Судовые малооборотные двигатели

К категории малооборотных двигателей относятся дизели с частотой вращения от 55 до 150 об/мин. Мощные малооборотные главные двигатели с непосредственной передачей вращения на винт работают исключительно по двухтактному циклу и имеют крейцкопфную конструкцию, которая обеспечивает возможность полностью изолировать полости цилиндров и картера. Они наиболее нечувствительны к качеству используемого топлива и позволяют сжигать самые низкосортные из них с высокой термической эффективностью. Невысокая скорость поршня и малое количество движущихся частей обеспечивают высокую экономичность этих машин по расходу смазочных материалов, низкие значения скорости износа и исключительную долговечность. Хотя такие двигатели производят немногие фирмы-изготовители, они доминируют на рынке, особенно для крупнотоннажных океанских судов.

Для удовлетворения спроса на разнообразные мощности имеется широкий выбор однотипных двигателей, отличающихся по размерам и числу цилиндров. В дополнение к стандартным моделям производятся их модификации с удлиненным ходом поршня (отношение хода поршня к диаметру цилиндра - до 3,8) и пониженной скоростью вращения - до 55 об/мин. Это позволяет использовать малооборотные гребные винты большого диаметра с высоким пропульсивным КПД. Короткоходные модификации предлагаются для судов с ограниченной осадкой, для которых характерны небольшие габариты винтов и малая высота машинного отделения. Однако многие узлы и детали базовой модели используются во всех ее модификациях.

Ниже рассматриваются современные модели двухтактных малооборотных дизелей, а также некоторые устаревшие модели, которые еще находятся в эксплуатации и обладают рядом особенностей, полезных при изучении ДВС.

SULZER RTA
MAN-B&W MC
MAN-B&W KEF
SULZER RND
DOXFORD J


Sulzer RTA

Двигатели марки Suzler RTA представляют целое семейство машин, отличающихся размерами цилиндров. Различные его модификации отличаются длиной хода поршня - от супердлинноходных до самых короткоходных. Отличия могут быть также в системах охлаждения и пуска двигателей этой серии.

Рассмотрим модель RTA 58-84. Двигатель работает по прямоточной схеме продувки с выхлопным клапаном и продувочными окнами, что обеспечивает его высокую эффективность при сжигании тяжелых топлив. Неохлаждаемый турбонагнетатель работает от системы выхлопа постоянного давления, а на малых оборотах двигателя продувочный воздух подается отдельным компрессором с электроприводом. Каналы системы охлаждения просверлены во всех деталях, соприкасающихся с камерой сгорания, включая поршни, втулки и крышки цилиндров, седла выпускных клапанов. Все эти детали охлаждаются водой; охлаждающая вода к поршню подводится по телескопическому устройству, полностью отделенному от картера для предотвращения попадения воды в систему смазки.

На цельнокованной крышке цилиндра, симметрично относительно центрального выпускного клапана, расположены три неохлаждаемые форсунки, топливо к которым подается от насоса высокого давления клапанного типа через распределительный блок. Неиспользованное горячее топливо, после отсечки впрыска, возвращается в циркуляционную систему через корпус форсунки, обеспечивая частично эффект охлаждения. Для управления качеством процесса сгорания топлива применена система регулирования началом подачи. Выпускные клапана выполнены из жаропрочного сплава, имеют гидравлический привод с воздушными пружинами (пневмоаккумуляторами). Привод распределительного вала - шестеренчатый. Реверсирование двигателя осуществляется при помощи сервомоторов, которые производят переустановку на передний или задний ход кулачных шайб каждого топливного насоса и распределителя пускового воздуха.

Лубрикаторы цилиндров снабжены аккумуляторами давления для распределения масла по смазочным точкам. Регулирование насосов осуществляется в соответствии с нагрузкой двигателя.

Глубокий картер коробчатого типа служит для размещения довольно длинных кривошипов без нежелательного увеличения габаритной ширины двигателя. Чтобы приблизить предварительно напряженные анкерные связи к оси коленчатого вала, крышки рамовых подшипников прижимаются к гнезду упорными болтами.

Двигатель RTA 84M имеет много общего с предыдущей моделью. Она характеризуется повышенным отношением хода поршня к диаметру цилиндра и уменьшенным числом оборотов. Поршни двигателя охлаждаются маслом, что позволяет исключить ненадежные трубки и сальники телескопического устройства. Изменена конструкция рамовых подшипников; на крейцкопфных подшипниках применены безвильчатые шатуны с баббитовой заливкой нижних опорных поверхностей.


MAN-B&W MC

Рассмотрим двигатель MAN-B&W MC. Имеется большое количество различных типоразмеров, включая модели с очень большой длиной хода поршня, а также короткоходные модификации. Все модели допускают использование низкосортных топлив с высокой эффективностью и очень малой степенью износа.

Как и предыдущие модели, этот двигатель работает по прямоточно-клапанной схеме продувки, что упрощает конструкцию втулок и продувочных окон. Выхлопные клапана работают от гидропривода, гидроцилиндры толкателей приводятся в действие от кулачных шайб распределительного вала. На каждом цилиндре установлены три или четыре неохлаждаемые форсунки, которые питаются от единой замкнутой топливной системы с подогревом для эффективного сжигания тяжелых топлив. Вся система обеспечивает эффективное газораспределение с управлением от главного регулятора, который может быть настроен в зависимости от качества топлива.

Привод распределительного вала осуществляется двумя роликовыми цепями, что улучшает весо-габаритные характеристики передачи и позволяет располагать распределительный вал достаточно высоко, чтобы уменьшить длину трубок гидропривода и минимизировать вредное влияние эластичности этих трубок. Реверс производится смещением толкателей топливных насосов.

Втулки и крышки цилиндров охлаждаются водой по внутренним каналам и сверлениям, а охлаждение поршней – масляное, что упрощает конструкцию системы охлаждения и снижает риск попадания воды в картер. Количество поршневых колец ограничено четырьмя.

Неохлаждаемые турбо-нагнетатели работают от системы выхлопа постоянного давления и дублируются автономными компрессорами с электроприводом, которые используются на малых оборотах. Фундаментная рама двигателя жесткой конструкции, со стальными литыми поперечинами. Рамовые подшипники располагаются как можно ниже для уменьшения габаритной ширины при достаточно длинном ходе поршня. Крейцкопфное устройство выполнено с одним сплошным опорным подшипником, с использованием тонкостенных вкладышей. Коленчатый вал выполняется либо с полусоставными кривошипами, либо сварным, что дает соответственное уменьшение веса.



MAN-B&W KEF

Двигатель MAN-B&W KEF – является головным в целой серии последующих моделей. Ему характерны многие особенности современных двигателей, в частности использование прямоточной схемы продувки с тарельчатыми выпускными клапанами. Клапана снабжены толкателями с коромыслами, что позволяет регулировать требуемый зазор тарелки, а также использовать стальные спиральные клапанные пружины. Двигатель имеет турбонагнетатели импульсной системы, к каждому из которых присоединены группы выхлопов из трех или четырех цилиндров. При использовании тяжелых топлив требуется отдельная система охлаждения форсунок.

Реверс обеспечивается проворачиванием распределительного вала относительно коленвала при помощи сервомотора, для изменения фаз газораспределения топливных насосов ВД и выпускных клапанов. Двигатель отличается исключительной простотой в обслуживании.


Sulzer RND

Двигатель Sulzer RND. Втулки цилиндров, особенно ранних моделей, которые до сих пор находятся в эксплуатации, имеют выпускные окна, что исключает необходимость в выпускных клапанах, однако позволяет применять только петлевую или поперечную схему продувки. В данном двигателе использована поперечно-петлевая система. Имеется система турбонаддува постоянного давления, а также устройство, позволяющее утилизировать сжатие воздуха в подпоршневом пространстве. Для обеспечения работы этого устройства поршень снабжен удлиненным тронком.

Цилиндровые крышки собраны из двух концентрических частей и имеют по одной центрально-расположенной форсунке, охлаждаемой водой. Для реверса имеется сервомотор, который проворачивает распределительный вал для переустановки моментов газораспределения топливных насосов и клапанов пускового воздуха.


DOXFORD J

Двигатель Doxford J – это одна из последних моделей двигателей с противоположно-движущимися поршнями, выпускавшихся фирмой ДОКСФОРД. Многие из них еще находятся в эксплуатации.

Этот двигатель относится к классу двухтактных дизелей простого действия с противоположно движущимися поршнями, расположенными попарно в каждом цилиндре. Нижний поршень охлаждается маслом и присоединен к коленчатому валу обычным способом, через крейцкопфное устройство. Он открывает и перекрывает продувочные окна втулки цилиндра. Верхний поршень снабжен системой водяного охлаждения и присоединен к коленвалу при помощи боковых штоков с отдельными крейцкопфами и шатунами. Он управляет открытием и закрытием выпускных окон, расположенных в верхней части втулки, осуществляя таким образом прямоточную продувку без применения выпускных клапанов.

Необходимость в трех мотылевых подшипниках на каждый цилиндр значительно увеличивает продольный габарит и усложняет конструкцию коленчатого вала, а также увеличивает объем и проблемы технического обслуживания для машинной команды. Однако, уравновешенная конструкция с противоположно движущимися поршнями не требует применения анкерных связей, что упрощает и облегчает конструкцию остова.

Отдельная система газораспределения отсутствует, так как все фазы рабочего цикла определяются движением поршней и системой топливоподачи. В средней части втулки, между внутренними предельными положениями обоих поршней расположены две топливные форсунки. Топливо подается по системе аккумулирующего типа, с приводом топливных насосов и распределительных клапанов впрыска топлива непосредственно от коленчатого вала. Кулачные шайбы симметричны, поэтому для реверса необходима переустановка только клапанов пускового воздуха. Продувка осуществляется системой турбонаддува импульсного типа.


Источник: Судовые ДВС. Пособие для подготовки вахтенных механиков. Составитель к.т.н., доцент С.К. Чернышев.