Сравнение двух- и четырехтактных дизелей.

У двухтактных двигателей рабочий цикл совершается в 2 раза быстрее, поэтому при тех же размерах, одинаковых числе цилиндров и частоте вращения мощность их теоретически должна быть в 2 раза больше мощности четырехтактных. Практически же мощность двухтактных двигателей превышает мощность четырехтактных примерно на 70—80%, так как часть хода поршня (10—25%) занята выпускными и продувочными окнами, в результате чего рабочий объем цилиндра меньше. Кроме того, 6—10% мощности затрачивается на привод продувочного насоса.

Вследствие большей мощности двухтактного двигателя вес, приходящийся на единицу мощности, у него при прочих равных условиях меньше, чем у четырехтактного. Ввиду того, что число рабочих ходов в единицу времени у двухтактных двигателей в 2 раза больше, у них обеспечивается лучшая равномерность вращения коленчатого вала. Чтобы добиться одинаковой равномерности вращения, четырехтактный двигатель должен быть снабжен маховиком больших размеров, чем 2 двухтактный.

Пусковые качества двухтактного двигателя выше четырехтактного. Для пуска двигателя в ход сжатым воздухом при любом положении коленчатого вала необходимо, чтобы один из пусковых клапанов был открыт, у двухтактных двигателей это достигается при числе цилиндров не менее четырех, у четырехтактных — не менее шести. Если число цилиндров менее указанного, то при остановке двигателя коленчатый вал может занять непусковое положение и перед пуском двигателя его нужно проворачивать вручную.

Двухтактные двигатели с продувкой через окна имеют более простую конструкцию, так как у них нет впускных и выпускных клапанов и приводов к последним. Упрощение конструкции в некоторой степени облегчает уход за двигателем.

Преимуществом двухтактного двигателя является и то, что сила, возникающая от давления газов на поршень двухтактного двигателя (простого действия), не изменяет своего направления, вследствие чего подшипники шатуна не подвергаются знакопеременной нагрузке.

К недостатку двухтактных двигателей относится большая тепловая нагрузка цилиндра и поршня. Величина ее превышает в 1,7–1,8 раза тепловую нагрузку четырехтактных двигателей, так как у двухтактных рабочий цикл совершается в 2 раза быстрее. Для обеспечения нормальной работы поршни двухтактных двигателей с диаметром цилиндра 250 – 300 мм и более и четырехтактных диаметром цилиндра 400—450 мм изготовляются с охлаждением.

У двухтактных двигателей малых мощностей, особенно быстроходных, удельный эффективный расход топлива несколько больший, чем у четырехтактных, что объясняется недостаточной очисткой цилиндров от отработавших газов. Экономичность двухтактных и четырехтактных двигателей средних и больших мощностей примерно одинакова. Однако некоторые четырехтактные двигатели с высоким наддувом расходуют топлива меньше за счет использования наивыгоднейших моментов открытия и закрытия клапанов.

На основании сравнения рассмотренных преимуществ и недостатков можно сделать вывод, что для силовых установок больших мощностей, примерно с 2900 – 3700 кВт (4000 – 5000 л.с.) на один агрегат, предпочтение следует отдавать двухтактным двигателям. На речном флоте наибольшее распространение получили четырехтактные двигатели, а на судах морского флота, где агрегатная мощность выше, – двухтактные.

Детали остова

Фундаментная рама.

Фундаментная рама является основание двигателя. Она воспринимает его массу, усилия от давления газов и инерционные усилия, передаваемые на раму движущимися деталями. В фундаментной раме укладывается коленчатый вал, вращающийся в рамовых подшипниках. Она делается прочной и крепится к судовому фундаменту судна.

По конструктивному исполнению фундаментные рамы могут быть литыми из чугуна (СЧ 18-36, СЧ 21-40) или сварными из стали. Длинные рамы многоцилиндровых двигателей для удобства монтажа делают из нескольких частей,

Фундаментная рама должна обладать большой жесткостью: прогиб ее приводит к искривлению оси коленчатого вала и, следовательно, к общему нарушению центровки кривошипно-шатунного механизма. Поэтому ее изготовляют в виде массивной детали корытообразной формы (Рис. 2.4, а). Вдоль рамы с обеих сторон имеются полки 4, которыми она крепится к фундаменту. Полки снабжены ребрами жесткости 6 и отверстиями 7 для болтов крепления рамы к фундаменту. На верхнюю плоскость 10 рамы устанавливается станина.

Продольная жесткость рамы обеспечивается высокими стенками 5. Они связаны между собой поперечными перегородками 3, которые делят раму на ряд отсеков, расположенных под цилиндрами. Поперечные перегородки имеют постели 12 для рамовых подшипников 11.

Рис. 2.4 Фундаментные рамы

а) 1 – патрубок отвода масла, 2 – отверстия для перетекания масла, 3 – поперечные перегородки, 4 – полки для крепления к фундаменту, 5 – стенка рамы, 6 – ребра жесткости, 7 – отверстия для крепления рамы к фундаменту, 8 – полка судового фундамента, 9 – отжимной винт, 10 – плоскость установки станины, 11 – рамовый подшипник, 12 – постель для рамового подшипника.

б) 1 – легкий сварной поддон, 2 – винт, 3 – прокладка, 4 – маслоуспокоительная сетка.

1 – поперечные балки, 2 – гнезда для анкерных связей, 3 – стулья вкладышей рамовых подшипников.

Во время работы двигателя с движущихся деталей и из подшипников в раму стекает масло. Оно собирается в поддоне рамы, через отверстия 2 перегородок 3 перетекает из одного отсека в другой и с торца рамы через патрубок 1 отводится для повторного использования. В некоторых случаях фундаментная рама является резервуаром для хранения запаса масла. Емкость поддона при этом должна быть увеличенной, и для облегчения рамы его делают отъемным. Так, у двигателей ДР 30/50 (Рис. 2.4, б) к фундаментной раме снизу винтами 2 крепится легкий сварной поддон 1. Между поддоном и рамой ставится прокладка 3. Над поддоном установлена маслоуспокоительная сетка 4, препятствующая образованию поверхностной пены при сбрасывании масла с движущихся деталей. Образование пены ускоряет старение масла.

К характерным повреждениям фундаментных рам дизелей относятся: деформации, трещины, задиры рамовых подшипников.

Деформация рамы возможна при касании судном грунта и после докового ремонта из-за перегрузок на киль-блоках, проявления сварочных напряжений, приводящих к остаточным деформациям корпуса. По выходе из дока рекомендуется проверить раскепы вала, их изменение покажет возникновение деформации рамы. Продольный изгиб рамы вызывает увеличение вертикальных раскепов вала в сторону отрицательных значений. Деформацию рамы также обнаруживается по перегреву и неудовлетворительной работе рамовых подшипников, подшипников валопровода.

К изгибу рамы может привести упругая деформация корпуса судна вследствие его неправильной загрузки, при плавании в условиях сильного волнения. Следствием деформации судна может явиться вытяжка некоторых болтов крепления рамы к фундаменту и ее отрыв от клиньев. В свою очередь, неравномерный затяг или ослабления затяга отдельных фундаментных болтов, анкерных связей способствует образованию трещин в рамах.

Уменьшение усилий прижатия рамы к фундаментным клиньям снижает жесткость их соединения и сопровождается периодическими перемещениями (подвижками) рамы относительно клиньев и фундамента. Возникающая при перемещениях фреттинг-коррозия приводит к снижению затяга фундаментных болтов, часть двигателя на стороне изношенных клиньев опускается, и изгиб рамы со временем увеличивается.

Рис. 2.5 Изменение продольной оси фундаментной рамы

На Рис. 2.5 показано изменение продольной оси фундаментной рамы малооборотного двигателя в процессе эксплуатации судна: 1 – положение оси при постройке судна, 2 – в начальный период эксплуатации (в полном грузу), 3 – через 30 тыс. часов работы (в полном грузу). Силы, воспринимаемые рамой от изгиба корпуса судна, в сочетании с силами воздействия коленчатого вала создают в раме сложные напряжения, которые в наиболее опасных сечениях могут превысить допустимые значения и явиться одной из причин появления в раме трещин.

Для предотвращения нежелательных последствий изгиба фундаментной рамы при загрузке судна, а также тепловых деформаций, иногда придают ей предварительный прогиб (вниз) путем подъема монтажными клиньями носовой, кормовой или и той и другой частей рамы.

Болты крепления деталей остова двигателя работают надежно только при наличии жесткости скрепляемых деталей. При плохой подгонке посадочных (опорных) поверхностей в местах неплотного соединения возникает вибрация, приводящая к наклепу, дальнейшему ослаблению соединения и возникновению динамических нагрузок, под действием которых возникают трещины в соединяемых фланцах, а болт рвется.

Практическая рекомендация – систематически проверять затяг анкерных связей и фундаментных болтов.

Трещины в масляном поддоне рамы, приводящие к утечке масла, но не влияющие на общую прочность остова двигателя, часто являются результатом гидравлических ударов, возникающих при ударах кривошипов о поверхность масла при его высоком уровне из-за перелива масла при его смене, или в двигателях с сухим картером – при нарушении работы системы слива масла в циркуляционную систему.

Появление трещин бывает также следствием жесткого соединения поддона с маслоотводной трубкой и ее вибрацией.

 

Рамовые подшипники.

Рамовый подшипник образуется нижним вкладышем 1 (Рис. 2.6, а), укладываемым в постель рамы 2, и верхним вкладышем 4. Подшипник закрывается крышкой 5, крепящейся к раме шпильками 3. Вкладыши плотно подгоняются к постели и к крышке. Нижний вкладыш не имеет фиксации от поворота, что позволяет вывернуть его из-под шейки без подъема вала. Верхний вкладыш фиксируется от поворота втулкой 7. Продольное смещение вкладышей предотвращается буртами 10 и 11.

Масло в подшипник подводится под давлением. В рассматриваемом случае оно подводится сверху по каналу 6 и затем по внутренней канавке 8 поступает в холодильник 9.

Крепление подшипника шпильками сложно и недостаточно надежно из-за наличия двух гаек затяжка шпилек со временем ослабевает. Более надежным и простым является крепление крышки с помощью шпилек, ввернутых в фундаментную раму.

У некоторых двигателей крышка подшипника крепится распорными домкратиками, состоящими из винта, упирающегося в крышку, и колпачковой гайки, упирающейся в полку станины через шайбу. При свертывании гайки с винта длина домкратика увеличивается и он, упираясь в полку станины, зажимает крышку.

 

 

Рис. 2.6 Рамовый подшипник двигателя NVD48.

Такое крепление крышки позволяет уменьшить ее габариты и облегчает разборку подшипника. Однако крышка крепится домкратиками менее жестко, чем шпильками, что приводит к повышенному износу вкладышей и шейки вала.

В данном подшипнике масло подводится через отверстие в постели рамы. Затем оно проходит по внешней канавке нижнего вкладыша к боковым каналам и через них поступает во внутреннюю канавку верхнего вкладыша.

Подвод масла снизу облегчает вскрытие подшипника. Кроме того, сверху масло может подводиться только по трубкам, которые от вибрации могут ломаться. Нижний же подвод масла может осуществляться как по трубке, так и по каналам в стенках рамы, идущим от трубы.

Между вкладышами подшипника предусмотрен набор прокладок, позволяющий регулировать зазор в подшипнике. Однако прокладки уменьшают жесткость подшипника, и от их установки в последние годы стали отказываться.

Станины.

Станина двигателя предназначена для связи цилиндров с фундаментной рамой. Она образует закрытую камеру для кривошипно-шатунного механизма (картер).

В малооборотных дизелях большой мощности станины вы­полняются в виде отдельных А-образных стоек или колонн, ко­торые устанавливаются в плоскости рамовых подшипников и связываются между собой в жесткую систему: внизу — фунда­ментной рамой, вверху — рубашками рабочих цилиндров. А-об­разные стойки могут быть стальными сварными коробчатого или двутаврового сечения или чугунными литыми.

Станины двигателей малой и средней мощностей с целью достижения большей жесткости выполняют в виде цельной коробчатой детали, называемой картером. Обычно картеры отливают из чугуна тех же марок, что и фундаментную раму. Встречаются стальные картеры и картеры из алюминиевых сплавов.

Картер двигателей небольшой мощности чаще всего является основной несущей деталью остова. В этом случае фундаментная рама отсутствует и картер крепится непосредственно к фундаменту полками (двигатель ЗД6). Снизу картер имеет легкий поддон, служащий маслосборным резервуаром. На верхнюю плоскость картера устанавливаются цилиндры, крепящиеся шпильками.

В двигателях малой и средней мощностей цилиндры выполняются в виде цельнолитой детали – блока из чугуна, а иногда из алюминиевого сплава. Блоки имеют вставные втулки цилиндров, в пространстве между стенками блока и втулками циркулирует охлаждающая вода.

Двигатели с блоком цилиндров достаточно широко распространены на флоте. Однако значительно чаще встречаются двигатели, у которых картер и цилиндры выполнены как одна деталь, называемая блок-картером. У судовых дизелей блок-картеры отливаются из чугуна тех же марок, что и фундаментные рамы. Встречаются блок-картеры, сваренные из стали (двигатель 10Д40).

 

Подписи рисунков.

1 – стальные трубы под анкерные связи; 2 – планки, служащие опорой для направляющих параллелей

1 – плоскость соединения с раму; 2 – плоскость установки блока цилиндров; 3 – защитные втулки анкерных связей, 4 – люки.

1 – плоскость установки на раму; 2, 10 – люки; 3 – подвод воды; 4 – уплотнительные кольца; 5 – цилиндровые втулки; 6, 7 – кольцевые ребра, образующие полость интенсивного охлаждения, 8 – фланец втулки цилиндра, 9 – полка для установки ТНВД.

1 – анкерные шпильки, 2 – плоскость установки блока цилиндров, 3 – ребра жесткости, 4 – поперечные перегородки, 5 – полки крепления к судовому фундаменту, 6 – легкий поддон, 7 – "подвески" подшипника коленчатого вала.

1 – рама, 2 – крепление рамы и блок-картера, 3 – блок-картер, 4 – анкерные связи.

 

Крепление деталей остова. Применяются два основных способа крепления деталей остова: болтовое и анкерное.

При болтовом креплении детали остова соединяются между собой попарно: крышка цилиндра с блок-картером блок-картер болтами с фундаментной рамой. Сила давления газов, действующая на поршень и на крышку, передается через вал на рамовые подшипники и через шпильки цилиндра – блок-картеру. От действия этой силы стенки блок-картера испытывают напряжения растяжения.

Поскольку прочность чугуна при растяжении значительно меньше, чем при сжатии, в большинстве случаев применяется крепление остова двигателя стальными анкерными связями, воспринимающими на себя растягивающие усилия.

Анкерные связи 1 (Рис. 2.7) ставятся по две в плоскостях, проходящих через середину длины каждого коренного подшипника. Они затягиваются так, чтобы сила затяжки Р была раза в полтора больше, чем сила Pz/4, которая будет действовать на каждую анкерную связь от максимального давления газов при работе двигателя. Тогда при неработающем двигателе стенки блок-картера будут испытывать напряжения сжатия от силы 4Р, а при работающем – от разности этой силы и силы Рг.

Если двигатель имеет отдельные картер и блок цилиндров, то анкерные связи стягивают все три детали: фундаментную раму, картер и блок.

Встречаются и иные варианты: у двигателя ЗД6 анкерные шпильки, ввертываемые в картер, крепят картер, блок и крышку (головку) цилиндра.

У некоторых двигателей применяется смешанное крепление остова: помимо анкерных связей, детали крепятся болтами или шпильками.

Рис. 2.7 Анкерное крепление деталей остова двигателя.

Обеспечение взрывобезопасности в картере. В картерное пространство из цилиндра проникает газ, количество которого зависит от плотности поршня в цилиндре и от состояния поршневых колец. В составе его имеются продукты неполного сгорания топлива. Кроме того, в картере находятся пары масла, могут появиться и пары топлива. Все это делает картерные газы взрывоопасными, и перегрев подшипников, прорыв искры из цилиндра и т. д. могут быть причиной взрыва, приводящего к разрушению стенок картера. Поэтому картер должен иметь хорошую вентиляцию и предохранительные клапаны.

В небольших двигателях вентиляция картера осуществляется с помощью суфлеров. Корпус суфлера окном сообщается с картерным пространством. Внутри корпуса предусматривается устройство для задержки масла. Картерные газы выходят в атмосферу через лабиринт, образованный ребрами, и через пучок. На ребрах и на проволоке пучка остается масло, увлекаемое газами. Оно стекает обратно в картер через отверстия.

В ряде двигателей средней мощности без наддува вентиляции картера обеспечивается отсосом газов в впускной коллектор, т. е. в цилиндры двигателя. Картер соединяется с впускным коллектором специальной трубой, а для поступления в картер свежего воздуха на некоторых его люках ставятся суфлеры с сетками. Сверху предусматривается защитная крышка. Описанные вентиляционные устройства хотя и широко распространены на флоте, но их следует считать устаревшими. Согласно Правилами Речного Регистра РФ, при естественной вентиляции картера вентиляционные трубы должны выводиться на верхнюю открытую палубу.

Рис. 2.8 Предохранительный клапан картера.

В качестве предохранительных клапанов картера обычно устанавливаются пружинные Предохранительный клапан двигателя ДР 30/50 изображен на Рис. 2.8. Дисковый клапан 4 нагружен пружиной 3 и уплотнен в картерном люке 1 резиновым кольцом 2. Клапан действует не только как предохранительный, выпускающий при взрыве газы из картера, но и как невозвратный: он предотвращает обратный поток свежего воздуха после падения давления в картере. Приток свежего воздуха может привести к повторному взрыву.

Чтобы предотвратить ожог от выброса пламени, клапаны иногда снабжают пламепрерывающими сетками. На некоторых двигателях еще встречаются предохранительные устройства в виде мембран, разрывающихся в случае взрыва в картере. Установка таких мембран прекращена, так как они не отвечают правилам техники безопасности.

Втулки цилиндров.

Устройство втулок. Чтобы можно было изготовить втулки цилиндров из более качественного материала, а в случае износа — сменить, их делают вставными. Преимущественно втулки выполняют из чугуна марок СЧ24-44 и СЧ28-48. Повышению срока службы их способствует применение чугунов, легированных хромом, никелем, марганцем и некоторыми другими элементами. Для повышения износостойкости втулки часто подвергают изотермической закалке, пористому хромированию, старению Износостойкости втулки способствует также шлифовка ее рабочей поверхности. Втулки некоторых быстроходных двигателей изготовляют из стали.

Втулки цилиндров четырехтактных дизелей имеют два основных опорных пояса в блоке цилиндров – нижний и верхний. На бурт верхнего пояса втулка садится фланцем 10 (см. Ошибка! Источник ссылки не найден.) Под фланцем иногда кладется медная прокладка. Однако при неравномерном обжатии прокладки возможен перекос оси втулки, в связи, с чем у большинства судовых двигателей плотность фланца достигается его притиркой к бурту блока или шабровкой.

В расточку нижнего опорного пояса втулка вставляется с небольшим зазором, так как при работе двигателя она расширяется от нагревания больше, чем блок. Чтобы через этот зазор из зарубашечного пространства в картер не проникла вода, втулка имеет в нижнем поясе уплотнение 4.

Рис. 2.9 Уплотнение втулок цилиндра четырехтактного дизеля.

Наибольшее распространение в современных двигателях получило уплотнение втулок закладными резиновыми кольцами (Рис. 2.9) Резиновые кольца 5 и 6 закладывают в канавки, проточенные на посадочном поясе втулки 1. При опускании втулки с надетыми кольцами 5 и 6 кольца стенками опорного пояса блока 2 будут сжаты и тем уплотнят соединение. Иногда ниже уплотнительных колец на втулке протачивают канавку 3, против которой в блоке 2 сверлят дренажный канал 4. Появление из него воды сигнализирует о неплотности соединения.

Рис. 2.10 Уплотнение втулок цилиндра двухтактного дизеля.

Втулки цилиндров двухтактных двигателей требуется дополнительно уплотнять выше и ниже выпускных 3 и продувочных 6 окон (Рис. 2.10). У двигателей ДР 30/50 выше и ниже окон поставлено по одному закладному кольцу 2 и 5 из красной меди и, кроме того, по два резиновых кольца 1 и 4.

Для уменьшения общей высоты двигателя нижняя часть втулки делается выступающей внутрь картера. В ряде случаев в стенке втулки в связи с этим приходится предусматривать вырезы для шатуна. Несквозные вырезы – карманы 11 (см. Ошибка! Источник ссылки не найден.) для клапанов иногда делают и в верхней части втулки. При таких вырезах втулка должна быть посажена в совершенно определенном положении, для чего предусматриваются специальные контрольные штифты.

Крышки цилиндров.

Устройство крышек. Изготовляют крышки цилиндров, как правило, из чугуна марок СЧ24-44 и СЧ28-48. Большинство дизелей речного флота имеет индивидуальные крышки. У быстроходных дизелей крышки выполняются как одна деталь и называются головками двигателя.

Головки изготовляют из алюминиевых сплавов. Встречаются чугунные головки для группы цилиндров; у двигателя 4Ч 10,5/13, например, две головки, каждая из которых предназначена для двух цилиндров.

У четырехтактного двигателя в крышке цилиндра находятся впускной и выпускной клапаны и форсунка. Кроме того, как правило, в крышке цилиндра размещены еще пусковой, индикаторный и иногда декомпрессионный клапаны. Некоторые двигатели имеют по два впускных и выпускных клапана на цилиндр.

Рис. 2.11 Крышка цилиндра двигателя NVD 24.

В центре квадратной крышки цилиндра двигателя НФД 24 (Рис. 2.11) расположено гнездо 12 для форсунки. Симметрично относительно поперечной оси крышки размещены гнезда 5 и 18 для впускного и выпускного клапанов. От клапанов идут канал 3 для входа воздуха и канал 17 для выпуска отработавших газов. Гнездо 13 предназначено для пускового (он же декомпрессионный) клапана, а канал 11 – для крепящегося сверху предохранительного клапана.

Все гнезда для клапанов и каналы для воздуха и газов омываются охлаждающей водой. Она поступает в крышку из блок-картера через два отверстия 16 и выходит через отверстие 10. Чтобы вода совершала кругооборот в крышке, над входными отверстиями предусмотрена перегородка 8, а чтобы в пространстве между каналами 3 и 17 не образовались воздушные и паровые мешки, в перегородке 8 просверлены отверстия 9. Полость охлаждения имеет люки, закрытые крышками 14, причем на одной из них укреплен цинковый протектор 7.

Крышка крепится к блок-картеру четырьмя шпильками, для которых предусмотрены колодцы 1. Бурт 6 является уплотнительным, предотвращающим прорыв газа из цилиндра. Для бурта на торце втулки цилиндра протачивается канавка, в которую кладут медную прокладку.

Сверху в крышке предусмотрены нарезанные отверстия 15 для крепления стойки клапанных рычагов, отверстие 4 для шпильки крепления форсунки и отверстия 2 для крепления корпуса водяного крана и предохранительного клапана.

Полость для воды, охлаждающей крышки цилиндра, иногда разделяется горизонтальной перегородкой на две части: нижнюю, меньшей высоты и верхнюю – большей. Вода входит из блок-картера в нижнюю полость и движется по ней с повышенной скоростью, интенсивно охлаждая днище крышки. Затем она переходит в верхнюю полость и направляется на охлаждение выпускного коллектора.

Рис. 2.12 Способы перепуска охлаждающей воды в крышку цилиндра.

Арматура крышки цилиндра. Перепуск охлаждающей воды из блока цилиндров в крышку осуществляется внешними или внутренними переходами. Внешний переход (Рис. 2.12, а) выполняется с помощью патрубка 5 присоединяемого к блоку шпильками 4, а к крышке – винтами 2. Под фланцы патрубка кладутся прокладки 1 и 5 из паронита или прорезиненной ткани. Внутренний переход (Рис. 2.12, б) производится через трубки 2, вставляемые в переливное отверстие блока. Они уплотняются резиновыми кольцами 3 и 5 с распорной втулкой 4 или без нее, обжимаемыми при креплении крышки 1. Аналогичные трубки 3 (Рис. 2.12, в) применяются и для перехода воды в общую головку 1, но в этом случае резиновые кольца 2 не примыкают к трубкам 3.

В двигателях без наддува вода из крышек цилиндров перепускается в зарубашечное пространство выпускного коллектора. Перепуск ее в коллектор в небольших двигателях осуществляется простыми патрубками. В двигателях средней и большой мощностей на перепускных патрубках устанавливаются термометры для контроля над температурой воды и краны для ее регулирования.

К арматуре крышки цилиндра относятся также предохранительный клапан и индикаторный кран. Их часто выполняют в одном блоке.

Предохранительный клапан устанавливают на двигателях с диаметром цилиндра 180 мм и более. Он служит для сигнализации о том, что давление сгорания в цилиндре чрезмерно велико и опасно

Индикаторный кран предназначен для присоединения к штуцеру прибора, называемого индикатором и позволяющего контролировать рабочий цикл. Индикаторный кран используется также для оценки на глаз качества сгорания топлива и как декомпрессионный: при открытом индикаторном кране облегчается проворачивание двигателя вручную, поскольку цилиндр сообщается с атмосферой.

 

 

Детали движения

Поршни

Общее устройство поршня и его материал. Поршень тронкового двигателя (Рис. 2.13, а) состоит из головки и тронка (юбки). Головка воспринимает давление газов и несет в себе уплотнительные кольца 9. Тронковая часть поршня является направляющей. Она имеет больший диаметр, чем головка. В ее приливах 4, называемых бобышками, размещен поршневой палец 5. Над тронком и в его нижней части установлены маслосъемные кольца 8 и 2.

Поршни судовых дизелей изготовляют из чугуна марок СЧ24-44 и СЧ28-48 и из алюминиевых сплавов марок АЛ-1, АК-2, АК-4. Алюминиевые поршни легче чугунных. Это весьма важное преимущество поршней, так как от их веса зависит величина силы инерции, действующей в кривошипно-шатунном механизме. Вследствие высокой теплопроводности алюминиевых сплавов алюминиевые поршни нагреваются меньше, чем чугунные. Недостатком поршней из алюминиевых сплавов является их несколько более высокая стоимость. Кроме того, они быстрее изнашиваются и в результате значительного коэффициента линейного расширения алюминия требуют увеличенного зазора между поршнем и втулкой цилиндра. Увеличение же его нежелательно потому, что при непрогретом двигателе поршни будут стучать.

Рис. 2.13 Поршни:

а – двигатель NVD 48, б – двигателя 18Д, в – двигателя 3Д6.

Головка поршня. Сверху головка поршня имеет днище 10 (см. Рис. 2.13), на которое действует давление газов. Форма его, как видно из рисунка, бывает различной в зависимости от условий смесеобразования.

Сечение днища делается с постепенным увеличением его толщины к стенкам головки. Снизу оно подкрепляется обычно ребрами 13 (Рис. 2.13, б и в). Во многих поршнях сверху предусмотрены карманы 12, исключающие возможность удара поршня во впускной или выпускной клапан. По краям днища часто сверлят и нарезают отверстия 11 (см. Рис. 2.13, а) для рымов, за которые поршень вынимают из цилиндра.

Под днищем чугунных поршней иногда устанавливают экран 7, защищающий поршневой подшипник шатуна от теплового излучения со стороны днища и предотвращающий коксование масла на днище поршня.

Ввиду сильного нагрева головки при работе двигателя и, следовательно, ее расширения между головкой и втулкой цилиндра предусматривается значительный зазор: порядка 0,006 диаметра цилиндра. Чтобы предотвратить утечку воздуха и газа через него, в головке устанавливают уплотнительные кольца 9. В зависимости от размеров и быстроходности двигателя их бывает от трех до шести. В нижнюю канавку вставляется маслосъемное кольцо 8. Ниже его протачивается канавка, из которой сверлят отверстия 1 (см. Рис. 2.13, б и в) для сброса масла внутрь поршня.

Тронковая часть поршня. Зазор между тронком и втулкой цилиндра составляет у чугунных поршней около 0,001 диаметра цилиндра, у поршней из алюминиевых сплавов – порядка 0,0015 — 0,0025 диаметра цилиндра. При таких зазорах реальна опасность заедания поршня в случае его перегрева. Чтобы воспрепятствовать нагреванию тронка, сечение стенки поршня при переходе от головки к тронку резко уменьшается. В связи с этим основная часть теплового потока от днища передается через кольца 9 стенке цилиндра и через нее – охлаждающей воде.

Ввиду сосредоточения больших масс металла в районе бобышек тронк будет иметь максимальное тепловое расширение в направлении оси пальца. Поэтому наружная поверхность его в районе бобышек сошлифовывается, в результате чего образуются так называемые холодильники 3 (см. Рис. 2.13, а и б) глубиной до 1 мм. У некоторых двигателей с целью уменьшения местной концентрации металла и снижения веса поршня вблизи бобышек выбираются карманы 14 (см. Рис. 2.13, в). Бобышки, как правило, подкрепляются сверху, а иногда и снизу ребрами 6 (см. Рис. 2.13, а и б).

Снижение тепловой напряженности поршня. Через уплотнительные кольца передается 75 – 80% всего теплового потока от днища поршня. При этом через первое (верхнее) кольцо отводится 40 – 50% всего тепла, через второе – раза в 2 меньше, через третье – в 4 раза меньше.

Недостаточный отвод теплоты от днища поршня может привести к его перегреву и, как следствие этого, к появлению трещин. Чтобы улучшить отвод тепла от днища и равномернее распределить его между всеми кольцами, переход от днища к стенке делается плавным, а толщина днища к стенке возрастает (Рис. 2.14). В очень тяжелых условиях работает верхнее кольцо. Оно быстрее остальных теряет упругость и закоксовывается.

Рис. 2.14 Отвод теплоты от днища поршня:

а – без теплового барьера, б – с тепловым барьером.

Для облегчения работы верхнего кольца выше него иногда протачивается канавка 1 (Рис. 2.14, б), отклоняющая тепловой поток в направлении нижних колец.

При больших диаметрах цилиндров и при высокой средней температуре рабочего цикла перегрев днища поршня можно предотвратить лишь искусственным его охлаждением.

Рис. 2.15 Охлаждение поршней:

а – двигатель 6L275PN, б – двигатель ДР 30/50.

В двигателях речных судов. При умеренной тепловой напряженности поршня применяется охлаждение фонтанирующей струей масла (Рис. 2.15, а). Подводится масло к головке 3 шатуна по трубке 1 от кривошипного подшипника под давлением. Масло, пройдя по кольцевой канавке 2 к соплу 4, фонтанирует. Струя масла попадает на днище поршня 5, охлаждая его, и стекает затем в поддон фундаментной рамы.

Более теплонапряженные двигатели имеют проточное охлаждение поршня (Рис. 2.15, б). В этом случае внутри головки поршня делается полость охлаждения 2. К перегородке, отделяющей полость охлаждения, крепится направляющая 4 башмака 5, который пружиной 3 прижимается к головке 6 шатуна. Масло из головки шатуна через башмак и его направляющую поступает в полость 2, откуда стекает в картер по трубкам 1.

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: