Основы устройства и эксплуатации судовых главных механизмов Выполнение судовых работ 7

Титульный лист
Вариант № 7.
1. Топливный насос высокого давления клапанного типа: конструкция,
регулировка цикловой подачи.
2. Цилиндровые втулки 2-х и 4-хтактных двигателей.
3. Конструктивная схема, составные элементы, принцип работы системы гидравлического привода механизмов.
Содержание
1. Топливный насос высокого давления клапанного типа: конструкция,
регулировка цикловой подачи ............................................................................... 3
2. Цилиндровые втулки 2-х и 4-хтактных двигателей .............................. 6
3. Конструктивная схема, составные элементы, принцип работы
системы гидравлического привода механизмов ................................................ 11
Список используемых источников ............................................................ 15
2
1. Топливный насос высокого давления клапанного типа:
конструкция, регулировка цикловой подачи
В насосах клапанного типа регулирование подачи осуществляется с использованием клапанов, поэтому плунжер насосов функцию регулировки не
несет и имеет по всей длине гладкую цилиндрическую форму, что обеспечивает ему высокую уплотняющую способность.
На рис 1 представлены принципиальные схемы работы клапанного
насоса двигателя RTA, в котором цикловая подача меняется путем начала и
конца подачи.
Основные элементы насоса: прецизионно изготовленная плунжерная
пара (плунжер 8 и втулка 9), топливный кулак 1, ролик привода 2, всасывающий клапан 4 и его регулировочный узел 3, нагнетательный клапан 6, отсечной клапан 7, эксцентрики управления фазами открытия и закрытия клапанов 10 и 11.
По каналу 12 топливо подводится к насосу под давлением 4-5 бар, создаваемым топливоподкачивающим насосом. По каналу 5 сжатое в насосе
топливо отводится к форсунке. По каналу 13 отводится отсечное топливо.
Принцип действия ТНВД. При набегании ролика толкателя 2 на кулачек распределительного вала 1 плунжер 8 поднимается вверх. Движение
плунжера вниз осуществляется под действием ранее сжатой пружины.
Благодаря создаваемому в надплунжерном пространстве разрежению и
под действием давления топлива в топливоподающей системе открывается
впускной клапан 4, и топливо заполняет надплунжерное пространство. В
начале движения плунжера вверх (позиция I) клапан 4 продолжает оставаться
открытым, и топливо частично вытесняется обратно в магистраль 3. Обратный перепуск топлива происходит до тех пор, пока механический привод
клапана, состоящий из рычага и толкателей, не освободит клапан, и он под
давлением топлива со стороны плунжера не сядет на седло. Начиная с этого
момента (позиция II) давление в надплунжерном пространстве начнет быстро
3
расти, откроется нагнетательный клапан 6 и топливо поступит к форсунке.
Момент посадки клапана 4 определяет геометрический момент начала подачи топлива по насосу. Момент окончания подачи определяется началом открытия отсечного клапана 7 (позиция III). Последний открывается приводом,
состоящим из толкателя 14 и рычага 11,эксцентрично посаженного на валик
управления 15, связанного с регулятором числа оборотов и рычагом управления двигателя.
Рисунок 1 – ТНВД клапанного типа С с регулировкой по началу и концу
подачи
Фазы подачи устанавливаются в зависимости от задаваемой мощности
(нагрузки) – см Рис 2. Здесь видно, что с переходом от 100% нагрузки на 75%
угол опережения увеличивается, что дает возможность сохранить максимальное давление рабочего цикла и, тем самым, повысить экономичность работы двигателя на частичных нагрузках.
4
Изменение подачи одновременно по всем насосам двигателя осуществляется изменением моментов закрытия впускного клапана 4 и отсечного 7,
что достигается поворотом эксцентриков 10 и 11. Валики последних связаны
с регулятором числа оборотов и рычагом управления двигателем. Регулирование величины подачи по отдельным цилиндрам достигается изменением
зазора в регулировочном узле 3 перепускного клапана 7.
Рисунок 2 – Фазы подачи топлива в двигателях Зульцер – RTA при разных
нагрузках
ТНВД клапанного типа в сравнении с насосами золотниковыми обладают следующими преимуществами:
1. Плунжерные пары имеют существенно большую уплотняющую длину и поэтому лучше уплотняют и дольше сохраняют свой ресурс;
2. Насосы обеспечивают более стабильную подачу при самых малых
нагрузках и это позволяет обеспечить самые малые обороты двигателя
вплоть до 15% от номинальных;
3. Фазы подачи в течение длительного срока сохраняются неизменными в связи с меньшими износами и отсутствием кавитационных разрушений
плунжерных пар, которым подвержены плунжеры насосов золотникового
типа.
Этим объясняется, что фирма Зульцер в своих новых разработках малооборотных двигателей, несмотря на малую надежность клапанного узла,
продолжает оставаться приверженной насосам клапанного типа.
5
2. Цилиндровые втулки 2-х и 4-хтактных двигателей
Втулки образуют рабочий объем цилиндра и направляют движение
поршня. Работа втулок происходит в условиях высоких температур и давлений газов. Для обеспечения надежной и долговечной работы втулки должны
быть прочными и жесткими с износостойкой поверхностью, по которой движется поршень.
В судовых дизелях находят применение исключительно сменяемые
вставные и охлаждаемые «мокрые» втулки. Условия работы втулок определяются:

воздействием на них горячих газов, вызывающих большие меха-
нические и тепловые нагрузки;

работой поршневых колец, приводящей к износу рабочей по-
верхности «зеркала»;

дополнительным нагревом; коррозией и кавитационной эрозией
со стороны охлаждающей воды.
Материал втулок – чугун, легированный титаном, хромом, никелем,
ванадием, или серый чугун (для втулок МОД (малооборотные) и СОД
(среднеоборотные)), или легированная сталь (для втулок ВОД (высокооборотные)). Для повышения износостойкости чугунные втулки ВОД (иногда
СОД) покрывают пористым хромом, а стальные азотируют. Для защиты от
коррозии и эрозии охлаждаемую поверхность втулок покрывают краской или
бакелитовым лаком, хромируют или кадмируют.
Рабочую поверхность втулок, как правило, хонингуют, иногда наносят
сетку микроштрихов «зебру» или производят винтовую нарезку с шагом 1215 мм и глубиной 0,03-0,06 мм, которые улучшают приработку рабочих поверхностей новой втулки и поршневых колец и позволяют визуально (через
продувочные окна) контролировать износ в эксплуатации.
Конструкция втулки цилиндра. К ней предъявляются следующие требования:
6

высокая прочность;

хорошее охлаждение (особенно верхнего пояса) при возможно
меньших перепадах температур в стенке;

наименьшая неравномерность радиальных и осевых деформаций;

герметичность поверхностей, сопряженных с рубашкой и крыш-
кой цилиндра;

обеспечение свободного радиального и осевого расширения
втулки;

материал втулки должен быть жаростойким и жаропрочным, из-
носостойким, иметь хорошие антифрикционные качества.
Конструкторам приходится учитывать, что испытываемые стенкой
втулки напряжения складываются из напряжений механических и тепловых.
Стремление снизить механические напряжения путем увеличения толщины
стенок 5 приводит к росту тепловых напряжений. Поэтому в современных
форсированных двигателях конструкторы пошли по пути сохранения или
даже увеличения толщины втулок в их верхнем поясе, но приближения
охлаждаемой поверхности к тепловоспринимающей путем сверления охлаждающих каналов непосредственно во фланцевой части.
Конструкции втулок показаны на рис. 3, 4 и 5.
Рисунок 3 – Цилиндры 4-х тактных дизелей
7
Рисунок 4 – Цилиндр 2-тактного двигателя
В верхней части втулки имеют утолщенный круговой пояс 1 (рис. 3 а; 4
б) с фланцем, опирающимся на опорный бурт рубашки или блока с применением специальных мастик. Иногда под фланец устанавливают красномедную
прокладку.
Сверху фланец втулки прижимается буртом 9 крышки цилиндра (см.
узел I, рис. 3 а). Свободные радиальные и осевые 4-тактных дизелей расширения втулки обеспечиваются жестким закреплением только фланца и радиальными зазорами (см. рис. 3, 4). Это предохраняет блок цилиндров от разрыва, а зеркало втулки от деформаций (при нагреве втулка расширяется
больше, чем блок), уплотнение зарубашечного пространства достигается
притиркой сопряжения поверхностей фланца втулки и опорного бурта блока.
В форсированных СОД для уплотнения и предотвращения коррозии
посадочного пояса втулки в него часто устанавливают резиновое кольцо 3
(см. поз. I, рис. 3). Уплотнение газового стыка обеспечивают притиркой по8
верхностей фланца втулки и бурта крышки или установкой в посадочную канавку (см. поз. I, рис. 3а) прокладки из отожженной красной меди или мягкой
стали. Уплотнение нижнего пояса втулки со стороны охлаждающей воды и
со стороны картера или подпоршневого пространства осуществляют резиновыми кольцами (на рис. 3а поз. II, 3 и рис. 4, 5). Резиновые кольца круглого
сечения заводят в канавки, проточенные в утолщенном круговом поясе втулки. У двухтактных дизелей (рис. 4) с контурной продувкой пояс выпускных
окон со стороны охлаждающей воды уплотняют резиновыми кольцами 3, 5, а
со стороны газа – красномедными кольцами 6, устанавливаемыми с натягом
относительно центрирующего пояса блока.
Контроль уплотнений осуществляют с помощью специального сигнального отверстия в рубашке, соединенного с кольцевой канавкой сборником на втулке или в блоке. Вытекание воды, выход масляных паров, продувочного воздуха или газа из сигнального отверстия свидетельствует о
нарушении герметичности соответствующего уплотнительного кольца.
9
Рисунок 5 – Цилиндры 2-тактных двигателей: а) «Бурмейстер и Вайн»
50VT2BF; б) Д100
10
3. Конструктивная схема, составные элементы, принцип
работы системы гидравлического привода механизмов
На современных судах широко применяется гидравлический способ
привода в движение различных механизмов.
Гидроприводом (ГП) называется совокупность источника энергии и
устройств для ее преобразования и транспортирования посредством рабочей
жидкости к приводимой машине.
В состав ГП входят:
- объемные насосы;
- гидродвигатели (гидромоторы и гидроцилиндры);
- гидроаппаратура, обеспечивающая управление ими и защиту от перегрузок;
- трубопроводы, соединяющие оборудование гидропривода и служащие для передачи энергии на расстоянии.
Область применения ГП на судах:
- рулевые машины;
- успокоители качки;
- винты регулируемого шага;
- якорные и швартовые механизмы;
- промысловые механизмы;
- подъемно-транспортные машины;
- механизмов люковых закрытий трюмов;
- механизмы систем дистанционного управления и другое.
Гидроприводом называется совокупность устройств, предназначенных
для приведения в движение механизмов и машин посредством рабочей жидкости, находящейся под давлением, с одновременным выполнением функций
регулирования и реверсирования скорости движения выходного звена гидродвигателя. Гидроприводы могут быть двух типов: гидродинамические и объемные. В гидродинамических приводах используется в основном кинетическая энергия потока жидкости. В объемных гидроприводах используется по11
тенциальная энергия давления рабочей жидкости. Объемный гидропривод
состоит
из
гидропередачи,
устройств
управления,
вспомогательных
устройств и гидролиний.
Объемная гидропередача, являющаяся силовой частью гидропривода,
состоит из объемного насоса (преобразователя механической энергии приводящего двигателя в энергию потока рабочей жидкости) и объемного гидродвигателя (преобразователя энергии потока рабочей жидкости в механическую энергию выходного звена).
В состав некоторых объемных гидропередач входит гидроаккумулятор
(гидроемкости, предназначенные для аккумулирования энергии рабочей
жидкости, находящейся под давлением, с целью последующего ее использования для приведения в работу гидродвигателя). Кроме того, в состав гидропередач могут входить также гидропреобразователи – объемные гидромашины для преобразования энергии потока рабочей жидкости с одними значениями давления P и расхода Q в энергию другого потока с другими значениями
P и Q.
Устройства управления предназначены для управления потоком или
другими устройствами гидропривода. При этом под управлением потоком
понимается изменение или поддержание на определенном уровне давления и
расхода в гидросистеме, а также изменение направления движения потока
рабочей жидкости. К устройствам управления относятся: гидрораспределители, служащие для изменения направления движения потока рабочей жидкости, обеспечения требуемой последовательности включения в работу гидродвигателей, реверсирования движения их выходных звеньев и т.д.; регуляторы давления (предохранительный, редукционный, переливной и другие
клапаны), предназначенные для регулирования давления рабочей жидкости в
гидросистеме; регуляторы расхода (делители и сумматоры потоков, дроссели
и регуляторы потока, направляющие клапаны), с помощью которых управляют потоком рабочей жидкости; гидравлические усилители, необходимые
для управления работой насосов, гидродвигателей или других устройств
12
управления посредством рабочей жидкости с одновременным усилением
мощности сигнала управления.
Вспомогательные устройства обеспечивают надежную работу всех
элементов гидропривода. К ним относятся: кондиционеры рабочей жидкости
(фильтры, теплообменные аппараты и др.); уплотнители, обеспечивающие
герметизацию гидросистемы; гидравлические реле давления; гидроемкости
(гидробаки и гидроаккумуляторы рабочей жидкости) и др. Состав вспомогательных устройств устанавливают исходя из назначения гидропривода и
условий, в которых он эксплуатируется.
Гидролинии (трубы, рукава высокого давления, каналы и соединения)
предназначены для прохождения рабочей жидкости по ним в процессе работы объемного гидропривода. В зависимости от своего назначения гидролинии, входящие в общую гидросистему, подразделяются на всасывающие,
напорные, сливные, дренажные и гидролинии управления.
Принцип действия объемных гидроприводов основывается на высоком
модуле упругости (ничтожной сжимаемости) жидкости и законе Паскаля.
Согласно этому закону: всякое изменение давления в какой-либо точке покоящейся капельной жидкости не нарушает ее равновесия и передается в другие точки без изменения.
В самом общем случае объемная гидропередача включает насос 2 объемного типа (рис. 6), преобразующий механическую энергию приводящего
двигателя в энергию потока жидкости (главным образом энергию давления);
гидродвигатель 7, преобразующий энергию рабочей жидкости в механическую энергию; систему трубопроводов с предохранительными клапанами 9;
блок питания, состоящий из емкости рабочей жидкости 3, насос подпитки 6,
фильтр 5, перекидные клапаны 8 и предохранительный клапан 4, блок управления гидропередачей 1.
13
Рисунок 6 – Принципиальная схема объемной гидропередачи
В современных судовых объемных гидропередачах, в частности в гидропередачах с системами высокого давления (выше 10 мПа), применяют преимущественно роторно-поршневые насосы и гидродвигатели. По расположению цилиндров эти машины делят на роторные радиально-поршневые с радиальным относительно оси вращения ротора расположением цилиндров и
роторные аксиально-поршневые с аксиальным относительно оси вращения
цилиндрового блока расположением цилиндров. В первых машинах движение поршней происходит в одной плоскости, во-вторых – в пространстве.
Насосы и гидродвигатели с аксиальным или близким к аксиальному
расположению цилиндров наиболее распространены в гидравлических системах (гидроприводах). По числу разновидностей конструктивного исполнения они во много раз превосходят прочие типы гидромашин, так как обладают лучшими массогабаритными характеристиками, компактны, просты по
конструкции, имеют высокий КПД, пригодны для работы при высоких частотах вращения и при высоких давлениях, обладают сравнительно малой
инерционностью.
Нa морских судах наибольшее распространение получил гидропривод с
объемным регулированием. Простым видом такого регулирования является
ручное регулирование подачи насоса при регулируемом гидромоторе.
14
Список используемых источников
1. Соловьёв Е.М. Энергетическое оборудование, механизмы и си-стемы
судна М.: Мир 2003.
2. Богомолов В.С. Судовые электроэнергетические системы и их эксплуатация М.: Мир 2006.
3. Возницкий И.В., Михеев Е.Г. Судовые дизели и их эксплуатация. М.,
Транспорт, 1990
15