Описание судового дизеля ДКРН 80/70
СОДЕРЖАНИЕ
Задание на курсовой проект
I. Введение
II. Техническая характеристика двигателя
III. Особенности конструкции двигателя
1. Остов двигателя
2. Кривошипно-шатунный механизм
3. Механизм распределения
4. Система подачи воздуха в цилиндры
5. Система выпуска отработавших газов
6. Топливная система
7. Масляная система
8. Система охлаждения
9. Система пуска, реверса и управления
10. Контрольно-измерительные приборы и устройства аварийно-предупредительной сигнализации на двигателе
11. Автоматические и защитные устройства на двигателе
IV. Тепловой расчет двигателя
V. Динамический расчет двигателя
VI. Заключение
Использованная литература
1. Введение
Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) получили широкое применение в промышленности, в сельском хозяйстве и на транс-порте.
Зарождение идеи создания ДВС относится к концу XVII в. В 1680 г. Гюйгенс предложил построить двигатель, работающий за счет взрывов в цилиндре заряда пороха. В дальнейшем раз-личные варианты двигателей предлагались Р. Стритом, В. Рай-том, В. Барнетом, Ленуаром и Бо де Роша, который первым раз-работал четырехтактный цикл.
В 1879 г. инженер-механик русского флота И. С. Костович сконструировал первый в мире легкий бензиновый двигатель (предназначался для дирижабля) мощностью 80 л. с. (58,8 кВт) С удельной массой всего 3 кг/л. с. (4,08 кг/кВт). Еще через 18 лет на заводах Германии строили для дирижаблей двигатели, имевшие в 8 раз большую удельную массу.
В 1892 г. Рудольф Дизель получил патент на двигатель, в котором топливо должно было воспламеняться от предваритель-но сжимаемого до высоких температур воздуха. Первая работо-способная конструкция двигателя была создана им в 1896-- 1897 гг. Двигатель работал на керосине, распыливаемом форсун-кой с помощью подаваемого в нее сжатого воздуха (такой метод распыливания получил наименование компрессорного). Мощ-ность двигателя составляла 20 л. с. (14,7 кВт) при расходе топ-лива 0,24 кг/(л. с.-ч) [0,327 кг/(кВт-ч)], что соответствует КПД ?е=0,26.
В 1899 г. петербургским механическим заводом "Л. Нобель" (сейчас завод «Русский дизель») по патенту Р. Дизеля был по-строен первый в России двигатель, который работал па более дешевой, чем керосин, сырой нефти и расходовал топлива 0,2 кг/(л. с-ч) [0,298 кг/(кВт-ч)].
В дальнейшем развитии и внедрении дизелей на водном тран-спорте большую роль сыграли русские инженеры. В 1903 г. была практически осуществлена первая в мире судовая дизель-элект-рическая установка на наливной барже «Вандал» с тремя четы-рехтактными 120-сильными двигателями.
В 1907 г. Коломенский завод построил первый в мире колес-ный буксир «Мысль» с двигателем мощностью 300 э. л. с. (220,8 кВт)/и зубчатой передачей, снабженной муфтой Р. А. Корейво для заднего хода и маневрирования. Первые в мире ревер-сивные двигатели были установлены в 1908 г. на подводной лод-ке «Минога». Первым морским теплоходом был танкер «Дело» во-доизмещением 6000 т, построенный также в 1908 г. В постройке теплоходов другие государства отставали от России. На съезде двигателестроителей (Петербург, 1910 г.) Р. Дизель признал ве-дущую роль русского судового двигателестроения. Только в 1911 г. за рубежом (в Дании) был построен первый крупный теп-лоход «Зеландия». В дальнейшем высокоэкономичные дизели ста-ли вытеснять широко применявшуюся на морских судах паровую поршневую машину. Последующее совершенствование двигателей привело к увеличению их коэффициента полезного действия (КПД) до 42--45%. В настоящее время из всех тепловых двигате-лей ДВС является наиболее экономичным. Кроме того, ДВС обладает относительно малыми габаритами и массой, боль-шим моторесурсом (60--100 тыс. ч), прост в эксплуатации и на-дежен, что предопределило преимущественное применение дизе-лей на морских судах.
Для современного периода в развитии морского транспорта характерны: интенсивный рост дедвейта наливных судов и рудо-возов; увеличение скоростей сухогрузных судов для генеральных грузов до 20--25 уз при росте их водоизмещения; появление су-хогрузных судов нового типа (контейнеровозов, судов с горизон-тальной погрузкой, судов для перевозки груженых барж и т. п.), скорости хода которых достигают 25--30 уз.
До недавнего времени судовые энергетические установки мощ-ностью свыше 15 тыс. л. с. (11 тыс. кВт) в связи с отсутствием мощных дизелей комплектовались паровыми турбинами. Под вли-янием растущей потребности в более мощных судовых двигателях мощность двухтактных мало-оборотных крейцкопфных двига-телей доведена до 48 тыс. э. л. с. (35,3 тыс. кВт) в одном агрега-те.Сейчас малооборот-ные дизели успешно конкуриру-ют с паровыми турбинами в установках судов дедвейтом до 250 тыс. т. Отечественная промышлен-ность выпускает двигатели раз-личного назначения; для морских судов дизелестроительные заводы строят двигатели типа ДКРН 50/110, 62/140, 74/160, 84/180; ДР 30/50, ЧН 25/34 и др.
Успехи двигателестроения и в первую очередь применение над-дува, а также новых прогрессивных конструктивных решений и высококачественных материалов, достижения в области техноло-гии производства и др. способствовали созданию ряда новых ти-пов среднеоборотных (n = 400--600 об/мин.) тронковых дизелей, предназначенных в основном для передачи мощности греб-ному винту через редукторную передачу (заметим, что ма-лооборотные двигатели используются для прямой пере-дачи).
Среднеоборотные двигатели перед малооборотными имеют следующие преимущества: меньшие массу, габаритные размеры и стоимость; возможность выбрать такую частоту вращения греб-ного винта, которая обеспечивает более высокие значения пропульсивного коэффициента; возможность комплектовать установ-ку несколькими однотипными двигателями; возможность привода от главных двигателей генераторов тока и иных вспомогательных механизмов и др.
Среднеоборотные двигатели строят в рядном и V-образном исполнении мощностью от 2700 до 24 000 э. л с. (2000 -- 17 700 кВт).
Наряду с созданием новых двигателей, повышением их мощ-ности и совершенствованием конструкции большое значение при-дается увеличению долговечности двигателей, снижению объема и трудоемкости работ по их техническому обслуживанию.
II. Техническая характеристика
Дизель
ДКРН 80/170
Цилиндровая мощность, э.л.с…………………….1250
Скорость вращения, об/мин……………………….115
Диаметр цилиндра, мы.............................................800
Ход поршня, м .....................................................1700
Среднее индикаторное давление, кг/см2…………..7,9
Среднее эффективное давление, кг/см2 ................7,1
Механический к.п.д…………………………………0,90
Давление продувочного воздуха, ати……………..0,46
Давление в конце сжатия, кг/см2…………………...45
Максимальное давление сгорания, кг/см2………….50
Удельный расход топлива, г/э.л.с.ч ...........................158
III. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ ДВИГАТЕЛЯ.
1. Остов двигателя.
Остов двигателя состоит из следующих основных частей: фунда-ментной рамы, станины, цилиндров и цилиндровых крышек. Все части остова образуют единую жесткую конструкцию, обеспечиваю-щую отсутствие деформаций при работе двигателя от действия сил давления газов и сил инерции движущихся частей. Для надежной работы двигателя необходимо, чтобы ось коленчатого вала была прямолинейна, а ось движения (поршень, шток, шатун) --перпенди-кулярна оси вала. Эти требования выполняются при обработке де-талей и сборке двигателя. Недостаточная жесткость остова двига-теля может привести к появлению в частях остова деформаций, вызывающих искривление оси коленчатого вала, а также изменить взаимное расположение осей вала и деталей движения, что в свою очередь влечет за собой появление добавочных напряжений у колен-чатого вала и нагрев подшипников. Жесткость конструкции остова создается за счет выбора материала для изготовления его частей, конструктивного оформления деталей остова, проверки выбранных размеров расчетом на прочность и способа соединения деталей остова между собой.
В судовых дизелях применяют различные схемы конструктивного оформления деталей остова. Рассмотрим три основные схемы.
1. Остов креицкопфного двигателя (рис. 1) состоит из фун-даментной рамы 4, станины, выполненной из отдельных А-образных стоек 2, и цилиндров 1, закрытых крышками. Рама, станина и ци-линдры связаны длинными анкерными связями 3. Увеличенное сечение высоких поперечных и продольных балок фундаментной рамы обеспечивает жесткость конструкции.
Фундаментная рама 2, станина с А-образными колоннами 6 и проставка 23 из двух секций -- стальные, сварные.
Отсеки картера с боковых сторон двигателя закрыты сталь-ными съемными щитами со смотровыми люками и предохрани-тельными клапанами.
Двигатель имеет два распределительных вала. Верхний вал 39 со стопорным цилиндром 38 служит для привода вы-пускных клапанов 17, а нижний вал 40 -- для привода топлив-ных насосов 37 высокого давления. Оба распределительных ва-ла соединены с коленчатым валом 33 при помощи двойной цепной передачи, заключенной в специальном отсеке 44.
Сварной фундамент упорного подшипника 41 связан с тор-цом фундамента двигателя.
Рис. 1. Остов двигателя
Валоповоротное устройство установлено на ста-нине, прикрепленной к судовому фундаменту. Зубчатое колесо42 на упорном зале 43 приводится в движение через двойную чер-вячную передачу от электродвигателя 4 с дистанционным уп-равлением.
Блок цилиндров (лист 96) состоит из отдельных руба-шек цилиндров 13, соединенных болтами 9 в две секции, между котороми размещен приводной отсек. Рубашки цилиндров, вы-полненные из перлитного чугуна, имеют люки 10 для осмотра полостей охлаждения. Охлаждающая вода подводится к ци-линдру в нижней части и отводится в крышку 20 по двум чу-гунным патрубкам 22.
Простановка 25 между блоком цилиндров и станиной, являющаяся дополнительной емкостью ресивера 18, выполнена из двух секций. Каждая секция разбита на отсеки по числу цилиндров переборками с отверстиями А сообщающими отсеки ксждой секции с общей полостью.
Диафрагма 28 с отверстием В для сальника штока, отделяю-щая подпоршневые полости от картера, имеет в каждом отсеке по два патрубка для удаления загрязнений. Осмотр подпоршне-вых полостей, осуществляется через съемные щиты 27. В тру-бе 19 размещается телескопическое устройство охлаждения поршня.
Сальникштока (узел Т) с чугунным корпусом 1 выпол-нен из двух частей, соединенных между собой болтами. К диа-фрагме 28 сальник крепится шпильками.
Два чугунных уплотнительных кольца 2 с S-образным зам-ком прижимаются к штоку наружными кольцевыми пружина-ми 3.
Два чугунных маслосъемных кольца 6 и 11 из трех сегмен-тов прижимаются к штоку спиральными пружинами 12.
Отвод масла от верхнего кольца осуществляется через ра-диальные сверления по штуцеру, ввернутому в сверление К. Смазка для штока от лубрикатора поступает по отверстию V. Короткие анкерные связи 16 из легированной стали, размещенные в плоскостях разъемов рубашек цилиндра, соеди-няют цилиндры с верхней литой частью стоек картера.
Втулка цилиндра 14 изготовлена из перлитного чугуна, легированного хромом, никелем и ванадием. Она имеет двад-цать четыре продувочных окна с тангенциальным размещением их в горизонтальной плоскости. При высоте окон в 165 мм сум-марное проходное сечение составляет 1488 мм.
Уплотнение втулки в рубашке цилиндра и проставив произ-водится резиновыми кольцами 15 и 23, которые обжимаются втулками 17 и 24, состоящими из двух половин.
Смазка к втулке подается через шесть штуцеров 26 с шари-ковыми невозвратными клапанами, нагруженными пружинами.
Крышка 29 из молибденовой стали уплотняется по торцу втулки притиркой, а по конической поверхности -- стальным кольцом 8 из двух половин. Конические поверхности крышки и втулки для защиты от коррозии обмазываются пастой на гра фитной основе («Апексиор»). Утопленное исполнение крышки улучшает условия охлаждения втулки и снижает тепловые и напряження у ее бурта.
Крышка имеет центральное отверстие дли выпускного кла-пана, два отверстия L со стальными стаканами 31 для форсу-нок, отверстие М со стальным стаканом 21 для пускового клапана, отверстие N для предохранительного клапана отверстие Р для индикаторного крана, два отверстия Z для подхода охлаждающей воды в крышку, патрубки 32 и 29 (отверстие R с резиновыми уплотнитольными кольцами30 и 33 для перепуска охлаждающей воды из крышки в корпус выпуск-ного клапана, четыре отверстия Т для отжимных болтов. Лючкн 4 и пробки 5 используются для осмотра и очистки полости охлаждения крышки. Крышка фиксируется относительно ци-линдра направляющей 7.
2. Кривошипно-шатунный механизм.
Кривошипно-шатунный механизм служит для передачи усилий от давления газов на коленчатый вал. В крейцкопфных двигателях -- из поршня, штока, поперечины, ползуна, шатуна и коленчатого вала.
При работе двигателя в кривошипно-шатунном механизме дей-ствует движущая сила Р, являющаяся суммой сил от давления газов, сил веса и сил инерции. Движущая сила Рд направлена по оси цилиндра и совпадает по направлению с шатуном только при положении поршня в мертвых точках; в остальных положениях она раскладывается на две составляющие -- силу Рш, на-правленную по шатуну, и силу Рн, направленную перпендикулярно оси цилиндра. Силу Рш воспринимает коленчатый вал, передающий ее на стенки ци-линдра. В крейцкопфных двигателях ползун передает силу Рн на параллель. Величина Рн зависит от силы давления газов в цилиндре и от площади поршня. В двигателях с диаметром цилиндра 450-- 500 мм Рн достигает 120 кН.
В крейцкопфных двигателях головной подшипник шатуна и тру-щаяся пара ползун--параллель вынесены из зоны высоких темпера-тур в картер двигателя, где можно обеспечить надежную смазку. Трущаяся поверхность ползуна залита антифрикционным сплавом (баббитом). Поэтому при равной величине Рн работа трения у пары ползун--параллель меньше, чем у пары поршень --втулка в трон-ковых двигателях, что при прочих равных условиях обеспечивает повышение механического КПД у крейцкопфных двигателей по сравнению с тронковыми на 2--4 % и большую надежность ра-боты головных подшипников.
Поршень двигателя (лист 105)--составной. Головка поршня 10 выполнена из жаростойкой легированной стали, а ко-роткая направляющая 13 -- из легированного чугуна перлитной структуры. Верхние три уплотненных кольца 11 с косым зам-ком имеют высоту 16 мм и ширину 26 мм, а нижние три коль-ца 12 с замком внахлест имеют высоту 18 мм при ширине 26 мм. Коксами 23 относительно поршня фиксируются только три ниж-них кольца.
Для уменьшения износа колец в пазы поршня, как и у дви-гателей 76VTBF 160 (см. лист 97, поз. /), закатаны чугунные полукольца.
Сварная вставка 14 и отверстия в головке поршня, улучшая условия стока охлаждаемого масла и повышая скорость движе-ния последнего, способствуют более интенсивному охлаждению стенок.
Шток 16 с диаметром стержня 270 мм -- полый, кованый, из углеродистой стали, с трубкой 15 для подвода масла. Он соединен через направляющую с головкой поршня шпильками. Положение сопрягаемых, деталей фиксируется болтом.
Со стальной кованой поперечиной 21 шток соединяется тор-цевой кольцевой поверхностью посредством направляющего хвостовика с гайкой.
Перенос радиальных сверлений для подвода и отвода охлаж-дающего масла со стержня штока в его хвостовик повышает прочность штока и упрощает конструкцию этого узла.
Крейцкопф двигателя -- двусторонний. К концам попере-чины из углеродистой стали с полыми шейками диаметром 500 мм болтами крепятся четыре ползуна 30 из литой стали с заливкой рабочих поверхностей баббитом. Конструктивно за-крепление ползунов выполнено более надежно, чем у двигате-ля 74VTBF 160.
Стальные литые направляющие 31 крепятся к стойкам ста-нины шпильками. Планками 37 ограничивается поперечное сме-щение ползунов.
Стальные литые кронштейны 18 и 26 для охлаждения порш-ня крепятся к поперечине шпильками.
Масло на охлаждение поршня поступает по трубопроводу 20 к телескопическому устройству, состоящему из неподвижной трубы 9, подвижной трубы 5 и уплотпитслыюго устройства (см. разрез по В--В).
Фланец неподвижной трубы закрепляется к опорной пли-те 8 ресивера продувочного воздуха через проставку 7 болтами. Направляющая втулка 6, залитая баббитом, прижимается бол-тами к проставке обжимным фланцем.
Отвод масла от поршня осуществляется сливом через кронш-тейн 18, конец которого движется в продольной прорези колон-ки 17. Отсюда масло по патрубку 19 через воронку 1 с термо-метром 3 поступает в сливную магистраль (см. лист 103). Смот-ровое стекло 2 в кожухе 4 позволяет визуально контролировать систему охлаждения.
Шатун двигателя -- с отъемными головными и мотылевым подшипниками. Стержень шатуна 28 диаметром 300 мм из угле-родистой стали, полый, с жесткой безвильчатой головкой.
Головные подшипники 22 диаметром 500 мм имеют ширину рабочей поверхности по 320 мм. Мотылевые подшипники 35 диа-метром 680 мм имеют ширину рабочей поверхности у верхней половины 380 мм и у нижней--300 мм. Нижние половины го-ловных подшипников имеют на рабочих поверхностях продоль-ные и поперечную смазочные канавки.
Страницы: 1, 2
