39391

Головний судновий двигун 6S70 MC-C-TII (Ne=18623 кВт, n=91 хв-1)

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Опис конструкції двигуна його вузлів деталей та систем що його обслуговують. Вимоги які висувають до двигуна даного типу його елементів і систем. Загальна компоновка двигуна. Загальна конструктивна схема побудови остова двигуна.

Украинкский

2013-10-03

2.93 MB

52 чел.

Зміст

Вступ

1. Опис конструкції двигуна, його вузлів, деталей та систем, що його обслуговують.

1.1. Вимоги, які висувають до двигуна даного типу його елементів і систем.

1.2. Загальна компоновка двигуна.

1.3. Загальна конструктивна схема побудови остова двигуна.

1.4. Конструктивні схеми вузлів деталей руху двигуна.

1.5. Принципові схеми систем, що обслуговують двигун (паливна, змащування,    охолоджування, пуску, повітропостачання)

1.6. Тенденції розвитку двигунів даного типу.

2. Розрахунок динаміки двигуна.

 2.1. Вибір та обґрунтування вихідних даних.

 2.2. Побудова силової схеми кривошипно-шатунного механізму.

 2.3. Розрахунок та побудова діаграми діючих сил.

 2.4. Побудова діаграм сумарних дотичних сил.

2.5. Визначення середньої сумарної дотичної сили та індикаторної потужності    двигуна.

2.6. Визначення надлишкової роботи крутильного моменту та основних  розмірів маховика.

3. Перевірка врівноваженості двигуна графічним методом за силами інерції першого порядку.

Список використаних літературних джерел.


ВСТУП

Енергетична криза в капіталістичному світі призвела до різкого зростання цін на нафту і нафтове паливо. Ціна на нафту на світовому ринку зросла в 12 разів, у результаті чого експлуатаційні витрати на паливо досягли 50-60 % всіх експлуатаційних витрат судна. Виникла паливо-енергетична ситуація - висока вартість палива й обмеженість запасів нафти, що і було головним поштовхом бурхливого розвитку суднового дизелебудування.

До основних напрямків розвитку суднових дизелів відносяться наступні:

1). Підвищення циліндрової потужності за рахунок газотурбінного наддування, унаслідок чого в мало-обертових двигунах циліндрова потужність доведена до Ne=3300-3940кВт, а агрегатна - до Ne = 40000 - 47000 кВт, у середньо-обертових дизелях відповідно отримані Ne = =1100 ... 1200 кВт і Ne =20000..,22000кВт. Необхідно визначити, що максимальна циліндрова потужність у МОД отримана при одночасному зменшенні максимального діаметра циліндра.( D = 1050.. 1060 мм)

2). Удосконалювання систем наддування з істотним підвищенням ККД, турбокомпресорів(з 50 бо 70...72 ... 72  %), у результаті чого середній ефективний тиск досягло Pe = 1,5...17 ... 17 МПа в МОД і Pe = 2,2…23 МПа в СОД при одноступінчатому нав'язуванні. Ведучі дизелебудівні заводи перейшли на ізобарну схему наддування для МОД. Ізобарне наддування починають вводити й у СОД.

3). Удосконалювання систем газообміну, що дозволяє збільшити повітряний заряд робочих циліндрів при зниженні відносних енергетичних витрат на їхнє наповнення. Ведучі фірми перейшли на прямоточно-клапанну пробивку з одним випускним клапаном на кожнім циліндрі в МОД.

4). Підвищення економічності в МОД, що досягається за рахунок наступних факторів:

-  збільшення відносини ходу поршня 5 до діаметра циліндра, що досягло S/D= 2.4... 3.8

- застосування ізобарного наддування замість імпульсного ;

- підвищення ККД турбокомпресори і кращого узгодження їхніх характеристик з гідравлічними характеристиками дизелів;                                                                                                                                          удосконалювання системи очищення робочого циліндра від газів, що виробили, і оптимізації фаз газорозподілу

- підвищення максимального тиску згоряння ( до 13 МПа)і ступеня стиску (до 14.16 МПа)

- поліпшення сумішоутворення з метою скорочення затримки самозапалювання і періоду згоряння палива

- зменшення частки втрати теплоти з охолодною водою

- підвищення тиску упорскування палива ( бо 130 МПа ) і оптимізація фаз паливоподачі зі зменшенням тривалості упорскування

- зростання механічного ККД двигуна ( до 92..94 % ).

У результаті ефективний ККД двигуна збільшився з 40...42 % до 48...50 %.

5). Переведення дизелів будь-якої частоти обертання на важкі низькосортні палива, а також інтенсивні науково - дослідницькі і досвідчено-конструкторські роботи з використання в дизелях альтернативних палив, природного газу, синтетичного палива метанолу, рослинних олій і ін.

6). Глибока утилізація теплоти газів, що відробили, і теплоти води, що прохолоджує двигун, надувного повітря й олії в системах регулювання температурного режиму двигунів. Крім установки на теплоходах утилізаційних паротурбогенератори і вакуумних випарники у суднових дизелях з великою циліндровою потужністю стали застосовувати силові турбіни. Заслуговує на увагу пропозиція про заміну водяника охолодження двигуна високотемпературним масляним, при якому втрата на охолодження двигуна знижується, тобто підвищується його ефективний ККД і збільшується можливість більш глибокої утилізації теплоти газів, що Відробили, і охолодної рідини (за рахунок підвищення їх температури). Висока економічність сучасних дизелів дозволяють корисно використовувати Зо 70 % нижчої теплоти згоряння палива й охолодної води.

7). Створення ефективних схем охолодження деталей циліндро - поршневої групи, що дозволило різко знизити теплові напруги у високо форсованих по наддуванню дизелях.

8). Зниження частоти обертання МОД до 90...55 хв-1, у результаті чого на транспортних морських суднах пропульсивний ККД гребних гвинтів підвищується на 4...7 %

9). Автоматизація дизельних установок, широке впровадження дистанційного автоматизованого керування (ДАК) і систем автоматичного управління і контролю за роботою двигуна, а також розробка і впровадження електронних (з мікропроцесорами) систем управління і регулювання робочого процесу.

10). Поліпшення економічних показників дизелів шляхом регулювання їх у залежності від вимог судновласника на різні номінальні режими експлуатації, максимальну тривалу потужність при мінімальній питомій ефективній витраті палива (економічна потужність) і потужність при установці силової турбіни.

11). Оптимізація експлуатаційних режимів роботи дизелів, що передають свою потужність гвинт регульованого кроку. Оптимізація експлуатаційних режимів дозволяє знизити витрату палива на 1 милю шляху при заданій швидкості судна до 3...4 % при повних швидкостях і до 5...15 % при середніх і малих швидкостях судна.

12). Поліпшення екологічних показників дизелів, тобто зниження утримування NOх, СОх і СНх у газах, що відробили.


1. ОПИС КОНСТРУКЦІЇ ДВИГУНА, ЙОГО ВУЗЛІВ, ДЕТАЛЕЙ ТА СИСТЕМ, ЩО ЙОГО ОБСЛУГОВУЮТЬ

1.1. Вимоги, які висувають до двигуна даного типу, його елементів і систем

Тип дизеля - двотактний, простої дії, реверсивний, крейцкопфний з газотурбінним наддувом (з постійним тиском газів перед турбіною ), з убудованим упорним підшипником, розташування циліндрів рядне, вертикальне.

Порядок нумерації циліндрів від носа до корми , модель права .

Діаметр циліндра - 700 мм , хід поршня - 2800 мм .

Кількість оборотів - 91 хв -1

Система продувки -  прямоточно-клапанна.

Максимальна тривала (номінальна потужність (МДМ) - 18623 кВт. Робота на ПМ Запускається не більш однієї години з інтервалом не менш 12 годин . За особливими замовленнями дизель може бути відрегульований на інші значення номінальної потужності.

Питома витрата палива при умовах :

  1.  атмосферний тиск 100 кПа. Температура повітря +27 ° С, температура охолодної води на вході в охолоджувачі повітря +27 ° С, приведені до теплоти згоряння умовного палива 42700 кДж/кг..
  2.  при МДМ - 174 г/кВт;

На режимах: 75 % від МДМ - 172 г/кВт;

50 % від МДМ - 174 г/кВт;

25 % від МДМ – 184 г/кВт.

Питома витрата масла :

  1.  на змащення циліндрів – 0,58 г/кВт·год;
  2.  на циркуляційну систему змащення – 0,15 ... 0,17 г/кВт·год;
  3.  сумарний – (0,73 ... 0,75) г/кВт·год;

Дизель повинен надійно працювати при наступних атмосферних і зовнішніх умовах:

- температура повітря , що оточує дизель (у МКВ) від +8° С до 45° С ;

- температура повітря на впуску в ТК - від 10 до +45° С ;

- відносна вологість повітря при + 35° С - до 98 % ;

- розрідження на впуску до 10 Мпа;

- протитиск на впуску до 30 Мпа;

- температура води зовнішнього контуру (забортної води ) - до + 32 ° С;

Паливо ISO 8217:2005 RMK 700 з в’язкістю не більше 700 сСт при 50 ° С та 55 сСт при 100 ° С. Допускається застосування інших сортів палива .

Масло для циркуляційної мастильної системи головного руху, охолодження поршнів і автономної мастильної системи розподільного вала - М10М2ЦС і М10В2С ДСТ 12337 - 84.

Таблиця 1. Основні характеристики двигуна

Параметри

6S70MC-C-TII

Тип

двотактний, крейцкопфний, реверсивний дизель простої дії з газотурбінним наддувом

Модель

Права

Наддув

Одноступінчастий, ізобарний, газотурбінний, з охолодженням повітря після нагнітача

Число турбокомпресорів (ТК)

1

Марка (ТК)

TCA88-21

Система продувки

Прямоточно-клапанна

Напрям обертання колінчастого валу при роботі на передній хід (якщо дивитися зі сторони вихідного фланця)

За часовою стрілкою

Розташування циліндрів  

Рядне, вертикальне

Порядок роботи циліндрів при ході вперед

1-5-3-4-2-6

Кількість циліндрів

6

Діаметр циліндра, мм

700

Хід поршня, мм

2800

Номінальна частота обертання, хв-1

91

Довготривала експлуатаційна потужність при опорі в газовипускному трубопроводі, виміряному безпосередньо за турбіною, 300 мм вод. ст., розрідженні на всмоктуванні 50 мм вод. ст., температура повітря на всмоктуванні +20°С, барометричному тиску 760 мм рт. ст. та вологості повітря не вище 70%

18623 при 91 хв  -1

Довготривала потужність на задній хід

85% при довготривалій експлуатаційній потужності

Температура випускних газів за циліндрами

750

Палива

ISO 8217:2005 паливо RMK 700 з в’язкістю не більше 700 сСт при 50 ° С та 55 сСт          при 100 ° С

Масла: для системи циркуляційної змазки головного руху, охолодження поршнів, системи автономної змазки розподільного валу: для змазки циліндрів для змазки підшипників Т.К. для системи централізованої змазки ричагів та шпинделів випускних клапанів для регулятора швидкості.

 

Фірма

Марка SAE 30, BN 5-10

Castrol

Chevron

ExxonMobil

Shell

Total

CDX30

Veritas 800 Marine 30

Mobiigard 300

Melina 30 / S 30

Atlanta Marine D3005

Питома витрата масла, г/кВт ·год

Лубрикаторне змащення, г/кВт· год

0,1

0,65

Температура масла °С:

Вхідного в дизель

Вихідного з дизеля

32

65

Температура прісної води при довготривалій експлуатаційній потужності,°С:

Вихідній з дизеля

Перепад температури прісної води між входом и виходом з дизеля

62-67

15

Тиск повітря під час пуску дизеля, МПа

300

Мінімальний тиск пускового повітря, при котрому забезпечується пуск холодного дизеля при температурі в машинному відділенні +8 °С, МПа

150

Мінімальний тиск пускового повітря, при котрому можливий пуск прогрітого дизеля, МПа

100

Середня витрата повітря на один пуск дизеля с реверсом, м3: на стенді: при управлінні з ДУ при управлінні сДАУ (заповнюється після ходових випробувань)

9,5

12,5

Число послідовних пусків і реверсів дизеля от холостого стану дизеля при температурі машинного відділення +8°С і начальному тиску повітря 25 МПа

12

Час реверсу дизеля від моменту виконання маневру до початку роботи дизеля на паливі в зворотному напрямку при русі судна малим ходом, при ручному пуску та пуску с ДАУ, с.

15

Вага дизеля (суха), включаючи всі навішані агрегати, площадки, трапи, трубопроводи та арматуру у мажах габаритів дизеля, т

568,6

Вага найбільш важких вузлів та деталей, що переміщуються при ремонті, кг;

Втулка циліндра

Кришка циліндра у зборі з випускним, пусковим, запобіжними клапанами та індикаторним краном, але без стійки з ричагом та без форсунок

Поршень циліндра у зборі зі штоком

                         2850

1814

1500

1.2 ЗАГАЛЬНА КОМПОНОВКА ДВИГУНА

Двигун 6S70MC-C-TII рядний, шести циліндровий з вертикальним положенням циліндрів. Вал колінчастий виконується напівскладеним. Масло до рамових підшипників надходить з головного трубопроводу масла, що розгалужується до кожного підшипника, у той час як масло на змащення мотильових підшипників надходить з крейцкопфів через свердління в шатунах.

Мал. 1  Загальний вигляд двигуна 6S70MC-C-TII

На кормовому торці колінчастого вала встановлюється маховик. Крім того, на колінчастому валу встановлюється упорний гребінь з яким з'єднана зірочка для приводи розподільного вала. До торців центральної частини (поперечки) прикріплені шейки, на яких установлюються направляючі башмаки, що плавають. Центральна частина крейцкопфа також є шийкою головного підшипника. На кришці головного підшипника мається виріз для зборки поршневого штока з крейцкопфом. Головний підшипник обладнаний вкладишами, що заливаються бабітом.

Розподільний вал складається з декількох секцій. Секції з'єднуються за допомогою фланцевих з'єднань, а бони у свою чергу, з'єднуються призонними болтами і гайками. Крім фланців секції розподільного вала постачені шайбами, по (однієї на кожен циліндр для привода паливного насоса, випускного клапана й індикаторного привода.

Розподільний вал підтримується на підвісних підшипниках. Сполучні фланці, паливні і випускні шайби нагрібаються і насаджуються на вал.

Обертання розподільного вала постійно випливає за обертанням колінчатого вала під час реверса двигуна положення роликів штовхальників поливних насосів змінюється відносно відповідних кулачних шайб, змінюючи тим самим момент початку подачі паливних насосів, пристосовуючи його для нового напрямку обертання.

Випускний клапан закривається під дією пневмопоршня. Повітря під тиском подається через безповоротний клапан. Клапан відкривається за допомогою поршня, що натискає на шпиндель і переміщається в гідравлічному циліндрі, розташованому у верхній частині випускного клапана.

Гідравлічний поршень приводиться в дію через трубопровід, що з'єднує його з відповідним гідравлічним циліндром, розташованому на корпусі приводе випускного клапана і паливного насоса.

Поршень гідравлічного циліндра переміщається під дією обертання випускної шайби розподільного вала система живиться маслом від системи змащення розподільного вала і рух штовхальника приводе передається поршню гідравлічного циліндра випускного клапана.

1.3. Загальна конструктивна схема побудови остова двигуна

Фундаментна рама  ( Мал.2 ) складається з двох зварених повздовжніх балок і декількох поперечних, на яких установлюються рамкові підшипники. Останні мають сталеві вкладиші, залиті бабітом. Кожен рамковий підшипник постачений двома кришками, що кріпляться шпильками і гайками гідравлічним способом. На кормовому кінці фундаментної рами встановлюється упорний підшипник і ланцюговий привід. З боку носа встановлюється демпфер осьових коливань.

Коробка картера має ту ж висоту, що і направляючі крейцкопфа, кріпиться до верхньої частини фундаментної рами за допомогою болтів. Подібно фундаментній рамі, коробка картера складається з однієї секції з ланцюговим приводом, розташованим у кормовій її частині. Фундаментна рама і коробка картера разом утворюють картер двигуна.

Мал. 2 Фундаментна рама двигуна 6S70MC-C-TII

Фундаментна рама кістяк і блоки циліндрів, що спираються на коробку картера, затягуються анкерними болтами й утворюють єдиний блок. Фундаментна рама двигуна встановлюється на опарних клинах і кріпиться до постелі двигуна на судні довгими кріпильними болтами з чавунними дистанційними трубками, і Фундаментна рама виконується рівної, а опорні клини і верхня плита постелі двигуна виконуються з ухилом 1 : 100 з метою можливості припасування опорних клинів.

1.4. Конструктивні схеми вузлів деталей руху двигуна

Колінчастий вал ( Мал. 3 ) складається з корінних і шатунних шийок, щік і сполучних фланців. Залежно від кількості колін, розмірів шийок, довжини і ваги вали виготовляють цілими або складеними з двох або більше за частин, що сполучаються жорсткими фланцями. Коліна (кривошипу), у свою чергу, виготовляють цілими, напівскладеними і складеними. Останні дві конструкції застосовували до останнього часу в основному у малооборотних судових дизелів з радіусом кривошпильки R понад 450 мм; проте нині для здешевлення валів застосовують складені коліна і при менших R.

Мал. 3  Колінчатий вал двигуна 6S70MC-C-TII

Шатун (Мал. 4) -  один з основних елементів циліндро поршневої групи, що забезпечує з:єднання колінчастого вала з механізмом крейцкопфа двигуна. Стержні двотарового розрізу забезпечують отримання найбільшої жорсткості при меньшій вазі та дають можливість отримати плавні переходи від стержня шатуна до його головок.  

Мал. 4 Шатун двигуна 6S70MC-C-TII

Механізм крейцкопфа ( Мал. 5 )  застосовується в основному в малооборотних і великих суднових дизелях (D > 450 мм) для того, щоб забезпечити можливо велику надійність і моторесурс поршневій групі. За наявності механізму крейцкопфа дія нормальних тисків поршня на циліндрову втулку переноситься на повзуни та їх направляючі. У зв'язку зі значно кращими умовами роботи крейцкопфа в якості направляючого  механізму  для  поршня відношення λ = R/L може бути скорочене до λ =1/4,0÷1/3,6. Завдяки з'єднанню поршня з крейцкопфом за допомогою штока є можливість надійно відокремити  порожнину циліндра  від  порожнини   картера  сальником  на штоку, що особливо важливо при вискористуванні важких сірчистих палив.

Мал. 5  Крейцкопф двигуна 6S70MC-C-TII

Шток поршня ( Мал. 6 ), сполучаючий поршень з поперечкою, як правило, кріпиться безпосередньо до голівки поршня за допомогою круглого фланця і відносно довгих шпильок (щоб збільшити їх податливість). Перехід від фланця до стержня штока виконується на конус або з великим радіусом закругления; для сполучення фланця з голівкою остання повинна мати центруюче пристосування.

Мал. 6 Шток поршня

Переріз штока роблять суцільним або порожнистим; свердління штока застосовують для полегшення його ваги, а також для підвода і відведення через шток охолоджующів рідини. Підведення і відведення жидкістки повинен здійснюватися тільки з кінців штока, оскільки радіальні свердління в тілі штока викликають коцентрацію напружень, небезпечну для його міцності. У разі підведення води через порожнистий шток необхідно ізолювати сверлення штока захисною тонкостінною трубою з нержавіючої сталі або передбачити антикорозійне покрыття.

Конструкція з'єднання кінця штока з поперечкою крейцкопфа здійснюється за допомогою цилиндричного хвостовика з гайкою на кінці, або конуса з циліндричним хвостовиком, або фланця прямокутної форми.

Поршні двигуна ( Мал.7 ), на відмінність від тронкових, розвантажені від нормального тиску на циліндрову втулку, завдяки чому можна встановлювати збільшені зазори між направляючою поршня та втулкою і, таким чином, усувати можливість заідання поршня при ненормальному нагріванні.

Поршні  двигуна 6S70MC-C-TII  складаються з короткої головки (lr =s 0,5D), до якої безпосередньо кріпиться поршневий шток.

Мал. 7 Поршень двигуна 6S70MC-C-TII

1.5. ПРИНЦИПОВІ СХЕМИ СИСТЕМ, ЩО ОБСЛУГОВУЮТЬ ДВИГУН

ПАЛИВНА СИСТЕМА

Паливна система ( Мал. 8 ) призначена для прийому, зберігання, перекачування, очищення, підігріву й подачі палива до головних і допоміжних двигунів внутрішнього згоряння й парогенераторам, а також для передачі його на берег або на інші судна. Більшість дизелів транспортних теплоходів на основних режимах плавання працюють на Важких сортах палива. При запуску ж, на перехідних режимах і перед зупинкою Використовують легкі (мало в'язкі) палива. Тому в складі СДУ необхідна наявність обох паливних систем важкого легені палива перша забезпечує також роботу допоміжного парогенератора а друга - роботу допоміжних двигунів.

Видаткові цистерни розташовують цистерни на верхніх площадках машинного відділення. Запас палива в цих цистернах повинен забезпечити роботу головних двигунів протягом 8 годин. Для важкого палива цистерна мас змійовик для підігріву. Цистерна повинна також мати вентиляційну трубу, що виходить на палубу, трубу для переливу палива в одну із цистерн основного запасу на випадок переповнень й горловину для огляду й очищення.

Паливоперекачуючі насоси подають паливо у відстійні цистерни, звідки воно надходить до сепараторів, уключеним послідовно. Сепаратор працює як пурифікатор (із безперервним виділенням води) та як класифікатор. Очищення від води й механічних домішок паливо надходить у видаткову цистерну. Паливо-підкачуючий насос через фільтр приймає паливо із цистерни і нагнітає його через підігрівник і фільтр до ТНВД.

Пуск двигуна й робота при маневруванні здійснюються на дизельному паливі або на моторному паливі типу ДТ. Воно зберігається в цистерні.За допомогою роз'єднувальних клапанів можна переводити двигун на роботу на пусковому паливі.

При використанні високов'язких палив передбачається паровий підігрів палив у між донних цистернах до 35...50°С. електрообігрівання перед сепараторами до 85°С, у видаткових цистернах до 45...50°С. Після видаткових цистерн у підігрівач паливо підігрівається до температури, при якій в'язкість його перед форсунками буде не вище 2,5 ВУ.

Спеціальні в'язкозиметри вимірюють в'язкість палива по виході з паливо-підігрівачів. Термостати автоматично регулюють пари на підігрівники, підтримуючи задану в'язкість палива. Трубопроводи високого тиску від ТНВД до форсунки постачені паровим супутником.

Мал. 8  Паливна система двигуна

Надлишки палива від ТНВД повертаються в цистерну. Повернення гарячого палива (80...85°С) у спеціальну цистерну невеликого обсягу дозволяє підтримувати у видатковій цистерні (обсяг якої досягає 8...10 м3) порівняно невисоку температуру (40...50°С) що сприяє зниженню температури в машинному відділенні.

СИСТЕМА ЗМАЩЕННЯ ДВИГУНА

Призначення й склад системи. Система змащення ( Мал. 9 )забезпечує подачу масла до тертьових поверхонь для змащення їхнього тертя, відводу теплоти, що виділяється при терті, а також для очищення поверхні тертя від продуктів зношування, нагару й інших сторонніх часток. Оскільки масло часто використається для гідроприводу і як охолодна рідина для відводу теплоти від інших деталей, наприклад від головки поршня, то поряд з першим "система змащення" широко використовується термін "масляна система". У першому випадку підкреслюється основна функція системи - змащення поверхонь, а в другому - від рідини без вказівки її призначення.

Система змащення містить у собі масляні фільтри, охолоджувачі масла, масляні цистерни, мастилопроводи. Масляні насоси служать для безпосередньої або періодичної подачі певної кількості масла в нагнітальний трубопровід, масляні фільтри - для очищення масла від сторонніх включень (нагару, відкладень металевих часток). В охолоджувачах масло віддає теплоту, відведену їм від гарячих поверхонь деталей двигуна.

Масло перебуває в циркуляційній цистерні, розташованій нижче двигуна. Один з насосів (другий - резервний) через прийомний фільтр приймає масло із цистерни, подає через фільтр грубого очищення, терморегулятор й охолоджувач масла у магістраль. Частина масла після фільтра грубого очищення надходить у фільтр тонкого очищення і повертається в цистерну. Масло, що стікає з поверхонь тертя в картер, зливається по трубі у цистерну. Це масло що, що відробило, має підвищену температуру, насичено парами, повітрям і газами, містить багато піни. У цистерні воно відстоюється, пари конденсуються, повітря й гази виокремлюються і йдуть по вентиляційній трубі.

Фільтр тонкого очищення на багатьох двигунах установлюється в системі не паралельно фільтру грубого очищення, а послідовно. У такому випадку він називається повноцінним.

Мал. 9  Система змащення двигуна

СИСТЕМА ОХОЛОДЖЕННЯ ДВИГУНА

Система охолодження ( Мал. 10 ) використовується для охолодження деталей, що нагріваються від згоряння палива й від тертя, для відводу теплоти від робочих рідин (масла, палива, води) і наддувочного повітря, прохолоджувати деталі двигуна необхідно по різних причинах кришку циліндра - для зниження температури вогневого днища й температурних напруг до значень, що забезпечують збереження механічних властивостей і тривали міцність деталі; втулку циліндра - для зниження температури дзеркала до значень, що забезпечують збереження масляної плівки, поршень - для зниження температурних напруг і забезпечення хвойної роботи поршневих кілець; корпус турбіни турбокомпресора - для зменшення підігріву повітря в компресорі; колектор випускної або його кожух - для запобігання обслуговуючого персоналу від опіку й зменшення виділення теплоти в машинному відділенні судна. Система охолодження складається з водяних насосів, охолоджувачів, розширювальній цистерни, терморегуляторів, трубопроводів. Водяні насоси забезпечують безперервний рух охолоджуючої води в системі.

Охолоджувачі призначені для її відводу у воду надлишкової теплоти від охолоджуваних рідин і наддувочного повітря. Розширювальна цистерна (бачок) служить для компенсації змін обсягу води в системі внаслідок зміни її температури, для заповнення втрат води в системі через виток й випар, а також видалення із системи повітря й водяних пар. В одно контурній системі охолодження насос забортної води через фільтр й усмоктувальну трубу приймає забортну воду й подає її в нагнітальну магістраль, прокачуючи через масло-охолоджувач. Після проходження через двигун вода, що нагрілася, зливається за борт. У двоконтурній системі охолодження насос прісної води нагнітає воду у двигун через магістраль. Західна гаряча вода по трубопроводу направляється в охолоджувач прісної води і теля охолодження повертається до насоса.

Таким чином, система прісної води виявляється замкнутою й вода в цій системі циркулює безупинно. До цього замкнутого кільця підключені труби, що виходять на розширювальний бачок, у ньому завжди повинна бути вода. Труба підключається до усмоктувального патрубка насоса й служить для заповнення витоків води й компенсації зміни обсягу соди в замкнутому контурі (при пуску й прогріві двигуна вода нагрівається й частина її виходить у бачок, при остиганні Води після зупинки двигуна її обсяг зменшується й частина води з бачка надходить у циркуляційний контур). Трубка, що з'єднує верхню частину двигуна з бачком, служить для видалення із системи пар води й повітря, тому її часто називають пароповітряною або паровідвідною. Забортна вода в зовнішньому контурі схеми подається насосом забортної води на охолоджувачі наддувочного повітря, палива, масла прісної води. На охолоджувачі установлений терморегулятор що для підтримки температури робочої рідини в заданих межах при зміні режиму роботи двигуна або зовнішніх умов змінює кількість прісної води.                      

Мал. 10 Система охолодження двигуна

СИСТЕМА ПУСКУ ДВИГУНА

Пускова система стисненого повітря ( Мал. 11 ) складається з наступних пристроїв: допоміжних компресорів, балонів стисненого повітря, трубопроводів високого тиску, головного - пускового клапану, повітря розподільників і пускових клапанів робочих циліндрів. На малюнку зображена принципова схема системи стисненого повітря від компресорів в повітря зберігачем. За правилами регістра енергетична установка повинна обладнатися не менш ніж двома головними компресорами й аварійними (первинними) дизель - компресором з ручним пуском. Кожен компресор повинен мати таку продуктивність, при якій один з балонів головного двигуна заповнюється повітрям від тиску 0,5 МПа до робочого тиску 2,5...3,0 МПа не довше ніж протягом однієї години.

Ємність кожного повітря зберігача повинна бути остатньою для 12 пусків реверсивного або шести пусків нереверсивного дизеля з голодного стану, без додавання повітря. Енергетична установка обладнується двома повітря зберігачами для головних дизелів і двома балонами для допоміжних. Між компресором і балонами встановлюють вологовідділювач, що відокремлює не тільки воду, але й масло, що потрапило в повітря в циліндрах компресора.

Робота пускової системи полягає в наступному. З балона пускового повітря, повітря надходить через безповоротний клапан  до головного пускового клапана (ЦПК), що розміщений на двигуні й управляє подачею повітря до двигуна. Його робота може керуватися або з місцевого поста керування або із центрального поста керування.  Після відкриття ЦПК повітря одночасно надходить до повітророзподільника (ПР) ( називається керуюче повітря ) і до пускових клапанів (ПК) (називається силове повітря).

Повітророзподільник приводиться в рух від розподільного вала двигуна й залежно від положення колінчатого вала подає керуюче повітря на той пусковий клапан того циліндра, поршень якого перебуває в положенні такту «робочий хід». Керуюче повітря відкриває пусковий клапан циліндра й вступник силове повітря впливає на поршень, приводячи в обертання колінчатий вал. Не доходячи до половини ходу поршня подача пускового повітря в даний циліндр припиняється й починається подача в інший циліндр відповідно до порядку роботи циліндрів. ВР управляє подачею пускового повітря відповідно до порядку їхньої роботи, забезпечуючи необхідну швидкість обертання колінчатого вала. При досягненні пускових обертів колінчатого вала       nп = 100 хв 1. Подача  пускового повітря припиняється й двигун переводиться в роботу на паливі.

Мал. 11 Пускова схема двигуна

СИСТЕМА ПОВІТРОПОСТАЧАННЯ ДВИГУНА

Перехід малооборотних двигунів на наддув при постійному тиску позбавив їх можливості пуску і роботи на маневрах тільки з використанням ГТК. Дослідні дані, приведені в роботі доц. А.Л. Лемещенко, показують, що для роботи 2-х тактного двигуна потрібний перепад тиску між ресівером і коллектором відпрацьованих газів не менше 100-120 мм.вод.ст. В новому модельному ряду двигунів MAN B&W - МС при зниженні оборотів на 0,5 від номінальної потужності двигуна, що відповідає відносній потужності 0,125, турбокомпресора припиняє подачу повітря і, обертаючись, пропускає через себе тільки повітря, що засмоктується двигуном. Тому є необхідність в обов'язковому використанні  повітродувок.

Система наддуву ( Мал. 12 ) двигуна ізобарна, Постачання свіжого повітря до камери згоряння двигуна здійснюється одним турбокомпресором фірми MAN B&W моделі TCA88-21, який розміщений над  патрубком, що поєднує його з колектором відпрацьованих газів. Компресор турбокомпресора забирає повітря з МКВ, через повітряний фільтр, і сильно стиснуте повітря охолоджується у повітряному холодильнику, який розміщують за турбокомпресором.

При стисненні повітря у турбокомпресорі та подальшому його охолодженні утворюється водяний конденсат, який сепарується і відводиться від наддувочного повітря. Тим самим перешкоджається потрапляння вологи у ресивер наддувочного повітря, а також у камеру згоряння. У клапанній коробці розташовані неповоротні клапани, що відкриваються тиском надувочного повітря. Представлена схема повітряпостачання розрахована на роботу в особливо важких умовах, тобто при температурі морської води 32 °C, або прісної води за температури 36 °C, і температури навколишнього середовища 45 °C.

Мал. 12  Система повітропостачання двигуна

1.6. Тенденції розвитку двигунів даного типу

-        Вдосконалені системи наддуву з підвищенням ККД турбокомпресора до 72% і більше , перехід на системи наддуву із постійним тиском.

-   Вдосконалені системи газообміну, що дозволяють підвищити повітряний заряд робочих циліндрів при зниженні відносних енергетичних витрат на їх виконаннякоефіцієнт надлишку повітря.

-  Збільшення коефіцієнта наповнення до 0,88; зменшення коефіцієнта залишкових газів до 0,03.

-  Підвищення паливної економічності шляхом :

-  Збільшення відношення ходу поршня до діаметру циліндра - яке в окремих моделях досягає 4,0…4,65, що дозволяє при зниженні частоти обертання (при незмінній потужності і середовищїй швидкості поршня поліпшити якість продування, наповнення циліндра і процес згорання, підвищити міру стискування до 15 і максимальний тиск згорання до 140 бар; збільшення s/d дає можливість добитися рекордних показників з економічності, понизивши питому ефективну витрату палива до 154 г/(кВт· год) на режимах економічної потужності 80-85% від номінальної.

- Застосування системи наддуву з постійним тиском, що в умовах високого наддуву при роботі на режимах великих навантажень забезпечує роботу турбркомпрессора при високому ККД (72% і більше).

- Забезпечення найкращого узгодження характеристик двигуна, турбіни компресора.

- Використання тубокомпаундных систем (силових газових турбін), що явилося підвищенням ефективності систем наддування МОД (18 бар) силова турбіна включається при навантаженні 50% і вище, і передае свою потужність колінчастому валу дизеля, знижуючи витрату палива на 4-6 г(кВт· год).

- Збільшення тиску вприскування палива (до 1200 бар і більше), оптимізація фаз паливоподачі зі зменшенням тривалості вприску в цілях інтенсифікації процесу сумішоутворення. Підвищення механічного ККД дизеля (до 92-94%), у тому числі прослугуючих його агрегатів.

- Перелаштування дизелів на важке низькосортне паливо.

2. Розрахунок ДИНАМІКИ двигуна

2.1 Вибір та обґрунтування вихідних даних

Дійсні процеси, що здійснюються в робочому циліндрі, в результаті складних взаємозв'язків між параметрами і фізичними явищами, а також через зміну об'єму циліндра дуже складні. Тому в розрахунках зазвичай вдаються до певних спрощень опису фізичних явищ, які дозволяють використовувати відомі положення технічної термодинаміки.

Зміна б процесах циклу залежить як від конструктивних особливостей двигуна, наприклад, дійсного ступеня стиснення, так і від параметрів в колекторах, які залежать від особливостей систем повітропостачання і газовідводу.

Розрахунок циклу зводиться до визначення параметрів в кінці певних процесів, починаючи з процесу наповнення; розрахунок параметрів, які характеризують цикл в цілому, - індикаторних показників двигуна; побудова теоретичної індикаторної діаграми. Крім того, проводять розрахунок параметрів, які характеризують роботу двигуна в цілому, - ефективних показників двигуна. Цикл розраховується для номінального режиму роботи двигуна.

Для розрахунку робочого циклу необхідно знати ряд параметрів, що виходять. Нижче приводиться зведення основних параметрів до розрахунку циклу.

Вибір кількості початкових даних залежить від прийнятої схеми розрахунку робочого циклу, а правильність прийнятих даних істинно впливає на точність кінцевих результатів розрахунку.

 Вибір вихідних даних для подальших розрухунків частково роблять із курсового проекту з ТеоріЇ ДВС.

2.2 Побудова силової схеми КШМ

    При роботі двигуна на КШМ діє сила тиску газів у циліндрі, сили інерції мас, що рухаються, сили ваги, сили тертя і сили корисного опору на колінчатому валу.

   Сили тертя в порівнянні з іншими силами невеликі і залежать від багатьох факторів, що не піддаються точному обліку (шераховатость тертьових поверхонь, умови змащення, тепловий режим, зазори й ін.). Тому в динамічних розрахунках нимизневажають, а враховують механічним ККД дви-гуна. Сили ваги виникають у малообертових двигунах. Визначають сили ваги по масах деталей з робочих креслень чи результатам зважування.

   Результуючої всіх сил, що діють на поршень, є рушійна сила. Рушійна сила прикладена до центра приведення всіх мас механізму, що рухаються поступально. Для крейцкопфних двигунів крапкою приведення є центр головного підшипника.

   У загальному випадку рушійна сила буде представляти алгебрагическую суму

РДВ = РГ + РS + PВ + РК + РТР ,

де РГ - сила від тиску газів;

     РS - сила інерції поступальних мас;

     РВ - сила ваги поступальних мас;

    РК - сила тиску на поршень з тильної його сторони (для крейцкопфних двигунів - тиск наддувочного повітря);

    РТР - сила тертя між втулкою і поршнем (при необхідності додається сила тертя в крейцкопфі).

   У зв'язку з тим, що сила РВ і сила РК є величини постійні, то в розрахункових операціях буде використовуватися формула

РДВ = РГ + РS .

Мал. 13  Силова схема КШМ

2.3. Розрахунок та побудова діаграми діючих сил

   На Мал. 13 представлена силова схема КШМ, де показана розкладання сил у центрі головного і центрі мотильового підшипників.

   Найменування цих сил наступні

N - нормальна сила, що діє перпендикулярно осі циліндра;

Q - сила, що діє уздовж осі шатуна;

Z - радіальна сила, що діє уздовж радіуса кривошипа;

T - дотична сила, що діє по дотичній до траєкторії центра мотылевой шейки.

    Розрахункові формули мають вид

N = ;

Q = ;

Z = ;

T = .

   Усі розрахункові формули, що приводяться, орієнтовані на машинний рахунок.

2.4 Побудова діаграми сумарних дотичних сил

Діаграма сумарних дотичних сил являє собою в деякому масштабі сумарний момент, що крутить, на вихідному фланці колінчастого вала дизеля.

   Хід розрахунку будемо робити з наступним порядком роботи циліндрів двигуна

1 - 5 - 3  4  2 6.   

Визначимо максимальний кут повороту кривошипа, що відповідає періоду зміни сумарної дотич-ної діаграми,

,

де z = 1 - коефіцієнт тактности двигуна;

    I = 6 - число циліндрів,

тоді   = 45°.

   Після цього останній стовпець табл. 2.  (значення дотичної сили одного циліндра) поділяється на шість рівних ділянок, що відповідають  = 45°, і значення дотичного зусилля кожної ділянки заносяться в таблицю 2 у виді вертикальних стовпців відповідно до порядку роботи циліндрів.

   Потім, підсумовуючи по горизонтальних рядках значення дотичного зусилля окремих циліндрів, в останньому стовпці одержимо значення сумарної дотичної сили Т.

   Отримані дані вносимо в таблицю 2.  На підставі отриманих даних будується діаграма сумарної дотичної сили.

   Таблиця 2. Розрахунок сумарних дотичних сил

Кут  α,

ПКВ

Номер циліндра

Сумарні дотичні зусилля, МПа

I

II

III

IV

V

VI

0

0

2,818

-0,664

0

-0,869

1,311

2,596

10

-,069

2,704

-0,505

3,936

-1,153

0,937

5,850

20

-0,150

2,653

-0,738

7,010

-1,389

0,643

8,029

30

-0,258

2,490

-1,439

5,661

-1,474

0,421

5,401

40

-0,407

2,166

-2,337

4,186

-1,338

0,253

2,523

50

-0,610

1,742

-2,297

3,241

-1,016

0,118

1,178

60

-0,869

1,311

0

2,818

-0,664

0

2,596

Таблиця 2 заповнюється у відповідності до порядку рооботи циліндрів 1-5-3-4-2-6.

2.5 Визначення середньої сумарної дотичної сили та індикаторної

потужності двигуна

       Розрахункова величина індикаторної потужністі

Ni  = TСР Т FЦ кВт,

де ТСР - середнє сумарне дотичне зусилля, мм;

    Т = 0.056 - масштаб діаграми, МПамм;

    FЦ - площа поперечного переріза циліндра, м2;

    R = 2,8  - радіус кривошипа, м;

    n = 91 - частота обертання колінчастого вала, хв-1.

   ТСР - знаходиться по формулі

ТСР = ,

де Fg - площа діаграми, мм2;

     L = 77- довжина діаграми, мм.

Fg = (F1 + F2 + F3 + F4 + F5 + F6, мм2,

де F1 F6 - ординати відповідних крапок діаграми, мм;

    Т = 0.056- масштаб діаграми, МПамм;

    FЦ = 0.785·D2 ;

   FЦ = 0.785 · 0.7 2 = 0.385- площа поперечного переріза циліндра, м2.

   Тоді :

Fg= 2945 ·4875· 4719 · 2769 ·1287 ·1326 = 17921 мм2.

ТСР = 77 мм.

Ni = 77  0.056  0,385 1.35 (3,1491)\30  103 = 21357,149 кВт.

Ne = Ni  M = 21357,149  0.95 = 22481 кВт.

У звязку з тим, що розбіжність між  та   не більша за 5 %, то розрахунок слід вважати правильним.

2.6 Визначення надлишкової роботи крутильного моменту та основних розмірів маховика

 Розрахунок маховика являє собою визначення махового моменту інерції, максимального діаметру обода маховика та його масу.

Під маховим моментом маховика розуміють вигідну  в практиці величину, яка дорівнює відношенню маси маховика на квадрат його зовнішнього діаметра (без ободу).

 Визначення надлишкової роботи, яку виконує сумарний крутильний момент

Величину надлишкової роботи, яку виконує сумарний крутильний момент визначаємо за формулою:

,  кДж

де:  Lизб - площа згідно з надлишковою роботою, мм;

 т  масштаб діаграми сумарний та дотичних сил, МПа/мм;

 - масштаб кута , град/мм;

Fц  площа циліндра, м2;

R радіус кривошипа, м2.

Lизб = 4364 · 0,056 · 0,25 · 0,01745 · 0,385 · 1,35 · 106 = 554119 Дж = 0,554 МДж;

Необхідне значення моменту інерції маховика:

, кг м2;

Ід = 91,2 · 554119 /0,033 · 91 2= 184927,354 кг · м2;

де:   =  - степінь нерівномірності оберту колін вала приймаємо;

n =91 хв-1 частота оберту колін вала.

Враховуючи те, що механізм рухомості має момент інерції рівний половині потрібного, тоді необхідна величина моменту інерції маховика буде дорівнювати:

,  кг м2;

Таким чином:

Ім = 0,5 · 184927,354 = 92463,677 кг · м2;

Визначення діаметру маховика та його маси

Діаметр ободу маховика визначається за формулою:

    ,  м;

де: [] = 60 м/с  допустима лінійна швидкість на ободі маховика, м;

Dм   = 60 · 40 / 3,1415 · 91 = 8,4 , м/с

;

Dm2 = 1,5 · 2,8 = 4,76 , м

Маховий момент маховика, кг:

;

звідки:     

де  Dм = діаметр маховика

Мм = 4· 92463,677 / 4,59  = 17555,200 кг;

Визначення основних розмірів ободу маховика.

;

де   Мм – маховий момент

  kM = B/H

Dmдіаметр ободу маховика

ρ – щільність металу

Н = , м.

B = 0.25 · H

B = 0.25 · 0.624 = 0.156

Маса ободу маховика:

Мм = π · Dм · В · Н · ρ

де  Dmдіаметр ободу маховика

 Н висота ободу

В ширина маховика

ρ – щільність металу

Мм = 3.1415 · 4,76· 0.156 · 0.624 · 7800 = 13335,072 кг.

 

Мал. 14  Загальний вид маховика

3. ПЕРЕВІРКА ВРІВНОВАЖЕНОСТІ ДВИГУНА ГРАФІЧНИМ МЕТОДОМ ЗА СИЛАМИ ІНЕРЦІЇ ПЕРШОГО ПОРЯДКУ

Ps = P Is +P IIs    

P Is = Ms ω2R cos α   

ω = πn | 30    

Мал. 15 Робота сил КШМ      

За структурою модуль сили інерції I го порядку, записується як відцентрова сила. В результаті отримаємо  Р Isф · cos α.

 Для використання метода відцентрових сил, при перевірці врівноваженості ДВЗ за силами інерції І го порядку, умовно переносимо цю силу до центру мотилевого підшипника. Відцентрова сила, що при цьому виникає, за формою запису є відцентровою. Але так як вона перенесена і не має проекції на горизонтальну вісь, така сила буду фіктивною. Саме це дає право на перевірку ДВЗ методом відцентрових сил.

Для двигунів в рівнокутним значенням заклинення поршнів, силовий многокутник відцентрових фіктивних сил завжди замикається, що й свідчить про врівноваженість двигуна ( Мал. 16, А ).

Під час експлуатації двигуна можуть виникнути будь-які аварійні ситуації. Тому пропонується симулювати ситуацію, коли вийшли з ладу поршень і шток, та повністю демонтовані. Але до колінчастого валу все ще підєднанні крейцкопф та шатун ( Мал. 16, Б).

Мал.16 Діаграми заклинення поршнів та силові многокутники відцентрових сил: а) Штатного двигуна; б) двигуна з демонтованим поршнем та штоком поршня.

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ЛІТЕРАТУРНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Двигатели МАН B&W модельного ряда МС 50-98. Конструкция, эксплуатация, техническое обслуживание /Возницкий И. В.. М.: МОРКНИГА, 2008 264 с, илл.

2. Конструирование и расчеты прочности судовых дизелей/В.А. Ваншейдт Л.: Судостроение 1969.

3. Расчет двигателей внутреннего сгорания: Метод. Указания / С.Г. Ткаченко, В.С. Хоменко, Н.И. Наливайко - Н.: НКИ, 2000.

4. Судовые двигатели внутреннего сгорания: Учебник / Ю.Я. Фомин. А.И. Горбань, В.В. Добровольский, А.И. Лукин и др. - Судостроение 1989.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

16567. Исследование работы нейтрализаторов статического электричества 67 KB
  Лабораторная работа № 7 Исследование работы нейтрализаторов статического электричества 1. Цель работы Экспериментальное определение эффективности работы пассивных индукционных и активных высоковольтных нейтрализаторов статического электричества. ...
16568. Электрография 71.5 KB
  Лабораторная работа № 8 Электрография 1. Цель работы Изучение и экспериментальное исследование работы узлов электрографических аппаратов. 2. Предварительные сведения Электрографический способ воспроизведения изображений один из прогрессивных и эффектив
16569. Изучение основ технологического применения озона 211.15 KB
  Лабораторная работа № 1 Изучение основ технологического применения озона Цель работы 1 Ознакомление с распространенными схемами технологического применения озона; 2 Исследование выходных характеристик генератора озона; 3 Изучение процесса растворения абсо
16570. Магнито-импульсная обработка металлов 1.08 MB
  Лабораторная работа №3 Магнитоимпульсная обработка металлов Цель работы: Ознакомление с принципом деформирования проводящих заготовок в импульсном магнитном поле с узлами и элементами установок для магнитоимпульсной обработки металлов а также ознакомление с м
16571. Нанесение порошковых покрытий в камере с кипящим слоем 1023 KB
  Лабораторная работа №4 Нанесение порошковых покрытий в камере с кипящим слоем Цель работы: Ознакомление с технологией и устройствами для нанесения порошковых покрытий в электрическом слое. Изучение процесса нанесения покрытий на изделия в камерах с электрическим к...
16572. Изучение основ технологического применения озона 71.5 KB
  Лабораторная работа №1 Изучение основ технологического применения озона Цель работы 1 Ознакомление с распространенными схемами технологического применения озона; 2 Исследование выходных характеристик генератора озона; 3 Изучение процесса растворения абсор...
16573. Исследование работы барьерного озонатора 221.5 KB
  Лабораторная работа №2 Исследование работы барьерного озонатора Цель работы 1. Ознакомление с конструкцией барьерного озонатора принципом его работы и выходными параметрами. 2. Исследование режимов работы барьерного озонатора определение концентрации озона акт...
16574. Исследование работы нейтрализаторов статического электричества 69.5 KB
  Лабораторная работа № 7 €œИсследование работы нейтрализаторов статического электричества € 1. Цель работы. Экспериментальное определение эффективности работы пассивных индукционных и активных высоковольтных нейтрализаторов статического электричества...
16575. Прикладное программное обеспечение. Табличный процессор Excel 284.5 KB
  Лабораторная работа №1 Тема 5: Прикладное программное обеспечение. Табличный процессор Excel Содержание: Создание и сохранение таблицы ввод и корректировка данных числовые форматы вычисления оформление и т.д. Работа с таблицами многоразового использования: ...