1. Начертите принципиальную силовую конструктивную схему остова главного двигателя судна, на котором работает, поясните, как соединяются все элементы остова двигателя в единую жесткую конструкцию и как осуществляется его крепление к фундаменту судна
Остов образует внешний контур двигателя и состоит из неподвижных деталей, воспринимающих силы давления газов и силы инерции движущихся частей. Элементы остова должны быть жестко связаны между собой и с судовым фундаментом.
Современные двигатели речных теплоходов имеют остов с двумя и с одной плоскостью разъема (рис. 1). Это позволяет увеличить жесткость элементов остова без значительного усложнения технологии их изготовления. Более крупные двигатели для упрощения монтажа и обслуживания тяжелых деталей остова могут иметь три плоскости разъема.
Рис.1 - Типы остовов
Фундаментная рама (рис. 1,а) служит основанием двигателя. На ней монтируется блок-картер с крышками цилиндров. В подшипниках фундаментной рамы укладывается коленчатый вал. Блок-картер представляет собой общую отливку блока цилиндров и картера (станины). Фундаментная рама и блок-картер соединяются между собой длинными силовыми шпильками, называемыми анкерными связями.
Остов быстроходного V-образного двигателя (рис. 1,б) в отличие от ранее рассмотренного не имеет фундаментной рамы. Ее функции выполняет картер, называемый иногда верхним. Подшипники, в которых вращается коленчатый вал, монтируются к картеру снизу, и вал находится как бы в подвешенном состоянии. Верхний картер своими приливами, или лапами, крепится к судовому фундаменту. Такая конструкция корпуса позволяет обеспечить большую жесткость и малый вес, но затрудняется доступ к коленчатому валу. Нижняя часть двигателя (нижний картер) представляет собой легкий поддон, служащий в основном для сбора масла. Двигатель имеет одну общую крышку на все цилиндры, называемую головкой двигателя.
У небольших быстроходных двигателей (рис. 1,в) цилиндры, картер и фундаментная рама часто выполняются в виде одной общей отливки и представляют собой неразъемный картер туннельного типа. Сверху блок цилиндров закрывается крышками или головкой двигателя.
Рис.2 - Фундаментная рама двигателя 6NVD48
На рис. 2 показана фундаментная рама двигателя 6NVD48 с уложенным на нее коленчатым валом. Она представляет массивную чугунную отливку, имеющую продольные 2 и поперечные 3 балки, обеспечивающие ей достаточную жесткость. Мотыли (кривошипы) коленчатого вала размещаются в колодцах 4. В колодце 7 размещается приводная шестерня коленчатого вала. Контроль за уровнем масла осуществляется щупом 8. Рамовые подшипники крепятся сверху крышками 1. По обеим сторонам рамовых подшипников имеются отверстия 5 для прохода анкерных связей. Верхняя плоскость фундаментной рамы тщательно обработана. Соединение рамы с блок-картером, кроме обеспечения жесткости, должно не пропускать масло. Фундаментная рама своими боковыми приливами устанавливается на судовой фундамент и крепится к нему болтами. Не менее четырех болтов должны быть призонными, т. е. поставленными под развертку. Между судовым фундаментом и рамой двигателя ставятся прокладки («платики»), которыми регулируется положение двигателя относительно оси гребного вала. В боковых приливах рамы имеются отжимные болты 6, позволяющие устанавливать двигатель в нужное положение во время центровки.
Рис. 3. Фундаментные рамы: а-двигателя ДР 30/50; б-двигателя 6ЧСП 18/22
Если фундаментная рама служит емкостью для масла, то в некоторых случаях ее объем увеличивают за счет поддона. Вес фундаментной рамы уменьшается.
Рама облегченного типа представлена на рис. 3,а. Поддон 1 крепится к нижней части рамы на прокладках 3 болтами 2. Выше поддона ставится маслоуспокоительная сетка 4. Она гасит пену масла, образующуюся при работе двигателя. При наличии пены масло быстрее загрязняется, так как имеет большую поверхность соприкосновения с газами картерного пространства.
Для увеличения жесткости фундаментные рамы иногда делают более высокими. Верхняя плоскость 3 такой рамы (рис. 3,б) не совпадает с осью коленчатого вала, что несколько затрудняет доступ к рамовым подшипникам. Конструкция рамы усложняется, появляется необходимость оборудования ее люками 2 для осмотра и обслуживания картерной полости. Для заливки масла в крышке одного из люков делается горловина 4. Контроль за уровнем масла осуществляется щупом 5. В чугунную фундаментную раму при ее отливке заплавляется стальная труба 1, служащая для подвода масла ко всем рамовым подшипникам. В нижней части рамы с обеих сторон имеются отверстия для свободного прохода масла, стекающего с деталей двигателя.
2. Приведите круговую диаграмму газораспределения любого многоцилиндрового вспомогательного двигателя, установленного на вашем судне. Поясните, по каким признакам вы определите порядок работы цилиндров. Ответьте на вопрос: «Какой процесс протекает в последнем цилиндре, если в первом идет процесс выпуска, при положении кривошива 30° до НМТ?»
Выпуск газов с опережением облегчает движение поршня вверх. Происходит это потому, что давление в цилиндре при движении поршня к наружной мертвой точке из-за опережения выпуска успевает значительно понизиться. Поэтому отработавшие газы будут оказывать незначительное противодействие обратному ходу поршня. Вредная работа при выпуске уменьшается. Этому способствует также увеличение проходного сечения и времени открытия клапанов за счет запаздывания закрытия выпускного клапана не в момент нахождения поршня в в. м. т., а несколько позже.
Аналогично, чтобы облегчить впуск воздуха, открытие впускных клапанов происходит не в в. м. т., а до того, как поршень дойдет до крайнего верхнего положения. Благодаря опережению начала и запаздывания конца выпуска величина угла поворота кривошипа коленчатого вала при открытом выпускном клапане увеличивается и возникает возможность продувки цилиндров воздухом, проходящим через них «транзитом» (в четырехтактных двигателях). Из диаграммы фаз четырехтактного дизеля Д50 видно, выпускной клапан (черная линия на диаграмме) начинает открываться в конце такта расширения за 50° до прихода кривошипа коленчатого вала в положение, соответствующее н. м. т. Для разных дизелей в зависимости от их конструкции устанавливают разные фазы газораспределения. Закрывается выпускной клапан после того, как кривошип пройдет на 54° положение, соответствующее в. м. т. Подсчитаем, на сколько градусов повернется коленчатый вал в процессе выпуска газов из цилиндра четырехтактного дизеля Д50:
50+180 + 54 = 284°.
Величина угла поворота кривошипа в процессе очистки цилиндра доходит в четырехтактных дизелях до 240--290° против теоретических 180°.
Для увеличения заряда цилиндра свежим воздухом впускной клапан начинает открываться немного раньше того момента, когда поршень придет в крайнее верхнее положение. Опережение впуска делается для того, чтобы к началу обратного хода поршня проходное сечение клапана для впуска свежего воздуха было достаточно большим.
В тепловозных дизелях продолжительность открытия впускного клапана соответствует 230 - 300° угла поворота кривошипа коленчатого вала. Впускной клапан, линия с точками на диаграмме открывается в конце такта выпуска, когда кривошип коленчатого вала еще не дошел на 80° до положения, соответствующего в. м. т., а закрывается, когда коленчатый вал пройдет на 35° положение, соответствующее нижней мертвой точке. Подсчитаем продолжительность наполнения цилиндра:
80+ 180 + 35 = 295°.
Построение круговой диаграммы газораспределения двухтактных дизелей принципиально не отличается от построения круговой диаграммы четырехтактных дизелей. Учитывается, что процессы выпуска и наполнения в двухтактных дизелях протекают в течение части хода поршня за счет повышенного давления продувочного воздуха, а в четырехтактных дизелях в процессах газообмена участвует поршень, выталкивая газы или всасывая свежий воздух. Продолжительность выпуска и наполнения (от момента открытия выпускных органов до момента закрытия впускных) в четырехтактном дизеле Д50 соответствует 445° угла поворота коленчатого вала (50+180+180+35), в двухтактном же дизеле 10Д100 этот угол составляет 120° (56+56+8). двигатель судно поршень газотурбинный
Угол опережения открытия впускного клапана бвп =15…20є, угол запаздывания закрытия впускного клапана ввп=30…40є; угол опережения открытия выпускного клапана бвып =30…45є, угол запаздывания закрытия выпускного клапана ввып=18…20є.
Рис. 4. Круговая диаграмма фаз газораспределения: а - сжатие: б - впуск, в - выпуск; г - расширение
Из диаграммы видно, что если в первом цилиндре идет процесс выпуска, при положении кривошипа 30° до НМТ, то в последнем цилиндре будет сжатие.
Таблица 1. Порядок чередования процессов рабочего цикла в цилиндрах четырехтактного четырехцилиндрового дизеля
3. Приемка масла на судне. Контроль за изменением качества масла в процессе эксплуатации, отбор проб
Жидкое топливо и смазочные материалы поступают на суда из хранилищ, расположенных на берегу или па плаву. Качество принятого топлива и смазочных масел проверяют по отобранной пробе; оно должно соответствовать требованиям ГОСТ. Топливно-смазочные материалы хранят на судах в танках и цистернах, расположенных в междудонном пространстве или в бортовых отсеках. Емкость танков и цистерн должна быть достаточной для вмещения излишка топливно-смазочных материалов при их расширении. Перед приемкой на судно необходимо измерить оставшееся в танках топливо; топливные танки следует заполнять в определенном порядке. Прием топлива производится через фильтры. Высоковязкие топлива надо предварительно подогреть для увеличения текучести.
Топливные танки оборудуют мерительными устройствами и вентиляционными трубами, на концах которых размещены предохранительные сетки для предупреждения взрыва газов. Так как жидкое топливо обладает большой проницаемостью, то топливные танки отделяют от танков пресной воды и жилых помещений коффердамами.
Отбор проб работающих масел для анализа производится непосредственно из циркуляционного трубопровода до средств очистки только во время работы двигателя. Перед отбором пробы необходимо вытереть пробный кран и выпустить из него масла в 2 раза больше, чем его застоялось в кране и подводящей к нему трубе.
После выполнения анализа отобранных проб масел физико-химические показатели сравниваются с регламентированными на флоте браковочными показателями для моторных масел, согласно действующим отраслевым нормативным документам. На флоте рыбной промышленности в качестве предельных приняты следующие показатели циркуляционных моторных масел:
вязкость кинематическая при 100 0 С -- изменение от первоначального значения на ± 20 % при разбавлении топливом и на 30 % при отсутствии в нем топлива;
температура вспышки в открытом тигле -- не ниже 170 °С;
щелочное число -- снижение до 1,0; 1,5; 3,0; 9,0 и 15,0 мг КОН/г соответственно для масел М-10В2С; М-14ГБ; М-10Г2ЦС; М-14Г2ЦС и М-16Г2ЦС; М-14ДЦЛ20и М-14ДЦЛ30;
содержание нерастворимого осадка - до 4 %;
содержание воды -- 0,5 %;
диспергирующая способность, определяемая по капельной пробе, -- 0,3 уел. ед.
Для ряда двигателей предельные значения по температуре вспышки, содержанию нерастворимого осадка и воды могут быть более жесткими, что следует учитывать при их эксплуатации, особенно в гарантийный период. В последнем случае за предельные значения масел принимаются рекомендации фирмы-изготовителя дизелей, содержащиеся в эксплуатационной документации. При достижении одного или нескольких из указанных выше предельных значений масло подлежит замене при невозможности восстановления его качества в судовых условиях. О методах восстановления качества масла в судовых условиях изложено ниже.
Полученные по результатам анализа физико-химические показатели моторных масел позволяют принять решение о дальнейшем использовании масла и дают достаточно информации о работе дизеля. Наличие в масле водорастворимых кислот является результатом загрязнения масла продуктами сгорания топлива. Использование масел без моюще-диспергирующих присадок практически исключается. В маслах с моющими присадками водорастворимые кислоты нейтрализуются щелочами и поэтому содержание их не определяют. Водорастворимые кислоты из масел без присадок удаляют промывкой горячей водой и паром с последующей сепарацией в режиме пурификации. Если присадки в масле полностью сработались, то водорастворимые кислоты удаляют промывкой водой и паром.
В результате окисления масла и накопления в нем нерастворимых в бензине загрязнений вязкость масла постепенно увеличивается. Два последовательных анализа работающего масла, подтвердившие некоторое увеличение вязкости, свидетельствуют о нормальном процессе старения масла. При этом должны быть исключены случаи увеличения вязкости в результате смешения его с маслом большей вязкости, попадания тяжелого топлива или обводнения. Уменьшение вязкости масла может быть следствием попадания в масло дистиллятного топлива или добавления масла более низкой вязкости.
По данным фирмы «Кастрол» влияние различных видов топлива на вязкость масла класса SAE-30 проиллюстрировано на рис. 2.8. Минимально допустимое значение вязкости масла SAE 30 составляет 140 cRl, максимально допустимое -- 200 cRl.
Разбавление масла топливом не желательно в любом случае, поскольку оно не только изменяет вязкость, но и ухудшает детергентно-диспергирующие свойства масла. Кроме того, топливо используется нерационально и возникает необходимость полной или частичной замены масла.
В процессе эксплуатации вязкость масла поддерживают путем сепарации в режиме кларификации, устранения причин попадания топлива в масло и частичной (до 50 %) замены масла. Изменение вязкости масла в результате попадания в него топлива влечет за собой снижение температуры вспышки (рис. 2.9). Определение температуры вспышки необходимо для контроля за взрывобезопасностью масла. При снижении вязкости температура вспышки может выйти за предельные значения, что вызывает в некоторых случаях взрыв паров нефтепродуктов в картере дизеля. Масло, имеющее низкую температуру вспышки, подлежит замене, поскольку восстановить его качество в судовых условиях невозможно.
Попадание воды в масло происходит различными путями. Она неблагоприятно воздействует на свойства масел, поэтому содержание воды должно быть минимальным. Особенно отрицательно воздействует вода на масла с моюще-диспергирующими присадками, которые могут переходить во взвешенное состояние (при наличии воды) и при сепарации удаляться из масла.
Вводимые в масла присадки обладают разной стабильностью к воздействию воды. Например, серо- и цинкосодержащие присадки ОТП, J13-23K, АБЭС, ДФ-11 в присутствии воды стабильны, а кальциевые присадки MACK, ПМС, ВНИИНП-370 -- недостаточно стабильны. Следует иметь в виду, что щелочные и диспергирующие присадки часто стабилизируют эмульсию и затрудняют удаление воды из масла. При выборе композиции присадок важно, чтобы они обеспечивали минимальную растворимость их в воде и придавали маслу хорошие деэмульгирующие свойства. В масло для циркуляционных систем дизелей целесообразно вводить специальные деэмульгирующие присадки, поскольку вероятность попадания воды в него высока.