1. Главный двигатель УПС «Профессор Щеголев» конструкция остова
1.1 Краткая характеристика. Особенности конструкции
Двигатель конструкции фирмы «Зульцер» ряда RD (D -- реверсивный, R -- с управляемым выпуском); 6ДКРН -- пятицилиндровый, двухтактный, крейцкопфный, реверсивный с газотурбинным наддувом, с непосредственной передачей мощности на гребной вал. Двигатель имеет контурную петлевую схему продувки, двухступенчатый импульсивный газотурбинный наддув с использованием в качестве второй ступени наддува подпоршневых полостей. Двигатель предусмотрен для работы на тяжелом топливе; Nе =5000 э. л. с. (3676 кВт), n= 170 об/мин, gе = 159 г/э. л. с ч (216 г/кВт-ч).
Охлаждение двигателя двухконтурное с автоматическим поддержанием заданных температурных режимов. Охлаждение турбокомпрессоров, цилиндровых втулок и крышек, поршней и форсунок осуществляется пресной водой, а охлаждение воздухоохладителей и маслоохладителей -- забортной водой. Все системы, обслуживающие главный двигатель, снабжены аварийно-предупредительной сигнализацией по давлению и температуре.
Главный двигатель приспособлен к дистанционному управлению из рулевой рубки и ЦПУ. В качестве ДАУ установлена оригинальная пневматическая система управления фирмы «Зульцер», Кроме этого, полностью сохранена возможность непосредственного управления с нормального местного поста управления на двигателе.
Остов двигателя, включающий фундаментную раму, А-образные стойки (станину) и блоки цилиндров, соединен при помощи анкерных связей в единую жесткую конструкцию и тем самым разгружает эти детали от воздействия растягивающих сил, развивающихся в цилиндре. Схема крепления остова анкерными связями показана на рис. 2.
Картер двигателя и рабочие цилиндры отделены друг от друга перегородкой (диафрагмой) с уплотнительными сальниками для штоков поршней. Так как двигатель имеет крейцкопфную конструкцию и соответственно малую длину рабочего существует возможность доступа к продувочным и выхлопным окнам при положении поршня в. м. т. Поперечный разрез показан на рис.1.
1.2 Фундаментная рама
Фундаментная рама сварная, в гнезда поперечин фундаментной рамы уложены опорные (рамовые) подшипники коленчатого вала. Нижние части поперечин подшипников служат опорой нижних гаек анкерных связей. Нижнее дно рамы имеет форму масляного поддона (корыта). Масляный поддон отделен от пространства главного картера металлической сеткой, которая предотвращает попадание посторонних предметом в масляный поддон и соответственно в спускные маслопроводы. Рама крепится к фундаменту судна при помощи специальных болтов, некоторые из них являются призонными (для точной фиксации фундаментной; рамы относительно корпуса судна).
1.3 Анкерные стойки и связи, направляющие крейцкопфа
Стойки соединяют рабочие цилиндры с фундаментной рамой при помощи анкерных связей. К стойкам крепятся направляющие крейцкопфа, охлаждаемые маслом. Отдельные стойки соединены между собой на обеих сторонах двигателя при помощи привинченных продольных жестких ребер и образуют таким образом жесткий остов двигателя. На обеих сторонах двигателя имеются четырехугольные дверцы для доступа в картер. Дверцы на стороне выхлопа топливного насоса высокого давления (ТНВД) снабжены большими крышками смотровых отверстий. Дверцы на стороне выхлопа имеют предохранительные клапаны, которые снабжены защитными чехлами и установлены на давление срабатывания 0,05 бар.
Каждый крейцкопф движется в четырех направляющих с нащечинами, которые прикреплены к стойкам. Направляющие изготовлены из чугуна, полые, плоскости скольжения их смазываются через башмаки крейцкопфа от общей системы циркуляционной смазки двигателя. Установкой прокладок под нащечины и под направляющие производят центровку кривошипно-шатунного механизма ДВС.
Анкерные связи соединяют в одно целое фундаментную раму, анкерные стойки и блок цилиндров и тем самым освобождают эти детали от растягивающих усилий, возникающих при сгорании топлива в цилиндре. Связи гидравлически затягиваются при помощи специального устройства.
1.4 Цилиндровые блоки
Цилиндровые блоки (рубашки) изготовлены из чугуна СЧ24-44 и служат для посадки и направления цилиндровых втулок. Отдельные блоки соединены болтами в один жесткий общий цилиндровый блок. В блоках отлиты необходимые каналы для продувочного воздуха и выпускных газов, также для охлаждающей воды. В нижней части блока находятся сальники поршневого штока и сальники охлаждения поршней. Днище блока наклонено для облегчения стока загрязненного масла.
Втулки охлаждаются пресной водой, все цилиндры подключены параллельно. Вода поступает в блоки со стороны ТНВД в самых низких местах охлаждающих полостей. Выходы охлаждающей воды находятся в наивысших точках цилиндровых крышек. Движение воды внутри обеспечивается таким образом, что исключается возможность образования «мешков» воздуха и пара. Входы и выходы охлаждающей воды всех цилиндров снабжены отсекающими клапанами, при помощи которых каждый отдельный цилиндр может быть отключен от общей сети охлаждающей воды. При нормальной эксплуатации все клапаны на входе и выходе охлаждающей воды должны быть полностью открыты для того, чтобы обеспечить равномерное охлаждение цилиндров и одинаковые тепловые режимы работы всех цилиндров.
1.5 Цилиндровые втулки
Цилиндровые втулки (рис. 3) цельные, чугунные. Верхний бурт цилиндровых втулок прижимается цилиндровыми крышками к промежуточным кольцам для улучшения охлаждения верхних частей втулок и увеличения ее подвижности в тепловом и механическом отношениях.
Втулки имеют возможность теплового удлинения вниз. Между цилиндровыми крышками и втулками имеются стальные уплотнительные прокладки. Кольцеобразные ребра верхней части цилиндровых втулок предназначены для прохода охлаждающей воды, а также для придания жесткости наиболее нагруженной части втулки. В области кругового опорного фланца цилиндровые втулки уплотнены медными кольцами со стороны выпускных газов, а со стороны охлаждающей воды теплостойкими резиновыми кольцами для предотвращения попадания охлаждающей воды из полости охлаждения втулок в подпоршневое пространство и газовые каналы.
Для смазки рабочих поверхностей цилиндровых втулок установлено восемь масляных штуцеров, расположенных по окружности. По поверхности стенок втулок масло распределяется посредством смазочных канавок. Для предотвращения попадания газов в масляные насосы (лубрикаторы) штуцера снабжены невозвратными клапанами.
Стальное опорное кольцо втулки имеет каналы для охлаждающей воды и служит дополнительным круговым укреплением ее верхней части. Опорные кольца фиксируются, на цилиндровых блоках штифтами, определяющими одновременно положение цилиндровых крышек.
1.6 Крышки цилиндров
Цилиндровые крышки состоят из двух частей: центральной чугунной клапанной вставки и непосредственно стальной крышки, которая крепится к блоку на шпильках. Клапанные вставки крышек имеют отверстия, необходимые для размещения форсунок, пусковых, предохранительных и индикаторных клапанов. Все клапаны имеют свои корпуса и вставляются в клапанную вставку отдельно. Крышки охлаждаются пресной водой. В верхней части крышки равномерно распределены отверстия для прочистки полостей системы охлаждения.
Выходной охлаждающий трубопровод оснащен термометрами и деаэрационными краниками, соединенными с расширительной цистерной.
Пусковые клапаны управляются пневматически от воздухораспределителя. Давление пускового воздуха около 30 бар. Клапаны находятся в отдельных корпусах и соединяются с крышками цилиндров с помощью болтов. Уплотнение корпуса осуществляется медным кольцом. Пусковой клапан открывается внутрь цилиндра. Выходное отверстие пускового клапана в цилиндровой крышке устроено так, что при поломке шпинделя тарелка клапана не может упасть в рабочий цилиндр. Неплотное закрытие пускового клапана приводит к нагреву пускового трубопровода сжатого воздуха. Нажимая или поворачивая клапан на седле за верхний конец шпинделя, можно легко контролировать работу клапана.
Каждый рабочий цилиндр оборудован предохранительным клапаном, предназначенным для сигнализации о развитии в цилиндре недопустимо высоких давлений. Давление срабатывания клапана устанавливается дистанционным кольцом на величину 85 бар.
Все рабочие цилиндры имеют общий индикаторный привод индикаторных клапанов от вертикального вала двигателя.
2. Системы, обслуживающие главный двигатель
2.1 Система тяжелого топлива главного двигателя
Тяжелое топливо хранится па судне в танках двойного дна, диптанках и топливно-балластных танках. Все эти танки имеют паровой подогрев топлива. Из этих танков (рис. 4) через коробку топливо забирается винтовыми топливоперекачивающими насосами и закачивается в отстойные цистерны (танки № 16).Топливо отстаивается в них, и отстой сливается через ручные пружинные клапаны и смотровые воронки. Из одного из танков отстоявшееся топливо поступает к сепаратору тяжелого топлива, предварительно оно подогревается в паровом подогревателе и далее сепарируется. Отсепарированное топливо поступает в расходные танки (в танк № 24 ПБ, а в танке № 24 ЛБ находится дизельное топливо для работы на маневрах и прокачки системы).
Из расходных танков топливо самотеком поступает в смесительную (бустерную) цистерну. Из нее топливо забирается топливоподкачивающими насосами и поступает в паровой подогреватель. В подогревателе топливо подогревается для обеспечения необходимой вязкости (45--55 Секунд Редвуда), которая регулируется и обеспечивается вискозиметром, путем воздействия на паровой клапан. При прокачке форсунок главного двигателя паровой подогреватель отключается с помощью байпасного клапана. После подогревателя топливо поступает на сдвоенный фильтр и через вискозиметр к ТНВД главного двигателя. Вискозиметр может быть установлен и после редукционного клапана, которым регулируется давление в системе.
После редукционного клапана топливо возвращается в смесительную цистерну, которая часто используется и как мерный бак.
Все систему -- от сепаратора и до главного двигателя -- изолированы и имеют спутниковый обогрев трубопроводов.
Прием с берега осуществляется через две станции, расположенные по бортам судна на палубе надстройки. Топливные цистерны оборудованы воздушными трубами. При запуске и на маневрах двигатель работает на дизельном топливе. Для избежания перелива топлива танк № 17 подключен параллельно к заполненным топливом танкам.
2.2 Топливные сепараторы
Топливные сепараторы можно применять для очистки топлива методами пурификации и кларификации (рис. 5, а, б). Пурификация -- это сепарирование, при котором от топлива отделяются грязь и вода. При кларификации от топлива отделяются только твердые примеси. Топливо поступает по центральному каналу в нижнюю часть барабана, отбрасывается к стенкам, проходит по зазорам между тарелками и отводится через кларификационные отверстия (на рисунке показано стрелками). Механические примеси и грязь осаждаются на стенках барабана, которые с тарелок удаляются вручную при разборке сепаратора.
Для сепарирования обводненного топлива (до 3% и более воды) барабан сепаратора собирают как пурификатор, при этом устанавливают нижнюю тарелку с отверстиями. Перед работой по методу пурификации барабан сепаратора заполняют водой, нагретой до температуры очищаемого топлива, которая образует так называемый водяной затвор, обеспечивающий непрерывный отвод воды.
На рис. 6 показан разрез барабана самоочищающегося сепаратора. Разгрузка барабана сепаратора от загрязнений производится через пазы, имеющиеся на внутренней цилиндрической части барабана 10. Во время сепарации эти пазы перекрыты затвором 2, который может перемещаться в вертикальном направлении. В верхнем положении (левая часть рисунка) он закрывает разгрузочные пазы, в нижнем положении (правая часть рисунка) открывает. Между затвором 2 и тарелкодержателем 12 находится кольцевая полость А, а между затвором и основанием корпуса 1 -- кольцевая полость В. В затворе имеется отверстие а, в корпусе барабана -- отверстие б. Вследствие того что отверстие а находится ближе к оси вращения, чем отверстие б, давление воды над затвором больше, чем давление воды под ним.
Когда частота вращения барабана сепаратора достигнет наибольшего значения (затвор при этом находится в нижнем положении), для перемещения затвора в верхнее положение открывают кран в магистрали буферной воды. По каналам виг вода попадает в полости А и В. Из полости А по каналу д вода вытекает. В полости В вода остается, а ее излишки вытекают через отверстие б. Давлением воды затвор перемещается в верхнее положение, перекрывая разгрузочные пазы. После этого в барабан подается загрязненное топливо или масло.
По мере очистки у стенок барабана начинает накапливаться шлам, который необходимо периодически удалять. Во время разгрузки барабана от шлама подачу топлива или масла в барабан прекращают и подают воду, нагретую до температуры сепарируемой жидкости, которая вытесняет эту жидкость из барабана; затем открывают кран буферной воды. Так как диаметр отверстий (каналов) в больше диаметра отверстий г, основная масса воды поступит в полость А. Поскольку в подсеть А поступает большее количество воды, чем вытекает из отверстия д, давление над затвором в полости А станет выше, чем в полости В, и затвор опустится в нижнее положение, открывая разгрузочные пазы. Произойдет выстрел -- шлам вылетит из барабана. После этого подача буферной воды прекратится. Вода из полости А вытекает 'по каналу д, и давление ее падает. Давлением в полости В затвор перемещается в верхнее положение, разгрузочные пазы перекрываются, н сепарируемое топливо или масло подается в барабан.