Судовые двигатели внутреннего сгорания (СДВС) / ТОМ I - Возницкий И.В. [2007, PDF]

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие 6
Глава 1. Введение в курс ДВС 8
§1.1 Классификация судовых ДВС 9
§ 1.2 Основы работы 11
§ 1.3 Рабочие циклы ДВС 12
Глава 2. Нагрузка на узлы и детали
двигателей 19
§ 2.1 Механические нагрузки 19
§ 2.2 Термические нагрузки 23
Глава 3. Остовы 27
§3.1 Фундаментная рама 30
§ 3.2 Станина 33
§ 3.3 Рамовые подшипники 37
Глава 4. Блоки, рубашки и втулки
цилиндров 42
§ 4.1 Блоки и рубашки цилиндров 42
§ 4.2 Втулки цилиндров 43
§ 4.3 Износ и повреждения цилиндров 53
§ 4.4 Контроль за состоянием цилиндров 56
Глава 5. Крышки рабочих цилиндров 61
Глава 6. Поршни 67
§ 6.1 Условия работы, нагрузки 67
§ 6.2 Конструкция поршней 71
§ 6.3 Повреждения поршней в эксплуатации 87
Глава 7. Поршневые кольца 89
§ 7.1 Условия работы, конструкция 89
§ 7.2 Смазка цилиндров, поршней и колец 95
§ 7.3 Нарушения в работе колец 100
3
Глава 8. Шатуны, штоки, крейцкопфы 105
§8.1 Шатуны 106
§ 8.2 Шатунные болты 115
§8.3 Повреждения и поломки 118
§ 8.4 Поршневой шток 123
§ 8.5 Крейцкопфы 125
Глава 9. Подшипники кривошипно¬шатунного механизма 132
§ 9.1 Условия работы, нагрузки 132
§9.2 Конструкции 136
§ 9.3 Износ и повреждения подшипников 140
Глава 10. Коленчатые валы 147
§ 10.1 Условия работы, нагрузки 147
§ 10.2 Конструкции 150
§ 10.3 Повреждения и поломки 155
Глава 11. Механизм газораспределения 163
§ 11.1 Условия работы клапанного механизма 165
§ 11.2 Конструкции клапанов 169
§ 11.3 Распределительный вал 172
§ 11.4 Повреждения клапанов 176
Глава 12. Топливовпрыскивающая
аппаратура 180
§ 12.1 Принцип действия топливных насосов
и форсунок 180
§ 12.2 Процесс топливоподачи 186
§ 12.3. Топливные насосы клапанного типа 191
Глава 13. Системы пуска и реверсирования 196
§ 13.1 Системы пуска 196
§ 13.2 Системы реверсирования 204
Глава 14. Системы электронного
управления двигателями 208
§ 14.1 Система электронного управления
фирмы «Катерпиллар» 208
§ 14.2 Система электронного управления
фирмы «МАН - Б.В.» 212
§14.2.1 Электронное управление и гидропривод
выхлопного клапана 218
§14.2.2 Электронное управление лубрикатором... 219 § 14.3 Система электронного управления
фирмы«Вяртсиля-Зульцер» 221
Глава 15. Обзор конструкций современных
судовых дизелей 227
§ 15.1 Четырехтактные среднеоборотные двигатели
фирмы «МАН Дизель» 229
§ 15.2 Двухтактные малооборотные судовые
двигатели фирмы фирмы «МАН Дизель».... 233 §15.2.1 Двигатели с электронным
управлением MCE 238
§15.3 Четырехтактные двигатели
фирмы «Вяртсиля» 241
§ 15.4 Двухтактные малооборотные судовые
двигатели фирмы «Вяртсиля - Зульцер» 251
§15.4.1 Двигатели RTA 252
§15.4.2 Двигатели с электронной
системой управления RT-Flex 256
§ 15.5 Высоко- и средне-оборотные двигатели
фирмы «Катерпиллар» 259
Глава 16. Газовые двигатели 270
§ 16.1 Двигатели, работающие на газовом
топливе по циклу Отто 271
§ 16.2 Двухтопливные двигатели (Dual Fuel) 277

Предисловие

С момента выхода в свет последнего учебника по дисциплине «Судовые двигатели внутреннего сгорания» прошло более 15 лет. За это время в судовом двигателестроении произошли радикальные изменения.
Разработаны системы топливоподачи, позволяющие осуществлять гибкое регулирование процессов впрыска топлива применительно к конкретным режимам работы двигателя.
Внедряются системы электронного управления двигателями, еще больше расширяющие возможности воздействия на рабочий процесс в цилиндрах.
Дальнейшая форсировка двигателей путем газотурбинного наддува позволила повысить среднее эффективное давление в малооборотных двигателях с 15 до 20 бар, максимальное давление при этом увеличилось до 125 бар. Существенно снизился удельный расход топлива - с 214 до 163 г\ кВт час. В среднеоборотных 4-х тактных двигателях среднее эффективное давление возросло до 27 бар, максимальное давление сегодня составляет 165-175 бар.
Ресурс среднеоборотных двигателей (до моточистки) увеличился до 24000 часов, в малооборотных двигателях продолжительность работы до моточистки увеличилась в три раза и составляет 3 года. Значительное внимание уделялось снижению эмиссии вредных составляющих выхлопных газов.
Отмеченные достижения, естественно, повлекли за собой серьезные изменения в конструкции двигателей и, в первую очередь,
были найдены и внедрены новые решения в организации охлаждения цилиндропоршневой группы, организации и управлении топливоподачей (внедрены гидроприводы ТНВД и насос-форсунок, аккумуляторные системы топливоподачи, электронное управление топливоподачей).
Отмеченные изменения и ряд других нашли отражение в предлагаемой Вашему вниманию книге. Накопленный опыт работы в Санкт Петербургской Морской Академии, готовящей кадры судовых инженеров-механиков, настоятельно требует перехода от изложения материала в ключе проектирования, который до недавнего времени превалировал, к изучению конструкции и теоретических основ с позиции эксплуатации судового оборудования. Эта задача при написании книги была одной из основных.
Автор приносит искреннюю благодарность рецензентам: профессору ГМА д.т.н. М.К. Овсянникову и профессору СПб ГУВК д.т.н. В.А. Шишкину, давшим ряд ценных советов.
Глава 1. Введение в курс ДВС
Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) составляют основу энергетических установок на морских и речных судах. Этот тип дви-гателя благодаря высокой экономичности заменил на флоте паро-вые поршневые машины. Процесс широкого внедрения на транспор-тных судах ДВС начался после изобретения в 1892 году немецким инженером Рудольфом Дизелем двигателя внутреннего сгорания с воспламенением топлива от сжатия. Такие ДВС принято называть по имени изобретателя «дизелями». Первый двигатель, построен-ный Р. Дизелем, работал на керосине, распыливаемом форсункой с помощью подаваемого в нее сжатого воздуха высокого давления (такие дизели называли «компрессорными»). Мощность этого од-ноцилиндрового дизеля составляла всего 15 кВт при КПД 26%, что было существенно выше, чем КПД паровой машины.
В 1899 году в Санкт-Петербурге по патенту Р. Дизеля был пост-роен первый в России двигатель, который работал на сырой нефти и имел КПД 28%. Эта дата считается началом дизелестроения в России.
В развитие и внедрение дизелей на водном транспорте сущес-твенный вклад внесли российские дизелестроители. В 1903 году Сормовский завод построил первый в мире теплоход «Вандал», на котором были установлены три четырехтактных дизеля конструк¬ции завода «Русский Дизель» (ранее этот завод, располагавшийся в Санкт-Петербурге, именовался «механическим заводом Людвига
Глава 1 - Введение в курс ДВС
Нобеля») мощностью 88 кВт каждый. Первые в мире крупные тепло-ходы были построены на русских верфях и имели в качестве глав-ных двигателей дизели, произведенные в России. Только в 1911 году в Дании был построен первый крупный теплоход «Зеландия».
В течение всего XX века наблюдалось повышение дедвейта су-дов, особенно танкеров, рудовозов и контейнеровозов. Возрастали также скорости движения судов. Это потребовало существенного увеличения мощности главной энергетической установки. В 50-х го-дах максимальная мощность одного дизеля не превышала 15 МВт, поэтому крупнотоннажные и высокоскоростные суда оборудовались паросиловыми установками (главный двигатель- паровая турбина), хотя их КПД не превышает 32% (дизели в указанный период имели КПД до 45%).
Развитие дизелестроения, применение наддува и переход с ди-зельных топлив на более дешевые тяжелые сорта привели к тому, что к концу 20 века дизель занял лидирующее положение на морском транспорте. В настоящее время мощность малооборотных крейц- копфных дизелей достигла 70 МВт, а КПД достиг 50% и более.