Бурмейстер двигатель


Подбор главного двигателя и главной передачи

Выбор типа главной передачи и главного двигателя будем производит в комплексе. Подбор вариантов главного двигателя будем производить на основе расчетной эффективной мощности. Рассмотрим 3 дизеля:

Характеристики принимаемых ДВС.

Дизель

D/S,

см

Цилиндровая

мощность, кВт

Число ци-

линдров

Эффективная

мощность, кВт

Удельный

расход топли-

ва, г/кВтч

Число

оборотов,

об/мин

«МАН-Бурмейстер

и Вайн S50MC-C»

50/

191

1430

7

10010

171

127

«МАН-Бурмейстер

и Вайн

S42MC»

42/

176,4

1080

9

9720

177

136

«МАН-Бурмейстер

и Вайн

S60MC»

60/

229,2

2040

5

10200

170

105

Требуемая мощность одного ГД=кВт

Из таблицы видно, что наименьший удельный расход топлива у «МАН-Бурмейстер и Вайн S60MC», он является малооборотным, что допускает его работу на винт без использования понижающей передачи. Эти показатели увеличивают экономичность двигателя и упрощают процесс эксплуатации.

Подводя итог, принимаем в качестве варианта СЭУ, устанавливаемого на проектируемое судно, СДУ. В качестве главного двигателя и типа передачи принимаем МОД «МАН-Бурмейстер и Вайн» S60MC с прямой передачей и ВФШ. Для обеспечения требуемой мощности необходимо установить два таких двигателя.

Основные характеристики двигателя «МАН-Бурмейстер и Вайн» S60MC

Марка дизеля

D/S,

мм

Количество цилиндров

Номинальная частота вращения, об/мин

Эффективная мощность, кВт

Габариты, мм

Удельная масса, кг/кВт

Удельный расход топлива г/(кВтч)

Удельный расход цилиндрового масла, г/(кВтч)

МАН-Бурмейстер

и Вайн

S60MC»

600

2292

5

105

10200

4846х2520х7114

28,833,5

170

0,951,5

Выбор количества валопроводов и типа движителя

Количество валопроводов выбираем из задания на курсовой проект в соответствии с количеством движителей. Проектируемое судно должно иметь два движителя. В качестве главных используются МОД с прямой передачей, поэтому принимаю решение установить две одновальные СДУ. Такая схема обеспечивает высокую живучесть и маневренные качества. При выборе типа движителя рассматривают преимущества и недостатки каждого из типов, целесообразность его применения на данном судне, первоначальную стоимость судна и эксплуатационные затраты. Установка с ВФШ проще и дешевле, удобнее в обслуживании, наиболее ремонтопригодна, по сравнению с ВРШ. Так же у ВРШ несколько меньший (на 1- 3 %), чем у ВФШ к.п.д. из-за большого диаметра ступицы, в которой размещается механизм поворота. Это определило широкое распространение установок с ВФШ на судах транспортного морского флота с установившимися режимами плавания: нефтеналивных, сухогрузных судах, лесовозах, углерудовозах, транспортных рефрижераторах, судах рыбопромыслового флота.

Применение винта регулируемого шага дает возможность быстрого перехода с переднего на задний ход улучшает маневренные качества судна.

Из выше сказанного следует, что для данного судна целесообразным будет применение ВФШ.

studfiles.net

Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Бурмейстер

Cтраница 1

Бурмейстер и Вайн ( см. Двигатели внутреннего сгорания судовые, фиг. Органом, управляющим открытием выхлопных окон верхней полости, является золотник / / в верхней крышке. Выхлоп нижней полости управляется такте золотником, в котором находится сальник поршневого штока. В середине цилиндра имеется только один ряд продувочных окон L, к-рые попеременно открываются поршнем то в одну то в другую полости цилиндра.  [1]

Стационарные двигатели Бурмейстер и Вейн мощностью от 3000 до 22 000 л. с. ( фиг.  [2]

Выполняется фирмой Бурмейстер и Вайн ( Burmeister und Wain) и нек-рыми другими з-дами. Как данная, так и предыдущая схема характеризуются наличием наддува. Эта конструкция позволяет осуществить наддув путем смещения кривошипов нижнего и верхнего поршней против угла в 180 на нек-рый угол. Выхлопные окна расположены в верхней части цилиндра и управляются особым золотником. Конструкция позволяет осуществить наддув.  [3]

Датская фирма Бурмейстер и Вайн выпускает ряд комбинированных малооборотных двухтактных крейц-копфных реверсивных двигателей с прямоточной кла-панно-щелевой схемой газообмена типа KGF с диаметрами цилиндров 460; 550; 670; 800; 900 и 980 мм, цилиндровой мощностью 600 - 3000 кВт при частоте вращения коленчатого вала 220 - 110 об / мин, числом цилиндров 5 - 12 при среднем эффективном давлении до 1 23 МПа, удельном эффективном расходе топлива около 210 г / ( кВт - ч), давлении сгорания 8 6 МПа. Начиная с этой серии, в двигателях применяется гидравлический привод выпускного клапана.  [4]

Например, фирмы Бурмейстер и Вайн, Старк применяют в своих двигателях импульсные турбины; фирмы Гетаверкен Веркс-пуур Лагг, Фиат, MAN в основном используют турбины постоянного давления.  [5]

Изготовляется по лицензии фирмы Бурмейстер и Вайи ( B & W) с числом цилиндров пять и девять ( фиг.  [6]

Изготовляется по лицензии фирмы Бурмейстер и Вайн ( В & W) с числом цилиндров шесть, восемь и девять ( фиг.  [7]

Берри ( Berry), Бурмейстера ( Burmeister) и Макэлроя ( McElroy) идентифицированы пять факторов. Три из пяти факторов близки к последним трем факторам, приведенным выше.  [8]

Система управления двухтактного двигателя двойного действия Бурмейстер и Вейн с пневматическим управлением и реверсом при помощи провертывания распределительного вала. Система спроектирована с учетом максимального сокращения времени маневра фиг. В системе используется торможение сжатым воздухом при реверсе.  [9]

Изменения связаны с расширением и сжатием цапф по Бурмейстеру.  [10]

В этом патенте указывается, что действительным изобретателем этого типа выключателя является Герман Бурмейстер из Берлина-Шпандау, который переуступил ДЖИИ свои права на этот выключатель. Далее в патенте указано, что аналогичная заявка на этот тип выключателя сделана в Германии 11 февраля 1936 г. Соответствующего германского патента не удалось обнаружить. Вероятно, в выдаче патента в Германии на этот тип выключателя было отказано, так как по принципу действия такой выключатель аналогичен трубчатому выключателю при выполнении трубки из материала, выделяющего газы при нагреве электрической дугой.  [12]

Испытания проводились на дизелях с газотурбинным наддувом следующих марок: 7ДКРН 74 / 160, 9ДКРН 50 / 110 БМЗ - Бурмейстер и Вайн и 6 КД76 - Вяртсиля-Зульцер.  [13]

Испытания проводились на дизелях с газотурбинным наддувом следующих марок: 7ДКРН 74 / 160, 9ДКРН 50 / 110 БМЗ - Бурмейстер и Вайн и 6 РчД76 - Вяртсиля-Зульцер.  [14]

Так же, как и при статических определениях, может иметь место некоторое испарение металла с последующей диффузией к холодной части печи и конденсацией. Бурмейстеру и Еллинеку удалось значительно уменьшить эту погрешность с помощью специальных приемов, применяя в качестве несущего газа азот вместо водорода, поскольку коэффициент диффузии металлического пара в азоте меньше, чем в водороде.  [15]

Страницы:      1    2

www.ngpedia.ru

Анализ развития конструкции двигателей фирмы «бурмейстер и вайн»

АНАЛИЗ РАЗВИТИЯ КОНСТРУКЦИИ ДВИГАТЕЛЕЙ ФИРМЫ «БУРМЕЙСТЕР И ВАЙН»

Датская фирма «Бурмейстер и Вайн» с 1939 г. совместно с лицензиатами производит судовые малооборотные двигатели с прямоточно-клапанной системой продувки, а с 1952 г.— с газо­турбинным наддувом. В отечественном флоте настоящее время эксплуатируются двигатели серий VTBF, VT2BF, K-EF, K-FF, K-GF, L-GF, L-GFCA (табл. 7).

Дизели типа VTBF.

Общая компоновка двигателей VTBF представлена на рис. 23 поперечным разрезом двигателя 74VTBF-160. (ДКРН74/160), Это двухтактный, крейцкопфный, реверсивный двигатель с прямоточно-клапанной продувкой и с импульсным газотурбинным наддувом.

Наддув двигателя осуществляется газотурбоиагнетателями фирмы «Бурмейстер и Вайн» типа TL680, которые устанавли­ваются на каждые два-три или четыре цилиндра в зависимости от рядности двигателя. Выпускные газы поступают к турбине при переменном давлении с температурой около 450 °С по индивидуальным патрубкам от каждого цилиндра, имеющим за­щитные решетки, которые в случае поломки поршневых колец должны предохранять проточную часть газовой турбины от попадания обломков.

Двигатель обеспечивается воздухом на всех режимах от полного хода до пусков и маневров только газотурбонагнетателем за счет раннего открытия выпускного клапана. Клапан откры­вается при 87° -п. к. в. до НМТ, а закрывается при 54° п. к. в. после НМТ. Продувочные окна открываются и закрываются при 38° п. к. в. соответственно до и после НМТ. Раннее Открытие клапана дает возможность получить мощный импульс давления, обеспечивающий баланс мощности между турбиной и компрессором на всех режимах работы, однако фирма дополнительно установила аварийную воздуходувку 9.

Прямоточно-клапанная продувка в двигателях Бурмейстер и Вайн традиционно осуществляется с помощью одного клапана 1 (см. рис. 23) большого диаметра, расположенного в центре крышки 2 цилиндра. По этой причине для равномерного распределения распыливаемого топлива по объему камеры сгорания установлены две или три форсунки с односторонним рас­положением сопловых отверстий по периферии крышки 2, которая имела ранее конусообразную форму, что позволило вынести плохо охлаждаемую область стыка крышки с цилиндровой втулкой 3 из зоны камеры сгорания вверх.

Использование такой схемы продувки дало возможность применить простую симметричную конструкцию цилиндровой втулки, в нижней части которой расположены продувочные окна 6, равномерно распределенные по всей окружности втулки. Оси каналов, образующих продувочные окна, направлены по касательной к окружности цилиндра, что создает закручивание потока воздуха при его поступлении в цилиндр. Это обеспечивает очистку цилиндра от продуктов сгорания с минимальным перемешиванием продувочного воздуха и остаточных газов, а также улучшает смесеобразование в камере сгорания, так как вращение воздушного заряда сохраняется и в момент впрыска топлива. Простая конфигурация и возможность обеспечения равномерной температурной деформации втулки по длине обеспечивают благоприятные условия работы деталей цилиндропоршневой группы.

Поршень 4 двигателя имеет стальную головку, выполненную из молибденовой жаростойкой стали, и очень короткий чугун­ный тронк. В связи с периферийным расположением форсунок днище поршня имеет полусферическую форму. Равномерный обдув днища поршня холодным воздухом при продувке позволил фирме сохранить масляное охлаждение поршня во всех моделях своих двигателей. Применение масляной системы охлаждения значительно упрощает как конструкцию, так и эксплуатации двигателя. Для повышения ремонтопригодности поршней в канавках поршневых колец двигателей VTBF и двух последующих модификаций установлены противоизносные чугунные кольца. При износе или поломке их заменяют. При этом восстанавливают первоначальную высоту канавки.

Осуществив сварную конструкцию фундаментной рамы и картерных стоек, фирма попыталась в этих двигателях применить укороченные анкерные связи, проходящие от верхней плос­кости блока цилиндров до верхнего края картерных стоек, вместо традиционных длинных анкерных связей. Однако опыт эксплуатации показал, что при коротких анкерных связях не обеспечивается необходимая жесткость остова, поэтому в последующих моделях вернулись к длинным анкерным связям.

Двигатели VTBF имеют два распределительных вала. Их привод от коленчатого вала 8 осуществляется традиционной для МОД фирмы «Бурмейстер и Вайн» ценной передачей. Верхний распределительный вал служит для привода 5 выпускных клапанов, а нижний—для привода 6 топливных насосов высокого давления.

Реверс распределительных валов выпускных клапанов и топливных насосов производится с помощью кулисных сервомоторов с планетарными передачами, смонтированных внутри при­водных звездочек. При реверсе каждый распределительный вал фиксируется с помощью тормозного клапана и остается неподвижным в течение заданного угла при развороте коленчатого вала в новом направлении. При этом распределительный вал топливных насосов оказывается развернутым относительно коленчатого вала на 130° п. к. в. С целью уменьшения угла реверса распределительные валы разворачиваются в разные стороны (рис. 24,а, б).

Коленчатый вал двигателей этой серии составной, т. е. и мотылевая, и рамовая шейки запрессованы в щеки. Мотылевые подшипники смазываются по каналам в шейках и щеках.

От мотылевого подшипника масло по отверстиям в шатуне поступает к крейцкопфу, затем на смазку головных подшипников.

Подвод охлаждающего масла в поршень осуществляется по телескопическим трубам через крейцкопф, затем масло поднимается к поршню по кольцевому зазору между штоком поршня и отводной трубой. Отработавшее масло из поршня сливается по трубе, расположенной внутри штока поршня, затем из крейцкопфа по гуську, свободный конец которого ходит в прорези неподвижной отводящей трубы, и далее по системе труб масло поступает в сточную цистерну.

На двигателях Бурмейстер и Вайн традиционно применяют ТНВД 7 (см. рис. 23) золотникового типа с регулированием по концу подачи. В двигателях VTBF трубопроводы к обеим форсункам подсоединены непосредственно к головке топливного насоса. Насос не имеет нагнетательных клапанов, а угол опережения подачи топлива регулируется разворотом кулачной шайбы относительно распределительного вала. Форсунки этих двигателей—закрытого типа, охлаждаются дизельным топливом, давление начала впрыскивания 30 МПа. Характерной осо­бенностью форсунок является торцовое уплотнение иглы.

Опыт эксплуатации дизелей типа VTBF на судах отечественного флота показал, что для них характерны следующие дефекты и неисправности: интенсивные износы цилиндровых втулок, ослабление шпилек крепления головки и тронка поршня, частные поломки и интенсивные износы поршневых колец, образование трещин под опорным буртом цилиндровой втулки, вы-

ход из строя противоизносных колец, растрескивание и отслаивание баббита головных и мотылевых подшипников, прогорание выпускных клапанов, растрескивание деталей и зависание плунжеров ТНВД, частые отказы форсунок из-за зависания игл, растрескивание распылителей и т. д. Однако в целом двигатели показали достаточную надежность при коэффициенте использования мощности 0,8—0,9.

Дизели типа VT2BF.

Следующая модель двигателей, выпускавшаяся фирмой с 1960 г., VT2BF (рис. 25) сохранила основные черты предыдущей модели: импульсный ГТН 2, прямоточно-клапанную продувку, масляное охлаждение поршня, составную конструкцию коленчатого вала 1, привод распредели­тельного вала 4 и т. д. Однако в новой серии среднее эффективное давление увеличилось с 0,7 до 0,85 МПа, примерно на 20%. Для повышения мощности турбины была увеличена фаза открытия выпускного клапана 3 со 140 до 148° п. к. в. Теперь выпускной клапан открывался за 92° п. к. в. до НМТ и закрывался при 56° п. к. в. после нее.

В целях упрощения конструкции и снижения массы двигателя фирма отказалась от использования двух распределительных валов. Начиная с этой модели, для привода ТНВД и выпускных клапанов используется один распределительный вал. Для повышения жесткости остова двигателя фирма вернулась к длинным анкерным связям 7, проходящим от верхней плоскости блока цилиндров 5 до нижней плоскости фундаментной рамы 6.

Реверс распределительного вала осуществляется его разворотом на 130° п. к. в. в сторону реверса кулачных шайб выпускных клапанов, поэтому фирма была вынуждена использовать для привода ТНВД кулачную шайбу с негативным профилем (см. рис. 24, в, г). В связи с резким сокращением времени наполнения насоса фирма установила в головке ТНВД всасывающий клапан. Кроме того, в двигателях этой серии применен эксцентриковый механизм изменения угла опережения подачи топлива (рис. 26), регулирующий максимальное давление сгорания без остановки двигателя, что является несомненным преимуществом такой конструкции.

От ТНВД топливо подается по нагнетательному трубопроводу к распределительной коробке, от которой отходят трубопроводы к форсункам. Сохранив торцовое уплотнение иглы с распылителем, фирма опустила форсуночную пружину вниз, уменьшив тем самым массу подвижных частей. Отсутствие на­гнетательного клапана в системе впрыскивания при мощной отсечке топлива в конце подачи зачастую приводило к образованию вакуумных каверн в топливопроводах высокого давления, вызывая неравномерность цикловых подач по цилиндрам.

Дизели типов K-EF, K-FF.

В двигателях сохранен импульсный газотурбинный наддув, прямоточно-клапанная схема газообмена, масляное охлаждение поршня и другие характерные черты двигателей предыдущей модели VT2BF. Общая компоновка двигателей этой серии представлена поперечным разрезом двигателя K84EF на рис. 27.

В конструкцию двигателя внесены некоторые изменения. В первую очередь это касается деталей камеры сгорания. Как видно из рис. 28, камера сгорания двигателей K98FF вынесена в крышку колпачкового типа. Это снизило температуры зеркала цилиндра в верхней части втулки, чему способствовало охлаждение верхнего пояса втулки водой, подводимой по сверленым тангенциальным каналам в опорном бурте 4. Колпачковая конструкция обеспечила достаточную жесткость и прочность крышки без увеличения толщины стенок камеры сгорания, несмотря на то, что диаметр цилиндра и давление Pz стали больше. Толщина верхней части втулки оставлена без изменений благодаря смещению ее вниз в область более низких давлений газа. При такой компоновке деталей камеры сгорания верхняя часть поршня при его положении в ВМТ выступает из цилиндровой втулки. Поэтому появилась возможность отказаться от резьбовых отверстий под рамы в днище поршня, являющихся концентраторами напряжений, и применять для демонтажа поршня устройство, традиционно используемое в двигателях фирмы МАН, в виде хомута, бурт которого входит в кольцевую выточку в верхней части поршня 5.

Для обеспечения достаточного теплоотвода от днища поршня и его механической прочности фирма сохранила прежнюю толщину днища, а для снижения деформаций, возникающих от давления газов, использовала опорный стакан 3; диаметр которого составляет 0,7 диаметра цилиндра. Этим достигается равновесие сил давления газов на центральную и периферийную поверхность днища поршня, позволяющее уменьшить изгибающие напряжения в месте перехода днища в боковые стенки. Для крепления поршня к штоку использовано пружинное кольцо Бельвиля 1. За счет упругости этого кольца обеспечивается автоматическая компенсация износов опорных поверхностей опорного стакана, днища поршня и штока.

Благодаря этим мерам удалось сохранить приемлемый уровень температур в деталях цилиидро-поршневой группы, несмотря на увеличение среднего эффективного давления за счет наддува на 10% по сравнению с дизелями VT2BP.

Существенные изменения внесены в ТНВД двигателей этой серии (рис. 29). Фирма отказалась от применения эксцентрикового механизма с регулированием угла опережения подачи топлива и применила подвижную плунжерную втулку, положение которой может регулироваться при отключенном насосе с помощью небольшого шестеренного привода. При вращении при­водной шестерни на крышку навинчивается промежуточная втулка, которая служит упором для плунжерной втулки. Сама плунжерная втулка прижимается к промежуточной с помощью четырех шпилек. При регулировании угла опережения впрыска топлива на ходу двигателя подачу топлива отключают, ослабляют затяжку шпилек крепления плунжерной втулки, а затем путем вращения зубчатой шестерни наворачивают или выворачивают регулировочную втулку на головку насоса, перемещая ее на нужную высоту. Кроме того, фирма применила пластинчатый всасывающий клапан, расположенный непосредственно в ТНВД.

Топливо в полость нагнетания подводится по кольцевому зазору между корпусом и плунжерной втулкой снизу вверх, что позволяет равномерно прогревать насос при работе на тяже­лом топливе. Для гашения волн давления, возникающих при отсечке, используется пружинный демпфер.

Дизели типа K-GF.

Совершенствование конструкции своих двигателей фирма реализовала в процессе доводки базового двигателя K90GF, а затем всех остальных двигателей этого ряда. За счет наддува мощность двигателей была увеличена почти на 30% по сравнению с моделями K-EF, среднее эффективное давление составило 1,17—1,18 МПа при максимальном давлении сгорания 8,3 МПа. Это привело к значительному росту нагрузок на все детали остова двигателя. Поэтому фирма полностью отказалась от его прежней конструкции, образованной отдельными А образными стойками, и перешла на более рациональную жесткую сварную конструкцию коробчатой формы, в которой нижний блок 8 вместе с фундаментной рамой 9 образует пространство ша­тунного механизма, а верхний блок 7—полость крейцкопфа вместе с параллелями (рис. 30).

В этом варианте уменьшается количество болтовых соединений, упрощается обработка отдельных секций и облегчается герметизация уплотнений. Для улучшения условий работы крейцкопфа 6 значительно увеличен диаметр шеек его поперечины, который приблизительно стал равен диаметру цилиндра, и укорочена их длина (до 0,3 диаметра шейки).В результате деформации крейцкопфа уменьшились, снизились давления на подшипники (до .10 МПа), несколько увеличились окружные скорости в крейцкопфном подшипнике, что способствует образованию масляного клина. Симметричность крейцкопфного узла позволяет в случае повреждения шейки перевернуть поперечину на 180°.

Из-за высокого уровня тепловых и механических напряжений в эксплуатации наблюдались выходы из строя деталей камеры сгорания: крышек, втулок и поршней. Для ликвидации этих недостатков и в связи с необходимостью дальнейшей форсировки двигателя по наддуву фирма «Бурмейстер и Вайн» пошла на переработку конструкции этих деталей (рис.31).

Литые крышки заменены коваными стальными, они полуколпачкового типа и имеют пониженную высоту. Для интенсификации охлаждения у самой поверхности огневого днища про­сверлено около 50 радиальных каналов, по которым циркулирует охлаждающая вода. В утолщениях фланцевых поясов крышке 2 и втулке 5 (см. рис. 30 и 31) также выполнен ряд тангенциальных отверстий, образующих круговые каналы для прохода охлаждающей воды. Благодаря интенсивному охлаждению верхнего пояса втулки температура зеркала цилиндра на уровне верхнего кольца при положении поршня в ВМТ не превышает 160—180°С, что обеспечивает надежность работы и увеличивает срок службы поршневых колец, а также снижает износ втулки. При этом фирме удалось сохранить масляное охлаждение поршня 3, головка которого осталась примерно такой же, как и в предыдущей серии двигателей K-EF, но без противоизносных колец.

Для повышения надежности выпускного клапана (1), был заменен механический привод этого клапана на гидравлический привод, а концентрические пружины большого диаметра — на комплект из 8 пружин.

Гидравлический привод передает усилия поршневого толкателя 6, приводимого от кулачной шайбы распределительного вала, через гидросистему на поршень сервомотора, действующего на шпиндель выпускного клапана. Давление масла при открытии клапана составляет около 20 МПа. Эксплуатация показала, что гидравлический привод надежнее в работе, меньше шумит, обеспечивает меньший износ штока клапана благодаря отсутствию боковых усилий, что увеличило срок службы клапана до 25—30 тыс. ч.

В связи с тем, что на каждом цилиндре двигателей Бурмейстер и Вайн с прямоточно-клапанной продувкой устанавливалось от двух до трех форсунок, их недостаточная надежность серьезно снижала безотказность работы двигателей. По этой причине конструкция форсунок была полностью переработана (рис. 33). В новой форсунке топливо подводится по центральному каналу, образованному сверлениями в головке форсунки, в стержне, в упоре и в невоз­вратном нагнетательном клапане. Сам нагнетательный клапан размещен в теле иглы форсунки. Уплотнение всех стыков между деталями, образующими центральный канал для подвода топлива, осуществляется только за счет их взаимной притирки и усилия, создаваемого в результа­те натяга при сборке форсунки. Сопло, выполненное съемным, изготовлено из высококачественной стали. Это позволяет повысить не только надежность работы самих распылителей, но и их ремонтопригодность. В форсунке не предусмотрено устройство для регулирования давления открытия иглы. Опытная проверка таких форсунок на двигателях показала их высокую надежность.

Интенсификация охлаждения цилиндровой крышки в районе форсуночного отверстия позволила обойтись без охлаждения распылителя. Размещение нагнетательного клапана в игле в непосредственной близости от сопла, с одной стороны, полностью устраняет возможность подвпрыска топлива, а с другой, гарантирует топливную систему от прорыва газов из цилиндра при зависании иглы форсунки Масса и размеры форсунок существенно уменьшились не большая высота крышки позволили выполнить форсунки короткими и вмонтировать их в отверстия, просверленные не посредственно в стальном корпусе крышки.

На рис. 34 представлен топ дивный насос двигателя этого типа. В его конструкции сохранен подвод топлива к насосу по кольцевому зазору между плунжерной втулкой и корпусом снизу вверх для равномерного прогрева плунжерной пары при переходе на тяжелое топливо, использован тот же принцип регулирования начала подачи осевым перемещением плунжерной втулки, всасывающий клапан размещен со стороны полости нагнетания и т. д. Однако с учетом опыта эксплуатации введено специальное уплотнение для снижения утечек топлива через зазор в плунжерной паре. Рейка регулирования цикловой подачи перенесена в нижнюю часть корпуса насоса.

Двигатели типа K-GF, выпушенные на рынок в 1973 г., были ориентированы на требования судостроения, в основе которых лежали низкие цены на топливо и высокие фрахтовые ставки. Преобладали тенденции к увеличению агрегатных мощностей, что позволяло снизить производственные затраты на единицу мощности выпускаемых дизелей.

Дизели серии L-GF.

Энергетический кризис вынудил фирму «Бурмейстер и Вайн», так же как и другие фирмы, перейти к созданию двигателей с большим отношением S к D. Двигатели этой серии получили маркировку L-GF. Увеличение хода поршня компенсировало снижение частоты вращения на 20% и позволило сохранить на прежнем уровне цилиндровую мощность.

Многие узлы двигателей L-GF полностью идентичны узлам двигателя K-GF (рис. 35): кованая стальная крышка 2 со сверлениями для подвода охлаждающей воды, гидравлический при­вод выпускного клапана 1, конструкция поршня 3 с масляным охлаждением, крейцкопфа 5, остов двигателя и т. д. Верхняя часть втулки 4 была вынесена из блока цилиндра и выполнена в виде толстого опорного бурта значительной высоты, в котором просверлены тангенциальные каналы для подвода охлаждающей воды (см. рис. 31).

Снижение частоты вращения длинноходовых двигателей дало возможность увеличить диаметр винта и в результате повысить пропульсивный к. п. д. приблизительно на 5%. Испытания построенных дизелей показали, что при длинноходовом исполнении повышается и индикаторный к. п. д. дизеля на 2—3%, так как более полно используется работа расширения газов. Подтвердились преимущества прямоточно-клапанной схемы газообмена, благодаря которым увеличение высоты цилиндра не привело к увеличению зоны перемешивания воздуха с остаточ­ными газами, как это произошло в двигателях с контурными схемами продувки.

Дизели серии L-GFCA. Сохранение импульсного газотурбинного наддува в двигателях L-GF не позволяло получить нужный уровень экономичности в условиях энергетического кризиса. В связи с этим в конце 1978 г. фирма «Бурмейстер и Вайн» испытала на заводском стенде первый двигатель с изобарным наддувом, в котором был достигнут удельный расход топлива около 190 г/(кВт-ч). Новая серия двигателей получила обозначение L-GFCA.

Как видно из рис. 36 к общему выпускному коллектору 3 большого объема подведены выпускные патрубки цилиндров, поэтому перед турбиной 2 устанавливаются практически постоянные параметры газа. Переход на наддув при постоянном давлении газа перед турбиной позволил повысить к. п. д. турбокомпрессора на 8% и улучшить за счет этого воздухоснабжение двигателя на основных эксплуатационных режимах. В то же время на малых нагрузках и при пуске двигателя располагаемой энергии газов перед турбиной оказывается недостаточно, поэтому на этих режимах пришлось использовать две воздуходувки мощностью 0,5% полной мощности дизеля.

В связи с переходом на постоянный наддув отпала необходимость в раннем открытии выпускного клапана 4, за счет чего обеспечивался мощный импульс газов при импульсной системе наддува. Вместо открытия за 90° п. к. в. до НМТ клапан стал открываться на 17—20° п. к. в. позднее. Неизменный профиль кулачной шайбы дал возможность клапану на столько же позже закрываться, а вся его диаграмма «время—сечение» (рис. 37, а) стала более симметричной по отношению к НМТ. По-видимому, фирма пошла на увеличение потери заряда при газообмене в первую очередь для снижения температур поршня и особенно выпускного клапана, температура которого превышала 500°С. Некоторое снижение давления в начале сжатия (рис. 37, б) позволяет получить и дополнительный выигрыш мощности (зона //). Благодаря этому, а также из-за повышения максимального давления сгорания с 8,55 до 9,02 МПа (зона ///) и увеличения продолжительности процесса расширения газов в результате более позднего открытия клапана (зона /) среднее индикаторное давление в двигателе L-GFCA выросло по сравнению с двигателем L-GF с 1,26 до 1,40 МПа.

Повышение экономичности двигателей было достигнуто благодаря снижению удельного расхода топлива на 7,5%, чему способствовало и глубокое охлаждение продувочного воздуха. По данным фирмы, снижение температуры продувочного воздуха на каждые 10°С позволило уменьшить расход топлива на 0,8%. Глубокое охлаждение воздуха сопряжено с выпадением из него конденсата водяных паров, что может быть причиной износов деталей ЦПГ. Это затруднение было устранено установкой в воздухоохладителях 1 (см. рис. 36) сепараторов влаги, состоящих из набора профилированных пластин. Содержащиеся в потоке воздуха капли конденсата отводятся от пластин в дренажную систему.

Фирмой проводились исследования возможности выбора между полным использованием построечной мощности двигателя и снижением скорости судна для максимальной экономии топлива.

Они показали, что двигатели типа L-GFCA могут работать при постоянном значении максимального давления сгорания в диапазоне изменения мощности от 100 до 85% Neном. (при рабо­те двигателя на винт). Результаты этих исследований представлены расчетной диаграммой на рис. 38, а.

Зона режимов, в которой допускается сохранение номинальных значений Pz, ограничена фигурой 1—2—3—4—5. Работа в зоне 1—6—2 связана с превышением номинальных значений удельных давлений на подшипники.

При необходимости полного использования построечной мощности (т. е. поддержания максимальной скорости) режимы работы двигателя должны располагаться около границы 5—1— 2—3. Конкретное положение режимной точки будет зависеть от расположения реальной винтовой характеристики. При необходимости движения экономичным ходом режимная точка долж­на располагаться ближе к границе 3—4—5. Рис. 38,6 показывает, что. в этом случае часовой расход топлива уменьшится вследствие снижения как мощности, так и удельного эффектив­ного расхода топлива (точки Л к В).

Дизели типа L-GA.

Первая разработанная объединенной фирмой МАН — «Б и В» модель двигателя L-GA отличалась от предшествующей модификации L-GFCA только использованием турбокомпрессора NA-70, разработанного фирмой МАН. Повышение к. п. д. турбокомпрессора с 61 до 66% снизило эффективный удельный расход топлива на 2 г/(кВт-ч) при номинальной мощности и на 2,7 г/(кВт-ч)—при 76% Neном. Поскольку при оборудовании дизеля более эффективным турбоком­прессором не ставилась задача повышения среднего эффективного давления, увеличение его к. п. д. было использовано для уменьшения располагаемой энергии газов перед турбиной за счет более позднего открытия выпускных клапанов. Это позволило полнее использовать расширение газов в цилиндрах дизеля, что повысило его экономичность. Все остальные парамет­ры двигателя L-GA остались такими же, как у L-GFCA.

Высокий к. п. д. новых турбокомпрессоров и более позднее открытие выпускных клапанов снизили температуру отработавших газов за турбиной на 20—25°С. В результате уменьшилась и паропроизводительность утилизационного котла. Чтобы частично компенсировать снижение температуры газов, было решено использовать турбокомпрессоры с неохлаждаемыми кор­пусами типа NA-70 фирмы МАН.

Дизели типа L-GB.

Модификация L-GA послужила промежуточной моделью при переходе к дизелям повышенной форсировки и лучшей экономичности серии L-GB. В этих двигателях были увеличены ре до 1,5 МПа и цилиндровые мощности дизелей на 13% (по сравнению с дизелями L-GFCA). Удельный расход топлива снижен на 4 г/(кВт-ч) вследствие использования более эффективных турбокомпрессоров и повышения Pz до 10,5 МПа (табл. 8). В связи с ростом уровня тепловых и механических нагрузок все детали движения и ЦПГ, а также остова усилены, хотя общая компоновка осталась без изменений по отношению к двигателям L-GFCA.

Для повышения надежности выпускного клапана его конструкция переработана (рас. 39): пружины заменены пневматическим поршнем, работающим при давлении воздуха 0,5 МПа, для вращения клапана применена крылатка, охлаждение седла клапана—по сверленым каналам.

Новая конструкция поршня с масляным охлаждением представлена на рис. 40.

Для автоматического поддержания постоянного давления в области нагрузок от 78 до 110% применен золотниковый насос смешанного регулирования. Специальная конфигурация отсеч­ных кромок 1 плунжера (рис 41) обеспечивает увеличение опережения впрыска при снижении нагрузки двигателя, поддерживая максимальное давление сгорания на номинальном уровне.

При уменьшении нагрузки ниже 75% момент начала подачи по насосу постепенно начинает уменьшаться и примерно при 50% нагрузки давление Pz становится таким же, как при насосе прежней конструкции.

Дизели серии L-GBE.

Одновременно с серией L-GB фирмой МАН—«Б и В» разрабатывалась ее улучшенная по экономичности модификация L-GBE. У двигателей этой модификации те же размерности частоты вращения, что и у двигателей L-GB, но номинальное среднее эффективное давление снижено до уровня дизелей L-GFCA при сохранении максимального давления сгорания на высоком уровне и более высокой степени сжатия.

Для уменьшения объема камеры сжатия под пятку поршневого штока установлены специальные прокладки. Турбокомпрессоры дизелей L-GBE имеют другие размеры проточных частей, соответственно изменены размеры продувочных окон и фазы выпускного клапана. Есть отличия и в конструкции распылителей форсунок и плунжеров ТНВД.

Благодаря автоматическому увеличению угла опережения подачи топлива при развороте плунжера с уменьшением мощности диаграмма Нагрузок при pz=const немного меняется: границей низких частот вращения, т. е. левой образующей зоны постоянных значений pz, становится линия винтовой характеристики (рис. 42). В результате эта зона существенно расширяется.

Малоразмерная модель L35GB/GBE (см. табл. 8). спроектирована заново. В связи с повышением давления сгорания до 12 МПа чугунный блок цилиндров выполнен литым, коленчатый вал — цельнокованый, изменена конструкция механизма реверса.

Дизели серии L-MC/MCE.

Следующей моделью фирмы .МАН—«Б и В» стала сверхдлинноходовая модель с отно­шением S/D= 3,0— 3,25 получившая маркировку L-MC/ МСЕ. За счет дальнейшего увеличения хода поршня и одновременного повышения Pz удельный эффективный расход топлива в двигателе L90MC/MCE составил 163—171 г(кВт-ч) (см. табл. 8).

Стремясь возможно полнее удовлетворить потребности судостроения, фирма МАН—«Б и В» в 1985 г. объявила о подготовке к производству двух модификаций МОД S-MC/MCE К-МС/МСЕ (табл. 9).Модели S-MC и S-MCE имеют отношение S/D=3,82 и обеспечивают рекордно низкие расходы топлива—до 156 г/(кВт-ч),

Модели К-МС и К-МСЕ с отношением S/D=3 имеют сравнению с аналогичными двигателями моделей L-MC/MCE повышенную на 10% частоту вращения, так как она предназначена для контейнеровозов и других быстроходных судов, в которых ограниченное пространство кормовых подзоров не, позволяет использовать низкооборотные гребные винты большого диаметра. В двигателе 12К90МС может быть обеспечена номинальная мощность 54 тыс. кВт.

Основные конструктивные решения, использованные фирмой в дизелях последних модификаций, остались неизменными и отношению к дизелям моделей L-MC/MCE (рис. 43). фундаментная рама 7 сварная, коробчатой формы с цельнолитыми поперечными балками, высота ее обеспечивает большую жесткость. Сплошной отлитый из чугуна ресивер 1 продувочного воздуха объединен с охлаждающими рубашками блоков цилиндров.

В цилиндровых втулках 6 температура распределяется равномерно, износы при небольших расходах цилиндровой смазки невелики. Крышка цилиндра 4—стальная кованая, имеет систему сверленых каналов для охлаждения.

Топливные насосы золотникового типа со смешанным регулированием подачи обеспечивают низкие расходы топлива. Выпускные клапаны 2 в крышках цилиндров имеют гидравлический привод и устройство для проворачивания, что повышает надежность их сопряжения с охлаждаемыми седлами. Поршни 5 охлаждаются маслом.

Экономичность двигателей была повышена за счет утилизации тепла выпускных газов в стандартизованной турбокомпаундной системе 3, которая предлагается в двух вариантах:

ГТН с электрогенератором, встроенным в воздушный фильтр- глушитель, или утилизационный турбогенератор. При этом дополнительная энергия может отдаваться винту или в судовую электросеть.

Таблица 9. Основные характеристики дизелей S-MC/MCE и К-МС/МСЕ фирмы МАН — «Б и В»

Номинальные Удельный эффективный расход
топлива, (кВт-ч)
Тип двигателя номинальный минимальный
мощность. частота
кВт вращения

об/мин

условный с учетом утилизации условный с учетом утилизации
S80MC 3360 77 171 167 162 160
S80MCE 2680 77 165 162 158 156
S70MC 2560 88 171 167 162 160
S70MCE 2050 88 165 162 158 156
S60MC 1870 102 173 169 163 162
S60MCE 1500 102 166 163 159 158
S50MC 1300 123 174 170 165 163
S50MCE 1045 123 167 165 160 159
К90МС 3800 82 172 168 162 161
К.ООМСЕ 3020 82 165 162 158 156
К80МС 3012 93 173 169 163 162
К80МСЕ 2420 93 166 163 159 158

www.podelise.ru

Анализ развития конструкции двигателей фирмы «бурмейстер и вайн»

АНАЛИЗ РАЗВИТИЯ КОНСТРУКЦИИ ДВИГАТЕЛЕЙ ФИРМЫ «БУРМЕЙСТЕР И ВАЙН»

Датская фирма «Бурмейстер и Вайн» с 1939 г. совместно с лицензиатами производит судовые малооборотные двигатели с прямоточно-клапанной системой продувки, а с 1952 г.— с газо­турбинным наддувом. В отечественном флоте настоящее время эксплуатируются двигатели серий VTBF, VT2BF, K-EF, K-FF, K-GF, L-GF, L-GFCA (табл. 7).

Дизели типа VTBF.

Общая компоновка двигателей VTBF представлена на рис. 23 поперечным разрезом двигателя 74VTBF-160. (ДКРН74/160), Это двухтактный, крейцкопфный, реверсивный двигатель с прямоточно-клапанной продувкой и с импульсным газотурбинным наддувом.

Наддув двигателя осуществляется газотурбоиагнетателями фирмы «Бурмейстер и Вайн» типа TL680, которые устанавли­ваются на каждые два-три или четыре цилиндра в зависимости от рядности двигателя. Выпускные газы поступают к турбине при переменном давлении с температурой около 450 °С по индивидуальным патрубкам от каждого цилиндра, имеющим за­щитные решетки, которые в случае поломки поршневых колец должны предохранять проточную часть газовой турбины от попадания обломков.

Двигатель обеспечивается воздухом на всех режимах от полного хода до пусков и маневров только газотурбонагнетателем за счет раннего открытия выпускного клапана. Клапан откры­вается при 87° -п. к. в. до НМТ, а закрывается при 54° п. к. в. после НМТ. Продувочные окна открываются и закрываются при 38° п. к. в. соответственно до и после НМТ. Раннее Открытие клапана дает возможность получить мощный импульс давления, обеспечивающий баланс мощности между турбиной и компрессором на всех режимах работы, однако фирма дополнительно установила аварийную воздуходувку 9.

Прямоточно-клапанная продувка в двигателях Бурмейстер и Вайн традиционно осуществляется с помощью одного клапана 1 (см. рис. 23) большого диаметра, расположенного в центре крышки 2 цилиндра. По этой причине для равномерного распределения распыливаемого топлива по объему камеры сгорания установлены две или три форсунки с односторонним рас­положением сопловых отверстий по периферии крышки 2, которая имела ранее конусообразную форму, что позволило вынести плохо охлаждаемую область стыка крышки с цилиндровой втулкой 3 из зоны камеры сгорания вверх.

Использование такой схемы продувки дало возможность применить простую симметричную конструкцию цилиндровой втулки, в нижней части которой расположены продувочные окна 6, равномерно распределенные по всей окружности втулки. Оси каналов, образующих продувочные окна, направлены по касательной к окружности цилиндра, что создает закручивание потока воздуха при его поступлении в цилиндр. Это обеспечивает очистку цилиндра от продуктов сгорания с минимальным перемешиванием продувочного воздуха и остаточных газов, а также улучшает смесеобразование в камере сгорания, так как вращение воздушного заряда сохраняется и в момент впрыска топлива. Простая конфигурация и возможность обеспечения равномерной температурной деформации втулки по длине обеспечивают благоприятные условия работы деталей цилиндропоршневой группы.

Поршень 4 двигателя имеет стальную головку, выполненную из молибденовой жаростойкой стали, и очень короткий чугун­ный тронк. В связи с периферийным расположением форсунок днище поршня имеет полусферическую форму. Равномерный обдув днища поршня холодным воздухом при продувке позволил фирме сохранить масляное охлаждение поршня во всех моделях своих двигателей. Применение масляной системы охлаждения значительно упрощает как конструкцию, так и эксплуатации двигателя. Для повышения ремонтопригодности поршней в канавках поршневых колец двигателей VTBF и двух последующих модификаций установлены противоизносные чугунные кольца. При износе или поломке их заменяют. При этом восстанавливают первоначальную высоту канавки.

Осуществив сварную конструкцию фундаментной рамы и картерных стоек, фирма попыталась в этих двигателях применить укороченные анкерные связи, проходящие от верхней плос­кости блока цилиндров до верхнего края картерных стоек, вместо традиционных длинных анкерных связей. Однако опыт эксплуатации показал, что при коротких анкерных связях не обеспечивается необходимая жесткость остова, поэтому в последующих моделях вернулись к длинным анкерным связям.

Двигатели VTBF имеют два распределительных вала. Их привод от коленчатого вала 8 осуществляется традиционной для МОД фирмы «Бурмейстер и Вайн» ценной передачей. Верхний распределительный вал служит для привода 5 выпускных клапанов, а нижний—для привода 6 топливных насосов высокого давления.

Реверс распределительных валов выпускных клапанов и топливных насосов производится с помощью кулисных сервомоторов с планетарными передачами, смонтированных внутри при­водных звездочек. При реверсе каждый распределительный вал фиксируется с помощью тормозного клапана и остается неподвижным в течение заданного угла при развороте коленчатого вала в новом направлении. При этом распределительный вал топливных насосов оказывается развернутым относительно коленчатого вала на 130° п. к. в. С целью уменьшения угла реверса распределительные валы разворачиваются в разные стороны (рис. 24,а, б).

Коленчатый вал двигателей этой серии составной, т. е. и мотылевая, и рамовая шейки запрессованы в щеки. Мотылевые подшипники смазываются по каналам в шейках и щеках.

От мотылевого подшипника масло по отверстиям в шатуне поступает к крейцкопфу, затем на смазку головных подшипников.

Подвод охлаждающего масла в поршень осуществляется по телескопическим трубам через крейцкопф, затем масло поднимается к поршню по кольцевому зазору между штоком поршня и отводной трубой. Отработавшее масло из поршня сливается по трубе, расположенной внутри штока поршня, затем из крейцкопфа по гуську, свободный конец которого ходит в прорези неподвижной отводящей трубы, и далее по системе труб масло поступает в сточную цистерну.

На двигателях Бурмейстер и Вайн традиционно применяют ТНВД 7 (см. рис. 23) золотникового типа с регулированием по концу подачи. В двигателях VTBF трубопроводы к обеим форсункам подсоединены непосредственно к головке топливного насоса. Насос не имеет нагнетательных клапанов, а угол опережения подачи топлива регулируется разворотом кулачной шайбы относительно распределительного вала. Форсунки этих двигателей—закрытого типа, охлаждаются дизельным топливом, давление начала впрыскивания 30 МПа. Характерной осо­бенностью форсунок является торцовое уплотнение иглы.

Опыт эксплуатации дизелей типа VTBF на судах отечественного флота показал, что для них характерны следующие дефекты и неисправности: интенсивные износы цилиндровых втулок, ослабление шпилек крепления головки и тронка поршня, частные поломки и интенсивные износы поршневых колец, образование трещин под опорным буртом цилиндровой втулки, вы-

ход из строя противоизносных колец, растрескивание и отслаивание баббита головных и мотылевых подшипников, прогорание выпускных клапанов, растрескивание деталей и зависание плунжеров ТНВД, частые отказы форсунок из-за зависания игл, растрескивание распылителей и т. д. Однако в целом двигатели показали достаточную надежность при коэффициенте использования мощности 0,8—0,9.

Дизели типа VT2BF.

Следующая модель двигателей, выпускавшаяся фирмой с 1960 г., VT2BF (рис. 25) сохранила основные черты предыдущей модели: импульсный ГТН 2, прямоточно-клапанную продувку, масляное охлаждение поршня, составную конструкцию коленчатого вала 1, привод распредели­тельного вала 4 и т. д. Однако в новой серии среднее эффективное давление увеличилось с 0,7 до 0,85 МПа, примерно на 20%. Для повышения мощности турбины была увеличена фаза открытия выпускного клапана 3 со 140 до 148° п. к. в. Теперь выпускной клапан открывался за 92° п. к. в. до НМТ и закрывался при 56° п. к. в. после нее.

В целях упрощения конструкции и снижения массы двигателя фирма отказалась от использования двух распределительных валов. Начиная с этой модели, для привода ТНВД и выпускных клапанов используется один распределительный вал. Для повышения жесткости остова двигателя фирма вернулась к длинным анкерным связям 7, проходящим от верхней плоскости блока цилиндров 5 до нижней плоскости фундаментной рамы 6.

Реверс распределительного вала осуществляется его разворотом на 130° п. к. в. в сторону реверса кулачных шайб выпускных клапанов, поэтому фирма была вынуждена использовать для привода ТНВД кулачную шайбу с негативным профилем (см. рис. 24, в, г). В связи с резким сокращением времени наполнения насоса фирма установила в головке ТНВД всасывающий клапан. Кроме того, в двигателях этой серии применен эксцентриковый механизм изменения угла опережения подачи топлива (рис. 26), регулирующий максимальное давление сгорания без остановки двигателя, что является несомненным преимуществом такой конструкции.

От ТНВД топливо подается по нагнетательному трубопроводу к распределительной коробке, от которой отходят трубопроводы к форсункам. Сохранив торцовое уплотнение иглы с распылителем, фирма опустила форсуночную пружину вниз, уменьшив тем самым массу подвижных частей. Отсутствие на­гнетательного клапана в системе впрыскивания при мощной отсечке топлива в конце подачи зачастую приводило к образованию вакуумных каверн в топливопроводах высокого давления, вызывая неравномерность цикловых подач по цилиндрам.

Дизели типов K-EF, K-FF.

В двигателях сохранен импульсный газотурбинный наддув, прямоточно-клапанная схема газообмена, масляное охлаждение поршня и другие характерные черты двигателей предыдущей модели VT2BF. Общая компоновка двигателей этой серии представлена поперечным разрезом двигателя K84EF на рис. 27.

В конструкцию двигателя внесены некоторые изменения. В первую очередь это касается деталей камеры сгорания. Как видно из рис. 28, камера сгорания двигателей K98FF вынесена в крышку колпачкового типа. Это снизило температуры зеркала цилиндра в верхней части втулки, чему способствовало охлаждение верхнего пояса втулки водой, подводимой по сверленым тангенциальным каналам в опорном бурте 4. Колпачковая конструкция обеспечила достаточную жесткость и прочность крышки без увеличения толщины стенок камеры сгорания, несмотря на то, что диаметр цилиндра и давление Pz стали больше. Толщина верхней части втулки оставлена без изменений благодаря смещению ее вниз в область более низких давлений газа. При такой компоновке деталей камеры сгорания верхняя часть поршня при его положении в ВМТ выступает из цилиндровой втулки. Поэтому появилась возможность отказаться от резьбовых отверстий под рамы в днище поршня, являющихся концентраторами напряжений, и применять для демонтажа поршня устройство, традиционно используемое в двигателях фирмы МАН, в виде хомута, бурт которого входит в кольцевую выточку в верхней части поршня 5.

Для обеспечения достаточного теплоотвода от днища поршня и его механической прочности фирма сохранила прежнюю толщину днища, а для снижения деформаций, возникающих от давления газов, использовала опорный стакан 3; диаметр которого составляет 0,7 диаметра цилиндра. Этим достигается равновесие сил давления газов на центральную и периферийную поверхность днища поршня, позволяющее уменьшить изгибающие напряжения в месте перехода днища в боковые стенки. Для крепления поршня к штоку использовано пружинное кольцо Бельвиля 1. За счет упругости этого кольца обеспечивается автоматическая компенсация износов опорных поверхностей опорного стакана, днища поршня и штока.

Благодаря этим мерам удалось сохранить приемлемый уровень температур в деталях цилиидро-поршневой группы, несмотря на увеличение среднего эффективного давления за счет наддува на 10% по сравнению с дизелями VT2BP.

Существенные изменения внесены в ТНВД двигателей этой серии (рис. 29). Фирма отказалась от применения эксцентрикового механизма с регулированием угла опережения подачи топлива и применила подвижную плунжерную втулку, положение которой может регулироваться при отключенном насосе с помощью небольшого шестеренного привода. При вращении при­водной шестерни на крышку навинчивается промежуточная втулка, которая служит упором для плунжерной втулки. Сама плунжерная втулка прижимается к промежуточной с помощью четырех шпилек. При регулировании угла опережения впрыска топлива на ходу двигателя подачу топлива отключают, ослабляют затяжку шпилек крепления плунжерной втулки, а затем путем вращения зубчатой шестерни наворачивают или выворачивают регулировочную втулку на головку насоса, перемещая ее на нужную высоту. Кроме того, фирма применила пластинчатый всасывающий клапан, расположенный непосредственно в ТНВД.

Топливо в полость нагнетания подводится по кольцевому зазору между корпусом и плунжерной втулкой снизу вверх, что позволяет равномерно прогревать насос при работе на тяже­лом топливе. Для гашения волн давления, возникающих при отсечке, используется пружинный демпфер.

Дизели типа K-GF.

Совершенствование конструкции своих двигателей фирма реализовала в процессе доводки базового двигателя K90GF, а затем всех остальных двигателей этого ряда. За счет наддува мощность двигателей была увеличена почти на 30% по сравнению с моделями K-EF, среднее эффективное давление составило 1,17—1,18 МПа при максимальном давлении сгорания 8,3 МПа. Это привело к значительному росту нагрузок на все детали остова двигателя. Поэтому фирма полностью отказалась от его прежней конструкции, образованной отдельными А образными стойками, и перешла на более рациональную жесткую сварную конструкцию коробчатой формы, в которой нижний блок 8 вместе с фундаментной рамой 9 образует пространство ша­тунного механизма, а верхний блок 7—полость крейцкопфа вместе с параллелями (рис. 30).

В этом варианте уменьшается количество болтовых соединений, упрощается обработка отдельных секций и облегчается герметизация уплотнений. Для улучшения условий работы крейцкопфа 6 значительно увеличен диаметр шеек его поперечины, который приблизительно стал равен диаметру цилиндра, и укорочена их длина (до 0,3 диаметра шейки).В результате деформации крейцкопфа уменьшились, снизились давления на подшипники (до .10 МПа), несколько увеличились окружные скорости в крейцкопфном подшипнике, что способствует образованию масляного клина. Симметричность крейцкопфного узла позволяет в случае повреждения шейки перевернуть поперечину на 180°.

Из-за высокого уровня тепловых и механических напряжений в эксплуатации наблюдались выходы из строя деталей камеры сгорания: крышек, втулок и поршней. Для ликвидации этих недостатков и в связи с необходимостью дальнейшей форсировки двигателя по наддуву фирма «Бурмейстер и Вайн» пошла на переработку конструкции этих деталей (рис.31).

Литые крышки заменены коваными стальными, они полуколпачкового типа и имеют пониженную высоту. Для интенсификации охлаждения у самой поверхности огневого днища про­сверлено около 50 радиальных каналов, по которым циркулирует охлаждающая вода. В утолщениях фланцевых поясов крышке 2 и втулке 5 (см. рис. 30 и 31) также выполнен ряд тангенциальных отверстий, образующих круговые каналы для прохода охлаждающей воды. Благодаря интенсивному охлаждению верхнего пояса втулки температура зеркала цилиндра на уровне верхнего кольца при положении поршня в ВМТ не превышает 160—180°С, что обеспечивает надежность работы и увеличивает срок службы поршневых колец, а также снижает износ втулки. При этом фирме удалось сохранить масляное охлаждение поршня 3, головка которого осталась примерно такой же, как и в предыдущей серии двигателей K-EF, но без противоизносных колец.

Для повышения надежности выпускного клапана (1), был заменен механический привод этого клапана на гидравлический привод, а концентрические пружины большого диаметра — на комплект из 8 пружин.

Гидравлический привод передает усилия поршневого толкателя 6, приводимого от кулачной шайбы распределительного вала, через гидросистему на поршень сервомотора, действующего на шпиндель выпускного клапана. Давление масла при открытии клапана составляет около 20 МПа. Эксплуатация показала, что гидравлический привод надежнее в работе, меньше шумит, обеспечивает меньший износ штока клапана благодаря отсутствию боковых усилий, что увеличило срок службы клапана до 25—30 тыс. ч.

В связи с тем, что на каждом цилиндре двигателей Бурмейстер и Вайн с прямоточно-клапанной продувкой устанавливалось от двух до трех форсунок, их недостаточная надежность серьезно снижала безотказность работы двигателей. По этой причине конструкция форсунок была полностью переработана (рис. 33). В новой форсунке топливо подводится по центральному каналу, образованному сверлениями в головке форсунки, в стержне, в упоре и в невоз­вратном нагнетательном клапане. Сам нагнетательный клапан размещен в теле иглы форсунки. Уплотнение всех стыков между деталями, образующими центральный канал для подвода топлива, осуществляется только за счет их взаимной притирки и усилия, создаваемого в результа­те натяга при сборке форсунки. Сопло, выполненное съемным, изготовлено из высококачественной стали. Это позволяет повысить не только надежность работы самих распылителей, но и их ремонтопригодность. В форсунке не предусмотрено устройство для регулирования давления открытия иглы. Опытная проверка таких форсунок на двигателях показала их высокую надежность.

Интенсификация охлаждения цилиндровой крышки в районе форсуночного отверстия позволила обойтись без охлаждения распылителя. Размещение нагнетательного клапана в игле в непосредственной близости от сопла, с одной стороны, полностью устраняет возможность подвпрыска топлива, а с другой, гарантирует топливную систему от прорыва газов из цилиндра при зависании иглы форсунки Масса и размеры форсунок существенно уменьшились не большая высота крышки позволили выполнить форсунки короткими и вмонтировать их в отверстия, просверленные не посредственно в стальном корпусе крышки.

На рис. 34 представлен топ дивный насос двигателя этого типа. В его конструкции сохранен подвод топлива к насосу по кольцевому зазору между плунжерной втулкой и корпусом снизу вверх для равномерного прогрева плунжерной пары при переходе на тяжелое топливо, использован тот же принцип регулирования начала подачи осевым перемещением плунжерной втулки, всасывающий клапан размещен со стороны полости нагнетания и т. д. Однако с учетом опыта эксплуатации введено специальное уплотнение для снижения утечек топлива через зазор в плунжерной паре. Рейка регулирования цикловой подачи перенесена в нижнюю часть корпуса насоса.

Двигатели типа K-GF, выпушенные на рынок в 1973 г., были ориентированы на требования судостроения, в основе которых лежали низкие цены на топливо и высокие фрахтовые ставки. Преобладали тенденции к увеличению агрегатных мощностей, что позволяло снизить производственные затраты на единицу мощности выпускаемых дизелей.

Дизели серии L-GF.

Энергетический кризис вынудил фирму «Бурмейстер и Вайн», так же как и другие фирмы, перейти к созданию двигателей с большим отношением S к D. Двигатели этой серии получили маркировку L-GF. Увеличение хода поршня компенсировало снижение частоты вращения на 20% и позволило сохранить на прежнем уровне цилиндровую мощность.

Многие узлы двигателей L-GF полностью идентичны узлам двигателя K-GF (рис. 35): кованая стальная крышка 2 со сверлениями для подвода охлаждающей воды, гидравлический при­вод выпускного клапана 1, конструкция поршня 3 с масляным охлаждением, крейцкопфа 5, остов двигателя и т. д. Верхняя часть втулки 4 была вынесена из блока цилиндра и выполнена в виде толстого опорного бурта значительной высоты, в котором просверлены тангенциальные каналы для подвода охлаждающей воды (см. рис. 31).

Снижение частоты вращения длинноходовых двигателей дало возможность увеличить диаметр винта и в результате повысить пропульсивный к. п. д. приблизительно на 5%. Испытания построенных дизелей показали, что при длинноходовом исполнении повышается и индикаторный к. п. д. дизеля на 2—3%, так как более полно используется работа расширения газов. Подтвердились преимущества прямоточно-клапанной схемы газообмена, благодаря которым увеличение высоты цилиндра не привело к увеличению зоны перемешивания воздуха с остаточ­ными газами, как это произошло в двигателях с контурными схемами продувки.

Дизели серии L-GFCA. Сохранение импульсного газотурбинного наддува в двигателях L-GF не позволяло получить нужный уровень экономичности в условиях энергетического кризиса. В связи с этим в конце 1978 г. фирма «Бурмейстер и Вайн» испытала на заводском стенде первый двигатель с изобарным наддувом, в котором был достигнут удельный расход топлива около 190 г/(кВт-ч). Новая серия двигателей получила обозначение L-GFCA.

Как видно из рис. 36 к общему выпускному коллектору 3 большого объема подведены выпускные патрубки цилиндров, поэтому перед турбиной 2 устанавливаются практически постоянные параметры газа. Переход на наддув при постоянном давлении газа перед турбиной позволил повысить к. п. д. турбокомпрессора на 8% и улучшить за счет этого воздухоснабжение двигателя на основных эксплуатационных режимах. В то же время на малых нагрузках и при пуске двигателя располагаемой энергии газов перед турбиной оказывается недостаточно, поэтому на этих режимах пришлось использовать две воздуходувки мощностью 0,5% полной мощности дизеля.

В связи с переходом на постоянный наддув отпала необходимость в раннем открытии выпускного клапана 4, за счет чего обеспечивался мощный импульс газов при импульсной системе наддува. Вместо открытия за 90° п. к. в. до НМТ клапан стал открываться на 17—20° п. к. в. позднее. Неизменный профиль кулачной шайбы дал возможность клапану на столько же позже закрываться, а вся его диаграмма «время—сечение» (рис. 37, а) стала более симметричной по отношению к НМТ. По-видимому, фирма пошла на увеличение потери заряда при газообмене в первую очередь для снижения температур поршня и особенно выпускного клапана, температура которого превышала 500°С. Некоторое снижение давления в начале сжатия (рис. 37, б) позволяет получить и дополнительный выигрыш мощности (зона //). Благодаря этому, а также из-за повышения максимального давления сгорания с 8,55 до 9,02 МПа (зона ///) и увеличения продолжительности процесса расширения газов в результате более позднего открытия клапана (зона /) среднее индикаторное давление в двигателе L-GFCA выросло по сравнению с двигателем L-GF с 1,26 до 1,40 МПа.

Повышение экономичности двигателей было достигнуто благодаря снижению удельного расхода топлива на 7,5%, чему способствовало и глубокое охлаждение продувочного воздуха. По данным фирмы, снижение температуры продувочного воздуха на каждые 10°С позволило уменьшить расход топлива на 0,8%. Глубокое охлаждение воздуха сопряжено с выпадением из него конденсата водяных паров, что может быть причиной износов деталей ЦПГ. Это затруднение было устранено установкой в воздухоохладителях 1 (см. рис. 36) сепараторов влаги, состоящих из набора профилированных пластин. Содержащиеся в потоке воздуха капли конденсата отводятся от пластин в дренажную систему.

Фирмой проводились исследования возможности выбора между полным использованием построечной мощности двигателя и снижением скорости судна для максимальной экономии топлива.

Они показали, что двигатели типа L-GFCA могут работать при постоянном значении максимального давления сгорания в диапазоне изменения мощности от 100 до 85% Neном. (при рабо­те двигателя на винт). Результаты этих исследований представлены расчетной диаграммой на рис. 38, а.

Зона режимов, в которой допускается сохранение номинальных значений Pz, ограничена фигурой 1—2—3—4—5. Работа в зоне 1—6—2 связана с превышением номинальных значений удельных давлений на подшипники.

При необходимости полного использования построечной мощности (т. е. поддержания максимальной скорости) режимы работы двигателя должны располагаться около границы 5—1— 2—3. Конкретное положение режимной точки будет зависеть от расположения реальной винтовой характеристики. При необходимости движения экономичным ходом режимная точка долж­на располагаться ближе к границе 3—4—5. Рис. 38,6 показывает, что. в этом случае часовой расход топлива уменьшится вследствие снижения как мощности, так и удельного эффектив­ного расхода топлива (точки Л к В).

Дизели типа L-GA.

Первая разработанная объединенной фирмой МАН — «Б и В» модель двигателя L-GA отличалась от предшествующей модификации L-GFCA только использованием турбокомпрессора NA-70, разработанного фирмой МАН. Повышение к. п. д. турбокомпрессора с 61 до 66% снизило эффективный удельный расход топлива на 2 г/(кВт-ч) при номинальной мощности и на 2,7 г/(кВт-ч)—при 76% Neном. Поскольку при оборудовании дизеля более эффективным турбоком­прессором не ставилась задача повышения среднего эффективного давления, увеличение его к. п. д. было использовано для уменьшения располагаемой энергии газов перед турбиной за счет более позднего открытия выпускных клапанов. Это позволило полнее использовать расширение газов в цилиндрах дизеля, что повысило его экономичность. Все остальные парамет­ры двигателя L-GA остались такими же, как у L-GFCA.

Высокий к. п. д. новых турбокомпрессоров и более позднее открытие выпускных клапанов снизили температуру отработавших газов за турбиной на 20—25°С. В результате уменьшилась и паропроизводительность утилизационного котла. Чтобы частично компенсировать снижение температуры газов, было решено использовать турбокомпрессоры с неохлаждаемыми кор­пусами типа NA-70 фирмы МАН.

Дизели типа L-GB.

Модификация L-GA послужила промежуточной моделью при переходе к дизелям повышенной форсировки и лучшей экономичности серии L-GB. В этих двигателях были увеличены ре до 1,5 МПа и цилиндровые мощности дизелей на 13% (по сравнению с дизелями L-GFCA). Удельный расход топлива снижен на 4 г/(кВт-ч) вследствие использования более эффективных турбокомпрессоров и повышения Pz до 10,5 МПа (табл. 8). В связи с ростом уровня тепловых и механических нагрузок все детали движения и ЦПГ, а также остова усилены, хотя общая компоновка осталась без изменений по отношению к двигателям L-GFCA.

Для повышения надежности выпускного клапана его конструкция переработана (рас. 39): пружины заменены пневматическим поршнем, работающим при давлении воздуха 0,5 МПа, для вращения клапана применена крылатка, охлаждение седла клапана—по сверленым каналам.

Новая конструкция поршня с масляным охлаждением представлена на рис. 40.

Для автоматического поддержания постоянного давления в области нагрузок от 78 до 110% применен золотниковый насос смешанного регулирования. Специальная конфигурация отсеч­ных кромок 1 плунжера (рис 41) обеспечивает увеличение опережения впрыска при снижении нагрузки двигателя, поддерживая максимальное давление сгорания на номинальном уровне.

При уменьшении нагрузки ниже 75% момент начала подачи по насосу постепенно начинает уменьшаться и примерно при 50% нагрузки давление Pz становится таким же, как при насосе прежней конструкции.

Дизели серии L-GBE.

Одновременно с серией L-GB фирмой МАН—«Б и В» разрабатывалась ее улучшенная по экономичности модификация L-GBE. У двигателей этой модификации те же размерности частоты вращения, что и у двигателей L-GB, но номинальное среднее эффективное давление снижено до уровня дизелей L-GFCA при сохранении максимального давления сгорания на высоком уровне и более высокой степени сжатия.

Для уменьшения объема камеры сжатия под пятку поршневого штока установлены специальные прокладки. Турбокомпрессоры дизелей L-GBE имеют другие размеры проточных частей, соответственно изменены размеры продувочных окон и фазы выпускного клапана. Есть отличия и в конструкции распылителей форсунок и плунжеров ТНВД.

Благодаря автоматическому увеличению угла опережения подачи топлива при развороте плунжера с уменьшением мощности диаграмма Нагрузок при pz=const немного меняется: границей низких частот вращения, т. е. левой образующей зоны постоянных значений pz, становится линия винтовой характеристики (рис. 42). В результате эта зона существенно расширяется.

Малоразмерная модель L35GB/GBE (см. табл. 8). спроектирована заново. В связи с повышением давления сгорания до 12 МПа чугунный блок цилиндров выполнен литым, коленчатый вал — цельнокованый, изменена конструкция механизма реверса.

Дизели серии L-MC/MCE.

Следующей моделью фирмы .МАН—«Б и В» стала сверхдлинноходовая модель с отно­шением S/D= 3,0— 3,25 получившая маркировку L-MC/ МСЕ. За счет дальнейшего увеличения хода поршня и одновременного повышения Pz удельный эффективный расход топлива в двигателе L90MC/MCE составил 163—171 г(кВт-ч) (см. табл. 8).

Стремясь возможно полнее удовлетворить потребности судостроения, фирма МАН—«Б и В» в 1985 г. объявила о подготовке к производству двух модификаций МОД S-MC/MCE К-МС/МСЕ (табл. 9).Модели S-MC и S-MCE имеют отношение S/D=3,82 и обеспечивают рекордно низкие расходы топлива—до 156 г/(кВт-ч),

Модели К-МС и К-МСЕ с отношением S/D=3 имеют сравнению с аналогичными двигателями моделей L-MC/MCE повышенную на 10% частоту вращения, так как она предназначена для контейнеровозов и других быстроходных судов, в которых ограниченное пространство кормовых подзоров не, позволяет использовать низкооборотные гребные винты большого диаметра. В двигателе 12К90МС может быть обеспечена номинальная мощность 54 тыс. кВт.

Основные конструктивные решения, использованные фирмой в дизелях последних модификаций, остались неизменными и отношению к дизелям моделей L-MC/MCE (рис. 43). фундаментная рама 7 сварная, коробчатой формы с цельнолитыми поперечными балками, высота ее обеспечивает большую жесткость. Сплошной отлитый из чугуна ресивер 1 продувочного воздуха объединен с охлаждающими рубашками блоков цилиндров.

В цилиндровых втулках 6 температура распределяется равномерно, износы при небольших расходах цилиндровой смазки невелики. Крышка цилиндра 4—стальная кованая, имеет систему сверленых каналов для охлаждения.

Топливные насосы золотникового типа со смешанным регулированием подачи обеспечивают низкие расходы топлива. Выпускные клапаны 2 в крышках цилиндров имеют гидравлический привод и устройство для проворачивания, что повышает надежность их сопряжения с охлаждаемыми седлами. Поршни 5 охлаждаются маслом.

Экономичность двигателей была повышена за счет утилизации тепла выпускных газов в стандартизованной турбокомпаундной системе 3, которая предлагается в двух вариантах:

ГТН с электрогенератором, встроенным в воздушный фильтр- глушитель, или утилизационный турбогенератор. При этом дополнительная энергия может отдаваться винту или в судовую электросеть.

Таблица 9. Основные характеристики дизелей S-MC/MCE и К-МС/МСЕ фирмы МАН — «Б и В»

Номинальные Удельный эффективный расход
топлива, (кВт-ч)
Тип двигателя номинальный минимальный
мощность. частота
кВт вращения

об/мин

условный с учетом утилизации условный с учетом утилизации
S80MC 3360 77 171 167 162 160
S80MCE 2680 77 165 162 158 156
S70MC 2560 88 171 167 162 160
S70MCE 2050 88 165 162 158 156
S60MC 1870 102 173 169 163 162
S60MCE 1500 102 166 163 159 158
S50MC 1300 123 174 170 165 163
S50MCE 1045 123 167 165 160 159
К90МС 3800 82 172 168 162 161
К.ООМСЕ 3020 82 165 162 158 156
К80МС 3012 93 173 169 163 162
К80МСЕ 2420 93 166 163 159 158

podelise.ru

Методическое пособие для практического занятия "Система пуска и реверса фирмы «МАН»"

Практическая работа

Система пуска и реверса дизелей фирмы «БиВ»

Тема: Изучение система пуска и реверса дизелей фирмы «БиВ»

Цель: изучить назначение, устройство, работу и параметры системы пуска и реверса и её основных узлов.

Оборудование: Модель 1:10 двигателя ДКРН 60/140-2»

Порядок работы:

  1. Общие сведения.

  2. Определить компоненты, входящие в системы.

  3. Изучить их функции.

  4. Изучить их взаимосвязь.

  5. Составить схему системы пуска

  6. Изучить правила подготовки системы к действию

  7. Ответить на контрольные вопросы;

Общие сведения. Система управления двигателем Бурмейстер и Вайн Брянского машиностроительного завода. Характерные особенности системы управления (рис. 116): раздельный пуск; реверсирование распределительного вала осуществляется за счет его разворота относительно коленчатого вала на угол реверса; реверсирование начинается с момента пуска дизеля, что уменьшает расход воздуха и сокращает время реверса.

Основные узлы системы: запорный клапан А, главный пусковой клапан Б, пусковые клапаны В цилиндров, воздухораспределитель Г, клапан управления пуском 20, золотник реверса 26, реверсивный механизм Д, тормозной цилиндр 8 и блокировочная муфта 7.

Управление двигателем осуществляется топливно-пусковой 11 и реверсивной 1 рукоятками, сблокированными между собой секторами 24 и 25 так, что перестановка топливно-пусковой рукоятки в положение «пуск» возможна только при нахождении реверсивной рукоятки в одном из крайних положений («вперед» или «назад»), а в положение «работа» — после окончания реверса; перестановка реверсивной рукоятки возможна только при нахождении топливно-пусковой рукоятки в положении «стоп».

При открытии запорного клапана А воздух из пускового баллона поступает к главному пусковому клапану Б и одновременно к клапану управления пуском 20, прижимает его к седлу и проходит в управляющий цилиндр главного пускового клапана. При установке топливно-пусковой рукоятки в положение «пуск» с помощью тяги 21 и рычага 22 клапан 20 перемещается в верхнее положение, в результате чего перекрывается доступ воздуха к управляющему цилиндру главного пускового клапана, а имеющийся в этом цилиндре воздух через отверстия в корпусе клапана управления пуском выпускается в атмосферу. Главный пусковой клапан открывается, и воздух одновременно поступает к пусковым клапанам В рабочих цилиндров и к воздухораспределителю Г, прижимая штоки его золотников к кулачным шайбам. Коленчатый вал двигателя начинает вращаться на воздухе. Затем топливно-пусковую рукоятку устанавливают в положение «работа». При этом зуб на рычаге 22 соскочит с выступа тяги 21, пружина оттянет левый конец рычага 22, воздух переместит клапан 20 вниз и поступит в управляющий цилиндр главного пускового клапана, который закроется. Двигатель начинает работать на топливе.

Для реверсирования дизеля топливно-пусковую рукоятку устанавливают в положение «стоп», а реверсивную — в требуемое положение («вперед» или «назад»). При этом с помощью системы тяг и рычагов производится осевое перемещение кулачкового валика 23 воздухораспределителя и поворот золотника реверса 26. Затем топливно-пусковую рукоятку устанавливают в положение «пуск», и после открытия главного пускового клапана воздух поступает через золотник 26 в тормозной цилиндр 8, который своим роликом будет удерживать от проворачивания тормозной диск 13 тормозного блока 12, свободно посаженного на вал реверса. Вал реверса фланцевой муфтой 6 соединен с распределительным валом 5.

Реверсирование распределительного вала осуществляется в начале первого оборота коленчатого вала при помощи реверсивного механизма.

Звездочка 4, соединенная цепным приводом с приводной звездочкой коленчатого вала, свободно сидит на втулке 11 рамы реверсивного механизма, закрепленной на валу реверса с помощью шпонки. В кронштейнах рамы 19 находятся подшипники рамовых шеек 3 реверсивных кривошипов. Кривошипные шейки размещены в ползунах 2, которые могут скользить в прорезях спиц звездочки 4. Во время работы двигателя реверсивные кривошипы находятся в одном из крайних положений в зависимости от стороны вращения звездочки 4 и служат связующими звеньями между звездочкой и реверсивным валом. Кронштейны рамы при этом упираются в специальные пружинные амортизаторы установленные на ободе звездочки 4. Реверсивные кривошипы снабжены шестернями 10, сцепленными с шестерней 9 тормозного блока. На торцах тормозного диска 13 и втулки 16 имеется по два кулачка 14, определяющих поворот распределительного вала относительно тормозного диска на угол 130°. Втулка 16 сидит на шпонке на валу реверса и имеет фигурную шайбу 28, на которую опираются ролики двух фиксаторов 27, укрепленных на тормозном диске и препятствующих самопроизвольному реверсированию.

По наружным шлицам втулки 16 может перемещаться блокировочная муфта 7, внешнюю винтовую нарезку которой охватывает закрепленная на тормозном диске гайка 15. При повороте вала реверса и втулки 16 муфта 7 будет перемещаться вдоль оси и через тяги и рычаги воздействовать на золотник 26 и сектор блокировки топливоподачи.

При реверсировании тормозной блок 12 остается неподвижным, а коленчатый вал и звездочка 4 приводятся во вращение в новом направлении при помощи сжатого воздуха. Шестерни 10 обкатываются вокруг шестерни 9 тормозного блока, и реверсивные кривошипы поворачиваются до тех пор, пока кулачки 14 на торцах диска 13 и втулки 16 не придут в соприкосновение после относительного поворота на 130° (на дизелях типа K-GF реверсивные кривошипы поворачиваются с помощью лопастных масляных сервомоторов). При этом оси топливных 18 и выпускных 17 кулачных шайб из положения отставания на 15° вначале догонят приводную звездочку, а затем к концу перекладки вала уйдут вперед соответствующих кривошипов на 15°.

После окончания реверса осевое перемещение муфты 7 приводит к перестановке сектора блокировки топливоподачи в положение, блокирующее реверсивную рукоятку, но позволяющее устанавливать топливно-пусковую рукоятку в положение «работа». Одновременно золотник 26 смещается в осевом направлении в положение, при котором воздух из тормозного цилиндра выпускается в атмосферу и тормозной блок начинает вращаться вместе с валом реверса.

Запись в отчете:

1. Дать обоснование необходимости выполнения этой

2. Описать работу системы при реверсировании с переднего хода на задний.

Контрольные вопросы.

  1. Особенности пускореверсивной системы двигателя ДКРН 60/140-2»

  2. Перечислите все применяемые блокировки.

  3. Каким образом происходит реверсирование ТНВД?

  4. Как происходит реверсирование механизма газораспределения?

  5. Перечислите преимущества и недостатки ДКРН 60/140-2»

Литература:

Возницкий И. В. Судовые двигатели внутреннего сгорания. / И.В.Возницкий, Н.Г.Чернявская, Е.Г.Михеев – М.: Транспорт 1979, 415 с. Стр. 162-165

infourok.ru

Books - Учебники

1.4.50 Механикам                                                       НАЗАД                         SEAWORM

Скачать бесплатно без регистрации и СМС книги для моряков

  1. Обязанности вахтенного механика, т/х "Балтийский-108" Источник: Сергей

engineer.doc

63 Кбайт

  1. Справочник электрика

Electricity.htm

15 Мбайт

  1. Правила технической эксплуатации    (вопросы-ответы) Источник: Мних  В.В

pte-faq.doc

162 Кбайт

  1. Характеристики работы  ГД. Источник: Мних  В.В.

gd.doc

129 Кбайт

  1. Судовая автоматика: обслуживание и ремонт Источник: Л.И. Исаков, Аквариус

saor-1.DOC

saor-2.DOC

saor-3.DOC

saor-4.DOC

418 Кбайт

1,1 Мбайт

665 Кбайт

523 Кбайт

  1. Неисправности в главном двигателе Источник: Мних  В.В.

faults.xls

faults.doc

31 Кбайт

492 Кбайт

  1. Неисправности в холодильной установке Источник: Мних  В.В.

faults-f.doc

120 Кбайт

  1. Эксплуатация судовых автоматизированных холодильных установок Источник: Мних  В.В., Козьминых

CXY.DOC

512 Кбайт

  1. Эксплуатация СДУ Источник: Б.Н.Иванов, Alex, Aquarius

sdu1.doc

sdu2.doc

sdu3.doc

170 Кбайт

1.2 Мбайт

1 Мбайт

  1. Эксплуатация ДВС Зульцер Источник: Мних  В.В., ЧМП

z1.doc

z2.doc

12 Мбайт

12 Мбайт

  1. ДВС типа МАН (Малооборотные дизеля – Seaworm) Авторы: Б.И.Соловьев, П.С.Емельянов, В.Д.Иванов Источник: Мних  В.В.

man1.doc

man2.doc

man3.doc

man4.doc

473 Кбайт

526 Кбайт

724 Кбайт

706 Кбайт

  1. Анализ развития конструкции двигателей фирмы «Бурмейстер И Вайн», конструкция двигателей «Бурмейстер И Вайн», регулировка цепного привода «Бурмейстер И Вайн». Источник Ivan Strelnykov

b&w1.doc

b&w2.doc

b&w3.doc

b&wchain.doc

97 Кбайт

730 Кбайт

34 Кбайт

388 Кбайт

  1. Сальники фирмы «Седерваль»

sed.doc

588 Кбайт

  1. Тонкостенные подшипники скольжения, правила оценки состояния. Источник: kundiev igor

bearings.doc

72 Кбайт

  1. Устройство и ремонт судовых турбокомпрессоров Источник: В.Ф.Кита, Alex

turbo1.doc

turbo2.doc

turbo3.doc

1 Мбайт

1.8 Мбайт

845 Кбайт

  1. Методика дефектации корпусов морских транспортных судов Регистра России. Источник: Мних  В.В.

hull-def.doc

216 Кбайт

  1. Типовая инструкция по подготовке  к ремонту топливных и масляных цистерн

tanks.doc

44 Кбайт

  1. Коленвалы, определение раскепов, упругого прогиба вала и др. Источник: Мних  В.В.

raskep.doc

1,2 Мбайт

  1. Установка коленвалов

koleno.doc

55 Кбайт

  1. Допуски и посадки Источник: Мних  В.В.

doppos.doc

324 Кбайт

  1. Регулирование топливных насосов высокого давления Источник Ivan Strelnykov

tnvd.doc

35 Кбайт

  1. Описание регуляторов  PGA Источник Ivan Strelnykov

pga.doc

51 Кбайт

  1. Настройка  регуляторов  PGA Источник Ivan Strelnykov

pga-tune.doc

32 Кбайт

  1. Crank shaft bearing clearances, Cross head bearing clearances Источник: m/v St.Cergue, Dragnyev Dmitriy

MEBEAR.XLS

483 Кбайт

  1. Main engine piston alignment Источник: m/v St.Cergue, Dragnyev Dmitriy

mepiston.xlc

65 Кбайт

  1. Crankshaft deflection Источник: m/v St.Cergue, Dragnyev Dmitriy

deflecti.xls

60 Кбайт

  1. Main & Auxiliary engine maintenance

maint.doc

31 Кбайт

  1. Main engine maintenance chart

mchart.doc

78 Кбайт

  1. Overall Main engine documentation Источник: Мних  В.В.

me.doc

346 Кбайт

  1. Schematic layout of  the engine control system

eng.xls

582 Кбайт

  1. Классификация и обозначение моторных масел по ГОСТ 17479.1 – 85, SAE, вязкость, присадки, браковочные показатели. Источник: Мних  В.В.

Oil.doc

78 Кбайт

  1. Методика определения диспергирующей способности и загрязнения работающих дизельных масел Источник: Мних  В.В.

an-oil.doc

1 Мбайт

  1. Использование   тяжелых  топлив  в  судовых   дизелях (Обзор  современных  проблем) Источник: Мних  В.В.

oil-use.doc

523 Кбайт

  1. Топливо, сепарация топлива, масло, сепарация масла, Источник: kundiev igor

fuel-oil.doc

43 Кбайт

  1. Экспортные топлива

export.doc

40 Кбайт

seaworm.narod.ru

Анализ развития конструкции двигателей фирмы «бурмейстер и вайн»

АНАЛИЗ РАЗВИТИЯ КОНСТРУКЦИИ ДВИГАТЕЛЕЙ ФИРМЫ «БУРМЕЙСТЕР И ВАЙН»

Датская фирма «Бурмейстер и Вайн» с 1939 г. совместно с лицензиатами производит судовые малооборотные двигатели с прямоточно-клапанной системой продувки, а с 1952 г.— с газо­турбинным наддувом. В отечественном флоте настоящее время эксплуатируются двигатели серий VTBF, VT2BF, K-EF, K-FF, K-GF, L-GF, L-GFCA (табл. 7).

Дизели типа VTBF.

Общая компоновка двигателей VTBF представлена на рис. 23 поперечным разрезом двигателя 74VTBF-160. (ДКРН74/160), Это двухтактный, крейцкопфный, реверсивный двигатель с прямоточно-клапанной продувкой и с импульсным газотурбинным наддувом.

Наддув двигателя осуществляется газотурбоиагнетателями фирмы «Бурмейстер и Вайн» типа TL680, которые устанавли­ваются на каждые два-три или четыре цилиндра в зависимости от рядности двигателя. Выпускные газы поступают к турбине при переменном давлении с температурой около 450 °С по индивидуальным патрубкам от каждого цилиндра, имеющим за­щитные решетки, которые в случае поломки поршневых колец должны предохранять проточную часть газовой турбины от попадания обломков.

Двигатель обеспечивается воздухом на всех режимах от полного хода до пусков и маневров только газотурбонагнетателем за счет раннего открытия выпускного клапана. Клапан откры­вается при 87° -п. к. в. до НМТ, а закрывается при 54° п. к. в. после НМТ. Продувочные окна открываются и закрываются при 38° п. к. в. соответственно до и после НМТ.

Раннее Открытие клапана дает возможность получить мощный импульс давления, обеспечивающий баланс мощности между турбиной и компрессором на всех режимах работы, однако фирма дополнительно установила аварийную воздуходувку 9.

Прямоточно-клапанная продувка в двигателях Бурмейстер и Вайн традиционно осуществляется с помощью одного клапана 1 (см. рис. 23) большого диаметра, расположенного в центре крышки 2 цилиндра. По этой причине для равномерного распределения распыливаемого топлива по объему камеры сгорания установлены две или три форсунки с односторонним рас­положением сопловых отверстий по периферии крышки 2, которая имела ранее конусообразную форму, что позволило вынести плохо охлаждаемую область стыка крышки с цилиндровой втулкой 3 из зоны камеры сгорания вверх.

Использование такой схемы продувки дало возможность применить простую симметричную конструкцию цилиндровой втулки, в нижней части которой расположены продувочные окна 6, равномерно распределенные по всей окружности втулки. Оси каналов, образующих продувочные окна, направлены по касательной к окружности цилиндра, что создает закручивание потока воздуха при его поступлении в цилиндр. Это обеспечивает очистку цилиндра от продуктов сгорания с минимальным перемешиванием продувочного воздуха и остаточных газов, а также улучшает смесеобразование в камере сгорания, так как вращение воздушного заряда сохраняется и в момент впрыска топлива. Простая конфигурация и возможность обеспечения равномерной температурной деформации втулки по длине обеспечивают благоприятные условия работы деталей цилиндропоршневой группы.

Поршень 4 двигателя имеет стальную головку, выполненную из молибденовой жаростойкой стали, и очень короткий чугун­ный тронк. В связи с периферийным расположением форсунок днище поршня имеет полусферическую форму. Равномерный обдув днища поршня холодным воздухом при продувке позволил фирме сохранить масляное охлаждение поршня во всех моделях своих двигателей. Применение масляной системы охлаждения значительно упрощает как конструкцию, так и эксплуатации двигателя. Для повышения ремонтопригодности поршней в канавках поршневых колец двигателей VTBF и двух последующих модификаций установлены противоизносные чугунные кольца. При износе или поломке их заменяют. При этом восстанавливают первоначальную высоту канавки.

Осуществив сварную конструкцию фундаментной рамы и картерных стоек, фирма попыталась в этих двигателях применить укороченные анкерные связи, проходящие от верхней плос­кости блока цилиндров до верхнего края картерных стоек, вместо традиционных длинных анкерных связей. Однако опыт эксплуатации показал, что при коротких анкерных связях не обеспечивается необходимая жесткость остова, поэтому в последующих моделях вернулись к длинным анкерным связям.

Двигатели VTBF имеют два распределительных вала. Их привод от коленчатого вала 8 осуществляется традиционной для МОД фирмы «Бурмейстер и Вайн» ценной передачей. Верхний распределительный вал служит для привода 5 выпускных клапанов, а нижний—для привода 6 топливных насосов высокого давления.

Реверс распределительных валов выпускных клапанов и топливных насосов производится с помощью кулисных сервомоторов с планетарными передачами, смонтированных внутри при­водных звездочек. При реверсе каждый распределительный вал фиксируется с помощью тормозного клапана и остается неподвижным в течение заданного угла при развороте коленчатого вала в новом направлении. При этом распределительный вал топливных насосов оказывается развернутым относительно коленчатого вала на 130° п. к. в. С целью уменьшения угла реверса распределительные валы разворачиваются в разные стороны (рис. 24,а, б).

Коленчатый вал двигателей этой серии составной, т. е. и мотылевая, и рамовая шейки запрессованы в щеки. Мотылевые подшипники смазываются по каналам в шейках и щеках.

От мотылевого подшипника масло по отверстиям в шатуне поступает к крейцкопфу, затем на смазку головных подшипников.

Подвод охлаждающего масла в поршень осуществляется по телескопическим трубам через крейцкопф, затем масло поднимается к поршню по кольцевому зазору между штоком поршня и отводной трубой. Отработавшее масло из поршня сливается по трубе, расположенной внутри штока поршня, затем из крейцкопфа по гуську, свободный конец которого ходит в прорези неподвижной отводящей трубы, и далее по системе труб масло поступает в сточную цистерну.

На двигателях Бурмейстер и Вайн традиционно применяют ТНВД 7 (см. рис. 23) золотникового типа с регулированием по концу подачи. В двигателях VTBF трубопроводы к обеим форсункам подсоединены непосредственно к головке топливного насоса. Насос не имеет нагнетательных клапанов, а угол опережения подачи топлива регулируется разворотом кулачной шайбы относительно распределительного вала. Форсунки этих двигателей—закрытого типа, охлаждаются дизельным топливом, давление начала впрыскивания 30 МПа. Характерной осо­бенностью форсунок является торцовое уплотнение иглы.

Опыт эксплуатации дизелей типа VTBF на судах отечественного флота показал, что для них характерны следующие дефекты и неисправности: интенсивные износы цилиндровых втулок, ослабление шпилек крепления головки и тронка поршня, частные поломки и интенсивные износы поршневых колец, образование трещин под опорным буртом цилиндровой втулки, вы-

ход из строя противоизносных колец, растрескивание и отслаивание баббита головных и мотылевых подшипников, прогорание выпускных клапанов, растрескивание деталей и зависание плунжеров ТНВД, частые отказы форсунок из-за зависания игл, растрескивание распылителей и т. д. Однако в целом двигатели показали достаточную надежность при коэффициенте использования мощности 0,8—0,9.

Дизели типа VT2BF.

Следующая модель двигателей, выпускавшаяся фирмой с 1960 г., VT2BF (рис. 25) сохранила основные черты предыдущей модели: импульсный ГТН 2, прямоточно-клапанную продувку, масляное охлаждение поршня, составную конструкцию коленчатого вала 1, привод распредели­тельного вала 4 и т. д. Однако в новой серии среднее эффективное давление увеличилось с 0,7 до 0,85 МПа, примерно на 20%. Для повышения мощности турбины была увеличена фаза открытия выпускного клапана 3 со 140 до 148° п. к. в. Теперь выпускной клапан открывался за 92° п. к. в. до НМТ и закрывался при 56° п. к. в. после нее.

В целях упрощения конструкции и снижения массы двигателя фирма отказалась от использования двух распределительных валов. Начиная с этой модели, для привода ТНВД и выпускных клапанов используется один распределительный вал. Для повышения жесткости остова двигателя фирма вернулась к длинным анкерным связям 7, проходящим от верхней плоскости блока цилиндров 5 до нижней плоскости фундаментной рамы 6.

Реверс распределительного вала осуществляется его разворотом на 130° п. к. в. в сторону реверса кулачных шайб выпускных клапанов, поэтому фирма была вынуждена использовать для привода ТНВД кулачную шайбу с негативным профилем (см. рис. 24, в, г). В связи с резким сокращением времени наполнения насоса фирма установила в головке ТНВД всасывающий клапан. Кроме того, в двигателях этой серии применен эксцентриковый механизм изменения угла опережения подачи топлива (рис. 26), регулирующий максимальное давление сгорания без остановки двигателя, что является несомненным преимуществом такой конструкции.

От ТНВД топливо подается по нагнетательному трубопроводу к распределительной коробке, от которой отходят трубопроводы к форсункам. Сохранив торцовое уплотнение иглы с распылителем, фирма опустила форсуночную пружину вниз, уменьшив тем самым массу подвижных частей. Отсутствие на­гнетательного клапана в системе впрыскивания при мощной отсечке топлива в конце подачи зачастую приводило к образованию вакуумных каверн в топливопроводах высокого давления, вызывая неравномерность цикловых подач по цилиндрам.

Дизели типов K-EF, K-FF.

В двигателях сохранен импульсный газотурбинный наддув, прямоточно-клапанная схема газообмена, масляное охлаждение поршня и другие характерные черты двигателей предыдущей модели VT2BF. Общая компоновка двигателей этой серии представлена поперечным разрезом двигателя K84EF на рис. 27.

В конструкцию двигателя внесены некоторые изменения. В первую очередь это касается деталей камеры сгорания. Как видно из рис. 28, камера сгорания двигателей K98FF вынесена в крышку колпачкового типа. Это снизило температуры зеркала цилиндра в верхней части втулки, чему способствовало охлаждение верхнего пояса втулки водой, подводимой по сверленым тангенциальным каналам в опорном бурте 4. Колпачковая конструкция обеспечила достаточную жесткость и прочность крышки без увеличения толщины стенок камеры сгорания, несмотря на то, что диаметр цилиндра и давление Pz стали больше. Толщина верхней части втулки оставлена без изменений благодаря смещению ее вниз в область более низких давлений газа. При такой компоновке деталей камеры сгорания верхняя часть поршня при его положении в ВМТ выступает из цилиндровой втулки. Поэтому появилась возможность отказаться от резьбовых отверстий под рамы в днище поршня, являющихся концентраторами напряжений, и применять для демонтажа поршня устройство, традиционно используемое в двигателях фирмы МАН, в виде хомута, бурт которого входит в кольцевую выточку в верхней части поршня 5.

Для обеспечения достаточного теплоотвода от днища поршня и его механической прочности фирма сохранила прежнюю толщину днища, а для снижения деформаций, возникающих от давления газов, использовала опорный стакан 3; диаметр которого составляет 0,7 диаметра цилиндра. Этим достигается равновесие сил давления газов на центральную и периферийную поверхность днища поршня, позволяющее уменьшить изгибающие напряжения в месте перехода днища в боковые стенки. Для крепления поршня к штоку использовано пружинное кольцо Бельвиля 1. За счет упругости этого кольца обеспечивается автоматическая компенсация износов опорных поверхностей опорного стакана, днища поршня и штока.

Благодаря этим мерам удалось сохранить приемлемый уровень температур в деталях цилиидро-поршневой группы, несмотря на увеличение среднего эффективного давления за счет наддува на 10% по сравнению с дизелями VT2BP.

Существенные изменения внесены в ТНВД двигателей этой серии (рис. 29). Фирма отказалась от применения эксцентрикового механизма с регулированием угла опережения подачи топлива и применила подвижную плунжерную втулку, положение которой может регулироваться при отключенном насосе с помощью небольшого шестеренного привода. При вращении при­водной шестерни на крышку навинчивается промежуточная втулка, которая служит упором для плунжерной втулки. Сама плунжерная втулка прижимается к промежуточной с помощью четырех шпилек. При регулировании угла опережения впрыска топлива на ходу двигателя подачу топлива отключают, ослабляют затяжку шпилек крепления плунжерной втулки, а затем путем вращения зубчатой шестерни наворачивают или выворачивают регулировочную втулку на головку насоса, перемещая ее на нужную высоту. Кроме того, фирма применила пластинчатый всасывающий клапан, расположенный непосредственно в ТНВД.

Топливо в полость нагнетания подводится по кольцевому зазору между корпусом и плунжерной втулкой снизу вверх, что позволяет равномерно прогревать насос при работе на тяже­лом топливе. Для гашения волн давления, возникающих при отсечке, используется пружинный демпфер.

Дизели типа K-GF.

Совершенствование конструкции своих двигателей фирма реализовала в процессе доводки базового двигателя K90GF, а затем всех остальных двигателей этого ряда. За счет наддува мощность двигателей была увеличена почти на 30% по сравнению с моделями K-EF, среднее эффективное давление составило 1,17—1,18 МПа при максимальном давлении сгорания 8,3 МПа. Это привело к значительному росту нагрузок на все детали остова двигателя. Поэтому фирма полностью отказалась от его прежней конструкции, образованной отдельными А образными стойками, и перешла на более рациональную жесткую сварную конструкцию коробчатой формы, в которой нижний блок 8 вместе с фундаментной рамой 9 образует пространство ша­тунного механизма, а верхний блок 7—полость крейцкопфа вместе с параллелями (рис. 30).

В этом варианте уменьшается количество болтовых соединений, упрощается обработка отдельных секций и облегчается герметизация уплотнений. Для улучшения условий работы крейцкопфа 6 значительно увеличен диаметр шеек его поперечины, который приблизительно стал равен диаметру цилиндра, и укорочена их длина (до 0,3 диаметра шейки).В результате деформации крейцкопфа уменьшились, снизились давления на подшипники (до .10 МПа), несколько увеличились окружные скорости в крейцкопфном подшипнике, что способствует образованию масляного клина. Симметричность крейцкопфного узла позволяет в случае повреждения шейки перевернуть поперечину на 180°.

Из-за высокого уровня тепловых и механических напряжений в эксплуатации наблюдались выходы из строя деталей камеры сгорания: крышек, втулок и поршней. Для ликвидации этих недостатков и в связи с необходимостью дальнейшей форсировки двигателя по наддуву фирма «Бурмейстер и Вайн» пошла на переработку конструкции этих деталей (рис.31).

Литые крышки заменены коваными стальными, они полуколпачкового типа и имеют пониженную высоту. Для интенсификации охлаждения у самой поверхности огневого днища про­сверлено около 50 радиальных каналов, по которым циркулирует охлаждающая вода. В утолщениях фланцевых поясов крышке 2 и втулке 5 (см. рис. 30 и 31) также выполнен ряд тангенциальных отверстий, образующих круговые каналы для прохода охлаждающей воды. Благодаря интенсивному охлаждению верхнего пояса втулки температура зеркала цилиндра на уровне верхнего кольца при положении поршня в ВМТ не превышает 160—180°С, что обеспечивает надежность работы и увеличивает срок службы поршневых колец, а также снижает износ втулки. При этом фирме удалось сохранить масляное охлаждение поршня 3, головка которого осталась примерно такой же, как и в предыдущей серии двигателей K-EF, но без противоизносных колец.

Для повышения надежности выпускного клапана (1), был заменен механический привод этого клапана на гидравлический привод, а концентрические пружины большого диаметра — на комплект из 8 пружин.

Гидравлический привод передает усилия поршневого толкателя 6, приводимого от кулачной шайбы распределительного вала, через гидросистему на поршень сервомотора, действующего на шпиндель выпускного клапана. Давление масла при открытии клапана составляет около 20 МПа. Эксплуатация показала, что гидравлический привод надежнее в работе, меньше шумит, обеспечивает меньший износ штока клапана благодаря отсутствию боковых усилий, что увеличило срок службы клапана до 25—30 тыс. ч.

В связи с тем, что на каждом цилиндре двигателей Бурмейстер и Вайн с прямоточно-клапанной продувкой устанавливалось от двух до трех форсунок, их недостаточная надежность серьезно снижала безотказность работы двигателей. По этой причине конструкция форсунок была полностью переработана (рис. 33). В новой форсунке топливо подводится по центральному каналу, образованному сверлениями в головке форсунки, в стержне, в упоре и в невоз­вратном нагнетательном клапане. Сам нагнетательный клапан размещен в теле иглы форсунки. Уплотнение всех стыков между деталями, образующими центральный канал для подвода топлива, осуществляется только за счет их взаимной притирки и усилия, создаваемого в результа­те натяга при сборке форсунки. Сопло, выполненное съемным, изготовлено из высококачественной стали. Это позволяет повысить не только надежность работы самих распылителей, но и их ремонтопригодность. В форсунке не предусмотрено устройство для регулирования давления открытия иглы. Опытная проверка таких форсунок на двигателях показала их высокую надежность.

Интенсификация охлаждения цилиндровой крышки в районе форсуночного отверстия позволила обойтись без охлаждения распылителя. Размещение нагнетательного клапана в игле в непосредственной близости от сопла, с одной стороны, полностью устраняет возможность подвпрыска топлива, а с другой, гарантирует топливную систему от прорыва газов из цилиндра при зависании иглы форсунки Масса и размеры форсунок существенно уменьшились не большая высота крышки позволили выполнить форсунки короткими и вмонтировать их в отверстия, просверленные не посредственно в стальном корпусе крышки.

На рис. 34 представлен топ дивный насос двигателя этого типа. В его конструкции сохранен подвод топлива к насосу по кольцевому зазору между плунжерной втулкой и корпусом снизу вверх для равномерного прогрева плунжерной пары при переходе на тяжелое топливо, использован тот же принцип регулирования начала подачи осевым перемещением плунжерной втулки, всасывающий клапан размещен со стороны полости нагнетания и т. д. Однако с учетом опыта эксплуатации введено специальное уплотнение для снижения утечек топлива через зазор в плунжерной паре. Рейка регулирования цикловой подачи перенесена в нижнюю часть корпуса насоса.

Двигатели типа K-GF, выпушенные на рынок в 1973 г., были ориентированы на требования судостроения, в основе которых лежали низкие цены на топливо и высокие фрахтовые ставки. Преобладали тенденции к увеличению агрегатных мощностей, что позволяло снизить производственные затраты на единицу мощности выпускаемых дизелей.

Дизели серии L-GF.

Энергетический кризис вынудил фирму «Бурмейстер и Вайн», так же как и другие фирмы, перейти к созданию двигателей с большим отношением S к D. Двигатели этой серии получили маркировку L-GF. Увеличение хода поршня компенсировало снижение частоты вращения на 20% и позволило сохранить на прежнем уровне цилиндровую мощность.

Многие узлы двигателей L-GF полностью идентичны узлам двигателя K-GF (рис. 35): кованая стальная крышка 2 со сверлениями для подвода охлаждающей воды, гидравлический при­вод выпускного клапана 1, конструкция поршня 3 с масляным охлаждением, крейцкопфа 5, остов двигателя и т. д. Верхняя часть втулки 4 была вынесена из блока цилиндра и выполнена в виде толстого опорного бурта значительной высоты, в котором просверлены тангенциальные каналы для подвода охлаждающей воды (см. рис. 31).

Снижение частоты вращения длинноходовых двигателей дало возможность увеличить диаметр винта и в результате повысить пропульсивный к. п. д. приблизительно на 5%. Испытания построенных дизелей показали, что при длинноходовом исполнении повышается и индикаторный к. п. д. дизеля на 2—3%, так как более полно используется работа расширения газов. Подтвердились преимущества прямоточно-клапанной схемы газообмена, благодаря которым увеличение высоты цилиндра не привело к увеличению зоны перемешивания воздуха с остаточ­ными газами, как это произошло в двигателях с контурными схемами продувки.

Дизели серии L-GFCA. Сохранение импульсного газотурбинного наддува в двигателях L-GF не позволяло получить нужный уровень экономичности в условиях энергетического кризиса. В связи с этим в конце 1978 г. фирма «Бурмейстер и Вайн» испытала на заводском стенде первый двигатель с изобарным наддувом, в котором был достигнут удельный расход топлива около 190 г/(кВт-ч). Новая серия двигателей получила обозначение L-GFCA.

Как видно из рис. 36 к общему выпускному коллектору 3 большого объема подведены выпускные патрубки цилиндров, поэтому перед турбиной 2 устанавливаются практически постоянные параметры газа. Переход на наддув при постоянном давлении газа перед турбиной позволил повысить к. п. д. турбокомпрессора на 8% и улучшить за счет этого воздухоснабжение двигателя на основных эксплуатационных режимах. В то же время на малых нагрузках и при пуске двигателя располагаемой энергии газов перед турбиной оказывается недостаточно, поэтому на этих режимах пришлось использовать две воздуходувки мощностью 0,5% полной мощности дизеля.

В связи с переходом на постоянный наддув отпала необходимость в раннем открытии выпускного клапана 4, за счет чего обеспечивался мощный импульс газов при импульсной системе наддува. Вместо открытия за 90° п. к. в. до НМТ клапан стал открываться на 17—20° п. к. в. позднее. Неизменный профиль кулачной шайбы дал возможность клапану на столько же позже закрываться, а вся его диаграмма «время—сечение» (рис. 37, а) стала более симметричной по отношению к НМТ. По-видимому, фирма пошла на увеличение потери заряда при газообмене в первую очередь для снижения температур поршня и особенно выпускного клапана, температура которого превышала 500°С. Некоторое снижение давления в начале сжатия (рис. 37, б) позволяет получить и дополнительный выигрыш мощности (зона //). Благодаря этому, а также из-за повышения максимального давления сгорания с 8,55 до 9,02 МПа (зона ///) и увеличения продолжительности процесса расширения газов в результате более позднего открытия клапана (зона /) среднее индикаторное давление в двигателе L-GFCA выросло по сравнению с двигателем L-GF с 1,26 до 1,40 МПа.

Повышение экономичности двигателей было достигнуто благодаря снижению удельного расхода топлива на 7,5%, чему способствовало и глубокое охлаждение продувочного воздуха. По данным фирмы, снижение температуры продувочного воздуха на каждые 10°С позволило уменьшить расход топлива на 0,8%. Глубокое охлаждение воздуха сопряжено с выпадением из него конденсата водяных паров, что может быть причиной износов деталей ЦПГ. Это затруднение было устранено установкой в воздухоохладителях 1 (см. рис. 36) сепараторов влаги, состоящих из набора профилированных пластин. Содержащиеся в потоке воздуха капли конденсата отводятся от пластин в дренажную систему.

Фирмой проводились исследования возможности выбора между полным использованием построечной мощности двигателя и снижением скорости судна для максимальной экономии топлива.

Они показали, что двигатели типа L-GFCA могут работать при постоянном значении максимального давления сгорания в диапазоне изменения мощности от 100 до 85% Neном. (при рабо­те двигателя на винт). Результаты этих исследований представлены расчетной диаграммой на рис. 38, а.

Зона режимов, в которой допускается сохранение номинальных значений Pz, ограничена фигурой 1—2—3—4—5. Работа в зоне 1—6—2 связана с превышением номинальных значений удельных давлений на подшипники.

При необходимости полного использования построечной мощности (т. е. поддержания максимальной скорости) режимы работы двигателя должны располагаться около границы 5—1— 2—3. Конкретное положение режимной точки будет зависеть от расположения реальной винтовой характеристики. При необходимости движения экономичным ходом режимная точка долж­на располагаться ближе к границе 3—4—5. Рис. 38,6 показывает, что. в этом случае часовой расход топлива уменьшится вследствие снижения как мощности, так и удельного эффектив­ного расхода топлива (точки Л к В).

Дизели типа L-GA.

Первая разработанная объединенной фирмой МАН — «Б и В» модель двигателя L-GA отличалась от предшествующей модификации L-GFCA только использованием турбокомпрессора NA-70, разработанного фирмой МАН. Повышение к. п. д. турбокомпрессора с 61 до 66% снизило эффективный удельный расход топлива на 2 г/(кВт-ч) при номинальной мощности и на 2,7 г/(кВт-ч)—при 76% Neном. Поскольку при оборудовании дизеля более эффективным турбоком­прессором не ставилась задача повышения среднего эффективного давления, увеличение его к. п. д. было использовано для уменьшения располагаемой энергии газов перед турбиной за счет более позднего открытия выпускных клапанов. Это позволило полнее использовать расширение газов в цилиндрах дизеля, что повысило его экономичность. Все остальные парамет­ры двигателя L-GA остались такими же, как у L-GFCA.

Высокий к. п. д. новых турбокомпрессоров и более позднее открытие выпускных клапанов снизили температуру отработавших газов за турбиной на 20—25°С. В результате уменьшилась и паропроизводительность утилизационного котла. Чтобы частично компенсировать снижение температуры газов, было решено использовать турбокомпрессоры с неохлаждаемыми кор­пусами типа NA-70 фирмы МАН.

Дизели типа L-GB.

Модификация L-GA послужила промежуточной моделью при переходе к дизелям повышенной форсировки и лучшей экономичности серии L-GB. В этих двигателях были увеличены ре до 1,5 МПа и цилиндровые мощности дизелей на 13% (по сравнению с дизелями L-GFCA). Удельный расход топлива снижен на 4 г/(кВт-ч) вследствие использования более эффективных турбокомпрессоров и повышения Pz до 10,5 МПа (табл. 8). В связи с ростом уровня тепловых и механических нагрузок все детали движения и ЦПГ, а также остова усилены, хотя общая компоновка осталась без изменений по отношению к двигателям L-GFCA.

Для повышения надежности выпускного клапана его конструкция переработана (рас. 39): пружины заменены пневматическим поршнем, работающим при давлении воздуха 0,5 МПа, для вращения клапана применена крылатка, охлаждение седла клапана—по сверленым каналам.

Новая конструкция поршня с масляным охлаждением представлена на рис. 40.

Для автоматического поддержания постоянного давления в области нагрузок от 78 до 110% применен золотниковый насос смешанного регулирования. Специальная конфигурация отсеч­ных кромок 1 плунжера (рис 41) обеспечивает увеличение опережения впрыска при снижении нагрузки двигателя, поддерживая максимальное давление сгорания на номинальном уровне.

При уменьшении нагрузки ниже 75% момент начала подачи по насосу постепенно начинает уменьшаться и примерно при 50% нагрузки давление Pz становится таким же, как при насосе прежней конструкции.

Дизели серии L-GBE.

Одновременно с серией L-GB фирмой МАН—«Б и В» разрабатывалась ее улучшенная по экономичности модификация L-GBE. У двигателей этой модификации те же размерности частоты вращения, что и у двигателей L-GB, но номинальное среднее эффективное давление снижено до уровня дизелей L-GFCA при сохранении максимального давления сгорания на высоком уровне и более высокой степени сжатия.

Для уменьшения объема камеры сжатия под пятку поршневого штока установлены специальные прокладки. Турбокомпрессоры дизелей L-GBE имеют другие размеры проточных частей, соответственно изменены размеры продувочных окон и фазы выпускного клапана. Есть отличия и в конструкции распылителей форсунок и плунжеров ТНВД.

Благодаря автоматическому увеличению угла опережения подачи топлива при развороте плунжера с уменьшением мощности диаграмма Нагрузок при pz=const немного меняется: границей низких частот вращения, т. е. левой образующей зоны постоянных значений pz, становится линия винтовой характеристики (рис. 42). В результате эта зона существенно расширяется.

Малоразмерная модель L35GB/GBE (см. табл. 8). спроектирована заново. В связи с повышением давления сгорания до 12 МПа чугунный блок цилиндров выполнен литым, коленчатый вал — цельнокованый, изменена конструкция механизма реверса.

Дизели серии L-MC/MCE.

Следующей моделью фирмы .МАН—«Б и В» стала сверхдлинноходовая модель с отно­шением S/D= 3,0— 3,25 получившая маркировку L-MC/ МСЕ. За счет дальнейшего увеличения хода поршня и одновременного повышения Pz удельный эффективный расход топлива в двигателе L90MC/MCE составил 163—171 г(кВт-ч) (см. табл. 8).

Стремясь возможно полнее удовлетворить потребности судостроения, фирма МАН—«Б и В» в 1985 г. объявила о подготовке к производству двух модификаций МОД S-MC/MCE К-МС/МСЕ (табл. 9).Модели S-MC и S-MCE имеют отношение S/D=3,82 и обеспечивают рекордно низкие расходы топлива—до 156 г/(кВт-ч),

Модели К-МС и К-МСЕ с отношением S/D=3 имеют сравнению с аналогичными двигателями моделей L-MC/MCE повышенную на 10% частоту вращения, так как она предназначена для контейнеровозов и других быстроходных судов, в которых ограниченное пространство кормовых подзоров не, позволяет использовать низкооборотные гребные винты большого диаметра. В двигателе 12К90МС может быть обеспечена номинальная мощность 54 тыс. кВт.

Основные конструктивные решения, использованные фирмой в дизелях последних модификаций, остались неизменными и отношению к дизелям моделей L-MC/MCE (рис. 43). фундаментная рама 7 сварная, коробчатой формы с цельнолитыми поперечными балками, высота ее обеспечивает большую жесткость. Сплошной отлитый из чугуна ресивер 1 продувочного воздуха объединен с охлаждающими рубашками блоков цилиндров.

В цилиндровых втулках 6 температура распределяется равномерно, износы при небольших расходах цилиндровой смазки невелики. Крышка цилиндра 4—стальная кованая, имеет систему сверленых каналов для охлаждения.

Топливные насосы золотникового типа со смешанным регулированием подачи обеспечивают низкие расходы топлива. Выпускные клапаны 2 в крышках цилиндров имеют гидравлический привод и устройство для проворачивания, что повышает надежность их сопряжения с охлаждаемыми седлами. Поршни 5 охлаждаются маслом.

Экономичность двигателей была повышена за счет утилизации тепла выпускных газов в стандартизованной турбокомпаундной системе 3, которая предлагается в двух вариантах:

ГТН с электрогенератором, встроенным в воздушный фильтр- глушитель, или утилизационный турбогенератор. При этом дополнительная энергия может отдаваться винту или в судовую электросеть.

Таблица 9. Основные характеристики дизелей S-MC/MCE и К-МС/МСЕ фирмы МАН — «Б и В»

Номинальные Удельный эффективный расход
топлива, (кВт-ч)
Тип двигателя номинальный минимальный
мощность. частота
кВт вращения

об/мин

условный с учетом утилизации условный с учетом утилизации
S80MC 3360 77 171 167 162 160
S80MCE 2680 77 165 162 158 156
S70MC 2560 88 171 167 162 160
S70MCE 2050 88 165 162 158 156
S60MC 1870 102 173 169 163 162
S60MCE 1500 102 166 163 159 158
S50MC 1300 123 174 170 165 163
S50MCE 1045 123 167 165 160 159
К90МС 3800 82 172 168 162 161
К.ООМСЕ 3020 82 165 162 158 156
К80МС 3012 93 173 169 163 162
К80МСЕ 2420 93 166 163 159 158

podelise.ru


Смотрите также