СОДЕРЖАНИЕ Задание на курсовой проект I. Введение II. Техническая характеристика двигателя III. Особенности конструкции двигателя 1. Остов двигателя 2. Кривошипно-шатунный механизм 3. Механизм распределения 4. Система подачи воздуха в цилиндры 5. Система выпуска отработавших газов 6. Топливная система 7. Масляная система 8. Система охлаждения 9. Система пуска, реверса и управления 10. Контрольно-измерительные приборы и устройства аварийно-предупредительной сигнализации на двигателе 11. Автоматические и защитные устройства на двигателе IV. Тепловой расчет двигателя V. Динамический расчет двигателя VI. Заключение Использованная литература 1. Введение Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) получили широкое применение в промышленности, в сельском хозяйстве и на транс¬порте.
Зарождение идеи создания ДВС относится к концу XVII в. В 1680 г. Гюйгенс предложил построить двигатель, работающий за счет взрывов в цилиндре заряда пороха.
В дальнейшем раз¬личные варианты двигателей предлагались Р. Стритом, В. Рай¬том, В. Барнетом, Ленуаром и Бо де Роша, который первым раз¬работал четырехтактный цикл. В 1879 г. инженер-механик русского флота И. С. Костович сконструировал первый в мире легкий бензиновый двигатель (предназначался для дирижабля) мощностью 80 л. с. (58,8 кВт) С удельной массой всего 3 кг/л. с. (4,08 кг/кВт). Еще через 18 лет на заводах Германии строили для дирижаблей двигатели, имевшие в 8 раз большую удельную массу. В 1892 г. Рудольф Дизель получил патент на двигатель, в котором топливо должно было воспламеняться от предваритель¬но сжимаемого до высоких температур воздуха.
Первая работо¬способная конструкция двигателя была создана им в 1896— 1897 гг. Двигатель работал на керосине, распыливаемом форсун¬кой с помощью подаваемого в нее сжатого воздуха (такой метод распыливания получил наименование компрессорного). Мощ¬ность двигателя составляла 20 л. с. (14,7 кВт) при расходе топ¬лива 0,24 кг/(л. с ч) [0,327 кг/(кВт-ч)], что соответствует КПД е=0,26. В 1899 г. петербургским механическим заводом "Л. Нобель" (сейчас завод «Русский дизель») по патенту Р. Дизеля был по¬строен первый в России двигатель, который работал па более дешевой, чем керосин, сырой нефти и расходовал топлива 0,2 кг/(л. с-ч) [0,298 кг/(кВт-ч)]. В дальнейшем развитии и внедрении дизелей на водном тран¬спорте большую роль сыграли русские инженеры.
В 1903 г. была практически осуществлена первая в мире судовая дизель-элект¬рическая установка на наливной барже «Вандал» с тремя четы¬рехтактными 120-сильными двигателями.
В 1907 г. Коломенский завод построил первый в мире колес¬ный буксир «Мысль» с двигателем мощностью 300 э. л. с. (220,8 кВт)/и зубчатой передачей, снабженной муфтой Р. А. Корейво для заднего хода и маневрирования.
Первые в мире ревер¬сивные двигатели были установлены в 1908 г. на подводной лод¬ке «Минога». Первым морским теплоходом был танкер «Дело» во¬доизмещением 6000 т, построенный также в 1908 г. В постройке теплоходов другие государства отставали от России. На съезде двигателестроителей (Петербург, 1910 г.) Р. Дизель признал ве¬дущую роль русского судового двигателестроения. Только в 1911 г. за рубежом (в Дании) был построен первый крупный теп¬лоход «Зеландия». В дальнейшем высокоэкономичные дизели ста¬ли вытеснять широко применявшуюся на морских судах паровую поршневую машину.
Последующее совершенствование двигателей привело к увеличению их коэффициента полезного действия (КПД) до 42—45%. В настоящее время из всех тепловых двигате¬лей ДВС является наиболее экономичным. Кроме того, ДВС обладает относительно малыми габаритами и массой, боль¬шим моторесурсом (60—100 тыс. ч), прост в эксплуатации и на¬дежен, что предопределило преимущественное применение дизе¬лей на морских судах.
Для современного периода в развитии морского транспорта характерны: интенсивный рост дедвейта наливных судов и рудо¬возов; увеличение скоростей сухогрузных судов для генеральных грузов до 20—25 уз при росте их водоизмещения; появление су¬хогрузных судов нового типа (контейнеровозов, судов с горизон¬тальной погрузкой, судов для перевозки груженых барж и т. п.), скорости хода которых достигают 25—30 уз. До недавнего времени судовые энергетические установки мощ¬ностью свыше 15 тыс. л. с. (11 тыс. кВт) в связи с отсутствием мощных дизелей комплектовались паровыми турбинами.
Под вли¬янием растущей потребности в более мощных судовых двигателях мощность двухтактных мало¬оборотных крейцкопфных двига¬телей доведена до 48 тыс. э. л. с. (35,3 тыс. кВт) в одном агрега¬те. Сейчас малооборот¬ные дизели успешно конкуриру¬ют с паровыми турбинами в установках судов дедвейтом до 250 тыс. т. Отечественная промышлен¬ность выпускает двигатели раз¬личного назначения; для морских судов дизелестроительные заводы строят двигатели типа ДКРН 50/110, 62/140, 74/160, 84/180; ДР 30/50, ЧН 25/34 и др. Успехи двигателестроения и в первую очередь применение над¬дува, а также новых прогрессивных конструктивных решений и высококачественных материалов, достижения в области техноло¬гии производства и др. способствовали созданию ряда новых ти¬пов среднеоборотных (n = 400—600 об/мин.) тронковых дизелей, предназначенных в основном для передачи мощности греб¬ному винту через редукторную передачу (заметим, что ма¬лооборотные двигатели используются для прямой пере¬дачи). Среднеоборотные двигатели перед малооборотными имеют следующие преимущества: меньшие массу, габаритные размеры и стоимость; возможность выбрать такую частоту вращения греб¬ного винта, которая обеспечивает более высокие значения пропульсивного коэффициента; возможность комплектовать установ¬ку несколькими однотипными двигателями; возможность привода от главных двигателей генераторов тока и иных вспомогательных механизмов и др. Среднеоборотные двигатели строят в рядном и V-образном исполнении мощностью от 2700 до 24 000 э. л с. (2000 — 17 700 кВт). Наряду с созданием новых двигателей, повышением их мощ¬ности и совершенствованием конструкции большое значение при¬дается увеличению долговечности двигателей, снижению объема и трудоемкости работ по их техническому обслуживанию.
II. Техническая характеристика Дизель ДКРН 80/170 Цилиндровая мощность, э.л.с….1250 Скорость вращения, об/мин….115 Диаметр цилиндра, мы 800 Ход поршня, м 1700 Среднее индикаторное давление, кг/см2………… 7,9 Среднее эффективное давление, кг/см2 7,1 Механический к.п.д…0,90 Давление продувочного воздуха, ати… 0,46 Давление в конце сжатия, кг/см2… 45 Максимальное давление сгорания, кг/см2………….50 Удельный расход топлива, г/э.л.с.ч 158 III. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ ДВИГАТЕЛЯ. 1. Остов двигателя.
Остов двигателя состоит из следующих основных частей: фунда¬ментной рамы, станины, цилиндров и цилиндровых крышек.
Все части остова образуют единую жесткую конструкцию, обеспечиваю¬щую отсутствие деформаций при работе двигателя от действия сил давления газов и сил инерции движущихся частей.
Для надежной работы двигателя необходимо, чтобы ось коленчатого вала была прямолинейна, а ось движения (поршень, шток, шатун) —перпенди¬кулярна оси вала. Эти требования выполняются при обработке де¬талей и сборке двигателя.
Недостаточная жесткость остова двига¬теля может привести к появлению в частях остова деформаций, вызывающих искривление оси коленчатого вала, а также изменить взаимное расположение осей вала и деталей движения, что в свою очередь влечет за собой появление добавочных напряжений у колен¬чатого вала и нагрев подшипников.
Жесткость конструкции остова создается за счет выбора материала для изготовления его частей, конструктивного оформления деталей остова, проверки выбранных размеров расчетом на прочность и способа соединения деталей остова между собой.
В судовых дизелях применяют различные схемы конструктивного оформления деталей остова. Рассмотрим три основные схемы. 1. Остов креицкопфного двигателя (рис. 1) состоит из фун¬даментной рамы 4, станины, выполненной из отдельных А-образных стоек 2, и цилиндров 1, закрытых крышками. Рама, станина и ци¬линдры связаны длинными анкерными связями 3. Увеличенное сечение высоких поперечных и продольных балок фундаментной рамы обеспечивает жесткость конструкции. Фундаментная рама 2, станина с А-образными колоннами 6 и проставка 23 из двух секций — стальные, сварные.
Отсеки картера с боковых сторон двигателя закрыты сталь¬ными съемными щитами со смотровыми люками и предохрани¬тельными клапанами. Двигатель имеет два распределительных вала. Верхний вал 39 со стопорным цилиндром 38 служит для привода вы¬пускных клапанов 17, а нижний вал 40 — для привода топлив¬ных насосов 37 высокого давления. Оба распределительных ва¬ла соединены с коленчатым валом 33 при помощи двойной цепной передачи, заключенной в специальном отсеке 44. Сварной фундамент упорного подшипника 41 связан с тор¬цом фундамента двигателя.
Рис. 1. Остов двигателя Валоповоротное устройство установлено на ста¬нине, прикрепленной к судовому фундаменту. Зубчатое колесо42 на упорном зале 43 приводится в движение через двойную чер¬вячную передачу от электродвигателя 4 с дистанционным уп¬равлением. Блок цилиндров (лист 96) состоит из отдельных руба¬шек цилиндров 13, соединенных болтами 9 в две секции, между котороми размещен приводной отсек.
Рубашки цилиндров, вы¬полненные из перлитного чугуна, имеют люки 10 для осмотра полостей охлаждения. Охлаждающая вода подводится к ци¬линдру в нижней части и отводится в крышку 20 по двум чу¬гунным патрубкам 22. Простановка 25 между блоком цилиндров и станиной, являющаяся дополнительной емкостью ресивера 18, выполнена из двух секций. Каждая секция разбита на отсеки по числу цилиндров переборками с отверстиями А сообщающими отсеки ксждой секции с общей полостью.
Диафрагма 28 с отверстием В для сальника штока, отделяю¬щая подпоршневые полости от картера, имеет в каждом отсеке по два патрубка для удаления загрязнений. Осмотр подпоршне-вых полостей, осуществляется через съемные щиты 27. В тру¬бе 19 размещается телескопическое устройство охлаждения поршня. Сальникштока (узел Т) с чугунным корпусом 1 выпол¬нен из двух частей, соединенных между собой болтами. К диа¬фрагме 28 сальник крепится шпильками. Два чугунных уплотнительных кольца 2 с S-образным зам¬ком прижимаются к штоку наружными кольцевыми пружина¬ми 3. Два чугунных маслосъемных кольца 6 и 11 из трех сегмен¬тов прижимаются к штоку спиральными пружинами 12. Отвод масла от верхнего кольца осуществляется через ра¬диальные сверления по штуцеру, ввернутому в сверление К. Смазка для штока от лубрикатора поступает по отверстию V. Короткие анкерные связи 16 из легированной стали, размещенные в плоскостях разъемов рубашек цилиндра, соеди¬няют цилиндры с верхней литой частью стоек картера.
Втулка цилиндра 14 изготовлена из перлитного чугуна, легированного хромом, никелем и ванадием. Она имеет двад¬цать четыре продувочных окна с тангенциальным размещением их в горизонтальной плоскости.
При высоте окон в 165 мм сум¬марное проходное сечение составляет 1488 мм. Уплотнение втулки в рубашке цилиндра и проставив произ¬водится резиновыми кольцами 15 и 23, которые обжимаются втулками 17 и 24, состоящими из двух половин. Смазка к втулке подается через шесть штуцеров 26 с шари¬ковыми невозвратными клапанами, нагруженными пружинами.
Крышка 29 из молибденовой стали уплотняется по торцу втулки притиркой, а по конической поверхности — стальным кольцом 8 из двух половин. Конические поверхности крышки и втулки для защиты от коррозии обмазываются пастой на гра фитной основе («Апексиор»). Утопленное исполнение крышки улучшает условия охлаждения втулки и снижает тепловые и напряження у ее бурта. Крышка имеет центральное отверстие дли выпускного кла¬пана, два отверстия L со стальными стаканами 31 для форсу¬нок, отверстие М со стальным стаканом 21 для пускового клапана, отверстие N для предохранительного клапана отверстие Р для индикаторного крана, два отверстия Z для подхода охлаждающей воды в крышку, патрубки 32 и 29 (отверстие R с резиновыми уплотнитольными кольцами30 и 33 для перепуска охлаждающей воды из крышки в корпус выпуск- ного клапана, четыре отверстия Т для отжимных болтов.
Лючкн 4 и пробки 5 используются для осмотра и очистки полости охлаждения крышки.
Крышка фиксируется относительно ци¬линдра направляющей 7. 2. Кривошипно-шатунный механизм. Кривошипно-шатунный механизм служит для передачи усилий от давления газов на коленчатый вал. В крейцкопфных двигателях — из поршня, штока, поперечины, ползуна, шатуна и коленчатого вала. При работе двигателя в кривошипно-шатунном механизме дей¬ствует движущая сила Р, являющаяся суммой сил от давления газов, сил веса и сил инерции. Движущая сила Рд направлена по оси цилиндра и совпадает по направлению с шатуном только при положении поршня в мертвых точках; в остальных положениях она раскладывается на две составляющие — силу Рш, на¬правленную по шатуну, и силу Рн, направленную перпендикулярно оси цилиндра. Силу Рш воспринимает коленчатый вал, передающий ее на стенки ци¬линдра.
В крейцкопфных двигателях ползун передает силу Рн на параллель. Величина Рн зависит от силы давления газов в цилиндре и от площади поршня. В двигателях с диаметром цилиндра 450— 500 мм Рн достигает 120 кН. В крейцкопфных двигателях головной подшипник шатуна и тру¬щаяся пара ползун—параллель вынесены из зоны высоких темпера¬тур в картер двигателя, где можно обеспечить надежную смазку.
Трущаяся поверхность ползуна залита антифрикционным сплавом (баббитом). Поэтому при равной величине Рн работа трения у пары ползун—параллель меньше, чем у пары поршень —втулка в трон¬ковых двигателях, что при прочих равных условиях обеспечивает повышение механического КПД у крейцкопфных двигателей по сравнению с тронковыми на 2—4 % и большую надежность ра¬боты головных подшипников.
Поршень двигателя (лист 105)—составной. Головка поршня 10 выполнена из жаростойкой легированной стали, а ко¬роткая направляющая 13 — из легированного чугуна перлитной структуры. Верхние три уплотненных кольца 11 с косым зам¬ком имеют высоту 16 мм и ширину 26 мм, а нижние три коль¬ца 12 с замком внахлест имеют высоту 18 мм при ширине 26 мм. Коксами 23 относительно поршня фиксируются только три ниж¬них кольца. Для уменьшения износа колец в пазы поршня, как и у дви¬гателей 76VTBF 160 (см. лист 97, поз. /), закатаны чугунные полукольца.
Сварная вставка 14 и отверстия в головке поршня, улучшая условия стока охлаждаемого масла и повышая скорость движе¬ния последнего, способствуют более интенсивному охлаждению стенок. Шток 16 с диаметром стержня 270 мм — полый, кованый, из углеродистой стали, с трубкой 15 для подвода масла. Он соединен через направляющую с головкой поршня шпильками. Положение сопрягаемых, деталей фиксируется болтом.
Со стальной кованой поперечиной 21 шток соединяется тор¬цевой кольцевой поверхностью посредством направляющего хвостовика с гайкой. Перенос радиальных сверлений для подвода и отвода охлаж¬дающего масла со стержня штока в его хвостовик повышает прочность штока и упрощает конструкцию этого узла. Крейцкопф двигателя — двусторонний. К концам попере¬чины из углеродистой стали с полыми шейками диаметром 500 мм болтами крепятся четыре ползуна 30 из литой стали с заливкой рабочих поверхностей баббитом.
Конструктивно за¬крепление ползунов выполнено более надежно, чем у двигате¬ля 74VTBF 160. Стальные литые направляющие 31 крепятся к стойкам ста¬нины шпильками. Планками 37 ограничивается поперечное сме¬щение ползунов. Стальные литые кронштейны 18 и 26 для охлаждения порш¬ня крепятся к поперечине шпильками. Масло на охлаждение поршня поступает по трубопроводу 20 к телескопическому устройству, состоящему из неподвижной трубы 9, подвижной трубы 5 и уплотпитслыюго устройства (см. разрез по В—В). Фланец неподвижной трубы закрепляется к опорной пли¬те 8 ресивера продувочного воздуха через проставку 7 болтами.
Направляющая втулка 6, залитая баббитом, прижимается бол¬тами к проставке обжимным фланцем. Отвод масла от поршня осуществляется сливом через кронш¬тейн 18, конец которого движется в продольной прорези колон¬ки 17. Отсюда масло по патрубку 19 через воронку 1 с термо¬метром 3 поступает в сливную магистраль (см. лист 103). Смот¬ровое стекло 2 в кожухе 4 позволяет визуально контролировать систему охлаждения.
Шатун двигателя — с отъемными головными и мотылевым подшипниками. Стержень шатуна 28 диаметром 300 мм из угле¬родистой стали, полый, с жесткой безвильчатой головкой. Головные подшипники 22 диаметром 500 мм имеют ширину рабочей поверхности по 320 мм. Мотылевые подшипники 35 диа¬метром 680 мм имеют ширину рабочей поверхности у верхней половины 380 мм и у нижней—300 мм. Нижние половины го¬ловных подшипников имеют на рабочих поверхностях продоль¬ные и поперечную смазочные канавки.
Коленчатый вал — с составными коленами из двух сек¬ций при числе цилиндров больше пяти. Секции вала соединяют¬ся при помощи фланцев прецизионными болтами. Полые рамовые 33 и мотылевые 36 шейки из углеродистой стали имеют одинаковый диаметр по 680 мм и длину соответ¬ственно 450 и 390 мм. По торцам шейки закрыты крышками 32 на болтах. Щеки 34 из литой стали шириной 1500 мм имеют толщину 185 мм. По условиям уравновешивания и зависимости от числа цилиндров двигателя отдельные щеки отливают вместе с про¬тивовесами, которые размещаются под разными углами к плос¬кости соответствующего колена вала. Рамовые подшипники имеют стальные вкладыши 29, залитые баббитом, с кольцевой маслоподводящеп канавкой в верхних половинках.
Крышки 27 подшипника из стального литья. Они крепятся к фундаментной раме шпильками 25. Подача масла через верхний вкладыш рамовых подшипни¬ков к мотылевым и головным подшипникам показана стрел¬ками. Приводной отсек (лист 106) размещен в средней, а при пяти цилиндрах — в кормовой части двигателя.
Привод проме¬жуточного вала 35, соединенный с правой и левой частями рас¬пределительного вала топливных насосов и выпускных клапа¬нов, осуществляется двойной роликовой цепью 28 с шагом 112,5 мм. Ведущее цепное колесо 29, состоящее из двух половин, за¬креплено болтами на соединительном фланце коленчатого вала. Ведомое цепное колесо 17, также состоящее из двух половин, свободно сидит па втулке, которая соединена с промежуточным валом 35 при помощи двух кривошипов 18, двух поперечин 16, зубчатой передачи и кулачковой муфты (см. лист 108). Коленчатый вал состоит из рамовых и шатунных шеек, щек и соединительных фланцев. Рамовые шейки, щеки и шатунная шей¬ка образуют колено, или кривошип (мотыль), вала (мотыль — старое название, имеющее широкое распространение). Расстояние от центра рамовой до центра шатунной шейки называется радиу¬сом кривошипа.
Коленчатый вал — одна из наиболее ответствен¬ных и напряженных деталей.
Стоимость коленчатого вала состав¬ляет около 15% стоимости двигателя. Моторесурс двигателя обычно зависит от срока службы вала (до проточки или шли¬фовки его шеек). К коленчатым валам судовых дизелей предъявляют требова¬ния обеспечения необходимой прочности, жесткости и износоус¬тойчивости. Вал нагружается силами давления газа и силами инерции поступательно движущихся и вращающихся масс и подвергается одновременному действию зна¬копеременных изгибающих и крутящих моментов.
В результате воздействия этих сил и моментов материал вала «работает» на усталость. Усталость металла объясняется возникновением в на¬иболее слабом месте микроскопической трещины, которая под влиянием знакопеременной нагрузки растет, уменьшая расчетное сечение и вызывая рост напряжений. В итоге напряжения пре¬вышают предел прочности материала, вызывая быстрое разру¬шение деталей. 3.
Тарелка клапана должна иметь достаточную жесткость и хорошую обтекаемо... Особенностью привода является отсутствие в нем тепловых зазоров при ра... Последующее удли¬нение штока уменьшает толщину масляной подушки в демп... разрез по Л—Л) с бронзо¬выми втулками 5 для кронштейнов 7, приваренных... Смазка к направляю¬щей 27 подводится через систему сверлений по штуцер...
Для измерения давления воздуха, поступающего в цилиндр, на ресивере ус... Для уменьшения шума в машинном отделении ресивер снаружи обшивают асбе... В двигателях без наддува выпускные газы отводятся через короткие патру... Для уменьшения шума на выпускном трубопроводе за турбинами устанавлива... 5.
Скорость истечения газов в период свободного выпуска 800—600 м/с при т... Воздух к окнам подается продувочным насосом под давлением 0,11—6,13 МП... наполнение цилиндра воздухом. Качество очистки цилиндра двухтактного двигателя и наполнения его свеж... Схема основных типов продувки 6.
Про¬качка осуществляется насосом при отжатом игольчатом кла¬пане 22. 9. Поскольку средняя скорость поршня непосредственно не измеряется, приня... Амортизаторы цеп¬ного колеса 2 имеют короткие пружины /. 10.
Подробное описание приборов и руководство по их обслуживанию изложены ... 6. Подшип¬ники запрессованы во втулке 4 и от осевого пере¬мещения фиксиру... Электротахометр и его привод смонтированы на крышке 5, которая крепитс... АВТОМАТИЧЕСКИЕ И ЗАЩИТНЫЕ УСТРОЙСТВА НА ДВИГАТЕЛЕ.