Дизель-сервис-ЦентрПроизводство и модернизация главных и
вспомогательных судовых двигателей
Звонок по России бесплатный
На 02.10.2022 произведено
625
энергетических установок
"Российский Речной Регистр" переименован в "Российское Классификационное Общество" (РКО)

Особенности судовых четырехтактных двигателей

Судовые двигатели внутреннего сгорания, работающие на дизеле, стали устанавливаться с начала ХХ века. Первым судном с дизелем ДВС стал датский корабль «Зеландия», спущенный со стапелей в 1912 году. На нем стояло два дизельного двигателя, мощность каждого из которых составляла 147,2 кВт. Каждый из них обеспечивал работу одного гребного винта.

Успешный опыт использования дизельных ДВС привел к тому, что в течение всего прошлого столетия производители постоянно совершенствовали эти агрегаты, учитывая технологические особенности судов. На сегодняшний день большинство силовых и энергетических агрегатов приходится на дизельные ДВС. Сегодня используются различные виды дизельных двигателей внутреннего сгорания:

  • паротурбинные;
  • четырехтактные;
  • двухтактные.

Турбинные ДВС устанавливаются обычно на суда, работающие на двигателях повышенной и обычной мощности. Чаще всего такими двигателями оборудованы торговые суда в США.

Конструкционные особенности судовых дизельных ДВС

У дизельной энергетической установки присутствует один или несколько ДВС и обслуживающие их механизмы. По типу рабочего цикла их делят на двух- и четырехтактные. Для увеличения мощности дизельного двигателя на ряде моделей устанавливается турбонаддув.

Также дизельные судовые двигатели делят на несколько групп по частоте вращения:

  • малооборотные дизеля, обеспечивающие движение судового движетеля;
  • среднеоборотные, приводящие в движение движитель судна с помощью редуктора и отвечающие за задний ход;
  • реверсные ДВС, позволяющие судну маневрировать;
  • нереверсные дизели, которые появились в 60-е годы прошлого века и устанавливались на судах разного типа: малых, траулерах, буксирах, сухогрузах и др.

Внедрение реверсных ДВС позволило существенно упростить конструкцию такого силового агрегата, упростив его техническое обслуживание и повысив эффективность работы всех его узлов и отделов.

В автономном дизельном генераторе, которым оснащаются современные суда, кроме основного ДВС имеются два вспомогательных, отвечающих за работу энергетического блока, вырабатывающего электрическую энергию. Обслуживанием главного и вспомогательных ДВС занимаются специальные механизмы, система трубопроводов и клапанов.

Через топливный трубопровод подается из баков солярка в подогретом виде. Подогрев необходим для уменьшения ее вязкости и улучшения очистки, когда солярка проходит через фильтрующие механизмы, которые позволяют очистить топливо от посторонних примесей жидкого и твердого типа.

Специальный трубопровод подает смазку на трущиеся детали дизельного двигателя для уменьшения износа и трения. Масло перед подачей также подвергается очистке через фильтры, что обеспечивает длительный срок эксплуатации  трущихся элементов.

Агрегат нужно постоянно охлаждать при помощи специальных трубок, в которых в качестве хладагента выступает вода. Она не дает перегреваться ДВС, отводя лишнее тепло, образующееся в момент сжигания воздушно-топливной смеси в камере сгорания после смешивания и нагрева.

Охлаждению подвергается и смазка, которая циркулирует в трущихся деталях. Для этого используется специальная система из насосов и труб. Имеется компрессор и емкости для сжатого воздуха, который также подается через трубки и клапаны. С помощью сжатого воздуха ускоряется запуск двигателей. Также в дизельном агрегате имеются и узлы, осуществляющие обслуживание силового агрегата.

Особенности работы четырехтактного двигателя

Такая модель судового ДВС имеет длинный цикл, состоящий из 4 этапов, за время его прохождения коленчатый вал успевает два раза повернуться. Принцип работы дал название всей линейке дизельных агрегатов.

Выполнение механической работы осуществляется во время одного такта, остальные выполняют только подготовительные мероприятия. Схема работы в тактах выглядит так:

  • первый – впуск воздуха при перемещении из верхнего положения в нижнее, за счет чего разряжается пространство, и воздух затягивается вовнутрь через впускной клапан;
  • второй – осуществляется сжатие воздуха во время движения поршня после закрытия впускного клапана, достигая 4 МПа, за счет сжатия воздух нагревается и при смешивании с топливом, которое впрыскивается на этом такте через форсунки, поджигается;
  • третий – рабочий, во время его за счет высвобождающихся от горения газов начинается возвратно-поступательное движение поршня, вращающего вал;
  • четвертый – выпуск отработанных газов через выпускной клапан, который в этот момент открывается.

Во время первого такта движение поршня идет в сторону коленчатого вала. В это время создается разряженная атмосфера, в которой воздух поступает в цилиндр через всасывающий клапан.

Если механизмы для наддува отсутствуют, то давление воздуха, подающегося в камеру сгорания, имеет значение атмосферного. При наличии опции турбонаддува сразу поступает сжатый воздух, что приводит к повышению давления и температуры.

Связанный с поршнем привод топливного насоса повышает давление внутри камеры сгорания до 39,24 МПа в многоцилиндровых моделях повышенной мощности. После этого топливо впрыскивается через форсунки в цилиндр. Если в двигателе нет наддува, давление сжатого воздуха в нем составит не выше 3,43 МПа, а температурный режим не более 600 градусов. При наличии наддува в ДВС позволяет повысить эти значения и мощность агрегата.

Топливо попадает внутрь камеры сгорания до того, как поршень достигнет максимально вертикального положения. Попав внутрь, оно смешивается с разогретым воздухом  и начинает испаряться, образуя топливно-воздушную смесь, которая легко воспламеняется.

В третьем такте образуются горячие газы, оказывающие давление на поршень. В дизелях, в которых нет наддува давление во время возгорания воздушно-топливной смеси составляет не более 5,4 МПа. В дизельных ДВС с наддувом максимальное этого значения составляет около 8 МПа. Под давлением горячих газов поршень поднимается вверх, создавая максимальную работу во время третьего рабочего такта.

В четвертом такте осуществляется выход отработанных газов из цилиндра. Из-за четырехтактного режима работы четырехтактные двигатели ДВС, устанавливающиеся на суда, оснащены сразу несколькими цилиндрами, в которые подается топливно-воздушная смесь.

Особенности работы двухтактного ДВС

В двухтактных судовых двигателях полный рабочий цикл включает в себя два такта, во время которых коленчатый вал делает оборот. В первом такте происходит сжатие уже тогда, когда поршень находится в нижнем положении.

В это время впускные форсунки или окна, расположенные на боковых стенках, находятся в открытом положении, пропуская через себя уже сжатый воздушный поток. Его давление должно быть выше давления расширившихся газов топливно-воздушной смеси, находящейся внутри цилиндра.

Отработанные газы из цилиндра удаляются с помощью потока продувочного воздуха, поступающего из открытого выпускного клапана. Сразу после этого в камеру сгорания подается новая порция воздушно-топливной смеси.

При закрытии выпускных клапанов поступление воздуха в цилиндр прекращается. Одновременно с этим закрывается выпускной клапан, что приводит к сжатию воздуха в цилиндре.

Впрыск топлива, смешивание ее со сжатым воздухом и возгорание в двухтактном двигателе осуществляется также, как и в четырехтактных моделях ДВС.

Рабочим является второй такт, во время которого происходит расширение газов, за счет которого осуществляется работа. По завершению рабочего цикла через открытые впускные окна, которые открываются поршнем, осуществляется продувка цилиндра и начинается новый рабочий цикл. Также выход отработанных газов может осуществляться через внешний клапан.

При наличии опции наддува в ДВС в цилиндр, в котором находится камера сгорания, подается много воздуха. Подаваемый объем воздушной массы превышает объем цилиндра во время такта всасывания. Наддув обеспечивает сжигание максимального объема воздушно-топливной смеси внутри камеры сгорания во время рабочего цикла. За счет этого удается повысить мощность двухтактного двигателя, не увеличивая его размеры за счет большего количества цилиндров и их диаметров. Также наддув позволяет не увеличивать мощность за счет увеличения частоты вращения. Осуществляется наддув благодаря предварительному сжатию воздуха перед цилиндром.

В четырехтактном судовом двигателе сжатие воздуха осуществляется с помощью компрессорной установки центробежного типа, которой нет не в двухтактных судовых ДВС. Компрессор усложняет конструкцию ДВС, так как кроме него добавляются узлы, отвечающие за его обслуживание. Вместе с компрессорной установкой в комплекте идет турбина, которая в ускоренном режиме выводит газообразные продукты горения. Кроме этого есть толкатель и струбница. Приводной вал стоит прямо над поддоном. В таких ДВС не предусмотрены фиксаторы. Давление внутри такого двигателя в среднем составляет 5 бар. Расход дизельного топлива зависит от мощности двухтактного двигателя.

Сфера использования

Четырехтактные судовые дизели, работающие на дизельном топливе, устанавливаются в дизель-генераторные установки, или используются как основной двигатель, который устанавливается в многовальные энергетические установки. На один движитель в энергетических станциях идет один четырехтактный ДВС, работающий на дизеле. Для многодвигательных установок предусмотрен один четырехтактный двигатель на каждый движитель.

Среднеоборотные четырехтактные модели могут использоваться в качестве основного двигателя. При использовании на судне среднеоборотного четырехтактного ДВС как основного двигателя позволяет получить ряд неоспоримых преимуществ:

  • увеличивает надежность за счет того, что при поломке одного агрегата, остальные остаются в рабочем состоянии;
  • сокращение массы и размеров деталей дизельного агрегата, что позволяет рационально использовать полезную площадь на судне;
  • понижение удельной массы.

Двухтактные ДВС используются на паромах. В них устанавливается румпель ручного двигателя. Вал монтируется сверху карбюраторного блока. В линейке двухтактных судовых двигателей представлены модели, различающиеся мощностью.

Четырехтактные двигатели внутреннего сгорания устанавливают на суда разной мощности с учетом водоизмещения и специализации судна и типа двигателя, который может быть маломощным, средней мощности, мощным, сверхмощным, с наддувом или без него.

Преимущества двухтактных перед четырехтактными двигателями

Двухтактные двигатели ДВС весят меньше. Так, двухтактный ДВС мощностью в 15 л.с. весит 36 кг, а четырехтактный той же мощности весит уже 45 кг. При этом вес у него распределяется неравномерно:

  • основная масса – 90% приходится на сам агрегат;
  • «нога» - 10%.

При большем весе четырехтактники отличаются большими габаритами, в отличие от двухтактных ДВС. Цена четырехтактных агрегатов выше за счет того, что их конструкция более сложная, а производственный цикл более длительный. В них больше деталей, чем в двухтактных агрегатах.

За счет компактных размеров двухтактники имеют меньше элементов и стоят дешевле четырехтактных моделей. Двухтактные ДВС проще транспортировать. Перевозить их можно в любом положении. За счет простой конструкции их не нужно отвешивать, а можно сразу устанавливать на судно.

При использовании судовых ДВС следует учитывать, что двухтактные дизельные агрегаты быстрее реагируют на функцию «газ». В четырехтактных двигателях внутреннего сгорания отклик происходит медленнее за счет того, что рабочий цикл более длинный. Поршень делает два оборота, а в двухтактных один, поэтому они быстрее откликаются при совершении маневров судна. Оба агрегата одинаковой мощности позволяют судну развивать одинаковую скорость.

Техническое обслуживание

Четырехтактный судовой ДВС – сложный агрегат, который требует регулярного ТО. Проведение технического обслуживания по графику, рекомендованному производителем, позволит продлить срок работы такого силового агрегата и потребует меньше вложений, чем крупный ремонт дизельного двигателя. ТО должно проводится для всех элементов и узлов дизеля в соответствии с инструкциями производителя. Для каждого вида таких работ должен использоваться новый формуляр двигателя.

Уровень и вид технических работ зависит от количества отработанных часов и сделанных оборотов. Для этого потребуется обязательно ежедневно вести учет рабочего времени, технических и ремонтных работ в специальном судовом журнале.

Замена изношенных деталей и узлов, а также капитальный ремонт обычно проводятся через 10 тыс. часов рабочего времени агрегата. Для всех узлов предусмотрены сроки замены расходных материалов и деталей, которые указаны в технической документации. Правильное ТО и своевременная замена изношенных запчастей позволят продлит срок эксплуатации дизельного агрегата, установленного на судне.

Почему двухтактные двигатели уступают четырехтактным

При этом эксперты выделяют ряд достоинств четырехтактных судовых ДВС. К ним относится экономный расход топлива, который достигается за счет более длительного рабочего цикла. Если для двухтактных дизельных ДВС требуется для одной лошадиной силы 300 г топлива, то для четырехтактных моделей потребуется на 4 рабочих такта всего 200 г.

Двухтактные модели более шумные, чем четырехтактники, которые снабжаются шумоизоляцией, что важно для пассажирских судов. Они меньше вибрируют при работе на малых оборотах, если в конструкции имеется два цилиндра. Одноцилиндровые двух- и четырехтактные имеют одинаковый уровень вибрации, что нужно учитывать при выборе силового агрегата для судна. За счет таких характеристик четырехтактные агрегаты более комфортны в эксплуатации. Все пассажирские суда работают на таких ДВС, так как на них требуется создавать максимально комфортные условия для пассажиров.

Двухтактные модели дизельных двигателей больше дымят, что также следует учесть при выборе силового агрегата для судов различного водоизмещения. Подача масла в двухтактных ДВС осуществляется одновременно с топливом, что увеличивает дымность и повышает износ трущихся элементов силового агрегата.

По этой причине четырехтактники более надежны и долговечны, так как на все их трущиеся узлы масло подается обильно и без примесей. Конструкция четырехтактников более сложная, поэтому им требуется регулярный технический уход, чтобы продлить их срок эксплуатации.

Выбор между двухтактными и четырехтактными дизельными двигателями, устанавливающимися на суда различного типа подбираются под водоизмещение, назначение и особенности эксплуатации судов. При выборе силового агрегата на суда различного типа требуется учесть большое количество факторов.

Важно учесть мощность двигателя внутреннего сгорания того или иного типа, преимущества и недостатки двухтактных и четырехтактных моделей для конкретного типа судна и его возможностей. На пассажирских яхтах, паромах, кораблях, круизных лайнерах лучше использовать четырехтактные модели, которые меньше шумят и дымят, обладают оптимальной мощностью и компактностью. Их также можно устанавливать на рыболовецких сейнерах, многотоннажных сухогрузах, других судах торгового флота, правильно подобрав модификацию и мощность под функционал корабля и режим  его эксплуатации в определенных условиях  реки или моря.

Дата публикации: 25.08.2022

Заказ

ФИО или название компании:
Контактный телефон:
Электронная почта:

Отправляя завяку я даю согласие на дальнейшее хранение и обработку моих персональных данных согласно политике конфендециальности.

Запрос цены на

ФИО или название компании:
Контактный телефон:
Электронная почта:

Отправляя завяку я даю согласие на дальнейшее хранение и обработку моих персональных данных согласно политике конфендециальности.

Спасибо!