Судовые дизельные двигатели обладают высоким тепловым КПД, хорошей экономичностью, легким запуском и отличной адаптируемостью к судам различных типов. После их появления они быстро стали использоваться в качестве силовой установки для кораблей. К 1950-м годам дизельные двигатели почти полностью заменили паровые двигатели на вновь построенных кораблях. Судовые дизельные двигатели стали основным источником энергии для гражданских судов, малых и средних судов, а также обычных подводных лодок. Судовые дизельные двигатели можно разделить на главные и вспомогательные двигатели в зависимости от их функций на судах. Главный двигатель используется в качестве движущей силы кораблей, а вспомогательный двигатель используется для привода генераторов, воздушных компрессоров или водяных насосов.
Судовые дизели обычно делятся на высокооборотные, среднеоборотные и низкооборотные дизели, а основные показатели эффективности трех типов дизелей приведены в таблице.
Введение и применение
Большую часть времени судовые двигатели работают при полной нагрузке, а иногда и в условиях переменной нагрузки. Суда часто плавают по пересеченной местности, поэтому судовые дизели должны быть способны надежно работать в условиях продольного наклона 15 градусов -25 градусов и поперечного наклона 15 градусов -35 градусов. На большинстве судов используются дизельные двигатели с турбонаддувом (см. Турбонаддув двигателей внутреннего сгорания), а маломощные дизели без турбонаддува применяются только на небольших лодках. Большинство тихоходных дизельных двигателей являются двухтактными, большинство среднеоборотных дизельных двигателей являются четырехтактными, а высокооборотные дизельные двигатели имеют оба двигателя. Формы продувки морских двухтактных дизельных двигателей включают продувку рефлюкса, продувку постоянного тока с портовым клапаном и продувку порта с противоположным поршнем. В средне- и низкооборотных дизелях большой мощности в качестве топлива широко используется мазут, тогда как в высокооборотных дизелях по-прежнему в основном используется легкое дизельное топливо.
тихоходный дизельный двигатель
Непосредственный привод гребного винта требует более низкой скорости вращения для достижения высокой эффективности движения. Средне- и высокооборотные дизели приводят винт в движение через коробку передач, которая обычно снабжена реверсивным механизмом для обеспечения реверса винта. Однако тихоходные дизельные двигатели и некоторые среднеоборотные дизельные двигатели могут реверсировать самостоятельно. Средне- и высокооборотные дизельные двигатели также имеют электрический привод через гребную систему генераторного двигателя. Когда требуется высокая мощность, несколько машин также могут использоваться параллельно, а для навигации на малых скоростях можно использовать только один главный двигатель, тем самым повышая эксплуатационную эффективность и надежность. При установке на одном корабле двух главных двигателей их разделяют на левый и правый в зависимости от места установки и направления гребного винта.
Принцип работы
двухтактный дизельный двигатель
Дизель, совершающий один рабочий цикл за два хода поршня, называется двухтактным дизелем. Масляный двигатель совершает один рабочий цикл всего за один оборот коленчатого вала. По сравнению с четырехтактным дизельным двигателем он повышает выходную мощность и имеет существенные различия в конкретной конструкции и принципах работы.
Базовая конструкция двухтактного дизельного двигателя такая же, как и у четырехтактного дизельного двигателя, основное отличие заключается в клапанном механизме. Двухтактные дизели не имеют впускных клапанов, а некоторые даже выпускных. Вместо этого в нижней части цилиндра предусмотрены продувочные и выпускные отверстия; Или установите продувочное отверстие и механизм выпускного клапана. Установлены специальный продувочный насос с приводом от движущихся частей и продувочный короб для хранения сжатого воздуха, что упрощает конструкцию дизельного двигателя за счет использования координации между поршнем и воздушным отверстием для завершения распределения воздуха. На схеме показан принцип работы двухтактного дизеля. Продувочный насос прикреплен к одной стороне дизельного двигателя, а его ротор приводится в движение дизельным двигателем. Воздух всасывается из насоса, сжимается, выпускается и хранится в продувочной камере большого объема, где он поддерживает определенное давление.
4-тактовый дизельный двигатель
Работу дизельного двигателя завершают четыре процесса: впуск, сжатие, выработка мощности и выпуск, образующие рабочий цикл. Дизельный двигатель, в котором поршень совершает рабочий цикл посредством четырех процессов, называется четырехтактным дизелем. Теперь сравните ее с анимацией выше, чтобы объяснить принцип ее работы.
Первый такт – всасывающий, его задача – наполнить цилиндр свежим воздухом. Когда начинается такт всасывания, поршень находится в верхней мертвой точке, и в камере сгорания цилиндра еще остается некоторое количество выхлопных газов.
Когда коленчатый вал поворачивается в колене, шатун перемещает поршень из верхней мертвой точки в нижнюю мертвую точку и в то же время использует передаточный механизм, соединенный с коленчатым валом, для открытия впускного клапана.
По мере того как поршень движется вниз, объем над поршнем в цилиндре постепенно увеличивается: в результате давление воздуха внутри цилиндра становится ниже, чем давление внутри впускной трубы, поэтому наружный воздух постоянно заполняет цилиндр.
На анимации показано изменение давления газа в цилиндре в зависимости от объема цилиндра в процессе впуска. Вертикальная ось на рисунке представляет давление газа P, а горизонтальная ось — объем цилиндра Vh (или импульс поршня S). Этот график называется индикаторной диаграммой. Кривая давления на рисунке представляет собой закон изменения давления газов внутри цилиндра при работе дизеля. По почве видно, что начинается забор воздуха, который из-за наличия остаточных выхлопных газов несколько превышает атмосферное давление P{{0}}. В процессе впуска из-за сопротивления потоку, создаваемого воздухом, проходящим через впускной патрубок и впускной клапан, давление газа во время такта впуска ниже атмосферного и составляет от 0,085 до 0,095 МПа. На протяжении всего процесса впуска давление газа внутри цилиндра остается примерно постоянным.
Когда поршень движется вниз и приближается к нижней мертвой точке, поток воздуха, поступающий в цилиндр, все еще имеет высокую скорость и большую инерцию. Чтобы использовать инерцию воздушного потока для увеличения скорости накачивания, впускной клапан закрывается только после того, как поршень пройдет нижнюю мертвую точку. Хотя поршень в это время движется вверх, из-за инерции воздушного потока газ все равно может заполнить цилиндр.
Второй такт – сжатие. При сжатии поршень перемещается из нижней мертвой точки в верхнюю мертвую точку. Этот ход выполняет две функции: во-первых, повышать температуру воздуха и готовиться к самовоспламенению топлива; во-вторых, создать условия для расширения и работы газа. Когда поршень движется вверх и впускной клапан закрывается, воздух в цилиндре сжимается. По мере уменьшения объема давление и температура воздуха продолжают расти. Давление и влажность в конце сжатия связаны со степенью сжатия воздуха, то есть со степенью сжатия. Обычно давление и температура в конце сжатия составляют Pc=4-8МПа, Tc=750-950K.
Температура самовоспламенения дизеля составляет около 543-563К, а температура в конце сжатия намного выше температуры самовоспламенения дизеля, что достаточно для того, чтобы впрыскиваемое в цилиндр топливо воспламенилось и сгорело при свой собственный.
Впрыскиваемое в цилиндр дизельное топливо не воспламеняется сразу, а воспламеняется только после физических и химических изменений. Этот период времени составляет примерно 0.001-0.005 секунд и называется периодом задержки воспламенения. Поэтому необходимо начинать распыление распыленного топлива в цилиндр при угле поворота коленчатого вала 10-35 градусов до того, как коленвал достигнет верхней мертвой точки, и добиться наибольшего давления сгорания в камере сгорания при достижении коленчатым валом {{ 4}} градуса после верхней мертвой точки, заставляя поршень двигаться вниз.
Третий удар – выполнение работы. В начале этого такта большая часть топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания, сгорает. При горении выделяется большое количество тепла, вызывающее резкое повышение давления и температуры газа. Поршень движется вниз под действием газа высокой температуры и высокого давления и через шатун вращает коленчатый вал, совершая внешнюю работу. Поэтому этот ход еще называют силовым или рабочим ходом.
По мере опускания поршня объем цилиндра увеличивается, а давление газа снижается. Рабочий ход заканчивается, когда поршень достигает нижней мертвой точки и открывается выпускной клапан.
В анимации восходящая часть линии изменения давления во время рабочего хода представляет собой резкое увеличение давления при сгорании топлива в цилиндре, а самая высокая точка представляет собой наибольшее давление сгорания Pz. Давление и температура в этой точке равны:
Pz=6-15МПа, Tz=1800-2200К
Отношение наивысшего давления сгорания к давлению в конечной точке сжатия (Pz/Pc) называется коэффициентом повышения давления во время сгорания и выражается как λ. В зависимости от типа дизелей диапазон значений λ на максимальной мощности следующий: λ=Pz/Pc=1.2-2.5.
Четвертый такт – выхлоп. Функция такта выпуска заключается в выпуске расширенных выхлопных газов для наполнения свежим воздухом и подготовки к впуску следующего цикла. Когда поршень рабочего хода приближается к нижней мертвой точке, выпускной клапан открывается, и поршень перемещается из нижней мертвой точки в верхнюю мертвую точку под приводом коленчатого вала и шатуна и сбрасывает выхлопные газы из цилиндр. Из-за сопротивления в выхлопной системе в начале такта выпуска давление газов внутри цилиндра на 0.025-0.035МПа выше атмосферного давления, с температурой Tb {{4 }}К. Чтобы уменьшить сопротивление движению поршня при выпуске, выпускной клапан открывается перед нижней мертвой точкой. Как только выпускной клапан открывается, газ с определенным давлением сразу же вырывается из цилиндра, а давление внутри цилиндра быстро падает. Таким образом, когда поршень движется вверх, выхлопные газы внутри цилиндра выбрасываются за счет движения поршня вверх. Чтобы использовать инерцию воздушного потока во время выпуска и обеспечить чистый выпуск выхлопных газов, выпускной клапан закрывается только после достижения верхней мертвой точки.
В анимации кривая хода выпуска показывает, что давление газа внутри цилиндра практически постоянно в процессе выпуска, но немного выше атмосферного давления. Давление Pr в конце такта выпуска составляет примерно 0.105-0.115 МПа, а температура Pr остаточного выхлопного газа составляет примерно 850-960K.
За счет того, что впускные и выпускные клапаны рано открываются и поздно закрываются; Таким образом, в конце такта выпуска и начале такта впуска, когда поршень находится вблизи верхней мертвой точки, существует период времени, когда впускной и выпускной клапаны открываются одновременно, который представлен углом коленчатого вала и называется угол перекрытия клапанов.
После окончания такта выпуска снова начинается такт впуска, и весь рабочий цикл повторяется в соответствии с описанным выше процессом. В связи с тем, что рабочий цикл этого дизеля завершается четырьмя ходами поршня, т.е. двумя оборотами коленчатого вала, его называют четырехтактным дизелем.
В четырехтактном четырехтактном дизеле только третий такт, являющийся рабочим импульсом, генерирует мощность для совершения внешней работы, а остальные три такта представляют собой процесс подготовки к потребляющей работе. Для достижения этой цели на одноцилиндровый дизельный двигатель необходимо установить маховик, используя инерцию вращения маховика, чтобы обеспечить непрерывную и равномерную работу коленчатого вала на протяжении всех четырех тактов.
Структурные преимущества
1. Уникальная основная несущая конструкция рамного типа, высокая жесткость корпуса, малая амплитуда вибрации и низкий уровень шума.
2. Один цилиндр, одна крышка облегчает обслуживание автомобиля и снижает затраты на техническое обслуживание.
3. Основные компоненты постоянно закупаются по всему миру, что обеспечивает высокую конфигурацию двигателя.
4. Дополнительное оборудование дизельного двигателя полностью установлено, включая воздухоохладители, теплообменники забортной и пресной воды и т. д., установленные на дизельном двигателе для облегчения компоновки моторного отсека.
5. В системе охлаждения дизельного двигателя используется метод внутреннего и внешнего водяного охлаждения с двойной циркуляцией. Внутренняя циркуляция использует пресную воду для охлаждения дизельного двигателя, а внешняя циркуляция использует морскую воду для охлаждения пресной воды через теплообменник с морской пресной водой, что увеличивает срок службы дизельного двигателя.
6. Комплексная система защиты и управления, оснащенная прибором функционального контроля дизельного двигателя, может автоматически измерять и отображать скорость, температуру воды, температуру масла и давление дизельного двигателя. Когда параметры дизельного двигателя превышают предел, он может автоматически подать сигнал тревоги и отключиться, а прибор дистанционного управления может быть дополнительно оборудован.
7. Превосходная конструкция, использование выхлопной трубы с водяной рубашкой для поддержания низкой температуры в кабине.
8. Он обладает хорошей адаптируемостью и совместим с маховиками дизельных двигателей серий WD615C и WD618C, корпусами маховиков, приборами контроля дизельных двигателей, выхлопными трубами с водяной рубашкой, насосами забортной воды и другими компонентами. Установочные размеры дизеля, маховика и картера маховика также одинаковы, что облегчает подбор и обслуживание.
9. Передний концевой шкив коленчатого вала снабжен канавкой шкива и соединительным фланцем для наружных устройств вывода мощности.
