Дизельные энергетические установки

Как уже отмечалось на предыдущих лекциях в начале 20 века на судах начали устанавливать двигатели внутреннего сгорания (ДВС). Первое в мире судно с ДВС – «Зеландия» было построено в 1912 г. С того времени ДВС начали модернизировать и усовершенствовать и до конца 70-х годов прошлого века они практически вытеснили все другие виды энергетических установок. В настоящее время дизельные энергетические установки – основной вид энергетических установок, который используется на судах.

Дизельная энергетическая установка состоит из одного или нескольких основных двигателей, а также из обслуживающих ее механизмов. В зависимости от способа осуществления рабочего цикла ДВС разделяют на четырехтактные и двухтактные.

Дополнительное увеличение мощности осуществляется с помощью надува. Существует дугой способ деления судовых ДВС – по частоте вращения . При частоте вращения 100…150 об/мин двигатель называется малооборотным. Среднеоборотными называют двигатели с частотой вращения 300…600 об/мин.

Принцип действия четырехтактного ДВС показан на рис. В четырехтактном двигателе рабочий цикл осуществляется за два оборота коленчатого вала. При первом такте (такт всасывания) поршень движется вниз. В результате чего в цилиндре создается разрежение и воздух через выпускной клапан устремляется в цилиндр. В дизеле без надува давление всасывающего воздуха равно атмосферному, в дизеле с надувом к цилиндру подводится уже предварительно сжатый воздух. В вовремя второго такта (такта сжатия) всасывающий клапан закрывается, поршень движется вверх. Воздух в цилиндре сжимается, его температура и давление повышается ориентировочно до 550°С-700°С. Топливо под давлением через специальное устройство – форсунку, поступает в цилиндр до момента, когда поршень займет свое верхнее положение. Впрыснутое и тщательно распыленное топливо нагревается в сжатом и горячем воздухе, испаряется и воспламеняется.

Третий такт (рабочий ход) является единственным ходом в результате которого, выполняется положительная механическая работа. Во время сгорания топлива образуются горячие газы, которые вызывают увеличение давления на поршень. Под действием силы давления расширяющихся газов поршень движется вниз.

Рис.6.9. Принцип работы четырехтактного двигателя: первый такт – всасывание; второй такт – сжатие; третий такт – расширение; четвертый такт выпуск.

В четвертом такте открывается выпускной клапан и отработанные газы выходят наружу.

Четырехтактные двигатели выполняют многоцилиндровыми. Они устроены так , что рабочие такты равномерно распределяются по отдельным цилиндрам.

В рабочий цикл двухтактного двигателя входит два такта. Первый такт начинается в нижнем положении. Впускные окна на боковых стенках цилиндра открыты. Через эти окна предварительно сжатый продувочный воздух. Давление которого должно быть выше давления, находящихся в цилиндре газов. Одновременно продувочный воздух через открытый выпускной клапан вытесняет отработанные газы из цилиндра и наполняет цилиндр новым зарядом.

Когда выпускные окна закрываются поршнем, к цилиндру воздух не подводится. Так как одновременно закрываются впускные окна и выпускной клапан, воздух в цилиндре сжимается, достигая свое температуры 550°С-700°С.

Процессы впрыска и воспламенения происходят также как и четырехтактном двигателе.

Во время второго такта (рабочего или расширения) газы совершают механическую работу. В конце этого такта впускные окна открываются поршнем и процесс продувки продолжается снова. Отработавшие газы выходят из цилиндра через выпускной клапан.

Под надувом дизельного двигателя понимают подачу к цилиндрам большего количества воздуха, чем требуется для заполнения всего цилиндра на такте всасывания .цель надува в том, чтобы способствовать наибольшего количества топлива за один рабочий цикл. Это означает повышение мощности двигателя без увеличения его размеров. Принцип действия газотурбинного нагнетателя показан на рис.

Рис.6.10. Принцип работы двухтактного двигателя: первый такт – продувка, выпуск сжатие; второй такт– расширение, выпуск , продувка.

Рис.6.11. Принцип действия газотурбинного нагнетателя: 1 – турбина, работающая на отработанных газах, 2 – отработавшие газы; 3 – свежий воздух; 4 – компрессор; 5 – коленчатый вал; 6 – цилиндр; 7 – поршень.

А)

Б)

Рис.6.12. Двухтактный судовой дизель фирмы «Sulzer»

Рис.6.13. Двухтактный судовой дизель фирмы «Бурмейстер и Вайн»

Рис.6.14. Четырехтактный V-образный двигатель фирмы «Вяртсиля»