Судовые энергетические установки: Методические указания к практическим занятиям

С.В. Гаврилов

СУДОВЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ

Методические указания к практическим занятиям для курсантов специальности 180403 «Эксплуатация судовых энергетических установок»

Петропавловск-Камчатский 2008

Камчатский государственный технический университет

Кафедра судовых энергетических установок

С.В. Гаврилов

СУДОВЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ Методические указания к практическим занятиям для курсантов специальности 180403 «Эксплуатация судовых энергетических установок»

Петропавловск-Камчатский 2008

УДК 629.12-8 (07) ББК 39.455 С89 Составитель: С.В. Гаврилов, доцент кафедры судовых энергетических установок КамчатГТУ Рецензент: В.А. Ткаченко, профессор кафедры судовых энергетических установок КамчатГТУ С89

Судовые энергетические установки. Методические указания к практическим занятиям для курсантов специальности 180403 «Эксплуатация судовых энергетических установок». – Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2008. – 50 с. Методические указания к практическим занятиям составлены в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта и учебного плана специальности 180403 «Эксплуатация судовых энергетических установок», утвержденного Советом КамчатГТУ. Рекомендовано к изданию решением учебно-методического совета КамчатГТУ (протокол № 2 от 22 октября 2004 г.).

УДК 629.12-8 (07) ББК 39.455

© КамчатГТУ, 2008 © Гаврилов С.В., 2008

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ 1 ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ СУДОВОГО ДИЗЕЛЯ Цель занятия. Изучение принципа действия четырехтактного судового дизеля, приобретение практических навыков по определению направления вращения коленчатого вала и порядка работы его цилиндров, положения мертвых точек кривошипно-шатунного механизма, величин характерных углов диаграммы фаз газораспределения. Задание. На примере дизеля типа 4Ч17,5/24: 1. Определить исполнение (модель) дизеля, направление его вращения и порядок чередования вспышек в цилиндрах. 2. По найденному порядку работы составить схему заклинки кривошипов коленчатого вала. 3. Проверить правильность нанесения отметок мертвых точек на маховике 4. Построить круговую диаграмму газораспределения. 1.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРАВЛЕНИЯ ВРАЩЕНИЯ И ПОРЯДКА РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ В отечественной практике принято считать, что дизель имеет правое вращение в том случае, если его коленчатый вал вращается по часовой стрелке, и левое вращение, если вал вращается против часовой стрелки. Направление вращения определяют со стороны потребителя мощности (то есть оттуда, где подключен генератор или гребной вал). Если при этом выхлопной коллектор дизеля находится справа, то модель дизеля считается правой, если слева — левой. Порядком работы дизеля называется последовательность чередования вспышек в его цилиндрах. Порядок работы принимается при проектировании дизеля таким образом, чтобы, по возможности, избежать вспышек в соседних цилиндрах. Этим достигается разгрузка коленчатого вала от чрезмерных механических напряжений. Нереверсивный дизель имеет один порядок работы, реверсивный — два: на передний и задний ходы. Дизель реверсируется изменением порядка чередования фаз газо- и воздухораспределения и топливоподачи. При этом меняется последовательность вспышек в цилиндрах и направление вращения коленчатого вала дизеля. Нумерация цилиндров дизеля типа 4Ч17,5/24 производится от маховика к переднему торцу. Располагая порядком работы дизеля, можно построить схему заклинки (то есть расположения в пространстве) кривошипов его коленчатого вала. Угол заклинки кривошипов ϕ — угол между кривошипами цилиндров, 28

соседних по порядку работы. Его величина, град., зависит от тактности и числа цилиндров дизеля и определяется по выражению: — для двухтактной машины ϕ = 360/i; — для четырехтактной машины ϕ = 720/i, где i — число цилиндров. Для того чтобы коленчатый вал вращался равномерно, кривошипы заклиниваются равномерно. Методику построения схемы заклинки кривошипов коленчатого вала рассмотрим на примере двухтактного шестицилиндрового дизеля с порядком работы на передний ход 1–5–3–6–4–2, рис. 1.1. Направление вращения — правое. Величина угла заклинки кривошипов равна ϕ = 360/6 = 60о.

Рис. 1.1. Схема коленчатого вала

Как следует из рассмотренной схемы, порядок работы данного дизеля на задний ход составит 1–4–2–6–3–5. Подобные схемы используются для расчетов действующих в кривошипно-шатунном механизме дизеля усилий. 1.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛОЖЕНИЯ МЕРТВЫХ ТОЧЕК КШМ. ПОСТРОЕНИЕ КРУГОВОЙ ДИАГРАММЫ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЧЕТЫРЕХТАКТНОГО ДИЗЕЛЯ Мертвыми точками называются крайние верхнее и нижнее положения поршня в цилиндре дизеля. Расстояние между ними равно ходу поршня S. Положение мертвых точек на маховике является исходной базой для статической регулировки двигателя. Если метка мертвой точки установлена против неподвижного указателя на блоке цилиндров дизеля, то поршень в соответствующем цилиндре находится в крайнем верхнем поло29

жении. Метки могут отсутствовать, не всегда есть полная уверенность в правильности их нанесения. Самопроизвольное изменение их положения может происходить при скручивании коленчатого вала, проворачивании шеек в щеках составных валов мощных крейцкопфных дизелей. Простейшим приспособлением для определения положения верхних (ВМТ) и нижних (НМТ) мертвых точек является шток 2 с направляющей втулкой 1, имеющей указатель, рис. 1.2.

Рис. 1.2. К проверке положения мертвых точек КШМ

Фазами газораспределения называются углы открытия и закрытия клапанов (или окон в двухтактных дизелях). У четырехтактного дизеля клапаны открываются с опережением (до прихода поршня в мертвую точку), а закрываются с запаздыванием (после прохождения поршнем мертвой точки). Это позволяет увеличить массу воздушного заряда в цилиндре и улучшает его очистку от отработавших газов. Углы опережения и запаздывания, рекомендованные заводом-строителем, приведены в формуляре дизеля. Отклонение от этих значений в процессе эксплуатации допускается в пределах ± 3 оп. к. в. (оп. к. в. — градус поворота коленчатого вала) для высоко- и ± 5 оп. к. в. для средне- и малооборотных дизелей. Паспортные значения характерных углов диаграммы газораспределения для дизеля 4Ч17,5/24 равны: 30

— угол опережения открытия впускного клапана: – 20 оп. к. в.; — угол запаздывания закрытия впускного клапана: + 40 оп. к. в.; — угол опережения открытия выпускного клапана: – 40 оп. к. в.; — угол запаздывания закрытия выпускного клапана: + 20 оп. к. в. Знак «–» означает, что клапан открывается до мертвой точки, то есть с опережением, а знак «+» — что клапан закрывается после прохождения мертвой точки, то есть с запаздыванием. Круговая диаграмма газораспределения четырехтактного дизеля показана на рис. 1.3.

Рис. 1.3. Круговая диаграмма газораспределения

1.3. МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ Определение направления вращения коленчатого вала производится в следующем порядке. 1. По расположению присоединительных патрубков выхлопного коллектора и воздушного фильтра определить расположение впускных и выпускных клапанов в крышке цилиндра. 2. Плавно провернуть коленчатый вал дизеля в произвольном направлении, следя за движением коромысел клапанов. Если выпускной клапан открывается через 250—300 оп. к. в. после закрытия впускного, то направление вращения выбрано правильно. В противном случае выпускной клапан будет открываться сразу же после закрытия впускного. 3. Определить направление вращения и модель дизеля. 31

Для установления порядка работы цилиндров поступают следующим образом. 1. Определяют номера цилиндров. 2. Вращая коленчатый вал в правильном направлении, следят за очередностью подъема толкателей топливных насосов высокого давления (ТНВД), начиная с первого цилиндра. Определенная таким образом последовательность подъема толкателей и есть искомый порядок работы дизеля. По данным испытания заполняют табл. 1.1. Таблица 1.1 Модель

Направление вращения

Порядок работы

3. Используя пример, приведенный на рис. 1.1, строят схему заклинки кривошипов коленчатого вала. Для нахождения положения мертвых точек необходимо выполнить следующее. 1. Снять форсунку с одного из цилиндров дизеля, установить в форсуночное отверстие направляющую втулку 1 и шток 2 (рис. 1.2). 2. Провернуть коленчатый вал в сторону вращения так, чтобы поршень в цилиндре не дошел до ВМТ. Положение маховика зафиксировать меловой меткой 3 против указателя на блоке двигателя 4 и меткой 5 против указателя на направляющей втулке 6. 3. Плавно проворачивая маховик в сторону вращения контролировать перемещение метки 5, которая вначале будет подниматься, а затем — опускаться. После прохождения метки 5 ниже указателя 6 проворачивание прекратить, затем вернуть маховик в обратную сторону так, чтобы метка 5 располагалась против указателя 6. Зафиксировать положение маховика меткой 3'. Этим предотвращается влияние зазоров в подшипниках на точность определения положения ВМТ. 4. Измерить расстояние 3—3', разделить его пополам и нанести отметку ВМТ. Определение положения НМТ производится аналогично. Для повышения точности нахождения мертвых точек описанный опыт следует повторить 2—3 раза и пользоваться средним результатом. Построение круговой диаграммы газораспределения производится в следующем порядке. Моменты открытия и закрытия клапанов определяются по закусыванию и отпусканию в тепловом зазоре клапана щупа толщиной 0,03 мм. 1. Протереть ветошью элементы клапанного привода, ввести щуп в тепловой зазор впускного клапана. 2. Плавно проворачивая коленчатый вал в сторону вращения, зафиксировать момент закусывания щупа, нанести меловую отметку на махо32

вик против указателя. Угол, отсчитанный от метки до ВМТ, представляет собой угол опережения впускного клапана ϕоп. вп. 3. Продолжая проворачивание, контролировать момент отпускания щупа. Поставить метку, определить угол от НМТ до метки. Угол представляет собой угол запаздывания закрытия впускного клапана ϕзап. вп. 4. Аналогичные операции выполнить для выпускного клапана и определить углы его опережения открытия и запаздывания закрытия ϕоп. вып и ϕзап. вып. Для повышения точности определение производят 2—3 раза, затем находят среднюю величину, которые сравнивают с паспортными значениями. Результаты занести в табл. 1.2. Таблица 1.2 Номер цилиндра

Впускной клапан

ϕоп. вп

ϕзап. вп

Выпускной клапан

ϕоп. вып

ϕзап. вып

1.4. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА Отчет по работе выполняется в ученической тетради объемом 12 листов вручную, без использования множительной техники или компьютера. Рисунки выполняются карандашом. Отчет должен включать: — фамилию курсанта и номер учебной группы; — название практического занятия, его цель и задание по пунктам; — сведения о направлении вращения коленчатого вала и порядке работы дизеля в форме табл. 1.1; — схему заклинки кривошипов коленчатого вала по типу рис. 1.1; — схему определения мертвых точек КШМ, расшифровку меток, нанесенных на маховике дизеля 4Ч17,5/24; — табл. 1.2, круговую диаграмму газораспределения с указанием величин ее характерных углов. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Поясните методику определения направления вращения коленчатого вала дизеля. Каким еще способом можно установить его порядок работы? 2. От чего зависит конструктивная форма коленчатого вала и расположение в пространстве его кривошипов? 3. Поясните, как влияет правильность регулировки органов газораспределения на качество протекания рабочего процесса в цилиндре? 4. Какие факторы влияют на точность определения фаз газораспределения? 5. Поясните, как величина теплового зазора влияет на фазы открытия и закрытия клапанов?

33

6. В каких случаях требуется проверка правильности положения мертвых точек на маховике дизеля? Почему это положение может измениться?

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ 2 ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ НЕПОДВИЖНЫХ ДЕТАЛЕЙ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ Цель занятия. Ознакомление с особенностями конструкции деталей остова судовых дизелей и условиями их работы. Задание. 1. Изучить типовые схемы остовов. 2. Ознакомиться с конструкцией неподвижных деталей среднеоборотных машин на примере дизеля 4Ч17,5/24. 3. Составить эскизы и схемы деталей. 1. УСЛОВИЯ РАБОТЫ, ТИПОВЫЕ СХЕМЫ ОСТОВОВ Остов дизеля в общем случае образован следующими частями: фундаментной рамой с рамовыми подшипниками, станины (картера), рабочих цилиндров, цилиндровых втулок, крышек цилиндров и крепежных деталей: анкерных связей и шпилек. Части остова должны быть связаны в жесткую систему во избежание деформаций от сил давления газов и инерции. Они должны обеспечивать правильное взаимное расположение деталей механизма движения. Основные требования к конструкции остова: наибольшая продольная и поперечная жесткость, позволяющие избежать недопустимых деформаций, нарушения прямолинейности оси коленчатого вала, высокая прочность, простота конструкции. Наиболее распространенные схемы компоновок остовов представлены на рис. 2.1. Они отличаются количеством плоскостей разъема между деталями, способом укладки коленчатого вала, наличием или отсутствием анкерных связей. На рис. 2.1а представлен остов тронкового дизеля большой мощности, состоящий из фундаментной рамы, станины, рабочих цилиндров и крышек, выполненных отдельно. Эти узлы соединены при помощи шпилек и стянуты длинными анкерными связями. Коленчатый вал уложен в подшипники фундаментной рамы. В неработающем остове такой конструкции возникают напряжения сжатия, вызванные затяжкой связей. При работе дизеля происходит частичная разгрузка остова за счет действия растягивающих усилий от давления газов. Сила давления газов вызывает только деформацию поперечных балок рамы, так как усилия от максимального давления газов в цилиндре уравновешиваются на связях. Замена напряжений растяжения напряжениями сжатия особенно выгодна для литых остовов, выполненных из чугуна. Из-за упругой деформации свя34

зей гасятся возникающие динамические нагрузки, остов испытывает только статические нагрузки. Подобную компоновку имеет остов, представленный на рис. 2.1б. Он используется в дизелях средней мощности и отличается от остова, рассмотренного выше, наличием общей блок-станины.

Рис. 2.1. Типовые схемы компоновок остовов дизелей различной мощности

35

На рис. 2.1в показан остов тронкового дизеля безанкерной конструкции. Его детали испытывают напряжения растяжения. Подобные остовы применяют для дизелей малой мощности. В современных СОД широко распространены остовы, выполненные по схеме «блок-картер», имеющие подвесной коленчатый вал, опирающийся на крышки рамовых подшипников (рис. 2.1г). Фундаментная рама у них отсутствует, снизу предусмотрен легкий маслосборник. Подобный остов обладает высокой жесткостью при малой массе, он может иметь или не иметь анкерных связей. Часто остов с такой схемой выполняется с раздельными блоками и картером, стянутыми связями. На рис. 2.2 показана компоновка маломощного среднеоборотного судового дизеля типа 4Ч17,5/24 (NVD-24).

Рис. 2.2. Дизель типа 4Ч17,5/24: 1 — щека коленчатого вала; 2 — фундаментная рами; 3 — распределительный вал; 4 — топливный насос высокого давления (ТНВД); 5 — пусковая рукоятка;

36

6 — форсунка; 7 — предохранительный клапан; 8 — крышка цилиндра; 9 — выпускной коллектор; 10 — поршень; 11 — втулка цилиндра; 12 — шатун; 13 — блок цилиндров; 14 — мотылевый подшипник

2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ДЕТАЛЯХ ОСТОВА Фундаментная рама служит основанием дизеля. Она предназначена для укладки коленчатого вала и служит для крепления дизеля к судовому фундаменту. В нижней части рамы имеется сборник для масла, вытекающего из узлов трения. Рама нагружена массой дизеля, силой давления газов и инерции подвижных деталей. Она образована продольными и поперечными балками. В продольных балках выполнены полукруглые гнезда (постели) для установки рамовых подшипников, вертикальные каналы (колодцы) для размещения анкерных связей и отверстия для перетекания смазочного масла. Продольные балки имеют в нижней части лапы для крепления к судовому фундаменту, на верхних поверхностях — обработанные плоскости для установки станины. В зависимости от типа дизеля рама может выполняться сварной, литой, сварно-литой. Она может быть цельной или составной. Материалом для рамы являются: серый чугун СЧ20, СЧ30, сталь 20, 25. 30. Рамовые подшипники служат опорой для рамовых шеек коленчатого вала. Они представляют собой разъемные подшипники скольжения, состоящие из двух полувкладышей, крышки и шпилек. Внутренняя поверхность полувкладыша залита антифрикционным сплавом, в качестве которого применяют высокооловянистые баббиты Б83, Б88, Б89, свинцовистую бронзу, алюминиевые сплавы АСМ, А020-1. В последние годы широко используются многослойные тонкостенные вкладыши, состоящие из стальной основы, слоя бронзы или оловоалюминиевого сплава, слоя никеля и слоя баббита. Основа вкладыша — сталь 10, 15. Крышка подшипника крепится шпильками, она имеет коробчатое или двутавровое сечение и выполняется из чугуна СЧ20, СЧ30 или стали 30. Фиксируют крышку направляющими пазами. Масло к подшипнику подводится через его крышку или через канал в постели. Затем масло подходит по каналам к холодильникам, выполненным в плоскости разъема вкладышей. От проворачивания и осевого смещения вкладыши фиксируются закраинами, штифтами и выступами. Для фиксации коленчатого вала от осевого смещения один из подшипников (чаще кормовой) выполняется установочным. Он воспринимает осевую нагрузку и имеет вкладыши с торцевыми поверхностями, залитыми антифрикционным сплавом. На них опираются упорные бурты рамовой шейки или торцы щек вала. Картер (станина) служит для соединения цилиндров с фундаментной рамой и образует емкость для размещения КШМ. У малооборотных дизе37

лей (МОД) устаревшей конструкции картер выполнен в виде отдельных А-образных стоек, установленных на балки фундаментной рамы. В современных форсированных МОД для повышения жесткости остова применяются сварные коробчатые конструкции, обеспечивающие высокую герметичность и упрощающие монтаж дизеля. Картеры средне- и высокооборотных дизелей (СОД и ВОД) выполнены литыми коробчатого типа, часто вместе с блоком цилиндров (блоккартеры). Для доступа внутрь предусмотрены картерные люки, на их крышках устанавливаются предохранительные клапаны, защищающие дизель от взрыва масляных паров в картере. Картеры изготавливают из чугунов СЧ20, СЧ30, сталей 15Л, 35Л, блок-картеры легких высокооборотных дизелей могут выполняться из алюминиевых сплавов АЛ5, АЛ9. Рабочие цилиндры состоят из рубашки и цилиндровой втулки. Цилиндр устанавливается на картер или отливается вместе с ним. Рубашка выполняется литьем из чугуна СЧ20, СЧ30. Втулки цилиндров выполняются «мокрыми». Они устанавливаются в отверстия в верхней и нижней плит рубашки и центрируются в них опорными поясам. Втулка фиксируется только в верхней части с помощью фланца (бурта), прижимаемого цилиндровой крышкой к верхней части блока. Уплотнение верхнего пояса втулки выполняется притиркой поверхностей или при помощи герметиков. Нижний посадочный пояс уплотняется резиновыми кольцами. Втулки двухтактных дизелей, имеющие пояс продувочных и выпускных окон, уплотняются резиновыми и красномедными прокладками. Стык между втулкой и крышкой цилиндра уплотняется либо притиркой, либо при помощи медной прокладки. Смазка втулок ВОД и СОД производится масляным туманом, попадающим из картера. В крупных СОД и МОД особое цилиндровое масло поступает непосредственно на рабочую поверхность втулки (зеркало трения) через штуцеры и маслораспределительные канавки от специального смазчика высокого давления (лубрикатора), приводящегося в действие от распределительного вала. Материалом втулок является чугун марок СЧ30, СЧ35, МСЧ, сталь 25, 35ХМЮА, 35ХНМА. Внутренняя поверхность втулки покрывается пористым хромом, азотируется. Наружная поверхность втулки может иметь покрытие, предотвращающее коррозию и кавитационные разрушения. Крышка цилиндра имеет коробчатую форму. Она образована верхними и нижними досками, соединенными вертикальными стенками. Внутри крышки имеются каналы для установки клапанов и форсунок, подачи и удаления воздуха, газов и охлаждающей воды. Форма крышки определяется типом дизеля, его размерами, способом смесеобразования. Крыш38

ки крупных дизелей выполняются индивидуальными, машин малой мощности — в виде блок-крышек. Крепление крышек к блоку производится при помощи крышечных шпилек, ввернутых в верхнюю плоскость блока в количестве от 4 до 18 штук в зависимости от размеров дизеля. На крышке четырехтактного дизеля в общем случае расположены: индикаторный кран, предохранительный клапан, клапаны рабочих цилиндров, пусковой клапан, форсунка, отливной патрубок системы охлаждения с регулировочным клапаном. Крышки изготавливают из чугунов СЧ20, СЧ25, ВЧ45-5, стали 20ХМ, алюминиевых сплавов АЛ9, АЛ13. Крышка цилиндра дизеля типа 4Ч17,5/24 в сборе показана на рис. 2.3.

Рис. 2.3. Крышка дизеля 4Ч17,5/24 в комплекте с оборудованием: 1 — крышка; 2 — патрубок для отлива воды; 3 — термометр охлаждающей воды; 4 — предохранительный клапан; 5 — форсунка; 6 — ось коромысла клапана; 7 — пусковой клапан; 8 — втулка цилиндра

Анкерные связи выполняют из сталей 35, 40, 18ХНМА. Они предназначены для разгрузки деталей от растягивающих усилий, вызванных силами давления газов, и увеличения жесткости остова. Связь затягивается при помощи специальных приспособлений, поставляемых с двигателем, на усилие, превышающее давление газов в цилиндре на 40—60 %. 3. ТРЕБОВАНИЯ МОРСКОГО РЕГИСТРА СУДОХОДСТВА К КОНСТРУКЦИИ ОСТОВА СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ

39

Морской Регистр Судоходства — государственный надзорный орган, контролирующий судовые технические средства и судно в целом на стадиях их проектирования, постройки и монтажа, а также в процессе эксплуатации. Основной задачей Регистра является обеспечение безопасности мореплавания, то есть в конечном итоге — сохранение жизни людей (членов судового экипажа и пассажиров). Конструкция основных узлов, составляющих остов судового дизеля, должна удовлетворять следующим требованиям: 1. Плоскости всех соединений должны быть непроницаемы для масла и газов, детали остова должны быть взаимно зафиксированы с помощью калиброванных деталей и иметь контрольные риски. 2. В остове и сопрягаемых с ним деталях должны быть предусмотрены дренажные устройства и приняты меры против попадания топлива и воды в циркуляционное масло. Зарубашечные пространства блоков должны иметь устройства для обеспечения их полного осушения. 3. Картеры должны оборудоваться предохранительными клапанами следующим образом: — при диаметре цилиндра от 200 до 250 мм — один клапан на каждом конце картера; — при диаметре цилиндра от 250 до 300 мм — по одному клапану через каждый мотыль коленчатого вала, но не менее двух клапанов; — при диаметре цилиндра более 300 мм — на каждом мотыле коленчатого вала; — у дизелей с диаметром цилиндра менее 200 мм или объемом картера менее 0,6 м3 установка предохранительных клапанов не требуется. 4. Предохранительные клапаны должны обеспечить мгновенное открытие при повышении давления в картере не более чем на 0,02 МПа и их быстрое закрытие, исключающее проникновение воздуха в картер. Выпускные отверстия должны быть экранированы для уменьшения выбросов пламени. 5. Дизели с диаметром цилиндра более 230 мм должны иметь на каждом цилиндре предохранительный клапан, отрегулированный на давление открытия, превышающее максимальное давление цикла на режиме полной нагрузки не более чем на 40 %. 4. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА Отчет по практическому занятию выполняется с использованием имеющегося образца и чертежей дизеля 4Ч17,5/24. В результате выполнения занятия курсант должен выполнить карандашом от руки эскизы и схемы следующих деталей и узлов: — схему остова дизеля; 40

— эскиз фундаментной рамы, рамового подшипника и его вкладышей; — эскиз блок-станины; — эскиз втулки цилиндра с выносными элементами (верхнего и нижнего уплотнительных поясов); — эскиз цилиндровой крышки. На эскизах нанести надписи, поясняющие назначение и состав изображенных узлов и деталей. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Назовите виды остовов судовых дизелей, охарактеризуйте их конструктивные особенности, перечислите составные части. 2. Какие деформации могут возникать в деталях остова, чем они вызваны? 3. Перечислите условия работы, назовите факторы, определяющие надежность работы рамовых подшипников. 4. Поясните, как происходит смазка рамового подшипника? 5. Каким образом цилиндровая втулка крепиться к блоку? 6. Какой принцип следует соблюдать при затяжке анкерных связей и крышечных шпилек? 7. Перечислите материалы, которые могут быть использованы для изготовления деталей остова. Охарактеризуйте условия, в которых они работают, перечислите требования к материалам.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ 3 КОНСТРУКЦИЯ ДЕТАЛЕЙ ДВИЖЕНИЯ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ Цель занятия. Закрепление знаний, полученных в ходе изучения конструкции деталей кривошипно-шатунного механизма. Задание. Составить с натуры и при помощи чертежей и плакатов эскизы и схемы основных узлов кривошипно-шатунного механизма: 1. Шатуна и шатунного болта. 2. Поршня в сборе. 3. Поршневых уплотнительных и маслосъемных колец. 4. Коленчатого вала. 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) предназначен для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное коленчатого вала. Различают следующие виды КШМ (рис. 3.1): тронковый (рис. 3.1а), с прицепным шатуном (для V-образных дизелей), показанный на рис. 3.1б, крейцкопфный (рис. 3.1в). В КШМ тронкового дизе41

ля нормальное усилие Рн, вызывающее горизонтальную перекладку поршня, действует непосредственно на цилиндровую втулку, вызывая ее износ в плоскости, перпендикулярной оси коленчатого вала. Интенсивность износа возрастает с ухудшением условий смазки и уменьшением длины шатуна. В крейцкопфных КШМ нормальное усилие передается ползунами крейцкопфа на параллели, расположенные в картере. Это позволяет уменьшить потери на трение и износ за счет улучшения смазки.

Рис. 3.1. Типы кривошипно-шатунных механизмов: а — тронковый нормальный; б — тронковый с прицепным шатуном; в — крейцкопфный для МОД; 1 — рамовый подшипник; 2 — кривошип; 3 — мотылевый подшипник; 4 —шатун; 5 — головной подшипник; 6 — поршень; 7 — главный поршень; 8 — главный шатун; 9 —боковой подшипник; 10 — прицепной шатун; 11 — шток; 12 — крейцкопф; 13 — параллели

Поршневая группа состоит из поршня, поршневых колец, пальца (в тронковых дизелях), устройств для охлаждения. Поршень воспринимает силу давления газов и передает ее на шатун. Поршень состоит из головки, имеющей канавки для установки поршневых колец, и направляющей (тронка или юбки). Головка поршня замыкает камеру сгорания и воспринимает давление газов и воспринимает давление газов, тронк передает нормальное усилие на втулку. Диаметр поршня меньше, чем диаметр втулки на величину теплового зазора. Так как в процессе работы температура верхней части поршня выше, чем нижней, то для сохранения постоянной величины теплового зазора поршень обрабатывается на конус или ступенчато. При работе поршень испытывает высокие тепловые и механические нагрузки, подвергается действию сил инерции, агрессивной среды. Значительный нагрев поршня снижает его надежность, поэтому форсированные дизели имеют охлаждаемые порш42

ни. Охлаждение поршня в тронковых двигателях производится циркуляционным маслом, подаваемым через каналы в шатуне, в крейцкопфных — маслом или пресной водой, подаваемой через телескопические трубы. Материалами для изготовления поршней служат чугуны СЧ28-38, СЧ3252, ВЧ45, сплавы АЛ1, АЛ5, АК5. Головки поршней мощных дизелей могут выполняться как цельными, так и составными, крейцкопфных МОД — только составными. Части поршней соединяются между шпильками и фланцами. Поршень дизеля 4Ч17,5/24 показан на рис. 3.3.

Рис. 3.2. Поршень дизеля типа 4Ч17,5/24 в сборе: 1 — поршень; 2 — поршневой палец; 3 — верхнее маслосъемное кольцо; 4, 5 — компрессионные (уплотнительные) кольца; 6 — крышка камеры охлаждения; 7 — болт; 8 — стопорная шайба; 9 — стопорное пружинное кольцо; 10 — нижнее маслосъемное кольцо

Поршневые кольца бывают нескольких типов: компрессионные (уплотнительные), маслосъемные, противозадирные. Уплотнительные кольца предотвращают протечки заряда из камеры сгорания в картер, отводят тепло от поршня в охлаждаемые стенки втулки. Маслосъемные служат для подачи масла на зеркало трения и удаления его излишков в картер или подпоршневое пространство. В наиболее тяжелых условиях находятся верхние уплотнительные кольца, подвергающиеся непосредственному воздействию газов и высокой температуры. Эти кольца теряют упругость, изнашиваются, залегают в канавках и ломаются в первую очередь. На надежность работы колец влияют как их конструкция и материалы, так техническое состояние дизеля и качество его регулировки. Кольцо должно длительно сохранять упругость, его материал должен иметь малый 43

коэффициент трения и быть жаропрочным. Чаще всего кольца изготавливают из чугуна СЧ21-40, СЧ24-454. Компрессионные кольца имеют прямоугольную форму, они бывают трапециидальные и биметаллические. Маслосъемные кольца имеют более сложную форму, они снабжаются режущими кромками, служащими для сброса масла. Замки колец выполняются прямыми, косыми, газонепроницаемыми. В двухтактных дизелях принимают специальные меры, предотвращающие попадание замков колец в окна цилиндровой втулки. Поршневой палец образует головной подшипник, служит для соединения поршня с шатуном, он подвергается механическим нагрузкам от силы давления газов и термическим из-за нагрева от головки поршня и трения. Палец должен обеспечивать высокую жесткость, износостойкость, сопротивляемость ударным нагрузкам. Он может иметь каналы для подвода масла в полость охлаждения поршня. Все пальцы современных дизелей выполнены плавающего типа, от осевого смещения они фиксируются стопорными кольцами или заглушками. Изготавливаются пальцы из сталей 10, 15, 15ХМА и им подобных. Шатунная группа преобразует прямолинейное движение поршня во вращательное коленчатого вала. Она состоит из шатуна с разборными головками и шатунных болтов. Шатун подвергается изгибающему усилию от сил давления газов, действию сил инерции. Шатун тронкового дизеля состоит из верхней головки (чаще всего неразборной), стержня и разборной нижней головки. В верхнюю головку запрессован вкладыш головного подшипника в виде втулки, смазка к нему подводится по каналу в стержне шатуна. В нижней головке устанавливается мотылевый подшипник, состоящий из двух полувкладышей, залитых антифрикционным сплавом. В качестве материала для изготовления стержня шатуна используются углеродистые стали 35, 40, 45, легированную сталь 40ХН, 18Х2Н4ВА, втулки головных подшипников — сталь 10, 15, которую заливают бронзой Бр.ОС-8-12. Вкладыши мотылевых подшипников изготавливают из стали15, 20 и заливают баббитом или бронзой (в СОД), на которую гальваническим методом наносят покрытие. Шатуны крупных крейцкопфных МОД имеют более сложное устройство. Верхняя головка такого шатуна выполнена разборной и имеет вильчатую или безвильчатую конструкцию. Масло для смазки может подводиться как непосредственно в подшипник от шарнирных или телескопических труб, так и по каналу в стержне шатуна. Верхняя половинка нижней головки шатуна выполняется отъемной, между ней и телом шатуна устанавливается прокладка, толщиной которой можно изменять длину шатуна. 44

Шатунные болты нагружены значительными инерционными и растягивающими усилиями и являются ответственными деталями. Они предназначены для скрепления половинок нижней головки шатуна. Для предупреждения проворачивания болта его головку фиксируют штифтом или выступом на головке. Затягивают болт контролируемым усилием специальным инструментом, корончатую гайку стопорят шплинтами и специальными шайбами. Запрещается использование болтов, не имеющих сертификата, с повреждениями поверхности резьбы, имеющих повышенное удлинение. По истечение определенного срока работы болты должны заменяться. Их замена производится также после того, как дизель «пошел вразнос», то есть после неконтролируемого увеличения частоты его вращения выше номинальной. Материалами для шатунных болтов являются стали 25, 35, 40ХН, 40ХНМА, 40ХНВА.

Рис. 3.3. Шатун дизеля типа 4Ч17,5/24: 1 — стержень; 2 — крышка мотылевого подшипника; 3 — верхний вкладыш мотылевого подшипника; 4 — нижний вкладыш; 5 — втулка (головной подшипник); 6 — шатунный болт; 7 — корончатая гайка

Коленчатые валы состоят из рамовых и мотылевых шеек, щек, образующих колена (кривошипы) вала и соединительных фланцев. Коленчатый вал является наиболее сложной, ответственной, напряженной и дорогостоящей деталью дизеля. Моторесурс дизеля определяется сроком службы коленчатого вала, стоимость которого достигает 15 % и более стоимости дизеля. 45

Конструктивные формы коленчатых валов весьма разнообразны и определяются типом, мощностью и назначением дизеля. Валы маломощных ВОД изготавливают штамповкой из сталей, для мощных дизелей их получают ковкой или отливкой. Коленчатые валы могут быть цельными, составными или полусоставными. Шейки имеют сверления, уменьшающие их массу и служащие для подвода смазки к узлам трения. Щеки кривошипов могут быть круглыми, овальными, прямоугольными, фигурными. Рабочие поверхности вала тщательно обрабатываются, полируются, упрочняются. Выходы отверстий на поверхность шеек должны быть закруглены, сами сверления — отполированы. К шейкам вала могут присоединяться противовесы для уравновешивания сил инерции, их закрепляют болтами, замками или шпонками. В месте выхода вала из картера устанавливаются маслоудерживающее уплотнение или маслосгонная резьба. Свободный конец вала используют для привода вспомогательных механизмов. К выходному валу крепиться из стали или чугуна маховик, выполняющий роль венца валоповоротного устройства и служащий для уменьшения неравномерности вращения. Коленчатые валы и изготавливают из углеродистой стали 35, 40, 45, 50, 35Г, 45Г, легированной стали 40ХН, 40ХНВА, высокопрочного чугуна ВЧ45-5, ВЧ50-2. Конструкция вала должна удовлетворять следующим требованиям: иметь наибольшую жесткость при минимальной массе, высокую износостойкость шеек, динамическую уравновешенность. Коленчатый вал дизеля типа 4Ч17,5/24 показан на рис. 3.4.

Рис. 3.4. Коленчатый вал дизеля 4Ч17,5/24: 1 — щека; 2 — маховик; 3 — фланец отбора мощности; 4 — корпус регулятора оборотов; 5 — шестерня привода распределительного вала; 6 — верхняя крышка рамового подшипника; 7 — масляный насос; 8 — приемная масляная труба;

46

При работе дизеля вал удлиняется из-за нагрева. Для возможности теплового расширения предусмотрен осевой зазор между щеками кривошипа и торцами рамовых подшипников. От осевого смещения вал фиксируется в упорном подшипнике, установленном со стороны отбора мощности. 2. МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ И СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА По имеющимся описаниям, чертежам, литературе, реальному дизелю ознакомиться с устройством и взаимодействием деталей движения дизеля. Отчет по работе должен содержать следующие эскизы и схемы с пояснительными надписями, отражающими составные части изучаемых узлов: — одного колена коленчатого вала с рамовыми подшипниками; — шатуна с подробным изображениями нижней и верхней головок; — шатунного болта с элементами крепления; — поршня (общий вид с разрезом); — сечения уплотнительных и поршневых колец, формы замков. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Какие виды кривошипно-шатунных механизмов применяются в судовых дизелях? Назовите их состав и особенности работы. 2. Охарактеризуйте условия работы, материалы, способы охлаждения поршней судовых дизелей. 3. Поясните, какие существую разновидности поршневых колец. Каков механизм действия колец, из каких материалов их изготавливают? 4. Как смазываются детали движения тронковых дизелей? 5. Охарактеризуйте условия работы шатунных болтов, их конструктивные формы и материалы для изготовления. Какие требования предъявляют к шатунным болтам? 6. В чем заключается отличие конструкций шатунов тронковых и крейцкопфных дизелей? 7. Какие конструктивные формы коленчатых валов применяют в судовых дизелях? 8. Для чего на коленчатом вале устанавливают маховик и противовесы?

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ 4 КОНСТРУКЦИЯ МЕХАНИЗМА ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ

47

Цель работы. Закрепить знания, полученные в ходе изучения конструкции механизмов газораспределения судовых дизелей, их элементов и приводов. Задание. Изучить конструкцию механизма газораспределения, составить эскизы и схемы следующих деталей и узлов: 1. Распределительного вала и его привода. 2. Кулачных шайб. 3. Толкателей клапанов. 4. Клапанных коромысел. 5. Впускного или выпускного клапана с приспособлениями для крепления клапанных пружин. 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Механизм газораспределения предназначен для управления процессами выпуска отработавших газов и наполнения цилиндра свежим воздушным зарядом. В общем случае этот механизм состоит из привода распределительного вала, самого распределительного вала с кулачными шайбами, штанг, клапанных рычагов (коромысел), клапанов рабочих цилиндров. Привод от коленчатого вала к распределительному должен обеспечивать кинематическую точность передачи. Он имеет различное конструктивное оформление в зависимости от расположения распределительного вала и тира дизеля. При верхнем расположении распределительного вала используется передача с коническими шестернями и вертикальными или наклонными промежуточными валами; при нижнем и среднем расположении распределительного вала — шестеренчатые передачи. В нереверсивных дизелях используют шестерни с косыми зубьями или шевронами, обеспечивающие снижение шума в передаче и плавное зацепление. В реверсивных дизелях с осевым перемещением распределительного вала при реверсе применяют прямозубые шестерни. Цепные приводы используют в крупных МОД, у которых расстояние между осями коленчатого и распределительного валов достигает значительных величин. Привод размещают в специальном отсеке, расположенном в кормовой или средней части дизеля. Для поддержания цепи в натянутом состоянии используют специальное натяжное устройство. Передаточное отношение в приводе iп для двухтактного дизеля равно 1:1, для четырехтактного — 2:1. Таким образом, у четырехтактного дизеля распределительный вал вращается вдвое медленнее коленчатого, так как органы газораспределения должны открываться и закрываться один раз за рабочий цикл, который условно длится два оборота коленчатого вала. Распределительный вал предназначен для привода толкателей клапанов рабочих цилиндров, топливных насосов высокого давления (ТНВД), воздухораспределителей. Он изготавливается цельным или составным, устанавливается в разъемных подшипниках скольжения и снабжается 48

упорным подшипником, воспринимающим осевые усилия от механизма привода. Материалом для распределительного вала служат углеродистые стали 15, 25, 35, легированные цементируемые стали 15ХА, 12ХН3. Непосредственно на толкатели клапанов, ТНВД и воздухораспределителей воздействуют кулачковые шайбы, изготовленные заодно с валом или насаженные на него с натягом и зафиксированные шпонками. Кулачки ТНВД крепятся так, чтобы их можно было развернуть для изменения величины геометрического угла опережения подачи топлива при регулировке дизеля. Кулаки имеют симметричную форму и изготавливаются с тангенциальным, гармоническим или обратным профилем. На распределительном валу нереверсивного четырехтактного дизеля предусмотрены четыре кулачка для каждого цилиндра, реверсивные дизели имеют два комплекта кулачков на цилиндр: один для работы на передний ход, второй — на задний. Съемные шайбы выполняют из сталей 45, 45Х, 15ХН3А, 12Н2, модифицированного и сверхпрочного чугуна. Повышение их поверхностной прочности достигается цементацией и закалкой. Распределительный вал дизеля типа 4Ч17,5/24 показан на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Участок распределительного вала дизеля 4Ч17,5/24: 1 — разъемный подшипник; 2 — корпус подшипника; 3 — вкладыш подшипника; 4 — кулачная шайба воздухораспределителя; 5 — кулачная шайба выпускного клапана; 6 — кулачная шайба ТНВД; 7 — кулачная шайба впускного клапана; 8 — шестерня привода распределительного вала; I, II, III, IV — оси кулачных шайб

Толкатели служат для передачи движения штангам клапанов или приводу ТНВД. В дизелях средней и большой мощности используются роликовые толкатели, быстроходные дизели малой мощности могут иметь 49

плоские толкатели, ось которых смещена к кулаку, чем достигается более равномерное их изнашивание. Ролики и толкатели выполнены из цементируемых сталей, закаливаются и шлифуются, в отверстие ролика запрессовывается бронзовая втулка. Штанга и клапанный привод (коромысло) связывают клапан с толкателем. Штанга выполнена из тонкостенной трубы, пустотелой для уменьшения массы. На концах штанги имеются сферические опорные поверхности, которыми она опирается на толкатель и регулировочное устройство, собранное на коромысле. Коромысла изготавливаются из стали ковкой или штамповкой. С целью уменьшения инерционных усилий, плечо рычага, связанное с клапаном, делается большим (l1), чем плечо, связанное со штангой (l2). Передаточное отношение в клапанном рычаге равно: iк = l1/l2 = 1,2—1,7. Клапаны осуществляют процессы смены заряда в цилиндре. Количество клапанов, размещенное в крышке цилиндра, зависит от типа дизеля, его быстроходности и составляет от одного до четырех. Клапанный комплект состоит из клапана, корпуса, направляющей втулки, пружины и ее тарелки. Материалы, использованные для клапана, должны обеспечивать его механическую прочность в условиях высоких температур, достигающих для выпускных клапанов до 800 оС, обладать высокой износоустойчивостью, противостоять агрессивному воздействию газов. Выпускные клапаны изготавливают из жаропрочных сталей 12Х18Н2, Х18Н25С, ЭИ69, ЭИ107, впускные — из стали 40ХН, 50ХН. С целью повышения ресурса клапана их могут выполнять из нимоника (сплава на основе никеля), наплавлять на поверхности фасок слой стеллита (сплава на основе кобальта). Выпускные клапаны форсированных СОД и МОД выполняются с проточным охлаждением пресной водой, в отдельных корпусах, позволяющих менять клапан без подъема крышки цилиндров. С целью повышения надежности в форсированных дизелях применяют клапаны, вращающиеся вокруг оси со скоростью 2—4 оборота в минуту при помощи специальных механизмов или крылаток, выполненных на клапанном штоке. Для этой же цели современные МОД открываются и закрываются при помощи гидравлического привода. Для обеспечения надежного закрытия клапанов необходимо установить рекомендуемые заводом-изготовителем зазоры, которые проверяют на холодном двигателе, заводя щуп между цилиндрической частью кулачка и роликом толкателя или концом коромысла и торцом штока клапана. Зазор регулируется вращением регулировочного болта.

50

Периодически необходимо проверять правильность профиля кулачной шайбы. Это можно сделать шаблоном, изготовленным по чертежу шайбы. Через 4 000—7 000 часов работы проверяют зазоры в зацеплениях шестерен, параллельность осей коленчатого и распределительного валов, степень износа привода. Эти проверки выполняют щупами, свинцовыми выжимками или по контактным отпечаткам на краску. Клапанные пружины изготавливаются из сталей 602, 625, 60С2, 50ХФА способом холодной навивки с последующей закалкой и отпуском. Их соединяют со штоком клапана при помощи конических втулок и сухариков, вставляемых в проточку на штоке. Привод клапанов четырехтактного СОД со средним расположением распределительного вала показан на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Привод клапанов четырехтактного дизеля:

51

1 — ролик; 2 — толкатель штанги; 3 — регулировочный винт; 4 —клапанный рычаг (коромысло); 5, 6, 7 — шестерни привода распределительного вала; 8 — распределительный вал; 9 — клапан; 10 — пружина; 11 — штанга

2. МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ И СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА По имеющемуся образцу, документации и чертежам дизеля 417,5/24 изучить конструкцию механизма газораспределения. В отчете должны содержаться следующие эскизы и схемы: — распределительного вала с приводом; — форм кулачных шайб и способов их крепления к распределительному валу; — верхней и нижней частей штанг и толкателей клапанов; — клапанного коромысла с устройством для регулирования величины теплового зазора; — впускного или выпускного клапана с приспособлениями для крепления клапанных пружин. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Поясните назначение и состав механизма газораспределения, их разновидности. 2. Назовите условия, в которых работают впускные клапаны, материалы для их изготовления, требования к ним. 3. Какие конструктивные мероприятия используют для повышения срока службы выпускных клапанов? 4. Назовите основные неисправности узлов и деталей механизма газораспределения, их признаки, причины и способы устранения. 5. Укажите, в каких местах определяются характерные зазоры в приводе распределительного вала и клапана, как и зачем они регулируются? 6. От чего зависит количество кулачных шайб, обслуживающих один цилиндр дизеля? 7. Назовите способы крепления кулачных шайб к распределительному валу. В чем заключаются особенности крепления шайб ТНВД?

52

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ 5 ТОПЛИВНАЯ АППАРАТУРА ДИЗЕЛЕЙ Цель занятия. Изучить принцип действия, устройство и взаимодействие составных частей топливной аппаратуры судовых дизелей. Задание. Выполнить эскизы и схемы основных элементов топливной аппаратуры как указано в п. 2. 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Топливная аппаратура (топливоподающая или топливовпрыскивающая аппаратура, ТА) предназначена для: — точной дозировки топлива, подающегося в цилиндр дизеля за один рабочий цикл; — создания давления топлива, достаточного для качественного распыливания и создания однородной топливовоздушной смеси; — регулирования равномерности распределения топлива по отдельным цилиндрам; — возможности изменения моментов начала впрыска топлива и количества впрыскнутого топлива (то есть, угла опережения подачи топлива и величины цикловой подачи). Топливную аппаратуру, без преувеличения, можно назвать «сердцем дизеля». От ее состояния и качества работы во многом зависят надежность, безопасность и экономичность работы энергетической установки. Наиболее распространенной является ТА с непосредственным впрыском, состоящая из механически приводимого топливного насоса высокого давления (ТНВД), трубопровода высокого давления и форсунки закрытого типа с гидравлическим управлением открытия иглы. На рис. 5.1 показана схема ТА с золотниковым ТНВД. Кулачковая шайба 1, размещенная на распределительном валу 2, при набегании на 53

ролик толкателя 3 поднимает плунжер (то есть поршень) ТНВД 4. После перекрытия верхней кромкой плунжера топливоподводящих отверстий 9 во втулке плунжера 7 в надплунжерном пространстве 10 начинается сжатие топлива. Когда давление топлива превысит усилие пружины 12 и остаточное давление в трубопроводе 13, открывается нагнетательный клапан 11 и топливо через нагнетательный штуцер насоса поступает в трубопровод высокого давления 13. Во входном сечении трубопровода образуется волна повышенного давления, распространяющаяся по нему со скоростью, близкой к звуковой. После прохождения топлива через канал 19 в корпусе форсунки к карману (полости) 17, расположенному в распылителе 16 форсунки давление топлива в кармане повышается. Когда усилие, создаваемое давлением топлива на иглу 15, превысит усилие пружины 14, игла поднимается и топливо впрыскивается в цилиндр через распыливающие отверстия (сопла) 18.

Рис. 5.1. Схема топливной аппаратуры дизеля

Подача топлива насосом продолжается до тех пор, пока отсечная кромка плунжера а не откроет отсечные отверстия 8 во втулке плунжера. После этого давление в надплунжерном пространстве быстро снижается и нагнетательный клапан 11 закрывается. В связи с продолжающимся истечением топлива через сопла 18 давление в кармане 17 распылителя 54

падает и пружина 14 прижимает иглу к седлу, после чего впрыскивание топлива прекращается. Ролик толкателя 3 прижимается к кулачной шайбе 2 при помощи пружины 5, которая опускает плунжер 4. При этом в надплунжерное пространство через окна 9 из топливной системы поступает топливо. Далее цикл повторяется. Втулка 6 с зубчатым венцом используется для разворота плунжера во втулке 7. Разворот производится органом регулирования топливоподачи — топливной рейкой, связанной с регулятором частоты вращения или с постом управления дизелем. Механизм поворота плунжера и способ регулирования подачи топлива показаны на рис. 5.2а и 5.2б.

а

б

Рис. 5.2. Механизм поворота плунжера: 1 — втулка; 2 — выточка; 3 — перепускной паз; 4 — отсечная кромка; 5 — зубчатая рейка; 6 — зубчатый сектор; 7 — поворотная втулка плунжера; 8 — крестовина плунжера

Как видно на рис. 5.2а, регулирование подачи топлива производится поворотом плунжера вокруг оси на требуемый угол зубчатой рейкой 5, воздействующей через зубчатый сектор 6 на поворотную втулку 7, которая в свою очередь поворачивает плунжер посредством крестовины 8. На рис. 5.2б показаны положение плунжера при полной (а, б, в), половинной (г, д) и нулевой (е) подачах топлива. Плунжер, находясь в НМТ 55

(а), установлен на полную подачу; в положении б его верхняя кромка, закрывая впускное окно, осуществляет начало подачи; в положении в нижняя отсечная кромка, открывая отсечные окна, обеспечивает конец подачи. После поворота во втулке плунжер, находящийся в НМТ (положение г), обеспечивает уменьшенную подачу, то есть сниженную мощность дизеля. Положение д соответствует концу подачи. Топливо, вытесняемое плунжером при его дальнейшем движении вверх, через вертикальный перепускной паз и отсечное отверстие во втулке (справа) поступает обратно в топливную систему. При нулевом положении (е) все топливо возвращается в топливную систему. Этот режим используется для остановки дизеля. Показанная на рис. 5.2б конфигурация отсечной кромки обеспечивает постоянный момент начала подачи топлива в цилиндр, а конец подачи изменяется в зависимости от нагрузки дизеля. Этот закон называется «регулированием количества топлива по концу подачи». Наиболее ответственным элементом форсунки является прецизионная (то есть особо точная) пара игла — корпус распылителя, показанная на рис. 5.3. Прецизионная пара выполняется с минимальным зазором. Она должна удовлетворять следующим основным требованиям: — игла с корпусом распылителя должны составлять единый комплект, то есть замена одной из деталей не допускается; — обеспечивать полную герметичность в закрытом положении; — сохранять плотность (то есть минимальный зазор) между иглой и корпусом распылителя.

Рис. 5.3. Распылитель форсунки

2. МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ 56

И СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА По имеющимся образцам топливной аппаратуры, чертежам, схемам и плакатам изучить устройство и принцип действия золотниковых ТНВД и форсунок. В отчете привести следующие эскизы и схемы: — принципиальную схему топливной системы (расходная цистерна, топливоподкачивающий насос, фильтры, подогреватели, арматура) с использованием стандартизованных обозначений (смотри Приложение 1); — эскиз втулки плунжера (с разрезом) и плунжера с указанием основных конструктивных элементов; — эскиз нагнетательного клапана ТНВД в разрезе; — эскиз прецизионной пары игла — корпус распылителя форсунки. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Назовите составные части топливного насоса высокого давления и форсунки, поясните, как они взаимодействуют. 2. Поясните, как работает золотниковый ТНВД, как у него регулируется количество топлива, впрыскиваемого в цилиндр, и момент начала подачи топлива? 3. Поясните, как действует форсунка с механическим запиранием иглы? Как регулируется давление, при котором открывается форсунка? 4. Назовите характерные неисправности ТНВД и их причины. 5. Перечислите основные неисправности форсунки и их причины.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ 6 УСТРОЙСТВО И РАБОТА СУДОВОГО ПАРОВОГО КОТЛА Цель занятия. Изучение принципа действия и устройства судового газотрубного котла, знакомство с терминологией в области котельной техники. Задание. Используя имеющийся в кабинете судовых котельных установок котел составить его конструктивную схему, на которой изобразить положения и направления движения рабочих сред (воды, воздуха, газов, пара) и указать основные конструктивные элементы. 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Вспомогательным котлом называется устройство, производящее водяной пар с давлением выше атмосферного для использования его вне самого устройства. Пар в нем вырабатывается за счет тепла органического топлива, сгорающего в топочной камере. 57

В любом паровом котле независимо от его конструкции принято различать следующие основные поверхности и пространства: — водяное пространство — часть внутреннего объема котла, заполненная водой; — паровое пространство — часть внутреннего объема котла, заполненная паром; — газовое пространство — часть внутреннего объема котла, используемая для движения воздуха и газов; — поверхность нагрева — поверхность, через которую происходит теплообмен между газом и водой; — зеркало испарения — граница раздела парового и водяного пространств, через которую осуществляется отделение пара от воды. В зависимости от принципа действия, принято различать водотрубные и газотрубные котлы. В водотрубных вода движется внутри труб, а газы омывают их снаружи, в газотрубных — горячие газы направляются внутри труб и камер, образующих поверхность нагрева, а вода омывает их снаружи. Некоторые конструкции котлов сочетают в своей конструкции оба принципа, их называют комбинированными. Судовые котлы классифицируются по следующим основным признакам: — по назначению: главные, вспомогательные; — по рабочему давлению Рк: низкого (Рк < 2 МПа), среднего (Рк= 2— 4 МПа), высокого (Рк > 4 МПа) давлений; — по принципу действия: газотрубные, водотрубные, комбинированные агрегаты; — по способу организации движения воды и пароводяной смеси: с естественной или принудительной циркуляцией; — по расположению труб к горизонту: вертикальные и горизонтальные. Маркировка судового котла обычно включает буквенный индекс, характеризующий особенности его конструкции, и два основных параметра: паропроизводительность в т/ч и рабочее давление пара, бар (МПа). Например, КВА 0,63/5 — котлоагрегат вспомогательный автоматизированный производящий 0,63 т пара в час при рабочим давлении 5 бар (0,5 МПа); На рис. 6.1 показан поперечный разрез судового вспомогательного газотрубного котлоагрегата типа КВА (КГВ), широко применяющегося на промысловых и транспортных судах, а также на вспомогательных кораблях ВМФ. В его состав входят паровой котел и обслуживающие его вспомогательные механизмы и системы. Все это оборудование, за исключением питательного насоса, смонтировано на общей раме в виде единого агрега58

та. Котлоагрегат включает следующие элементы: сварной корпус, состоящий из цилиндрической обечайки 3, переднего 18 и заднего 7 днищ, подкрепленных продольными связями 10; жаровая труба 4; дымогарные трубы; боковые стенки передней 21 и задней 5 огневых камер; дымник 8; присоединяемые на фланцах к корпусу котлоагрегата крышка 6 и корпус топочного устройства 20; рама 1. Котлоагрегат является трехходовым по газам. Газы вначале проходят по жаровой трубе, затем по дымогарным трубам второго и третьего ходов и далее в дымник 8. К обечайке и переднему днищу приварены патрубки и штуцера для присоединения арматуры 19, приборов и внутренних частей. Арматура представлена стопорным клапаном 15, через который отбирается пар, сдвоенным предохранительным клапаном 11, защищающим корпус котлоагрегата от разрушения при повышении давления, клапан нижнего продувания 2 для удаления накапливающихся в воде примесей, а также водоуказательный прибор 17. Внутренние части котлоагрегата включают пароотборную трубу 13 с верхней продольной щелью для входа пара, воронку верхнего продувания 12 с трубой, листы 9 для успокоения воды при качке. Указатель 16 отмечает низший рабочий уровень воды в котле. Наружные стенки обечайки, передней и задней газовых камер изолированы плитами и матрацами из базальтового волокна и обтянуты асбестовым полотном. Слой теплоизоляции 14 сверху покрыт съемными металлическими листами. Со стороны газов стенки газовых камер покрыты слоем теплоизоляционной торкретмассы.

59

Рис. 6.1. Котлоагрегат типа КВА (КГВ). Продольный разрез

2. МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ И СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА Отчет должен содержать: — схему подачи в котел питательной воды и отбора пара (теплый ящик, питательный насос и трубопровод, паропровод); — продольный и поперечный разрезы котла КВА 0,4/3; — расположение рабочих сред (воздух, топливо, газы, вода, пар) и направления их движения; — названия составных частей котлоагрегата. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Сформулируйте понятие «паровой котел». Назовите основные потребители пара на судне. 2. Из каких элементов состоит судовой газотрубный котел типа КВА (КГВ)? Почему он называется «трехходовым по газам»? 3. Перечислите основные признаки, по которым классифицируют судовые котлы. 4. Поясните, как производится маркировка судовых вспомогательных котлов? 5. Как происходит естественная циркуляция воды в котле? Что является ее причиной?

60

6. Перечислите основные устройства, входящие в состав судовой котельной установки, поясните их назначение. Назовите системы, обслуживающие котельную установку.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ 7 ТОПОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА И АРМАТУРА КОТЛА Цель работы. Общее знакомство с принципом действия, составом и устройством топочного устройства и отдельными видами котельной арматуры. Задание. Используя имеющиеся в кабинете судовых котельных установок макеты, натурные образцы, плакаты и схемы изучить устройство и составить эскизы и схемы следующих элементов: — воздухонаправляющего устройства; — механической центробежной форсунки; — парового предохранительного клапана. 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Топочное устройство (ТУ) вспомогательного парового котла, иначе называемое горелкой, состоит из воздухонаправляющего устройства, форсунки и элементов управления и регулирования. Воздухонаправляющее устройство (ВНУ) предназначено для подачи в топку воздуха, образования топливовоздушной смеси, создания турбулентного потока горящей смеси топлива и топочных газов. Оно обеспечивает непрерывное зажигание горючей смеси, ее устойчивое горение, возможность изменения размеров и формы топливного факела. Основное применение во вспомогательных судовых котлах находят ВНУ с неподвижными направляющими лопатками. Форсунка предназначена для подачи в топку жидкого топлива и его распыливания. В настоящее время на судах находят применение механические, паромеханические и ротационные форсунки. Принцип действия механической центробежной форсунки изображен на рис. 7.1. В ней топливо перед истечением из сопла закручивается в вихревой камере 1 благодаря подводу топлива к ней по тангенциальным каналам 2. При выходе из сопла топливо дробится под действием капиллярных волн, возникающих на поверхности жидкой струи, а также под действием центробежных сил, сил поверхностного натяжения и аэродинамических сил, возникающих при взаимодействии струи с окружающей средой. 61

Рис. 7.1. Механическая форсунка

Элементы управления горением представлены датчиками наличия пламени в топке, уровня воды в котле, содержания кислорода в уходящих газах, давления пара, а также усилительными и исполнительными устройствами. Они обеспечивают качественное горение топлива на всех нагрузках котла, осуществляют его защиту при отклонении параметров от нормальных значений. Элементы управления горением могут обеспечивать как пропорциональное управление, так и позиционное — по принципу «включено — выключено». Арматурой называются приборы и устройства, установленные на котле, и предназначенные для контроля протекающих в нем процессов, их регулирования и управления. В зависимости от назначения различаются следующие виды арматуры: — управляющая — служащая для изменения режима работы котла и расходов его рабочих сред. К ней относятся главный и вспомогательный стопорные клапаны, клапаны продувания, питательные клапаны, воздушные и дренажные клапаны; — контрольная — предназначенная для контроля за процессами, протекающими в котле (водоуказательные приборы, термометры и манометры, тягонапоромеры, газоанализаторы, дистанционные указатели уровня); — предохранительная — служащая для защиты котла при отклонении его параметров от расчетных значений. Эту роль выполняют предохранительные и быстрозапорные клапаны; — для физико-химического контроля рабочих сред — клапаны для отбора проб котловой воды и ввода химических реагентов для внутрикотловой водообработки, устройства для взятия проб дымовых газов. Кроме этого, в зависимости от места размещения различают арматуру парового и водяного пространств. Размещение арматуры на вспомогательном судовом котле показано на рис. 7.2.

62

Рис. 7.2. Размещение арматуры на котле: 1 — питательный клапан для подачи воды в котел; 2 — клапан верхнего продувания; 3 — манометр; 4 — клапан нижнего продувания для удаления шлама; 5 — предохранительный клапан; 6 — стопорный клапан для соединения котла с паропроводом; 7 — воздушный кран для выпуска воздуха из котла; 8 — водоуказательный прибор; 9 — пробный кран для контроля уровня воды в котле; 10 — отбора проб котловой воды на анализ; 11 — кингстон продувания

Конструкция арматуры, ее расположение и количество должны удовлетворять требованиям Морского Регистра Судоходства. Конструкция предохранительного клапана прямого действия показана на рис. 7.3. В корпусе 2 неподвижно размещено посадочное гнездо 3, к которому под действием усилия пружины 4 прижата тарелка 1, сидящая на штоке 5. Усилие затяжки пружины 4 регулируется при помощи резьбовой втулки 6, ввернутой в корпус. Когда сила от давления пара на тарелку 1 преодолевает усилие затяжки пружины, клапан открывается и стравливает пар в атмосферу. После регулировки клапан на давление срабатывания, которое составляет для котлов с рабочим давлением пара не более 1,05Рраб, натяжное устройство стопориться и фиксируется пломбой 7. Для ручного подрыва клапана используется рычаг 8.

63

Рис. 7.3. Предохранительный клапан

2. МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ И СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА Используя имеющиеся в кабинете судовых котельных установок макеты, натурные образца и плакаты составить эскизы и схемы следующих элементов: — механической центробежной форсунки, ее распылителя; — воздухонаправляющего устройства с неподвижными лопатками (вид спереди и поперечный разрез); — предохранительного парового клапана. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Укажите назначение, назовите состав топочного устройства судового котла. 2. Охарактеризуйте устройство и работу воздухонаправляющего устройства с неподвижными лопатками. Поясните, как через него изменяют расход воздуха? 3. Опишите принцип действия механической центробежной форсунки. Какими способами можно регулировать ее производительность? 4. Как классифицируется котельная арматура по месту ее размещения и выполняемым функциям? Для чего на котлах устанавливается предохранительный клапан?

64

5. Поясните, как работает предохранительный клапан. Укажите способы и периодичность проверки исправности клапана. Назовите давление, при котором должен происходить его автоматический подрыв.

6. Перечислите требования Морского Регистра Судоходства к предохранительным клапанам судовых котлов.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ 8 СИСТЕМЫ СУДОВЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК И ИХ ОБОРУДОВАНИЕ Цель работы. Общее знакомство с устройствами, входящими в состав судовых систем. Задание. Изучить принцип действия, устройство и области применения различных судовых насосов. 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Системы, обслуживающие СЭУ, выполняют определенные функции и включают разнообразные механизмы, аппараты и прочее оборудование. По назначению различают следующие системы: — топливные, обеспечивающие прием, хранение, перекачку, подготовку топлива к сжиганию и его подачу к котлам и дизелям; — масляные, осуществляющие прием, хранение, перекачку, очистку и охлаждение масла, а также его подачу для смазки и охлаждения механизмов; — охлаждения, подающие воду для охлаждения механизмов и рабочих сред судового энергетического оборудования; — газо-воздушные, отводящие продукты сгорания (газы) от дизелей и вспомогательных котлов и подающие воздух, необходимый для горения топлива; — конденсатно-питательные, подающие питательную воду в котлы и откачивающие образующийся из отработавшего пара конденсат; — паровые, подводящие пар от котлов к потребителям пара и отводящие отработавший пар от механизмов и устройств. К основным механизмам и оборудованию систем СЭУ относятся насосы, вентиляторы, компрессоры, теплообменные аппараты, фильтры и сепараторы. Действие насосов, то есть гидравлических машин, основано на том, что они сообщают перемещаемой жидкости получаемую извне энергию. По принципу действия различают насосы объемного, лопастного 65

и струйного типов. К объемным насосам относятся поршневые и роторные. В них увеличение потенциальной энергии (давления) и перемещение жидкости обеспечивается с помощью вытеснителей. В зависимости от конструкции вытеснителя насосы могут быть: поршневыми с возвратнопоступательным движением вытесняющих поршней и роторными с вращательным движением вытесняющих роторов. К роторным относятся шестеренные и винтовые. Действие лопастных насосов основано на увеличении кинетической энергии перемещаемой жидкости, которая затем частично преобразуется в потенциальную в диффузоре. К насосам этого типа относятся центробежные, особенно часто применяющиеся в системах СЭУ для перекачивания воды, а также осевые или пропеллерные насосы. Действие струйных насосов основано на передаче кинетической энергии рабочей среды (жидкости, пара или воздуха) перемещаемой жидкости. Рабочая среда в этом случае поступает в приемную камеру из сопла с большой скоростью, увлекает перемещаемую жидкость и смешивается с ней, сообщая ей при этом кинетическую энергию, которая затем в диффузоре преобразуется в потенциальную. Насосы этого типа отличаются компактностью, но имеют сравнительно низкий КПД. Вентиляторы служат для перемещения воздуха при небольшой степени повышения давления (отношение давления на нагнетании к давлению на всасывании не более 1,15). Действие вентиляторов основано на тех же принципах, что и лопастных насосов. Вентиляторы также могут быть центробежными и осевыми. Компрессоры обеспечивают сжатие и перемещение газообразных сред или воздуха при степени повышения давления выше 1,15. По принципу действия различают объемные и лопастные компрессоры. В системах сжатого воздуха находят применение поршневые компрессоры с электроприводом. Для подачи больших количеств воздуха при относительно небольших степенях повышения давления используются центробежные и осевые компрессоры. Основными параметрами насосов, вентиляторов и компрессоров являются подача, напор и полное развиваемое давление. Подача — количество жидкости или газа, перемещаемое в единицу времени. Подача может быть объемной, при этом она имеет размерность м 3/с, или массовой, в этом случае ее выражают в размерности кг/с. Соотношение между единицами массы, кг, и объема, м3, записывается как: M = Vρ, где ρ — плотность, кг/м3. 66

Напор — количество энергии, сообщаемое единице массы перемещаемой среды, Дж/кг. В соответствии с этим напор Н имеет линейную размерность (м) и физически представляет собой высоту, на которую может быть поднята перемещаемая среда за счет сообщенной ей энергии. Полное развиваемое давление Р связано с напором зависимостью: Р = Нρ. Теплообменные аппараты применяются для подогрева или охлаждения жидкостей или газообразных сред. В теплообменниках поверхностного типа передача теплоты происходит через стенку, разделяющую теплоотдающую и тепловоспринимающую среды. Примером такого теплообменника являются кожухотрубные охладители воды и масла дизелей. С помощью фильтров очищают жидкие и газообразные среды от механических примесей. Для очистки жидких сред (топлива, масла) от примесей, отличающихся от этих жидкостей, применяют центробежные сепараторы, в которых примеси отделяются под действием центробежных сил в быстровращающихся барабанах. В состав любой системы СЭУ входят трубопроводы. Управляют движением сред в них при помощи арматуры. Клапаны — арматура, в которой проходное сечение закрывается перемещением клапанной тарелки в направлении, параллельном направлению движения потока среды в проходном отверстии. Клапаны обеспечивают надежное закрытие для любых сред и при любых давлениях, что обусловило широкое применение арматуры этого типа. У задвижек, или клинкетов, проходное сечение закрывается за счет перемещения запирающего диска в поперечном направлении по отношению к потоку среды. Задвижки имеют сравнительно небольшую длину, и их гидравлическое сопротивление проходу среды значительно меньше, чем у клапанов. В отношении плотности закрытия задвижки уступают клапанам. Их преимущественно используют в трубопроводах с большими диаметрами при относительно невысоких давлениях среды. Краны обеспечивают закрытие поперечного сечения при повороте вокруг оси пробки с прорезью. При этом поток движется перпендикулярно оси пробки. Краны отличаются компактностью и невысоким гидравлическим сопротивлением проходу среды. Плотность кранов зависит от качества притирки пробки к корпусу, а поэтому их применяют для жидких сред при небольших размерах проходного сечения. 2. МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ И СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА Используя образцы насосов, имеющиеся в кабинете судовых вспомогательных и рыбопромысловых механизмов, а также информацию, со67

держащуюся в «Учебнике моториста второго класса промыслового судна» (автор Е. М. Соловьев, издательство «Агропромиздат», 1991 г.) на с. 179—185, изучить, кратко описать действие, составить схемы насосов: — поршневого; — шестеренного; — винтового; — центробежного; — осевого; — струйного. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Классифицируйте судовые насосы по принципу действия. 2. Перечислите и объясните основные характеристики насосов. 3. Поясните, как работает центробежный насос? Какие жидкости он может перекачивать? 4. Почему теоретически невозможно откачивать воду с глубины более 10 м? 5. Назовите причины, по которым у поршневого насоса уменьшаются производительность и напор?

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ 9 ПАЛУБНЫЕ МЕХАНИЗМЫ И РУЛЕВЫЕ УСТРОЙСТВА Цель занятия. Общее знакомство с механизмами, использующимися на судне для подъема и спуска якорей, выполнения грузовых и швартовных операций, обеспечивающими управляемость судна. Освоение терминологии в области судовых вспомогательных механизмов. Задание. Используя макеты, плакаты, схемы и образцы техники изучить принципиальное устройство и запомнить наименование основных составных частей следующих механизмов и устройств: — брашпиля; — рулевой электрогидравлической машины. 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Палубные механизмы образую самостоятельную группу, не обслуживающую энергетическую установку судна. Свое название они получили от того, что их размещают на палубах вне машинно-котельных отделений. Якорные и швартовные механизмы входят в состав якорного и швартовного устройства, которые обеспечивают отдачу и подъем якоря 68

и удерживают судно на месте и подтягивают его к береговым причалам или судам и надежно крепят к ним. Якорно-швартовные устройства делятся на три вида: брашпили, шпили, якорные и швартовные лебедки. Наиболее распространены брашпили и шпили. Рабочий вал (баллер) брашпиля расположен горизонтально, шпиля — вертикально. В зависимости от типа привода, приводящего палубные механизмы в движение, различают механизмы с электро- и гидравлическими приводами. Могут применяться и ручные приводы, которые используются в основном в качестве запасного. Ручные приводы выполняют роль основных только у маломощных шпилей. В соответствии с требованиями Морского Регистра Судоходства мощность привода якорного или швартовного механизма должна обеспечить непрерывное выбирание одной якорной цепи или швартовного троса с номинальной скоростью в течение не менее 30 минут. Рулевое устройство обеспечивает управляемость судна. Оно состоит из руля, рулевого привода, рулевой машины и дистанционной передачи, связывающей рулевую машину с постом управления судном (телемотором). Руль воспринимает давление воды и изменяет направление движения судна. Рулевой привод связывает руль с рулевой машиной и обеспечивает разворот баллера, к которому присоединен руль. Рулевая машина обеспечивает работу рулевого привода. Дистанционная передача (телемотор) связывает рулевую машину с постом управления. Рулевые приводы бывают двух типов: с гибкой и жесткой связью. Первые представлены штуртросовыми цепными приводами, использующимися на малых судах, вторые — зубчатыми, винтовыми и гидравлическими. Рулевые машины могут быть электрическими и электрогидравлическими. Телемоторы бывают механическими (валиковыми, тросовыми, стержневыми, электрическими и гидравлическими. Два последних типа используются наиболее часто. В соответствии с Правилами Морского Регистра Судоходства рулевое устройство должно иметь главный и вспомогательный приводы. Мощность главного привода должна обеспечивать перекладку руля с 35о одного борта на 30о другого за время не более 28 секунд. Мощность вспомогательного привода должна обеспечивать перекладку пера руля с 15о одного борта на 15о другого борта за время не более 60 секунд. Конструкция рулевых приводов должна обеспечивать переход при аварии с главного привода на вспомогательный за время не более двух минут. 2. МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ И СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

69

Используя механизмы, имеющиеся в кабинете и лаборатории судовых вспомогательных механизмов, а также плакаты, схемы и материалы, приведенные в учебной литературе [1], изучить конструкцию и составить схемы брашпиля и электрогидравлической рулевой машины. На схемах подписать основные составные части этих механизмов. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Перечислите основные составные части брашпиля. Какие операции можно производить при помощи этого устройства? 2. Чем конструктивно отличаются брашпили и шпили. Чем различаются баллерные и безбаллерные шпили? 3. Перечислите элементы, из которых состоит рулевое устройство. Как они взаимодействую между собой? 4. Назовите основные требования, которые предъявляет Морской Регистр Судоходства к палубным механизмам и рулевым устройствам.

70

ЛИТЕРАТУРА, РЕКОМЕНДУЕМАЯ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ КУРСА «СУДОВЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ» 1. ОСНОВНАЯ 1. Соловьев Е. М. Учебник моториста второго класса промыслового судна. — М.: Агропромиздат, 1991. — 318 с. 2. ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ 2. Гаврилов С. В. Судовые энергетические установки. История развития. — Петропавловск-Камчатский, 2003. — 383 с. 3. Тейлор Д. А. Основы судовой техники. — М.: Транспорт, 1987. — 320 с. 4. Соловьев Е. М. Пособие механика крупнотоннажного промыслового судна. — 2-е изд. перераб. и доп. — М.: Агропромиздат, 1989. — 302 с. 5. Сизых В. А. Судовые энергетические установки. — 3-е изд. перераб. и доп. — М.: РКонсульт, 2003. — 264 с. 6. Фильченко В. П., Шабанов А. А. Судовые котельные установки флота рыбной промышленности. — М.: Пищевая промышленность, 1980. — 280 с. 7. Трифонов Л. Н., Макаренко В. И. Судовой моторист. — М.: Транспорт, 1975. — 296 с. 8. Миклос А. Г., Чернявская Н. Г., Червяков С. П. Судовые двигатели внутреннего сгорания. — Л.: Судостроение, 1986. — 360 с. 9. Соловьев Е. М. Учебник моториста первого класса промыслового флота. — М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. — 284 с. 10. Соловьев Е. М. Пособие мотористу промыслового судна. — М.: Пищевая промышленность, 1979. — 368 с.

45

ПРИЛОЖЕНИЯ ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ОБОЗНАЧЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ НА ПРИНЦИПИАЛЬНЫХ СХЕМАХ

1 — насос; 2 — цистерна (емкость); 3 — теплообменник (охладитель); 4 — теплообменник (нагреватель); 5 — фильтр; 6 — очиститель (сепаратор, отстойник); 7 — клапан проходной; 8 — вентилятор; 9 — сосуд под давлением (баллон); 10 — направление движения среды (жидкости); 11 — соединение трубопроводов; 12 — пересечение трубопроводов без соединения; 13 — клапан невозвратный; 14 — пробка трехходовая (кран-переключатель)

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 ВОПРОСЫ К ИТОГОВОЙ АТТЕСТАЦИИ по дисциплине «Судовые энергетические установки» 1. Принцип действия, круговая и индикаторная диаграммы четырехтактного дизеля без наддува. 2. Принцип действия, круговая и индикаторная диаграммы двухтактного дизеля с наддувом. 3. Классификация и маркировка судовых дизелей. 4. Основные понятия и определения из области судовых дизелей: ход поршня, радиус кривошипа, рабочий цикл, такт. Основные узлы и системы дизеля. 5. Назначение остова, его состав и конструктивные формы. 6. Фундаментные рамы. Назначение, составные части, материалы и способы изготовления. Рамовые подшипники, состав, антифрикционные материалы, способы подвода смазочного масла. 7. Рабочие цилиндры судовых дизелей. Цилиндровые втулки, назначение, составные части, материалы и способы изготовления. Условия 46

работы цилиндровых втулок. 8. Крышки цилиндров. Назначение, составные части, материалы и способы изготовления. Условия работы крышек. Органы, размещенные на крышках, их назначение. 9. Типы и состав КШМ. Поршни. Назначение, составные части, материалы изготовления. Условия работы поршней. 10. Шатуны и шатунные болты. Назначение, составные части, материалы и способы изготовления. Условия работы шатунов и шатунных болтов. Требования к шатунным болтам. 11. Коленчатые валы. Назначение, составные части, материалы и способы изготовления. Условия работы и основные неисправности коленчатых валов. 12. Противовесы и маховики. Назначение, материалы для изготовления, способы крепления. 13. Состав, назначение, принцип действия газораспределительного механизма. Круговая диаграмма газораспределения четырехтактного дизеля, способ ее получения. 14. Клапаны рабочих цилиндров. Назначение, составные части, материалы и способы изготовления. Условия работы и основные неисправности клапанов. 15. Распределительные валы и их приводы, сравнительная характеристика. Частота вращения распределительного вала. 16. Виды продувок двухтактных дизелей, их сравнительная характеристика. Продувочные насосы. Состав и назначение системы воздухоснабжения. 17. Сущность и способы (схемы) наддува. Агрегаты для наддува двухи четырехтактных дизелей. 18. Способы получения и виды судовых топлив, их сравнительная характеристика. Марки топлив, их основные физико-химические характеристики. 19. Топливная система. Состав, назначение, принципиальная схема. 20. Способы очистки топлив. Оборудование топливной системы. 21. Топливные насосы высокого давления. Типы, способы изменения величины цикловой подачи, принцип действия золотникового насоса и его составные части. 22. Регулировка и проверка топливных насосов высокого давления. Основные неисправности насосов. 23. Форсунки. Назначение, устройство, принцип действия. Регулировка и проверка форсунок. Основные неисправности форсунок. 24. Способы смесеобразования в ДВС. Конструкция камер сгорания, их сравнительная характеристика. 25. Моторные масла. Классификация масел по ГОСТ и международ47

ная. Физико-химические показатели масел. 26. Система смазки, назначение, составные элементы, типы систем. Принципиальная схема системы смазки. 27. Очистка и охлаждение смазочного масла. 28. Системы охлаждения судовых дизелей. Назначение, состав, виды систем, принцип их действия. Оборудование систем охлаждения. 29. Сущность и способы пуска дизелей: вручную и электростартером. 30. Пуск дизеля сжатым воздухом. Разновидности пусковых систем, их состав и принцип действия. 31. Система сжатого воздуха. Состав, назначение, принцип действия. Воздушные баллоны и компрессоры. 32. Способы реверса двигателя. Реверс-редуктор, принцип действия и устройство. 33. Регуляторы частоты вращения дизелей, назначение, принцип действия, типы регуляторов. 34. Схема судового валопровода, его элементы, их назначение. Дейдвудное устройство, опорные и упорные подшипники. 35. Определение направления двигателя и порядка работы цилиндров. 36. Проверка положения мертвых точек КШМ. 37. Проверка и регулировка фаз газораспределения. 38. Проверка и регулировка угла опережения подачи топлива и «нулевой» подачи ТНВД. 39. Проверка и регулировка форсунок и ТНВД. 40. Подготовка двигателя к действию. Пуск и прогревание дизеля. 41. Случаи, при которых запуск дизеля запрещен. 42. Управление и контроль за дизелем во время работы. 43. Реверсирование и остановка дизеля. 44. Обязанности вахтенного моториста. 45. Принципиальная схема судовой котельной установки, ее составные части и их взаимодействие. Потребители пара на судне. 46. Классификация и маркировка судовых котлов. Основные поверхности и пространства. Параметры котлов. 47. Воздухонаправляющие устройства. Форсунки, устройство, принцип действия, сравнительная характеристика. 48. Арматура котла. Классификация арматуры по месту расположения и назначению. 49. Устройство и работа предохранительного клапана котла. 50. Устройство и работа водоуказательного прибора. 51. Назначение и устройство стопорного и питательного клапанов парового котла. 52. Типы насосов, используемых на судах, их классификация, область 48

применения и сравнительная характеристика. 53. Составные части насосной установки. Параметры насосов. 54. Принцип действия и составные части поршневого насоса. 55. Принцип действия и устройство центробежного насоса. 56. Принцип действия, устройство и назначение вихревых насосов. 57. Методы опреснения, применяемые на судах. Устройство и работа вакуумной водоопреснительной установки. 58. Образование накипи в опреснителе и методы борьбы с ней. 59. Состав рулевого устройства и их классификация. Рули и рулевые приводы. Требования Морского Регистра Судоходства к рулевым приводам. 60. Рулевые машины, их виды. Устройство и работа электрической рулевой машины. 61. Устройство и работа гидравлической рулевой машины. 62. Назначение и типы якорно-швартовных механизмов. Требования Морского Регистра Судоходства к якорно-швартовным механизмам. 63. Устройство и работа шпиля. 64. Устройство и работа брашпиля. 65. Грузовые лебедки и стрелы, устройство и работа. 66. Траловые лебедки, назначение, классификация. Устройство и работа траловых лебедок и электрическим и гидравлическим приводами. 67. Устройство и работа неводовыборочной машины. 68. Действия вахтенного моториста при выявлении неисправностей механизмов. 69. Подготовка вспомогательного парового котла к действию. Заполнение водой, розжиг. Меры безопасности при розжиге. 70. Эксплуатация судовых насосов: подготовка к запуску и пуск поршневого и центробежного насосов. Регулирование производительности насосов.

49

СОДЕРЖАНИЕ Практическое занятие 1. Принцип действия судового дизеля

3

Практическое занятие 2. Изучение конструкции неподвижных деталей судовых дизелей

9

Практическое занятие 3. Конструкция деталей движения судовых дизелей

16

Практическое занятие 4. Конструкция механизма газораспределения

22

Практическое занятие 5. Топливная аппаратура дизелей

28

Практическое занятие 6. Устройство и работа судового парового котла

32

Практическое занятие 7. Топочные устройства и арматура котлов

35

Практическое занятие 8. Системы судовых энергетических установок и их оборудование

39

Практическое занятие 9. Палубные механизмы и рулевые устройства

42

Литература, рекомендуемая для изучения курса «Судовые энергетические установки»

45

Приложения

46

3