями Речного Регистра или Регистра России для привода судовых движителей или вспомогательных агрегатов.
Рассмотрим основные типы двигателей, их характеристики и обслуживание.
Классификация ДВС для судов
По предназначению судовые двигатели можно разделить на основные агрегаты и вспомогательные. Первые – это основная движущая сила. Вспомогательные агрегаты предназначены для обеспечения работы самых разных механизмов. Так, моторы применяются в качестве привода для электрических генераторов, дополнительного оборудования. Кроме назначения, ДВС делятся на типы и по мощности.
Еще судовые агрегаты можно разделить и по тому, как в них сгорает топливо. Судовые дизельные двигатели могут быть как двух-, так и четырехтактными. Первыми можно выделить модели, где сгорание смешанное – в них обеспечивается постоянный уровень давления. Можно выделить и модели, где топливная смесь горит в условиях постоянного объема. Существуют ДВС, оснащенные наддувом и без него.
По материалам Центрального научно-исследовательского института, моторы по мощностным характеристикам можно разделить на четыре основные группы. Так, маломощными считаются агрегаты ниже 74 кВт.
Машины со средними мощностными характеристиками – от 74 до 736 кВт. Мощными ДВС читаются машины, выдающие от 736 до 7360 кВт. Сверхмощный двигатель способен выдавать 7360 кВт и более.
В основном судовые двигатели, выпускаемые серийно, развивают около 1600 кВт энергии. Этот параметр встречается чаще всего.
Моторы по горению топливной смеси
Четырехтактные двигатели, как и их двухтактные собратья, функционируют на базе цикла, где сгорание воздушно-топливной смеси смешанное. Как это происходит? Одна часть сгорает при постоянном объеме. Вторая порция горит под воздействием постоянного давления. Есть и исключения. Процесс может быть и в условиях постоянного объема (так, смесь горит целиком, когда поршни находятся в ВМТ).
Двс и забор воздуха
В зависимости от того, каким образом камеры сгорания заполняются воздухом, судовые двигатели могут быть оснащены системой, повышающей давление и без таковых. Так, ДВС оснащается наддувом или работает без него.
Наддув позволяет создать давление, за счет которого в камеры поместится большее количество воздуха. Это приводит также и к увеличению объема горючего, которое сгорает в течение одного цикла. Таким образом, возрастает мощность, крутящий момент и другие характеристики.
В качестве наддува в четырехтактных дизельных судовых агрегатах применяют компрессоры. Они подают воздух под давлением. Компрессор в таких моторах подключен к коленчатому валу и от него приводится в действие. Это механическая система. Воздух попадает к клапанам через наддувочный коллектор.
За счет того, что компрессор приводится в действие от коленвала, двигатель теряет полезную мощность. Это снижает экономичность. Особенно это заметно, когда система работает под большим давлением. Механический наддув по этой причине применяют редко. Можно встретить только один вид Двс с наддувом механического типа. Это М400, который устанавливают на речном транспорте.
Некоторые модели судовых агрегатов могут оснащаться посторонней системой наддува. Здесь воздух предварительно сжимается компрессором, который приводится в действие от независимого источника.
Чаще всего применяют судовые дизельные двигатели с газотурбинной наддувочной системой. Так, отработанные газы поступают в коллектор, а затем — в газовую турбину. Они обеспечивают вращение ротора, на валу которого установлено приводное колесо компрессора.
Воздух, который забирается из атмосферы, подается в коллектор. Далее он поступает в цилиндры.
В двухтактном ДВС, где система подачи воздуха контурная и прямоточная, используют наддув комбинированного типа. В зависимости от того, как подключены приводы компрессора, схем наддува может быть три. Так, различают:
- Последовательное.
- Параллельное.
- Последовательно-параллельное подключение компрессорных систем.
Типы по виду горючего
Как и автомобильные моторы, агрегаты для судов также могут работать на «светлом» горючем и на «темном».
ДВС, способные работать на горючем разной фракции без существенных изменений в их конструкции, являются многотопливными.
Различают и двухтопливные системы, работающие на жидких видах горючего, а также на газу. Во время работы можно переводить машину с одного вида топливной смеси на другую.
По методу воспламенения
В моторах, где смесь образуется внутри агрегата, процесс воспламенения происходит за счет высоких температур в камере сгорания за счет сжатия. В моделях низкого сжатия процесс самовоспламенения невозможен. Здесь применяют принудительное зажигание, аналогичное автомобильному. Это могут быть свечи.
Современная промышленность также выпускает конвертируемые типы судовых двигателей. При минимальных конструктивных изменениях они преобразовываются в дизели или же моторы с принудительным искровым зажиганием.
По типу образования смеси
В газовых ДВС, а также в предназначенных для работы на жидком светлом топливе, применяются внешние системы образования смеси. Так, в камеры сгорания поступает уже готовая к употреблению смесь. Приготавливается она в карбюраторах.
В моделях, где смесь образуется внутри, воздух и горючее подаются в камеру сгорания по отдельности. Топливо готовится непосредственно внутри цилиндра двигателя.
Процесс организации качественного смешивания жидкого топлива и воздуха с внутренним типом смесеобразования достаточно сложный. А производство судовых двигателей с внешним образованием смеси для топлива невозможно.
В случае с легким светлым топливом оно испаряется, а темное остается в виде жидкости.
Дизельные агрегаты, где смесь образуется внутри, распыление может быть объемным. В этом случае большая порция впрыскиваемой смеси направлена на стенки цилиндра, образуя пленку. Лишь небольшая часть смешивается с воздухом. Также существуют объемно-пленочные модели. Здесь одна часть порции горючего находится в объеме цилиндра, вторая же направлена на стенки цилиндра для создания пленки.
По камерам сгорания
Образец агрегата, где камера сгорания находится в поршне, – дизель 6XCG 18/22. Здесь для создания смеси и горения сделана одна камера. Она находится в головке на поршне. Камера соединяет напдпоршневое пространство, обеспечивая движение воздуха. В данной конструкции вихреобразование обеспечивается радиально-направленными воздушными потоками.
Если цилиндр размещен в головке на поршне, в крышке цилиндра или же между дном поршней, то такой агрегат называют ДВС с открытой камерой сгорания и непосредственной системой впрыска.
В некоторых моторах применяется предкамерный способ образования смеси. Здесь заложен принцип перепада давлений за счет частичного сгорания топливной смеси. В воздушно-камерных машинах применяется воздушна струя, которая создается в дополнительной воздушной камере во время такта сжатия.
По частоте вращения коленвала
По ГОСТ 10448-80 моторы можно разделить на пять основных групп. В первую входят агрегаты, где рабочий режим никак не контролируется, а вал вращается с частотой больше 1800 оборотов в минуту.
Вторая группа – безнаддувные моторы с частотой вращения коленвала от полутора тысяч и более. Третья группа включает в себя наддувные модели, где вал вращается с частотой от двух и более. Четвертая группа – частота вращения коленчатого вала от 250 об./мин до 1500 об./мин.
Пятая группа – двигатели, где коленчатый вал вращается на оборотах меньше 250 об./мин.
Характеристики четырёхтактных ДВС
Мощность судовых двигателей четырехтактного вида в среднем составляет 40 кВт. Они оснащены поддонами с дейдвудами, а приводные валы находятся над центральной камерой. Водяная помпа отсутствует. Некоторые модели оснащаются фиксаторами заднего хода. Иногда на отдельных модификациях имеются шестеренки для заднего хода.
Маломощные модели
Эти агрегаты чаще всего применяют с переходными коннекторами.
Моторы оснащены ручным стартером. Гребной вал установлен над поддоном. Существуют модификации, оснащенные нагнетателями. Фиксаторов заднего хода на большинстве моделей нет.
Модели средней мощности
Двигатели четырехтактные и двухтактные средней мощности чаще встречаются на судах, предназначенных для пассажирских перевозок. Модели отличаются по объему и количеству цилиндров.
Карбюраторы на таких моторах можно найти в задней части корпуса двигателя. На большинстве модификаций имеются фиксаторы для заднего хода. Вал может быть расположен над поддоном.
Модели оснащены ручным стартером.
Сверхмощные агрегаты
Эти ДВС производятся на базе распределительного вала. Характеристики судового двигателя такого плана очень высокие. Поэтому в модификациях имеется глушитель. Карбюраторные системы расположены около поддона. Частота вращения коленчатого вала в таких ДВС не выше 2,3 тысячи оборотов в минуту.
Двс с наддувом
Эти решения более подходят для установки на танкеры.
Стартер – ручной. Румпели находятся над струбциной и закреплены на распределительном валу. По объему моторы различаются. Стоит сказать, что двигатель может быть оснащен фиксаторами различного типа. Масло подается при помощи помпы.
Машины без наддува
Эти агрегаты подойдут для транспортных судов. Многие модели оснащены ручным стартером. Клапаны удерживают давление до 5,5 атм. Поддон изготавливается из стальных сплавов.
Некоторые модификации имеют фиксаторы для заднего хода и другие системы. Судовой двигатель имеет вал, расположенный за ведущей шестерней. Характеристики зависят от мощности.
Агрегаты такого плана оснащены охлаждающими системами.
Судовые моторы и их обслуживание
В отличие от автомобилей, где обслуживают мотор через определенный пробег, судовые силовые агрегаты обслуживают по моточасам. Существует несколько видов ТО. Первое техническое обслуживание нужно выполнять через 60-250 рабочих часов. В ходе ТО выполняют очистку и промывку фильтров, проверяют показатели масла, удаляют осадок из топливного и масляного баков, а также осматривают крепежи.
https://www.youtube.com/watch?v=MCL-kk8rs8Q\u0026t=316s
На втором техническом обслуживании, которое производится через 250-750 моточасов, выполняется проверка зазоров клапанов, надежность крепления фундаментных рам, коренных и шатунных подшипников, а также крышек цилиндров. Диагностируется качество распыления топлива, состояние насосов, компрессоров и другого навесного оборудования.
Все последующие операции включают в себя проверку состояния валов, охладителей, электрооборудования, поршневых колец, а также других важных систем. В каждом случае периодичность, а также порядок обслуживания судового двигателя устанавливается службами судового хозяйства или судоходными компаниями.
Типы судовых двигателей
В зависимости от назначения в народном хозяйстве применяют различные двигатели с теми или иными особенностями.
По этому признаку различают судовые двигатели, предназначенные для установки на судах или других плавсредствах.
Такие двигатели должны быть оборудованы в соответствии с требованиями Речного Регистра или Регистра России для привода судовых движителей или вспомогательных агрегатов.
Устанавливаемые на судах и плавсредствах двигатели делятся на главные и вспомогательные. Главным называют двигатель, являющийся источником энергии для выполнения основной задачи судна: у транспортных судов—приведение в действие судового, движителя, на судах и плавсредствах технического флота — перемещение грунта (у земснарядов), или перекачивание нефтепродуктов (у нефтестанций) и др.
Остальные судовые двигатели относят к вспомогательным. Они предназначены для привода электрогенераторов судовых электростанций, лебедок, компрессоров, насосов и других механизмов.
Устанавливаемые на тепловозах двигатели называют тепловозными.
Промышленные двигатели предназначены для использования на наземных стационарных или передвижных установках: электростанциях, насосно-перекачивающих или компрессорных станциях, холодильных установках рефрижераторов и т. д.
Широко распространены транспортные двигатели — автомобильные и тракторные. Измененные и приспособленные для работы в других условиях (например, в качестве судовых) такие двигатели получили название конверсионных.
По мощности
- Согласно классификации Центрального научно-исследовательского дизельного института (ЦНИДИ) двигатели по агрегатной мощности делят на 4 группы: менее 74 кВт — маломощные; 74—736 —
- средней мощности; более 736—7360— мощные; более 7360 кВт — сверхмощные.
- Мощность главных судовых двигателей серийных судов доходит до 1600 кВт.
По способу осуществления рабочего цикла. В зависимости от того за сколько ходов поршня происходит рабочий процесс в цилиндре, различают четырех и двухтактные двигатели Последние могут быть с прямоточной продувкой, когда чистку и заполнение цилиндра осуществляет осевой поток воздуха.
Впускные 1 и выпускные 2 органы расположены на противоположных концах цилиндра.
В некоторых двухтактных двигателях предусмотрена поперечная или контурная продувка. В этом случае продувочные потоки воздуха движутся в цилиндре по его контуру (рис. 7), совершая поворот у в. м. т. Продувочные 1 и выпускные 2 окна расположены в нижней части цилиндра на диаметрально противоположных его сторонах (рис. 7,а).
Двухтактный двигатель, у которого продувочные потоки воздуха сначала омывают днище поршня 3 (рис. 7,6), а затем, описав петлю, по контуру цилиндра направляются к выпускным окнам 2, расположенным над продувочными 1 на одной и той же стороне цилиндра, имеет петлевую продувку.
По характеру сгорания топлива
Как в двухтактных, так и в четырехтактных дизелях, работающих по циклу со смешанным сгоранием топлива, часть топлива сгорает при постоянном объеме (см. рис. 2, линия cz'), часть — при постоянном давлении (линия zz'). Существует цикл и со сгоранием топлива при постоянном объеме, когда все оно сгорает в момент нахождения поршня в в. м. т.
На рис. 8 изображены совмещенные диаграммы разных циклов. Следует оговориться, что для большей наглядности на диаграмме рис.
2 были не в соответствии с масштабом ординат раздвинуты линии всасывания а'а и выпуска r'r. В действительности разность давлений выпуска и впуска очень мала и в масштабе ординат, принятом на рис.
2, эти линии практически сливаются в одну вместе с линией ро, как, например, на рис. 8.
Нормальная диаграмма цикла со сгоранием при постоянном объеме (изохорный цикл) показана на рис. 8 сплошными линиями. На этой диаграмме r1a — линия всасывания; — линия сжатия; C1Z1 — линия сгорания; Z1b,— линия расширения; Ьа — линия свободного выпуска; аr1 слившаяся с r1а,—линия принудительного выпуска.
Коэффициент полезного действия (к. п. д) рабочего цикла теплового двигателя зависит от разности максимальной и минимальной температур рабочего тела (газа, пара) чем она больше, тем выше к. п. д.
В ДВС разность температур рабочего тела является функцией степени сжатия. Если сравнить циклы с одинаковыми степенями сжатия, то к. п. д. двигателей с изохорным циклом будет выше, чем к. п.
д двигателей со смешанным сгоранием
Положительное влияние повышения степени сжатия на к. п. д. заставляет стремиться к этому повышению. В двигателях с изохорным циклом такой путь труден, ибо связан со значительным ростом максимального давления цикла
Диаграмма r1ac1z1ba1r на рис. 8 построена для степени сжатия e1 = 7. Здесь же построены диаграммы r2ac2z2ba2r (тонкие линии) изохорного и r2ac2z3 z3bar(штрихи) смешанного циклов, соответствующие степени сжатия e2=14.
- Рис. 6 Конструктивные схемы прямоточной продувки двухтактных двигателей
Рис. 7 Типы поперечных и контурных продувок двухтактных двигателей
Рис. 8 Совмещенные диаграммы изохорного и смешанного циклов двигателей
Как видно из рисунка, при той же степени сжатия e2 максимальное давление рzз смешанного цикла будет ниже, чем давление рz2 изохорного. Значит, при смешанном цикле нагрузки на детали будут ниже, чем при изохорном, поэтому детали могут быть меньших размеров, а изготовлять их можно из более дешевых материалов.
Если сравнить смешанный и изохорный циклы при одинаковом их максимальном давлении (а в этом случае степень сжатия у изохорного будет меньше), то к п д двигателей смешанного цикла окажется выше. А отсюда и применимость циклов: двигатели низкого сжатия, например автомобильные, работают по изохорному циклу, двигатели высокого сжатия (дизели) — по смешанному.
Распространенность менее экономичных, чем дизели, двигателей низкого сжатия можно объяснить их надежностью, относительно простой конструкцией и меньшей шумностью в работе.
По способу воздухоснабжения цилиндров
- В зависимости от способа заполнения цилиндров воздухом — без повышения давления или под давлением выше атмосферного — различают соответственно двигатели без наддува и с наддувом При наддуве создается повышенное давление воздуха в конце процесса наполнения, в результате чего в том же объеме цилиндра будет заключена большая масса воздуха, что позволит сжечь большее количество топлива, впрыскиваемого за цикл, а значит, увеличить работу и мощность двигателя.
- Рис. 9 Схемы наддува двигателей
Для создания наддува четырехтактные двигатели оборудуют компрессорами, подающими к впускным клапанам воздух под давлением выше атмосферного у двухтактных двигателей с наддувом продувочный воздух поступает под более высоким давлением, чем у двигателей без наддува. Для этого, кроме продувочного насоса, двигатели снабжают дополнительным компрессором, причем иногда не одним.
Компрессор 4 (рис. 9, а), вырабатывающий наддувочный воздух, может быть приведен в движение от коленчатого вала с помощью повышающей передачи 5 Такой наддув называют механическим Нагнетаемый компрессором 4 воздух поступает по трубе 3 в наддувочный коллектор 2, а затем к впускным клапанам 1 цилиндров.
На механический наддув затрачивается часть полезной мощности двигателя и в результате снижает его экономичность, что особенно заметно при высоких давлениях наддува. Поэтому механический наддув широко не применяют На речном флоте встречается лишь один тип двигателя с механическим наддувом — двигатель М 400
Некоторые двигатели изготовляют с так называемым посторонним наддувом, когда наддувочный воздух предварительно сжимает компрессор, приводимый от независимого источника энергии. Наиболее часто применяют двигатели с газотурбинным наддувом.
В этом случае выпускные газы из цилиндров 1 (рис 9,6), поступающие в коллектор 2, а из него в корпус 3 газовой турбины, заставляют вращаться ротор 4, на одном валу с которым насажено рабочее колесо 5 компрессора.
Засасываемый из атмосферы воздух поступает под давлением в наддувочный коллектор 6, а оттуда в цилиндры при открытии впускных клапанов 7 При газотурбинном наддуве утилизируют энергию выпускных газов, которая в двигателях без наддува искусственно погашается в глушителе Правда, с введением турбины повышается сопротивление выпуску, т е. увеличивается затрата энергии на такт выпуска, но она меньше, чем при механическом наддуве, примерно в 3 раза. Поэтому газотурбинный наддув повышает экономичность работы двигателя.
В свою очередь различают газотурбинный наддув при постоянном давлении, когда выпускные газы из всех цилиндров поступают в общий выпускной коллектор, где вследствие большого объема выпускного коллектора давление газов перед турбиной близко к постоянному, а оттуда на лопатки газовой турбины, и импульсный.
Импульсный газотурбинный наддув применяют с целью лучшего использования энергии выпускных газов, для чего один или несколько выпускных трубопроводов с относительно малой площадью поперечного сечения соединяют цилиндры с неперекрывающимися фазами выпуска, в результате чего выпускные газы непрерывно поступают в турбину При импульсном наддуве используют и преобразователи импульсов.
В этом случае выпускные газы подводят к турбине через преобразователь импульсов, состоящий из ряда сужающихся сопел и смесителей, предназначенных для выравнивания давления и расхода выпускных газов. В двухтактных малогабаритных двигателях с импульсным наддувом обеспечивается постоянный газообмен в цилиндрах на всех режимах при одноступенчатом сжатии воздуха в турбокомпрессоре.
В двухтактных двигателях с контурными и прямоточными продувками применяют комбинированный наддув.
В зависимости от способа подключения приводных компрессоров или турбокомпрессоров, различают три схемы наддува, с последовательным, с паралелльным и с последовательно-параллельным подключением тех или других компрессоровю.
Кроме перечисленных разновидностей газотурбинного наддува возможен также динамический, или волновой, наддув, при котором инерция и колебательное движение потоков газа в процессах впуска и выпуска способствуют улучшению наполнения цилиндров.
Иногда двигатель оборудуют устройством — волновым обменником, в котором давление выпускных газов используют непосредственно для сжатия наддувочного воздуха (наддув тип а «Компрекс»).
По роду применяемого топлива. Большинство двигателей работает на жидком топливе. Двигатели жидкого топлива делят на 2группы светлого (бензины, керосины и др.) и темного (дизельное, моторное, газотурбинное и др ) топлива.
Двигатели, которые без конструктивных изменений могут работать на жидком топливе различных фракционных составов, называют многотопливными.
Кроме них, существуют двухтопливные двигатели, которые могут работать на жидком или газообразном топливе и во время работы по необходимости их можно переводить с топлива одного вида на другой.
На наземных установках распространены газовые и газожидкостные двигатели. В первых используют газообразное топливо, которое воспламеняется принудительно электрической искрой или самовоспламеняется от сжатия, как у дизелей, работающих на жидком топливе. Достоинство газовых двигателей — малая токсичность выпускных газов.
Газожидкостные двигатели работают с воспламенением от сжатия. Основное топливо — газообразное, а жидкое, в небольших количествах впрыскиваемое в цилиндр при подходе поршня к в.м.т., самовоспламеняется и поджигает основное газообразное топливо.
По способу воспламенения
В двигателях с внутренним смесеобразованием самовоспламенение смеси топлива и воздуха осуществляется благодаря высокой температуре в цилиндре, возникшей только в результате его сжатия В двигателях низкого сжатия самовоспламенение невозможно, поэтому в них предусмотрено принудительное зажигание топлива электрической искрой. Эти двигатели называют двигателями с искровым зажиганием в отличие от дизелей, называемых двигатели с самовоспламенением от сжатия.
Двигателестроительные заводы выпускают конвертируемые двигатели. Путем некоторых конструктивных изменений их можно преобразовать в двигатели с искровым зажиганием или в дизели.
По способу смесеобразования
В двигателях газовых и светлого жидкого топлива, как правило, предусматривают внешнее смесеобразование, т. е. в цилиндр поступает готовая горючая смесь топлива с воздухом. Эта смесь образуется в особом смесителе.
При использовании жидкого топлива смеситель называют карбюратором.
В двигателях с внутренним смесеобразованием воздух и топливо поступают в цилиндр раздельно, смешение их происходит внутри цилиндра. Организовать хорошее перемешивание топлива с воздухом при внутреннем смесеобразовании значительно труднее, чем при внешнем.
Создать двигатели с внешним смесеобразованием для темного топлива не удается: если легкое светлое топливо в процессе смешения с воздухом испаряется, то темное остается в жидкой фазе и выпадает из смеси по пути в цилиндр, оседая на стенках коллекторов и патрубков.
У дизелей с внутренним смесеобразованием распыливание топлива может быть объемное, когда большая часть впрыскиваемого топлива распределяется в воздушном заряде, занимающем объем камеры сгорания; пленочное — большая часть впрыскиваемого топлива направляется на стенки камеры сгорания, образуя на них тонкую пленку, и лишь незначительная часть распыливается и перемешивается с воздушным зарядом за период впрыскивания и объемнопленочное, когда одна часть впрыскиваемого топлива распределяется в объеме воздушного заряда, а другая направляется на стенки камеры сгорания, образуя на них пленку.
По типу камер сгорания
Формы камер сгорания, образованные поверхностями днищ поршней и крышек (головок) цилиндров, используемые для смесеобразования, бывают различными.
Образцом двигателя с камерой сгорания в поршне является дизель 6ЧСП 18/22, в котором для смесеобразования и сгорания используется камера в головке поршня, соединяющаяся с надпоршневым пространством горловиной с проходным сечением, обеспечивающим перетекание воздуха с малыми скоростями и небольшими перепадами давлений.
В такой конструкции организованное вихреобразование обеспечивается за счет радиально-направленных потоков воздуха, перетекающих из кольцевого надпоршневого пространства внутрь камеры, либо за счет тангенциально направленных потоков, образующихся во входных каналах головки.
Если камера сгорания размещена в головке поршня и в крышке (головке) цилиндра или между днищами поршней, такой двигатель называют двигателем с открытой камерой сгорания и непосредственным впрыскиванием топлива.
Для создания однородной топливновоздушной смеси при вихрекамерном спосрбе смесеобразования используют принцип вихревого движения воздуха в надпоршневом пространстве.
При пониженном давлении впрыскивания топлива и коэффициенте избытка воздуха это позволяет добиться более полного сгорания топлива в двигателях с небольшими диаметрами цилиндров (4Ч10,5/13).
В вихрекамерном двигателе смесеобразование и сгорание топлива в основном происходят в вихревой камере.
В некоторых конструкциях высокооборотных дизелей предусмотрен предкамерный способ смесеобразования.
В этом случае для смесеобразования используют перепад давлений, возникающий в результате предварительного частичного сгорания топлива, вводимого в предкамеру.
При таком способе смесеобразования камера сгорания состоит из предкамеры, расположенной в крышке цилиндра, и основной камеры, заключенной между днищами поршня и крышки.
У воздушно-камерных двигателей для смесеобразования используют струю воздуха, создаваемую в дополнительной части — воздушной камере во время процесса сжатия. Во время процесса расширения воздух из камеры вытекает. Распыливание и смесеобразование происходят вне воздушной камеры.
По частоте вращения коленчатого вала
- Согласно ГОСТ 10448—80 двигатели делят на 5 групп:
- I — рабочий режим при эксплуатации не контролируется, частота вращения коленчатого вала более 1800 мин-1;
- II—двигатели без наддува, частота вращения коленчатого вала 1500 мин-1 и более;
- III—двигатели с наддувом, частота вращения коленчатого вала 1500 мин-1 и более;
- IV — частота вращения от 250 мин-1 до 1500 мин-1;
- V — частота вращения менее 250 мин-1.
По быстроходности
- Тепловые и динамические напряжения в двигателе зависят от средней скорости поршня, которая является функцией частоты вращения коленчатого вала и хода поршня. Так как за один оборот вала поршень делает 2 хода, то можно записать
- cm = 2sn/60,
- где сm —- средняя скорость поршня, м/с; s — ход поршня, м,
- n — частота вращения коленчатого вала, мин-1
- После сокращений
- сm = sn/30
По скорости поршня
- Двигатели по значению средней скорости поршня Делят на 3 группы:
- сm
ПОИСК
I—IV — характеристики потребителя 1 — внешняя характеристика двигателя 2 — 4 — частичные характеристики двигателя [c.251]
Перед снятие.
м внешней характеристики двигатель должен пройти обкатку по режиму, предусматривающему постепенное повышение оборотов и нагрузки.
Общую продолжительность обкатки устанавливают до стабилизации внутренних потерь, притом в соответствии с указаниями ГОСТ 491-41 не менее 60 час.
[c.621]
| Фиг. 364. Внешняя. характеристика двигателя |  |
| Фиг. 8. Внешние характеристики двигателей а — ГАЗ-АА б —iM-l, |  |
Полное окружное усилие на ведущих колёсах автомобиля Р определяется по внешней характеристике двигателя, по стендовым
[c.6]
Внешняя характеристика двигателя получается при его стендовом испытании и даёт зависимость крутящего момента
[c.7]
На основании (21) и (22), имея внешнюю характеристику двигателя или
[c.7]
Как известно, момент двигателя внутреннего сгорания зависит от числа его оборотов. При повышении сопротивления на валу двигателя число оборотов снижается, а момент возрастает. Для изучения возникающих режимов работы необходимо рассмотреть внешнюю характеристику двигателя.
[c.200]
Так как положение точек пересечения А, В ш С парабол Л о гидротрансформатора с характеристикой Мдв двигателя зависит от коэффициента режима ф и ограничено рабочим диапазоном на внешней характеристике двигателя, то ясно, что заранее нельзя установить точное положение точки А (в вариантах / и 2). При решении этой задачи важно учесть различные обстоятельства и< рассчитать ряд вариантов, после чего следует проанализировать их путем сравнения соответствующих графиков, относящихся к заданным условиям работы, и выбрать наивыгоднейший вариант. [c.203]
Внешнее сопротивление трения 26 Внешняя характеристика двигателя 200
[c.315]
На фиг. 112 показан стенд [20] для испытания двигателей с дисковым гидротормозом Т-4, а на фиг. 113 — характеристика этого тормоза с внешними характеристиками двигателей,.
[c.206]
Современный автоматический регулятор скорости должен быть оборудован устройствами для дистанционного управления. Регуляторам скорости все чаще передаются и другие функции по обслуживанию двигателя.
В конструкцию регулятора включаются механизмы, которые устанавливают предельную нагрузку, контролируют давление масла в масляной системе двигателя, настраивают угол опережения впрыска, корректируют внешнюю характеристику двигателя и т. д.
Все это усложняет конструкцию регулятора, но одновременно облегчает настройку системы автоматизации в целом.
[c.3]
Многие конструкции автоматических регуляторов снабжаются устройствами, обеспечивающими возможность дистанционного управления. Все больше проявляется тенденция сосредоточения в автоматическом регуляторе двигателя по возможности большего количества различных автоматических приборов. Так, например, некоторые автоматические регуляторы, кроме поддержания заданного скоростного режима, имеют устройства по ограничению нагрузки, корректированию внешней характеристики двигателя, контролю давления в системе смазки, изменению угла опережения впрыска при изменении числа оборотов и по некоторым другим параметрам. Процесс сосредоточения автоматических приборов в одном агрегате будет, по-видимому, продолжаться и впредь. В предстоящие годы значительно возрастет степень автоматизации всех выпускаемых в Советском Союзе двигателей.
[c.26]
Кривая при I == 1 соответствует внешней характеристике двигателя.
[c.81]
НОЙ подачи топлива и одновременно корректирующим устройством внешней характеристики двигателя.
[c.177]
С ЭТОЙ целью рейка топливного насоса дополнительно перемещается в сторону увеличения подачи. Поэтому упор 11 рейки топливного насоса делается подвижным, а конец рейки 14 ступенчатым.
При неработающем двигателе пружина 18 регулятора прижимает рейку 14 к упору 11, который устанавливается на подачу топлива, соответствующую внешней характеристике двигателя, и фиксируется контргайкой 12.
При нажатии на кнопку 13 пружина 10 деформируется, упор и перемещается вверх и рейка при помощи пружины 18 получает дополнительное перемещение на величину уступа рейки, увеличивая подачу топлива. С началом работы двигателя диафрагма 17 перемещает рейку вправо и пружина 10 возвращает упор в исходное положение.
[c.188]
Eq — восстанавливающая сила при работе на внешней характеристике двигателя.
[c.317]
При смене скоростного режима двигателя, оборудованного таким регулятором, изменяются параметры, входящие в выражение (200), а также 0g и Е , относящиеся к внешней характеристике двигателя. В связи с этим на новом скоростном режиме при уже выбранном профиле лапки или тарелки прямолинейность регуляторной характеристики не сохраняется.
[c.320]
В левой части графика строим характеристику двигателя 1 в координатах М—rai (в данном случае построена внешняя характеристика двигателя тяжелого топлива со всережимным регулятором). Ось числа оборотов двигателя направлена влево.
От нуля вправо строим в том же масштабе шкалу числа оборотов ведомого вала гидромуфты. Момент на ведомом валу гидромуфты равен моменту на валу двигателя. При нагружении вала гидромуфты двигатель будет снижать обороты в соответствии с характеристикой.
Каждой величине момента на валу гидромуфты будег соответствовать определенное число оборотов двигателя. Таким образом, если, например, вал гидромуфты не нагружен, то вал двигателя станет вращаться с максимальным числом оборотов Пх. х соответствующим холостому ходу.
Характеристику гидромуфты строят при этих оборотах двигателя. При этом точкой совместной работы двигателя и гидромуфты на характеристике будет точка I.
[c.201]
На рис. 13 показана внешняя характеристика двигателя. На ней нанесены также штриховыми линиями две частичные характеристики
[c.26]
Если известна внешняя характеристика двигателя, то, зная-изменение крутящего момента в зависимости от числа оборотов,, можно определить величину силы, действующей на ведущих колесах автомобиля и вызывающей его движение. Эта си-ла равна сумме реакций со стороны дороги на действие окружных сил ведущих колес автомобиля в точках касания их с дорогой и называется тяговой силой Рк-
[c.57] Скоростная характеристика двигателя. Скоростной (внешней) характеристикой двигателя называют кривые, показывающие 14
[c.14]
Нередко требуют, чтобы в регуляторах постоянной скорости й всережимных, кроме основного механизма, заключались дополнительные устройства. Из них наиболее существенным является ограничитель нагрузки, препятствующий перемещению регулирующего органа двигателя в сторону увеличения мощности более определенного предела.
Этот предел может либо устанавливаться вручную, либо зависеть от положения рукоятки управления скоростью вращения, либо, наконец, зависеть от фактической скорости вращения двигателя, В двух последних случаях ограничитель изменяет внешнюю характеристику двигателя, что может преследовать две различные цели.
У автотранспортных двигателей ограничитель (часто -называемый корректором) увеличивает подачу топлива при малых скоростях вращения, улучшая тяговые качества.
Напротив, у крупных судовых дизелей ограничитель нередко уменьшает предельную подачу топлива при снижении скорости с целью предотвращения чрезмерно высоких давлений горения, вредно отражающихся на долговечности двигателя.
[c.11]
На фиг. 176 показаны сравнительные внешние характеристики двигателя
[c.136]
| Фиг. 200. Внешняя характеристика двигателя со струйным распыливанием |  |
На топливном насосе УТН-5 устанавливается регулятор, обеспечивающий во время пуска двигателя повышенную цикловую подачу топлива прн помощи пружины 16 обогатителя (рис. 136, б). При малой частоте вращения в процессе пуска сила пружины 16 достаточна, чтобы удерживать рейку насоса в положении максимальной подачи топлива. После пуска двигателя при определенной частоте вращения грузы 21 развивают силу, достаточную для деформации пружины 16 и перемещения рейки 13 в положение, соответствующее внешней характеристике двигателя.
[c.199]
Кривая при i = 1 соответствует внешней характеристике двигателя. [c.69]
Из сказанного следует, что любая точка плошади диаграммы между осью абсцисс и кривой внешней характеристики двигателя характеризует определенный рабочий режим двигателя и что, следовательно, эта площадь является геометрическим местом точек всех возможных рабочих режимов двигателя.
[c.64]
Внешняя характеристика двигателя — график изменения его эффективной мощности в зависимости от числа оборотов коленчатого вала при полной нагрузке, т. е. при максимальной подаче топлива или смеси-соответственно полной нагрузке двигателя (фиг. 4).
[c.37]
Внешняя характеристика двигателя может быть получена при испытании его на тормозном стенде с замером крутящего момента на валу двигателя. Эффективная мощность тогда подсчитывается по формуле
[c.39]
Внешняя характеристика двигателя с регулятором числа оборотов.
Двигатели многих грузовых автомобилей, тракторов, а также двигатели, предназначенные для освещения, электросварки, работы на комбайнах и для других специальных целей, снабжаются регуляторами нестолько в целях предохранения двигателя от разноса», сколько для получения небольшого изменения числа оборотов при резко меняющейся нагрузке.
[c.32]
Внешняя характеристика двигателя представлена на фиг. 13. Порядок работы цилиндров 1—6—2—5—8—3—7-4. Цилиндры чугунные, отлиты заодно с верхней частью картера, расположены вертикально в ряд. Нижний картер штампованный из листовой стали. Головка цилиндров съёмная, общая для всех цилиндров, чугунная.
Поршни алюминиевые, с двумя уплотнительными и одним маслосъёмным кольцами. Поршневые пальцы плавающего типа. Шатуны двутаврового сечения, стальные, имеют сверление для смазки поршневого пальца. Вкладыши шатунных подшипников тонкостенные, стальные, с баббитовой заливкой, взаимозаменяемые.
[c.
96]
При работе топливного насоса с подачей топлива < ( секкр что связано в основном с тем, что число оборотов топливного насоса меньше п кр. цикловая подача по внешней характеристике двигателя изменяется по мере роста так же, как в обычных топливных насосах с клапан-корректором [И ]. Если же подача топливного насоса (ветвь ВС), что соответствует режиму работы [c.226]
КОРРЕКТОР ВСЕРЕЖИМНОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО РЕГУЛЯТОРА — устр. для иамеяения внешне характеристики двигателя вн5треннего сгорания при перегрузках.
[c.142]
Работа регулятора и обеспечение его всережимности осуществляются следующим образом. При увеличении числа оборотов грузы 10 расходятся, муфта 11 перемещается влево, рычаг 14 поворачивается также влево относительно своей опоры—точки А (фиг. 102), так как он связан штырями с муфтой регулятора в точке В.
Точка С рычага, связанная с рейкой топливного насоса тягой 4, имеет два крайних положения С — крайнее правое положение, соответствующее максимальной подаче топлива (внешняя характеристика двигателя) и наступающее в момент соприкосновения винта 24 с призмой 23 (см. фиг.
101), и — левое положение, соответствующее минимальной подаче топлива при холостом ходе.
[c.128]
Глава III. Главные судовые двигатели
- Главными показателями, которые определяют технико-экономические качества судовых энергетических установок, являются: — малый вес и небольшие габариты при достаточной мощности, что способствует повышению скорости хода судна; — простота обслуживания и высокая экономичность; — живучесть и надежность в работе при различных внешних воздействиях; — быстрое изменение нагрузки главных машин и направления вращения гребных винтов (реверс); — быстрый пуск и развитие полной мощности в наиболее короткое время; — устойчивость работы главных машин при малой частоте вращения; — минимально возможная шумность и отсутствие вибраций корпуса при работе главных машин;
- — технологичность конструкции во время монтажа и ремонта установки.
Основные типы главных судовых энергетических установок, отвечающие указанным требованиям и применяемые в настоящее время на морских судах, были перечислены ранее в § 6, гл. I. Ниже приводятся основные характеристики каждой из этих установок.
Установки с двигателями внутреннего сгорания (ДВС). Современные установки такого типа отличаются высокой мощностью, надежностью в работе и экономичностью. Перспективным в применении этих установок на морских судах является использование для их работы тяжелых сортов топлива.
Строящиеся в настоящее время на отечественных заводах мощные дизельные установки (с агрегатной мощностью до 15000 квт) могут кратковременно (при пуске и реверсах) работать на дизельном топливе и длительно (в период рейса) — на тяжелом топливе.
Осваивается постройка еще более мощных дизелей — до 25 000 квт.
В зависимости от назначения и типа судна установки с ДВС могут быть реверсивными и нереверсивными. В первом случае они работают на гребной вал непосредственно или через какую-либо передачу (зубчатую, гидравлическую и др.).
Нереверсивные установки имеют или специальные реверсивные муфты, или передают энергию непосредственно на гребной вал, имеющий винт регулируемого шага (ВРШ), или приводят в движение электрогенераторы, питающие током гребные электродвигатели.
Паротурбинные установки. Такие установки могут обладать неограниченной мощностью; их применяют исключительно на крупных морских судах.
Современная паротурбинная установка имеет мощность 150 000 квт и более при частоте вращения ротора до 12 000 об/мин и в то же время отличается относительно малыми габаритами и небольшим удельным весом, т. е.
весом установки, приходящимся на единицу мощности.
В отличие от ДВС основные подвижные детали паротурбинной установки совершают вращательное движение, что создает возможность их полного уравновешивания, обеспечивает плавность работы и исключает вибрацию. Кроме того, отсутствие поступательно движущихся трущихся частей позволяет снизить потери энергии на трение, а следовательно, повысить механический к. п. д. установки.
Однако применение паротурбинных установок на морских судах ограничивается рядом недостатков, свойственных этим установкам. Для работы паровых турбин необходим пар, поэтому на судне устанавливают громоздкие и тяжелые паровые котлы со всеми обслуживающими их вспомогательными механизмами и трубопроводами.
С целью уменьшения высокой частоты вращения турбин до приемлемой для работы гребных винтов (75—250 об/мин) между турбинами и гребным валом размещают понижающую зубчатую (редукторную) передачу.
Для обеспечения обратного направления вращения гребного винта в один из корпусов турбин встраивают турбину заднего хода или применяют специальное реверсивное устройство. Все это утяжеляет турбинную установку, делает ее громоздкой и снижает механический к. п. д.
Кроме того, большой расход пара при работе турбины на малых режимах и при реверсах делает нерентабельным их применение для судов с малой мощностью энергетической установки (менее 5000 квт).
Газотурбинные установки. Развитие газотурбинных установок (ГТУ) началось в послевоенный период. Особенно широкое распространение получили газотурбинные установки со свободно-поршневыми генераторами газа (СГТГГ), сочетающие в себе положительные качества ДВС (высокая экономичность) и газовой турбины (малый удельный вес).
Современные ГТУ обладают мощностью до 20 000 квт при частоте вращения ротора турбин до 6000 об/мин. Они отличаются быстротой пуска, надежностью в работе, простотой в изготовлении и обслуживании.
Отсутствие громоздкой котельной установки, тяжелых паропроводов и конденсатора и сравнительно малые габариты ГТУ позволяют сократить и рационально использовать объем машинного отделения, увеличить объем трюмов и полезную грузоподъемность судна.
Благодаря полной уравновешенности движущихся частей у газовой турбины и генераторов газа они не передают вибрацию корпусу судна и потому могут устанавливаться на облегченном фундаменте.
Газовые турбины и генераторы газа более просты по конструкции, чем дизельные установки, не требуют специального обслуживания и вскрытия в течение навигации, а их профилактический осмотр можно проводить во время рейса без существенного снижения скорости хода судна.
Ядерные энергетические установки. Значительные успехи, достигнутые в области ядерной энергетики, позволили создать судовые ядерные энергетические установки (ЯЭУ), применяемые в настоящее время на судах транспортного и военно-морского флота. Одним из преимуществ ЯЭУ перед другими типами установок является высокая концентрация энергии в ядерном горючем.
Наряду с несомненными преимуществами ЯЭУ имеют и ряд недостатков, связанных с необходимостью ограждения активной зоны ЯЭУ специальной биологической защитой, имеющей значительные вес и габариты, а также применения автоматизации и дистанционного управления механизмами, находящимися внутри этой защиты. Все это усложняет установку и повышает требования к надежности ее работы. Кроме того, стоимость постройки и эксплуатации атомных судов выше, чем обычных судов морского флота.
Рассмотренные судовые энергетические установки наиболее распространены в морском судостроении. На судах старой постройки еще встречаются установки с паровыми поршневыми машинами.
Несмотря на простоту и надежность в эксплуатации, а также довольно значительный срок службы (40—50 лет и более), они громоздки, маломощны и малоэкономичны. На вновь строящихся судах такие установки применения не находят. В табл.
1 приведены основные характеристики современных судовых энергетических установок.
| Характеристика | Главные двигатели | ||
| внутреннего сгорания (тихоходные дизели) | паротурбинные | газотурбинные | |
| Мощность одного агрегата (наибольшая), л. с. | 25 000 | 150 000 | 25 000 |
| Частота вращения (наибольшая), об/мин | 110—225 | До 10 000 | До 5000 |
| Удельный вес агрегата, кг/л. с. | 30—50 | 14—16 | 12—18 |
| Применяемое топливо | Тяжелое дизельное, котельный мазут | Топочный мазут | Флотский мазут |
| Время перемены хода (реверс), с | 5—15 | 20—25 | 15—20 |
| Время приготовления установки к действию, мин | 2—30 | 20—180 | 10—30 |
| Мощность на заднем ходу в процентах от мощности переднего хода | 80—95 | 35—40 | 60—70 |
| Эффективный к. п. д. установки (наибольший), % | 35—40 | 23—27 | 29—36 |
Загрузка...
