Файл: Соловьев Е.М. Судовые энергетические установки, вспомогательные и промысловые механизмы учеб. пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 27.06.2024
Просмотров: 96
Скачиваний: 1
Наполнение и очистка цилиндра должны происходить в строгом со гласовании с положением поршня в цилиндре. Эти функции выполняет механизм газораспределения. Согласование работы газораспределительных органов достигается благодаря тому, что механизм газораспределения кинематически связан с коленчатым валом.
Существует много конструктивных разновидностей механизмов газораспределения, но принцип их построения у всех двигателей внутреннего сгорания одинаков.
Рис. 46. Схема механизма |
газораспределения четырехтактного двигателя: |
а — клапан |
закрыт; б — клапан открыт. |
Механизм газораспределения четырехтактного двигателя пока зан на рис. 46. Он состоит из клапанов 1, расположенных в на правляющих втулках 2 и удерживаемых в закрытом состоянии пружинами 3, а также распределительного вала 11 и передаточных деталей, к которым относятся толкатель 9, втулка 8 толкателя, штанга 7 и коромысло 4. К распределительному механизму отно сятся также шестерни, которые приводят в движение распредели тельный вал.
Механизм газораспределения действует следующим образом. На конце коленчатого вала двигателя насажена шестерня 12. Она приводит в движение шестерню 13, которая в свою очередь вращает шестерню 10 распределительного вала. При вращении распредели тельного вала его кулачок поднимает толкатель 9, который воз действует на штангу 7, поднимающую правое плечо коромысла 4,
84
заставляя его немного повернуться вокруг оси и левым концом от крыть клапан (рис. 46,6). Когда выступ кулачка распределитель ного вала выйдет из-под толкателя, давление на клапан 1 прекра тится и он под действием пружины 3 станет на место — закроет отверстие (рис. 46,а).
Для обеспечения плотного закрытия отверстий клапанами меж ду торцом стержня каждого клапана и коромыслом должен быть некоторый зазор: меньший — для впускного клапана и больший для выпускного (более сильно нагревающегося)Требуемая ве-
Рис. 47. Типы продувок двухтактных дизелей: |
а — эксцентричная; |
б — односторонняя петлевая; в — прямоточная |
клапанно-щелевая. |
личина зазора устанавливается регулировочным винтом 6, за крепленным контргайкой 5.
У двухтактных двигателей впуск свежего воздуха и выпуск от работавших газов осуществляется через окна в цилиндре, откры ваемые и закрываемые рабочим поршнем. Так как времени на про цессы наполнения и выпуска в двухтактных двигателях отводится примерно в три раза меньше, чем в четырехтактных (при одинако вой частоте вращения вала), а отработавшие газы вытесняются из цилиндра потоком продувочного воздуха (а не поршнем), все это затрудняет эффективную очистку и наполнение цилиндров. Стрем ление же к наиболее полной очистке и наполнению рабочего ци линдра привело к созданию большого количества разнообразных систем продувок. Некоторые из них, наиболее распространенные, показаны на рис. 47.
Петлевая поперечно-щелевая продувка с эксцентрическим рас положением окон (рис. 47, а) используется в отечественных двух тактных двигателях и двигателях фирмы Зульцер. Оси продувоч ных и выпускных окон имеют различные центры пересечения.
85
Продувочный воздух, проходя через |
полость |
цилиндра, делает |
петлю. |
(рис. |
47, б) используется |
Односторонняя петлевая продувка |
фирмой МАН в мощных малооборотных двигателях. Все окна рас положены с одной стороны, причем выпускные окна помещаются над продувочными.
Прямоточная клапанно-щелевая продувка (рис. 47, в) применя ется в двигателях фирмы Бурмейстер и Вайн и в мощных судо вых двигателях Брянского машиностроитель ного завода. Свежий воздух поступает через продувочные окна, расположенные по окруж ности, а отработавшие газы удаляются через клапаны, снабженные таким же приводом, как и у четырехтактного двигателя. Продувочный воздух не делает петли, а движется винто образно сверху вниз, что улучшает качество
очистки цилиндров от отработавших газов. Наддув двигателей. Для увеличения мощ
ности дизелей в настоящее время все чаще применяют наддув как один из наиболее эф фективных и перспективных методов. Над дув — искусственное увеличение заряда воз духа, вводимого в цилиндр двигателя. При наддуве в цилиндр можно ввести большее ко личество воздуха и соответственно увеличить количество впрыскиваемого топлива, что при ведет к повышению количества теплоты, вы деляющейся при сгорании в цилиндре, и, сле довательно, к увеличению мощности.
В четырехтактных двигателях увеличение заряда воздуха, вводимого в цилиндр, дости гается повышением его давления перед пода чей в цилиндры, для чего устанавливают спе циальный воздушный нагнетатель.
В двухтактных двигателях с наддувом продувочные насосы создают большее давление и имеют большую производительность. Обычно дизели с наддувом выполнены так, что в цилиндр пода ется в 1,5—2 раза больше воздуха, чем в нем может поместиться при нормальной работе. Часть лишнего воздуха используется для продувания цилиндра, когда впускные и выпускные клапаны или окна открыты. Продувочный воздух хорошо очищает цилиндр от отработавших газов, оставшихся от предыдущего цикла, и охлаж дает днище поршня, крышку и клапаны, что увеличивает срок службы деталей.
В настоящее время применение наддува позволяет увеличить удельную мощность двигателя в 1,5—2 раза и больше.
Существует несколько систем наддува двигателей. Наиболее распространен газотурбинный наддув. При газотурбинном наддуве (рис. 48) отработавшие газы из выпускного коллектора направля
86
ются в газовую турбину 2, вследствие чего вал турбины начинает вращаться. На одном валу с газовой турбиной установлено рабо чее колесо 1 центробежного компрессора. Агрегат турбина—ком прессор называется турбовоздуходувкой, газотурбонагнетателем (ГТН) или турбокомпрессором (ТК).
При вращении рабочего колеса компрессора последний засасы вает воздух из атмосферы и под давлением нагнетает его к впуск ному клапану.
Мощные двухтактные двигатели с наддувом снабжены не сколькими газотурбонагнетателями (один ГТН на три-четыре цилиндра). В качестве дополнительных нагнетателей могут быть использованы полости под рабочими поршнями, снабженные клапа нами, которые работают как воздушные насосы. Иногда приме няют отдельные поршневые насосы, приводимые в движение от шатунов дизеля.
Топливная система. Устройства, обеспечивающие подготовку, подвод и подачу топлива в цилиндры, образуют топливную сис тему двигателя. Принципиальная схема топливной системы ди зеля показана на рис. 49, а.
Топливо принимается на судно через приемный патрубок 5 и заливается по трубе 4 в цистерны 3 основного запаса. Оттуда один раз за вахту топливо забирается насосом 2 (а при его аварии— ручным насосом 1) и подается в расходную цистерну 7, находя щуюся в машинном отделении. Уровень топлива в расходной ци стерне контролируется по мерному стеклу 8. В случае переполне ния цистерны топливо по переливной трубе 6 сливается в цистерну основного запаса. Вода и примеси, осевшие на дне цистерны, пе риодически спускаются через сливной кран 9.
При работе двигателя топливо из расходной цистерны через фильтр грубой очистки 10 непрерывно забирается топливоподка чивающим насосом 11 и через фильтры тонкой очистки 12 нагне тается под давлением 150—200 кПа (1,5—2 кгс/см2) к топливным насосам высокого давления. Если топливо сильно загрязнено, его пропускают через сепаратор 21, где оно очищается от воды и ме ханических примесей.
Каждый насос высокого давления 13 один раз за цикл в нуж ный момент в требуемом количестве подает порцию топлива под высоким давлением 30—150 МПа (300—1500 кгс/см2) по трубопро воду высокого давления 15 через щелевой фильтр тонкой очистки 16 и форсунку 17 в свой цилиндр. Топливо, просочившееся через неплотности форсунок и насосов, отводится по трубам 18 в сточ ную цистерну 19. Излишек топлива, подаваемого топливоподкачи вающим насосом, во избежание повышения давления сверх уста новленного перепускается через перепускной клапан 20 обратно в расходную цистерну. Туда же по трубопроводу 14 направляется отсечное топливо от насосов высокого давления.
Двигатели малых и средних мощностей работают на легких ди зельных топливах, мощные тихоходные дизели — на тяжелых мо торных. Тяжелые топлива обязательно подвергают сепарации.
87
6
Рис. 49. Топливная |
система дизеля и ее элементы: а — схема топлив |
ной системы; |
б — насос высокого давления; в — форсунка. |
Топливные насосы высокого давления выполняются поршне выми. Поршни называются плунжерами или скалками. Плунжер перемещается вниз с помощью пружины, вверх — под воздейст вием кулачка, как у механизма газораспределения. Обычно у су-
88
довых двигателей для каждого цилиндра имеется отдельный на сос. У быстроходных и малогабаритных двигателей топливные на сосы всех цилиндров могут выполняться в одном корпусе-блоке.
Количество подаваемого в цилиндр топлива необходимо из менять в зависимости от нужного режима работы двигателя (ма лый, средний, полный ход). Количество топлива, подаваемого в ци линдр, изменяют перепуском части его из надплунжерной об ратно в подводящую полость.
В зависимости от того, как осуществляется перепуск топлива, различают насосы клапанного типа (перепуск через клапаны) и золотникового типа (перепуск при помощи плунжера специальной конструкции, играющего роль золотника). Наибольшее распрост ранение получили насосы золотникового типа; схема устройства такого насоса представлена на рис. 49, б. Плунжер 3 совершает возвратно-поступательное движение в плунжерной втулке 8. Над втулкой установлен нагнетательный клапан 5, прижимаемый к седлу 7 пружиной 6. Во втулке имеются два отверстия а, при помощи которых рабочая полость насоса (надплунжерное прост ранство) сообщается с подводящей полостью.
Помимо подачи топлива, плунжер служит в качестве золот ника для регулирования количества подаваемого топлива. С этой целью в верхней части плунжера на боковой поверхности сделано углубление со спиральной отсечкой кромкой в и вертикальным пазом б. При движении плунжера вниз в результате создавшегося в рабочей полости разрежения в нее через окна а поступает топ ливо. При движении плунжера вверх в первый момент топливо через те же окна будет вытесняться обратно в подводящую по лость. С момента, когда окна а будут закрыты торцом плунжера, начнется нагнетание топлива через нагнетательный клапан к фор сунке. Нагнетание будет продолжаться до тех пор, пока спираль ная канавка в не сравняется с правым (отсечным) окном а. С этого момента топливо из нагнетательной полости по вертикаль ному пазу вдоль спиральной отсечной кромки будет перетекать через отсечное окно в подводящую полость. Это явление называ ется о т с е ч к о й т о п л и в а . Нагнетательный клапан в этот мо мент закрывается и подача топлива к форсунке прекращается.
Изменение количества подаваемого топлива во время работы двигателя осуществляется поворотом плунжера. Если, например, повернуть плунжер вокруг своей оси вправо, то против отсечного окна окажется верхний участок спиральной кромки и отсечка при движении плунжера вверх наступит раньше; следовательно, к форсунке будет подаваться меньшая порция топлива. При пово роте плунжера влево подача топлива к форсунке, наоборот, уве личится.
Для возможности поворота плунжера на плунжерную втулку свободно надета поворотная втулка 2, на верхней части которой установлен зубчатый венец 4; внизу поворотной втулки имеется вырез, в котором размещен поводок 1 плунжера. Зубчатый венец находится в зацеплении с зубчатой рейкой 9.
89