Главный двигатель – основной силовой агрегат судов речного и морского флота. Создаваемый им крутящий момент передается на гребной винт. Его работа активирует судовой электрический генератор. На крупнотоннажных судах устанавливаются несколько главных двигателей, один из которого обеспечивает работу электрического генератора. От них на гребные валы крутящий момент передается через главную передачу. Она суммирует крутящий момент и передает его через валопровод на гребные валы.
В зависимости от тоннажа и особенностей эксплуатации на речные суда устанавливаются двигатели:
Средне- и крупнотоннажные речные суда в своем большинстве работают на дизельном топливе.
В чашки цилиндров топливная смесь поступает без наддува и с наддувом:
Воздушно-топливная смесь образуется либо в чашках цилиндров, либо в отдельных камерах. В первом случае топливо подается в чаши цилиндров, когда поршень находится в верхней мертвой точке. Во втором случае топливная смесь прежде, чем поступить в цилиндр, смешивается в предварительной камере. Она располагается либо на крышке блока цилиндра, либо в головке поршневой детали.
Главные судовые двигатели различаются по конструкции поршней:
Устройство размещения блоков цилиндров в моторном объеме:
Коленвал может вращаться:
Различают двигателя:
Центральный научно-исследовательский дизельный институт предлагает следующую классификацию главных судовых силовых агрегатов:
Маломощные двигательные моторы устанавливаются на малых и небольших речных судах – лодки, яхты, катера, хаусботы и пр. В этом сегменте российским маломощным двигателям составляют конкуренцию силовые установки от концерна MAN (Германия), Burmeister & Wain (Дания), Fiat (Италия), Hyundai (Южная Корея).
Серийные речные суда оснащаются главными судовыми силовыми агрегатами мощностью до 1600 кВт (2175 л.с.). Суда класса «река – море» оснащаются более мощными силовыми агрегатами.
У судовых ДВС (двух- и 4-хтактных) дизель сгорает по смешанному типу, при котором одна его часть в чашке цилиндров сгорает при постоянном давлении, а другая – при постоянном объеме. Также существуют дизельные силовые установки, у которых воспламенение жидкого топлива при достижении поршнем его высшей мертвой точки.
Коэффициент полезного действия тепловых установок определяется разностью между температурным максимумом и минимумом рабочего тела. Чем больше разность, тем лучше КПД. У дизельных судовых двигателей для расчета КПД вместо температурной разности используется степень сжатия. Исходя из этого, наибольший КПД демонстрируют дизельные ДВС с изохорным циклом, при котором смесь воспламеняется при постоянном объеме. Но подобные установки и сложны конструкционно, и требовательным к техническому обслуживанию.
В поршнецилиндровой группе перед воспламенением дизель смешивается с кислородом. Последний поступает в поршнецилиндровую самостоятельно или принудительно. В первом случае он всасывается в чашу цилиндра за счет образования отрицательного давления в момент движения поршней вверх. В втором случае воздух перед попаданием в цилиндр спрессовывается в специальных устройствах, прежде всего, в компрессорах. Сжатый воздушный поток в чашку цилиндра поступает в большем количестве, что, с другой стороны, позволяет нагнетать топливо также в большем количестве. Образовавшаяся насыщенная топливная смесь выделяет большее количество тепловой энергии, которая преобразовывается в механическую. В результате дизельная установка демонстрирует большую удельную мощность на единицу рабочего объема цилиндров.
Главные судовые дизельные двигатели без наддува из-за своей маломощности уже практически не используют в речных судах. Для наддува в четырёхтактных двигателях применяют компрессоры, а в двухтактных – наддувочные насосы. Для повышения мощности четырехтактные двигатели могут оснащаться наддувочными компрессорами.
Последние могут получать крутящий момент от коленвала. К ним компрессоры подсоединяются через повышающую передачу. Это механический способ сжатия воздушного потока с прямой обратной связью: при повышении частоты вращения коленвала увеличивается работа компрессора и, соответственно, повышается количество воздуха, что поступает в поршнецилиндровую группу.
Количество силовых установок с механическим наддувов на речных судах неуклонно снижается. Их сменяют газотурбинные компрессоры. Отработанные газы из поршневой группы поступают по специальным трубопроводам на ротор газовой турбины. Последний начинает вращаться и его вращение при помощи приводного вала передается на рабочие колесо компрессора.
Работа газотурбинного компрессора бывает постоянной и импульсной. При постоянной работе выхлоп сразу ото всего блока цилиндров направляется по общему выпускному трубопроводу. Объем выхлопа в любой момент времени постоянен, отсюда и название.
Компрессоры импульсной работы соединены трубопроводами малого сечения с цилиндрами, имеющими параллельные фазы выхлопа газов. Это обеспечивает непрерывное движение выхлопных газов к компрессору. Для повышения эффективности работы газотурбинным компрессором дополнительно применяется преобразователь импульсов. Он повышает удельный импульс, выравнивает давление выпускного газа и оптимизирует его расход.
Таким образом, газотурбинный компрессор на свою работу затрачивает энергию выхлопных газов, и потому никак не снижает КПД судового двигателя.
На малотоннажные речные суда (лодки, катера, моторизованные яхты) устанавливаются высокооборотистые бензиновые двигатели. Их главные преимущества – компактные размеры и способность развивать высокую скорость. Недостатки – малая мощность и небольшой радиус хода.
На многотаннажные речные суда (самоходные баржи, теплоходы, буксиры, специальная водная техника и пр.) устанавливаются дизельные двигатели разных конструкций. Большой тоннаж требует от силового агрегата уже на малых оборотах высокой мощности, что могут создавать только дизели.
В дизельных судовых ДВС после впрыскивания в чашку цилиндра и смешивания там воздуха и топлива образовавшаяся смесь воспламеняется из-за высокой температуры, которая сохраняется в поршневой группе. Самоподдерживающий процесс воспламенения происходит по т.н. циклу Дизеля:
Наиболее эффективными считаются дизели, у которых наибольший КПД фиксируется на четвертом этапе цикла Дизеля.
Способ смешивания топливной смеси
Тяжелое дизельное топливо невозможно смешать с воздухом в карбюраторе, инжекторе или в ином устройства, находящемся отдельно от мотора. Дизель слишком тяжел и вязок, чтобы его в форме газовой взвеси передавать по топливопроводу. Даже при транспортировке на очень небольшом расстоянии дизель успевает отделиться от воздуха и осесть на стенках топливопровода. Поэтому в дизельных судовых двигателях дизельно-воздушная смесь создается сразу в чашках цилиндров. Её создание происходит по двум технологиям:
В обоих случаях дизель нагнетается в камеру сгорания при помощи ТНВД, у которого для каждого из цилиндров имеется своя независимая плунжерная пара. В общем виде плунжерную пару можно описать как полую гильзу с входным и выходным отверстием. Внутри гильзы движется цилиндрический плунжер. При его движении вверх в гильзе возникает отрицательное давление, под действием которого топливо всасывается внутрь. Для ускорения подачи топлива перед плунжерной камерой устанавливается подсасывающий насос. При движении плунжера вниз возникает сильное положительное давление, под действием которого дизель направляется к форсункам. На входном и выходном отверстиях устанавливается односторонние клапаны, препятствующие обратному ходу жидкости.
Под камерой сгорания в ДВС понимается расстояние, ограниченное неподвижными днищем и стенками цилиндров и подвижным днищем поршней. Впрыск топлива и закачка воздуха в камеру сгорания происходит в момент движения поршня вверх, т.е., в момент увеличения объема камеры сгорания. В этот момент создается отрицательное давление. Оно при любом способе закачки способствует образованию вихревых воздушных потоков и расщеплению тяжелого дизельного топлива на мелкую взвесь.
Камеры сгорания, если не брать во внимание их размерные характеристики, различаются между собой по способу закачки воздушного потока. Он может закачиваться по радиальному и тангенциальному направлению. Кроме того, у камер сгорания высокооборотистых дизелей имеется т.н. предкамеры, где происходит предварительное смешивание дизеля с воздухом. Из-за высокой скорости движения поршня без этих предкамер тяжелое топливо не успевает полностью смешаться с воздухом.
Поэтому показателю судовые дизельные двигатели подразделяются на 5 группы:
В 4-хтактном ДВС завершение рабочего цикла выполняется за 2 поворота коленчатого вала. За этот период поршень совершает 4 хода (такта):
У безнаддувочных ДВС воздух в камеры сгорания всасывается за счет отрицательного давления, которое создает поднимающийся поршень. У наддувочных ДВС в камеру сгорания нагнетает воздушный компрессор. В речных судах компрессор сжимает воздушный поток до 4,8-5 атмосфер. В обоих типах ДВС в камеру сгорания нагнетает ТНВД.
У речных и морских судов 4-хтактные основные силовые агрегаты описываются по скоростным и нагрузочным характеристикам. Первая определяется зависимостью количества оборотов коленвала к мощности мотора, его удельного потребления дизеля и некоторых других параметров. Нагрузочная характеристика – это зависимость нагрузки мотора от его мощности, удельного потребления топлива и некоторых других параметров.
В группу скоростных характеристик входят винтовая характеристика, а также мощность силового агрегата на разных режимах работы двигателя, максимум крутящего момента и максимум мощности.
За исключением винтовой характеристики все остальные являются собственными характеристиками силового агрегата. Винтовая же характеристика определяется зависимостью мощности мотора вместе с количеством оборотов коленвала и потребляемой энергией гребным винтом.
Внешние характеристики снимаются во время стендовых исследований у мотора на всех его режимах работы. Винтовая характеристика снимается во время ходовых испытаний, поскольку ее изменение зависит от множества переменных факторов (скорость судна, направление и скорость ветра и воды, фактическая глубина, сопротивление корпуса судна и пр.). Если же отбросить эти переменные факторы, то винтовая характеристика будет определяться по формуле: мощность вращения гребного винта прямо пропорциональна кубу его частоте вращения.
Нагрузочные характеристики также снимаются на стендовых исследованиях при разном числе оборотов коленвала. Цель исследования нагрузочных характеристик – определение лучшего и самого выгодного рабочего режима в использовании и эксплуатации мотора.
В эту группу входят установки от десяти до двадцати киловатт. Их главное преимущество – экономичность. С ними сопряжены ручные стартерные устройства. Гребные валы закрепляются сразу под поддоном двигателя. Фиксаторы заднего хода у большинства маломощных моторов отсутствуют, а при их наличии фиксаторы используются вместе с анодами. У маломощных судовых моторов имеются существенные различия в конструкции поршневой группы. У большинства моделей редукторы оснащаются антикавитационными плитами.
Ими оснащаются пассажирские теплоходы. В целом, дизели средней мощности выпускаются в огромной линейке моделей. Но можно отметить несколько характеристик, свойственных для большинства моделей:
Главными судовыми двигателями нормальной мощности оснащаются речные транспорты (баржи, топливоналивные суда и пр.). Эти дизели также существенно различаются между собой по числу цилиндров, их диаметру, по скоростным и нагрузочным характеристикам. Но среди них можно отметить несколько общих конструкционных характеристик:
Сверхмощные судовые моторы строятся на базе распредвала. В их конструкции обязательно присутствуют глушители. Карбюраторы обычно устанавливаются рядом с поддоном двигателя. Поток смазочного масла в двигателе распределяет отдельное коромысло. Часто кронштейн подвески закрепляется непосредственно над маховиком. Среднее число оборотов коленвала обычно равно 2300 об./мин.
Главными силовыми агрегатами с наддувом оснащаются речные транспорты, а также танкеры класса «река – море». Они между собой также существенно различаются конструкционными и эксплуатационными характеристиками, в частности, различаются камеры сгорания и фиксаторы. Но у них тоже есть общие особенности:
У большинства дизелей с наддувом имеется шток передачи, но у некоторых моделей эта деталь отсутствует.
Они обычно устанавливаются на пассажирские суда и малотоннажные речные баржи. Дизельные двигатели без наддува выпускаются российскими и зарубежными компаниями в широкой модельной линейке. Но у всех этих ДВС можно выделить ряд общих технических и эксплуатационных характеристик:
Во время эксплуатации главные судовые двигатели проходят 5 технических обслуживаний:
Выполняется не позже, чем через 250 моточасов. При техобслуживании промывается и чистится топливное и масляное оборудования (емкости хранения, фильтры, центрифуги, сепараторы). Также в рамках первого техобслуживания проверяется состояние масла, крепления особо важных деталей.
В зависимости от конкретной модели и особенностей эксплуатации двигателя выполняется в период между 250-ми и 750-ми моточасами. Помимо действий, регламентируемые техобслуждиванием №1, также производится:
Дополнительно проводятся лабораторные анализы на количество в масле железа, олова, меди и иных металлов. По результатам этих лабораторных исследований делается вывод о качестве работы судового двигателя внутреннего сгорания и степени износа его отдельных деталей.
Выполняет в период между 500-ми и 1500-ми моточасами. Помимо работ, регламентированные техническим обслуживанием №2, выполняется:
Техобслуживание №3 выполняется в портовых мастерских.
Выполняется в период между 1000 и 3500 моточасами. Помимо действий, регламентируемых ТО №3, при ТО №4 выполняется:
Проводится в портовых мастерских, имеющими соответствующие ремонтные механизмы и оборудование. Судно не выводится из эксплуатации.
Выполняется между 5 тыс. и 7 тыс. моточасов. Проводится в межнавигационных период, судно выводится из эксплуатации. Перечень работ определяется ремонтной ведомостью.
Заказ
Запрос цены на
Спасибо!