Материал: Расчет процессов газообмена двухтактного дизеля

Скорость истечения газов в фазе продувки:

Расчётные данные удовлетворяют условиям, приведённым в таблице.

Судовой двигатель MAN B&W K90GF (ДКРН 90/180)

Условные обозначения: 1. Цилиндровая крышка 2. Поршень 3. Цилиндровая втулка 4. Распределительный вал 5. Крейцкопф 6. Шатун 7. Рамовая шейка коленчатого вала 8. Газотурбонагнетатель 9. Ресивер 10. Воздухоохладитель 11. Шток поршня 12. Мотылёвая шейка коленчатого вала

Конструктивные особенности двигателя MAN B&W K90GF

За счёт наддува мощность двигателей была увеличена почти на 30% по сравнению с моделями K-EF, среднее эффективное давление составило 1,17--1,18 Мпа, при максимальном давлении сгорания 8,3 МПа. Это привело к значительному росту нагрузок на все детали остова двигателя. Поэтому фирма полностью отказалась от его прежней конструкции, образованной отдельными А-образными стойками, и перешла на более рациональную жёсткую сварную конструкцию коробчатой формы, в которой нижний блок вместе с фундаментной рамой образует пространство шатунного механизма, а верхний блок - полость крейцкопфа вместе с параллелями.

В этом варианте уменьшается количество болтовых соединений, упрощается обработка отдельных секций и облегчается герметизация уплотнений. Для улучшения условий работы крейцкопфа значительно увеличен диаметр шеек его поперечины, который приблизительно стал равен диаметру цилиндра, и укорочена их длина (до 0,3 диаметра шейки).В результате, деформации крейцкопфа уменьшились, снизились давления на подшипники (до 10 МПа), несколько увеличились окружные скорости в крейцкопфном подшипнике, что способствует образованию масляного клина. Симметричность крейцкопфного узла позволяет в случае повреждения шейки перевернуть поперечину на 180°.

Из-за высокого уровня тепловых и механических напряжений в эксплуатации наблюдались выходы из строя деталей камеры сгорания: крышек, втулок и поршней. Для ликвидации этих недостатков и в связи с необходимостью дальнейшего форсирования двигателя по наддуву, фирма «Бурмейстер и Вайн» пошла на переработку конструкции этих деталей.

Литые крышки заменены коваными стальными, они полу колпачного типа и имеют пониженную высоту. Для интенсификации охлаждения у самой поверхности огневого днища просверлено около 50 радиальных каналов, по которым циркулирует охлаждающая вода. В утолщениях фланцевых поясов крышки и втулки также выполнен ряд тангенциальных отверстий, образующих круговые каналы для прохода охлаждающей воды. Благодаря интенсивному охлаждению верхнего пояса втулки температура зеркала цилиндра на уровне верхнего кольца при положении поршня в ВМТ не превышает 160--180° С, что обеспечивает надёжность работы и увеличивает срок службы поршневых колец, а также снижает износ втулки. При этом фирме удалось сохранить масляное охлаждение поршня, головка которого осталась примерно такой же, как и в предыдущей серии двигателей K-EF, но без противоизносных колец.

Для повышения надёжности выпускного клапана, был заменён механический привод этого клапана на гидравлический привод, а концентрические пружины большого диаметра -- на комплект из пружин. Гидравлический привод передаёт усилия поршневого толкателя, приводимого от кулачной шайбы распределительного вала, через гидросистему на поршень сервомотора, действующего на шпиндель выпускного клапана. Давление масла при открытии клапана составляет около 20 МПа. Эксплуатация показала, что гидравлический привод надёжнее в работе, меньше шумит, обеспечивает меньший износ штока клапана благодаря отсутствию боковых усилий, что увеличило срок службы клапана до 25--30 тыс. ч.

В связи с тем, что на каждом цилиндре двигателей Бурмейстер и Вайн с прямоточно-клапанной продувкой устанавливалось от двух до трёх форсунок, их недостаточная надёжность серьёзно снижала безотказность работы двигателей. По этой причине конструкция форсунок была полностью переработана. В новой форсунке топливо подводится по центральному каналу, образованному сверлениями в головке форсунки, в стержне, в упоре и в невозвратном нагнетательном клапане. Сам нагнетательный клапан размещён в теле иглы форсунки. Уплотнение всех стыков между деталями, образующими центральный канал для подвода топлива, осуществляется только за счёт их взаимной притирки и усилия, создаваемого в результате натяга при сборке форсунки. Сопло, выполненное съёмным, изготовлено из высококачественной стали. Это позволяет повысить не только надёжность работы самих распылителей, но и их ремонтопригодность. В форсунке не предусмотрено устройство для регулирования давления открытия иглы. Опытная проверка таких форсунок на двигателях показала их высокую надёжность.

Интенсификация охлаждения цилиндровой крышки в районе форсуночного отверстия позволила обойтись без охлаждения распылителя. Размещение нагнетательного клапана в игле в непосредственной близости от сопла, с одной стороны, полностью устраняет возможность подвпрыска топлива, а с другой, гарантирует топливную систему от прорыва газов из цилиндра при зависании иглы форсунки. Масса и размеры форсунок существенно уменьшились. Не большая высота крышки позволила выполнить форсунки короткими и вмонтировать их в отверстия, просверленные непосредственно в стальном корпусе крышки.

В конструкции топливного насоса высокого давления двигателей этой конструкции сохранен подвод топлива к насосу по кольцевому зазору между плунжерной втулкой и корпусом снизу вверх для равномерного прогрева плунжерной пары. При переходе на тяжёлое топливо, использован тот же принцип регулирования начала подачи осевым перемещением плунжерной втулки, всасывающий клапан размещён со стороны полости нагнетания и т. д. Однако с учётом опыта эксплуатации введено специальное уплотнение для снижения утечек топлива через зазор в плунжерной паре. Рейка регулирования цикловой подачи перенесена в нижнюю часть корпуса насоса.

Основные характеристики двигателя MAN B&W K90GF

Диаметр цилиндра: D= 900 мм.

Ход поршня: S= 1800 мм.

Мощность двигателя: N=2535 КВт

Частота вращения: n=110 об/мин.

Давление воздуха после компрессора: P_k= 2.0 кгс/см²

Давление сжатия: P_c =77 кгс/см²

Максимальное давление сгорания: P_z =83 кгс/см²

Среднее эффективное давление: P_i =11.8 кгс/см²

Коэффициент наполнения: n_н =0.9

Удельный расход топлива: g_e= 159 г/л.с.ч.

Температура выпускных газов: t_г= 350⁰С

Ширина: B=4.4 м.

Высота: H=9.43 м.

Реверсивный (воздушный способ)

Двух тактный

Тип продувки: прямоточно-клапанная

Вывод

Полученные данные расчёта удовлетворяют поставленным параметрам скоростей для малооборотных двигателей. В процессе перерасчёта и анализа данных задания, была принята корректировка некоторых параметров, которые не соответствовали условиям работы реального двигателя.

Были внесены следующие изменения:

Параметры окружающей среды значительно не соответствуют реальным условиям: давление=0,092 МПа, температура=230⁰ К, поэтому они были изменены: давление=0,1 МПа, температура=293⁰ К.

Значение давления в конце процесса расширения в двухтактном двигателе колеблется в пределах от 0,35 до 0,9 МПа. К расчёту принято: 0,5 Мпа.

Температура продувочного воздуха составляет в среднем 55-60⁰С, к расчёту принято: 330⁰К.

Момент открытия выпускных окон был откорректирован с учётом выбранного типа продувки, и принят к расчёту: 70⁰, относительно НМТ.

Остальные значения и параметры сходны по значениям с параметрами выбранного двигателя-прототипа MAN B&W K90GF.

Заключение

Мощность двухтактных двигателей и удельный расход топлива в большой мере зависят от качества продувки. А качество продувки, в свою очередь зависит от правильности работы газораспределительного механизма. Для правильной работы двигателя и избежания выхода его из строя, необходимо производить чистки ресивера и подпоршневых пространств, следить за состоянием выхлопного коллектора, а также осуществлять регулировку тепловых зазоров впускных и выпускных клапанов и остальные профилактические и ремонтные работы.

Данные, полученные при выполнении, наглядно показывают, что условия работы двигателя существенно зависят от многих факторов условий работы, эксплуатации и технического обслуживания газораспределительного механизма.

Список использованной литературы

• 1. Дизели. Справочник. Под ред. В.А. Ванштейдта, Н.Н. Иванченко, Л.К. Колерова - Л.: Машиностроение, 1977
• 2. http://sea-library.ru/burmeyster/392-burmeyster-i-vann.html?start=4
• 3. Возницкий И. В. Михеев Е. Г. Судовые дизели и их эксплуатация.: Транспорт 1990