Фактические циклы судовых дизельных двигателей

ЛЕКЦИЯ № 12

МДК.01.01. Основы эксплуатации, технического обслуживания и ремонта судового энергетического оборудования

(Судовые двигатели внутреннего сгорания)

Тема: Действительные циклы работы дизельных двигателей.

Учебные вопросы:

1. Фактические циклы судовых дизельных двигателей

2. Сравнение эффективности 2-х и 4-х тактных двигателей

Выводы, ответы на вопросы, задание на самостоятельную подготовку

СОДЕРЖАНИЕ ЛЕКЦИИ

Вступление

Фактический цикл (Actual cycle). Фактический цикл или рабочий цикл (в русскоязычной литературе) судовых дизельных двигателей (Marine diesel engines) может быть четырехтактным или двухтактным.

Фактические циклы судовых дизельных двигателей

1.1 Четырехтактный цикл (Four stroke cycle)

Четырехтактный цикл осуществляется за четыре такта или хода поршня (in four strokes) и два оборота кривошипа (two crank revolutions).

Рис. 1. Четырехтактный цикл дизельного двигателя

А. Такт сжатия (Compression stroke)

Поршень (piston) перемещается вверх от нижней мертвой точки НМТ (BDC — bottom dead centre) до верхней мертвой точки ВМТ (TDC — top dead centre). Впускной и выпускной клапаны (Inlet and exhaust valves) закрыты (closed) — поэтому поступивший для сгорания воздух (combustion air) сжимается. Сжатие воздуха приводит к увеличению его температуры (increase in temperature) – поэтому впрыснутое в положении за несколько градусов кривошипа (several crank degrees) до ВМТ топливо воспламеняется от высокой температуры (high temperature) сжатого заряда свежего воздуха (compressed charge). Топливо впрыскивается в цилиндр двигателя (cylinder) через топливную форсунку (fuel injector). Таким образом, в конце (At the end of) хода сжатия начинается процесс сгорания (combustion) или окисления топлива в свежем заряде воздуха.

B. Рабочий такт(Power stroke)

Сгорание топливовоздушной смеси продолжается в течение значительного угла поворота коленчатого вала (considerable crank angle) после верхней мертвой точки (ВМТ). В это время продукты сгорания расширяются (combustion gases expand) и выполняют работу (perform work) вынуждая поршень двигаться вниз (piston forcing it down) к нижней мертвой точке (НМТ). В конце рабочего хода открывается выпускной клапан (exhaust valve opens), таким образом (thereby), выпуская (releasing) отработавшие газы из цилиндра в выпускной коллектор (exhaust manifold).

C. Такт выпуска(Exhaust stroke)

Поршень перемещается (piston) вверх от нижней мертвой точки НМТ (BDC — bottom dead centre) до верхней мертвой точки ВМТ (TDC — top dead centre). Выпускной клапан открыт (exhaust valve is open) и оставшаяся часть продуктов сгорания (the rest of the combustion gases) вытесняется из цилиндра (forced out of the cylinder) движением поршня вверх (upward stroke of the piston). В районе ВМТ отработавшие газы, которые остались в объеме камеры сгорания (clearance volume), рассеиваются (dispelled) во время процесса продувки (scavenging process) цилиндра. Процессом продувки называется положение поршня в ВМТ, при котором одновременно (at the same time) открыты оба (both are open) клапана – и впускной и выпускной. Так называемый период перекрытия клапанов (overlap period) происходит вследствие того, что впускной клапан открывается с опережением (opened early) ранее ВМТ, а выпускной закрывается с запозданием (closed late) после ВМТ.

D. Такт впуска (Intake stroke)

Поршень перемещается (piston) вниз от верхней мертвой точки ВМТ (TDC — top dead centre) до нижней мертвой точки НМТ (BDC — bottom dead centre). Впускной клапан открыт (inlet valve is open), а выпускной клапан закрыт (valve closed), в результате чего происходит заполнение цилиндра (cylinder fills) свежим зарядом воздуха (charge of fresh air).

Таким образом, такой цикл осуществляется за четыре такта (takes four strokes), из которых лишь один является полезным (only one of them is useful) – рабочий ход (only one of them is useful). Т.е. один полезный ход поршня или такт (useful stroke) на каждые два оборота коленчатого вала (every two crank revolutions).

1.2 Двухтактный цикл(Two stroke cycle)

Двухтактный цикл осуществляется за два такта или хода поршня (in two strokes) и один оборот кривошипа (one crank revolution).

Главным отличием (main difference) двухтактного цикла от четырехтактного цикла является то, что процесс заполнения цилиндра свежим зарядом воздуха (charging) и выпуск отработанных газов (exhaust) происходят (take place) не в результате действия поршня (piston enforcing the process).

A. Ход сжатия (Compression stroke)

Впускные окна (inlet ports) и выпускной клапан (exhaust valve) закрыты (closed), в результате чего воздушный объем (volume of air) заперт (trapped) в цилиндре двигателя. Поршень перемещается вверх из нижней мертвой точки НМТ (BDC — bottom dead centre) к верхней мертвой точке ВМТ (TDC — top dead centre), тем самым сжимая (compressing) воздух для горения (combustion air). Это приводит к повышению его температуры (causing a temperature rise), которая является достаточной для самовоспламенения топлива (ignite the fuel). Топливо впрыскивается в цилиндр через топливную форсунку за несколько градусов до ВМТ (several degrees before TDC). Таким образом, в конце такта сжатия начинается (started) горение топлива (combustion).

Читать еще: Что такое холостой режим работы двигателя

B. Рабочий ход (Power stroke)

Продолжается сгорание топлива. Продукты сгорания расширяясь (combustion gases expand) оказывают давление (perform work) на поршень, вынуждая его (piston forcing) двигаться вниз (down) от верхней мертвой точки (TDC) к нижней мертвой точке (BDC). В конце процесса расширения (expansion) открывается выпускной клапан (exhaust valve opens).

Рис. 2. Двухтактный цикл дизельного двигателя с прямоточной системой продувки

C. Выпуск (Exhaust) отработанных газов

Продукты сгорания (combustion gases) выпускаются (blow down) из цилиндра в выпускной коллектор (to manifold pressure). К моменту открытия впускных окон (inlet ports are open) давление в цилиндре снизится (cylinder pressure) ниже давления продувочного воздуха (scavenging air) и начнется продувка цилиндра (scavenging starts).

D. Продувка (Scavenging) цилиндра

Продувка цилиндра начинается во время движения поршня вниз (piston moved downward), а заканчивается во время его движения вверх (piston moves upward). Во время продувки цилиндра открыты и впускные окна (inlet ports) и выпускной клапан (piston moves upward). Свежий воздух (fresh air) или продувочный воздух (scavenging air) вдувается (enters) в цилиндр и выдавливает отработанные газы (forcing the exhaust gases out). Для эффективной продувки необходимо воздух для продувки предварительно сжать (pre-compress) с помощью компрессора продувочного воздуха (scavenging air compressor) или компрессора системы газотурбонаддува (compressor of the turbocharging system).

В результате, процессы рабочего хода (В) и выпуска (С) происходят (take place) в один такт (in one stroke), а процессы сжатия (А) и продувки (D) в другой такт (in another).

Таким образом, один рабочий ход (one power stroke) происходит каждые два хода поршня (every two strokes) или при каждом повороте коленчатого вала (every one crank revolution).

Конструкция, состав судовых двигателей внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — это тепловая машина, внутри цилиндра которой происходит сгорание топлива. При сгорании выделяется теплота, идущая на расширение, газов. Под давлением расширяющихся газов движется поршень. Таким образом в ДВС тепловая энергия превращается в механическую.

Судовые ДВС классифицируются по ряду признаков. Для работы двигателя необходимо обеспечить определенную последовательность процессов: наполнение цилиндра воздухом, сжатие его, подачу топлива и горение, расширение продуктов сгорания и удаление отработавших газов. Этот ряд последовательно протекающих в цилиндре процессов, обеспечивающих непрерывную работу двигателя, называется рабочим циклом. Часть рабочего цикла, протекающая за один ход поршня, называется тактом.

Таким образом, по осуществлению рабочего цикла двигатели подразделяются на четырехтактные, у которых рабочий цикл совершается за четыре хода поршня или за два оборота коленчатого вала, и двухтактные, у которых рабочий цикл осуществляется за два хода поршня или один оборот коленчатого вала.

По конструктивному выполнению двигатели подразделяются на тронковые, крейцкопфные и с противоположно движущимися поршнями (ПДП) в одном цилиндре.

Во время работы двигателя при сгорании топлива в цилиндре на поршень действует давление газов. Его можно представить в виде сосредоточенной силы Р (рис. 1, а), приложенной к оси поршневого пальца и направленной вниз. При повороте коленчатого вала на некоторый угол сила Р раскладывается по правилу параллелограмма на две силы: РШ, действующую вдоль оси шатуна и приводящую в движение коленчатый вал, и РН, действующую перпендикулярно направлению движения поршня. Сила РН прижимает поршень к стенке цилиндра и вызывает усиленный износ поршней и стенок цилиндров.

В состав малооборотного двухтактного крейцкопфного двигателя входят:

1. Фундаментная рама

3. Коленчатый вал

5. Крейцкопф с ползуном

8. Механизм газораспределения

10. Выхлопной трубопровод

По такой схеме выполняются высокооборотные и среднеоборотные двигатели, называемые тронковыми (поршень у них имеет развитую нижнюю цилиндрическую часть — тронк).

Читать еще: Эбн низкого давления для карбюраторных двигателей

У двигателей с ПДП топливо сгорает в камере, расположенной между двумя поршнями 1, которые работают в одном цилиндре и движутся в противоположные стороны. Такой двигатель имеет два коленчатых вала 2.

В зависимости от расположения цилиндров двигатели бывают однорядные с вертикальным расположением цилиндров и V-образные, оппозитные.

По способу наполнения цилиндра свежим зарядом различают:

двигатели без наддува (рис. 2, в), у которых всасывание воздуха через клапан осуществляется поршнем или заполнение цилиндра воздухом производится продувочным насосом при невысоком давлении, незначительно превышающем атмосферное;

двигатели с наддувом,двигатели, у которых топливо впрыскивается в рабочий цилиндр под давлением, создаваемым специальным насосом (воздуходувкой).

По способу воспламенения горючей смеси в цилиндре различают:

двигатели, у которых топливо впрыскивается в рабочий цилиндр через специальное устройство (форсунку) под действием давления, создаваемого топливным насосом; оно мелко распыливается, смешивается в цилиндре с воздухом, сильно разогретым в результате сжатия, и самовоспламеняется (это дизели);

карбюраторные двигатели, т. е. такие двигатели, у которых топливо перемешивается с воздухом не в цилиндре, а в особом приборе — карбюраторе, из которого горючая смесь подается в цилиндр двигателя и воспламеняется там от электрической искры, получаемой от специальной системы.

По частоте вращения двигатели подразделяют на

малооборотные (МОД) — 10. 25 с-1 (100. 250 об/мин),

среднеоборотные (СОД) — 25. 60 с-1 (250. 600 об/мин),

высокооборотные — свыше 1000 с-1 (10 000 об/мин).

По назначению двигатели бывают главными, которые обеспечивают ход судна, приводят в движение гребные винты, и вспомогательными, служащими для привода электрогенераторов, компрессоров и других вспомогательных механизмов.

По способу изменения направления вращения вала двигатели подразделяют на реверсивные и нереверсивные. Передний и задний ход при гребном винте фиксированного шага может быть достигнут изменением направления вращения гребного винта. Для обеспечения заднего хода гребному винту можно придать вращение в обратную сторону двумя способами: либо изменить направление вращения коленчатого вала двигателя, либо только гребного.

В реверсивных двигателях можно изменить направление вращения коленчатого вала. Мощность этих двигателей, как правило, большая.

Коленчатые валы нереверсивных двигателей вращаются только в одном направлении. У быстроходных и маломощных нереверсивных двигателей направление вращения гребного винта изменяют с помощью реверсивной передачи, устанавливаемой между двигателем и валопроводом.

Дата добавления: 2018-02-28 ; просмотров: 341 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Классификация судовых ДВС и основные определения

Двигатели внутреннего сгорания можно классифицировать по следующим основным признакам:

по способу осуществления рабочего цикла:

— четырехтактные, у которых цикл совершается за четыре последовательных хода поршня (за два оборота коленчатого вала), и

— двухтактные, у которых цикл осуществляется за два последовательных хода поршня (за один оборот коленчатого вала);

по способу действия:

— простого действия (рабочий цикл совершается только в одной полости цилиндра),

— двойного действия (рабочий цикл совершается в двух полостях цилиндра над и под поршнем) и

— с противоположно движущимися поршнями (в каждом цилиндре двигателя имеется два механически связанных поршня, движущихся в противоположных направлениях, с помещенным между ними рабочим телом);

по роду применяемого топлива:

— на жидком топливе (дизельное топливо, тяжёлое топливо);

— газовые (сжиженный газ, природный газ). В газовом двигателе небольшое количество жидкого топлива может подаваться в качестве запального, т. е. для воспламенения;

по способу наполнения цилиндра:

— без наддува, когда цилиндр наполняется воздухом (или горючей смесью) всасывающим ходом поршня,

— с наддувом, когда наполнение цилиндра осуществляется специальным компрессором;

по способу смесеобразования:

— с внутренним смесеобразованием, когда топливовоздушная смесь образуется внутри цилиндра (дизели),

— с внешним смесеобразованием, когда эта смесь приготовляется до ее подачи в рабочий цилиндр (карбюраторные и газовые двигатели с искровым зажиганием);

по способу воспламенения топлива:

— с воспламенением от сжатия (дизели),

— с искровым зажиганием (карбюраторные и газовые);

по расположению цилиндров:

— однорядные;

— звездообразные и т. п.

по конструктивному исполнению кривошипно-шатунного механизма (КШМ):

— тронковые, у которых направляющей является тронковая часть поршня, передающая его боковое (нормальное) давление на стенки цилиндра;

— крейцкопфные, у которых направляющей поршня служит ползун крейцкопфа, перемещающийся по параллелям;

по изменению направления вращения коленчатого вала:

— нереверсивные, имеющие одно постоянное направление вращения вала;

— реверсивные, у которых направление вращения изменяется реверсивным устройством, изменяющим фазы газораспределения (главные судовые дизели, с прямой передачей на ВФШ);

по частоте вращения коленчатого вала:

Читать еще: В чем разница между двигателями tdi и cdi

— малооборотные (МОД) (n до 350 мин -1 ),

— среднеоборотные (СОД) (n от 350 до 1000 мин -1 ),

— высокооборотные (ВОД) (n более 1000 мин -1 );

по назначению:

— главные, предназначенные для приведения в действие движителей и/или оборудования, обеспечивающего основное назначения судна,

— вспомогательные, это первичные двигатели судовых генераторов тока, двигатели привода грузовых, пожарных насосов и т. д.;

Существуют и другие признаки, по которым классифицируют ДВС.

Основными определениями, которые относятся ко всем ДВС, являются:

— верхняя и нижняя мертвые точки (ВМТ и НМТ), соответствующие верхнему и нижнему крайнему положению поршня в цилиндре (в вертикальном двигателе);

— ход поршня, т. е. расстояние при перемещении поршня из одного крайнего положения в другое;

— объем камеры сгорания (или сжатия), соответствующий объему полости цилиндра при нахождении поршня в ВМТ;

— рабочий объем цилиндра, который описан поршнем при его ходе между мертвыми точками;

— такт – часть рабочего цикла, при которой поршень перемещается из одного крайнего положения в другое.

Маркировка судовых дизелей

Марки дают представление об основных размерах и конструктивных особенностях судовых дизелей.

Условные обозначения дизелей по ГОСТ 10150-88 должны состоять из букв и чисел, которые обозначают:

ДД — двухтактный двойного действия;

С — с реверсивной муфтой;

П — с редукторной передачей;

Число перед буквами означает число цилиндров; число над чертой — диаметр цилиндра в сантиметрах; число под чертой — ход поршня в сантиметрах. Отсутствие в условном обозначении буквы К указывает, что дизель тронковый, буквы Р — дизель нереверсивный.

Пример условного обозначения:

дизель двенадцати-цилиндровый, четырехтактный, с наддувом, с реверсивной муфтой, с редукторной передачей, с диаметром цилиндра 18 см и ходом поршня 20 см;

дизель девятицилиндровый, двухтактный, крейцкопфный, реверсивный, с наддувом, с диаметром цилиндра 80 см, ходом поршня 160 см.

Большинство фирм производителей дизелей используют собственные системы условных обозначений.

Статьи

Судовые дизельные двигатели

Первые судовые двигатели внутреннего сгорания (ДВС) появились в начале XX века. Датское судно «Зеландия», построенное в 1912 г, имело дизельную установку с 2 дизелями мощностью по 147,2 кВт. В настоящее время основную часть устанавливаемых на судах главных энергетических установок составляют ДВС.

Большинство современных коммерческих и гражданских судов оборудуются энергетическими установками (главными и вспомогательными). Преобладающее распространение получили двигатели внутреннего сгорания (ДВС), которые работают на дизельном топливе.

Принцип работы дизельного двигателя основан на преобразовании тепловой энергии (она формируется вследствие самовоспламенения и сгорания топливо-воздушной смеси) в механическую работу с последующей ее передачей потребителям (гребному винту, электрическому генератору, другим, в зависимости от конструкционной схемы и установленного оборудования).

Судовой двигатель входит в состав судовой энергетической установки. Судовые двигатели делят на главные (обеспечивающие движение судна) и вспомогательные (для привода электрогенераторов, насосов, вентиляторов и т. п.). В качестве судового двигателя используют ДВС, паровые и газовые турбины.

Основные характеристики судовых двигателей:

Чаще всего на судах используются ДВС – судовые дизели, обладающие наибольшей экономичностью из всех типов судовых двигателей.

ООО «Промышленные компоненты КАМАЗ» реализует судовые дизельные и газовые двигатели, производимые ООО «КАМАЗ ВЕЙЧАЙ» – совместным предприятием ПАО «КАМАЗ» и корпорацией Weichai Power Co., Ltd (Китай), расположенным на производственных площадях Тутаевского моторного завода (Ярославская область). В 2020 году запущено серийное производство линейки двигателей мощностью от 350 до 1800 кВт и рабочим объемом от 19 до 53 литров.
Нашим генеральным партнером в проектах для судостроительной отрасли, также реализующим двигатели KAMAZ-WEICHAI, является компания ООО ТПО «Кронштадт», осуществляющая поставку, пусконаладку и гарантийное и сервисное обслуживание судовых двигателей линейки Baudouin.

Судовые дизельные и газовые двигатели KAMAZ-WEICHAI имеют необходимые сертификаты Российского речного и морского регистров и призваны удовлетворить спрос со стороны отечественных предприятий судостроительной отрасли, соответствуя техническим требованиям и эксплуатационным характеристикам.

Купить судовой дизельный двигатель KAMAZ-WEICHAI стоит по целому ряду причин. Среди них основные – надежность, продуманность конструкционных решений, высокая энергетическая эффективность и экономичность. Среди других преимуществ отметим:

• долговечность эксплуатации;
• простое обслуживание;
• высокие рабочие характеристики.

голоса

Рейтинг статьи