СИСТЕМЫ ДИЗЕЛЬНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

Для обеспечения протекания рабочего процесса, эффективного и безаварийного функционирования дизельного двигателя, предназначены системы ДЭУ. К системам, обслуживающим работу дизеля, относятся:

- топливная система;

- система смазки;

- система охлаждения;

- система воздухоснабжения;

- система газоотвода;

- система управления;

- система регулирования и контроля.

Топливная система

Топливная система обеспечивает подачу топлива в рабочие цилиндры. Топливная система дизельного двигателя состоит из топливных систем низкого и высокого давления.

Топливная система низкого давления предназначена для предварительной подготовки топлива и подачи его к топливной системе высокого давления. Предварительная подготовка включает в себя подогрев топлива до необходимой температуры (снижение его вязкости), фильтрацию, ввод присадок и др. необходимые операции. Топливная система низкого давления включает в себя следующие основные элементы: запасные и расходные топливные цистерны, фильтры, насосы, сепараторы, подогреватели топлива и топливопроводы низкого давления.

Топливная система высокого давления осуществляет точную дозировку топлива в зависимости от режима работы дизеля, распределение топлива по цилиндрам и впрыскивание топлива в камеру сгорания двигателя с необходимым давлением. Топливная система высокого давления включает в себя: топливный насос высокого давления – ТНВД, форсунки и топливопроводы высокого давления. Топливные системы высокого давления могут исполняться разделенного и неразделенноготипов. В разделенных системах ТНВД и форсунка соединены между собой топливопроводом высокого давления, в неразделенных – объединены в общем корпусе и образуют систему насос–форсунка.

ТНВД в МОД и СОД обычно выполняются автономными для каждого цилиндра. Для ВОД как правило используются блочные насосы, в которых плунжерные пары, состоящие из плунжера и втулки, размещаются в общем корпусе (рядном или V-образном). Привод ТНВД судовых дизелей обычно выполняется механическим от кулачкового распределительного вала.

Форсунки предназначены для впрыскивания порции топлива в камеру сгорания двигателя в мелко распыленном виде. Обычно в дизельных двигателях применяются форсунки различных типов: открытые, нормальные закрытые, клапанно-сопловые и штифтовые. Тип используемой в дизеле форсунки определяют: способ подачи топлива в цилиндр и необходимая при сгорании форма факела.

Насос-форсунки применяют для получения высокого давления впрыска, превышающего 100 МПа. Насос-форсунка объединяет в одном агрегате насосную секцию и распылитель форсунки. Это позволяет избежать применения толстостенных топливопроводов высокого давления. Насос-форсунки устанавливаются, как правило, непосредственно на крышке цилиндра и имеют индивидуальный рычажный или штанговый привод.

Основными функциями топливоподающей аппаратуры являются:

- точная дозировка подачи топлива на цикл;

- обеспечение требуемого давления впрыска топлива на определенном участке рабочего цикла в течение короткого промежутка времени;

- возможность изменения моментов опережения впрыска топлива;

- равномерное распределение топлива по отдельным цилиндрам;

- обеспечение оптимального характера протекания процесса впрыска;

- обеспечение надежной работы аппаратуры на всех заданных режимах;

 

Схема типичной топливной системы дизельной энергетической установки, работающей на тяжелом топливе, изображена на рис. 31.

Рис. 31. Схема топливной системы ДЭУ, работающей на тяжелом топливе.

 

Изображенная на рисунке система приспособлена для работы на мало- и высоковязком топливе, а также их смеси в различных пропорциях. Перед запуском главного двигателя ГД система должна быть заполнена легким топливом, не требующим подогрева. Топливо из расходной цистерны легкого топлива РТЦ ЛТ через расходомер Р подается в смесительную цистерну. Маловязкое топливо из смесительной цистерны поступает к топливоподкачивающим насосам ТПН и через фильтр тонкой очистки Ф1 к насосу высокого давления ТНВД и форсункам ГД, минуя ветвь подогревателя ТП. На установившемся режиме работы ГД его можно переводить на высоковязкое топливо. Для этого предварительно подогретое топливо из цистерны тяжелого топлива РТЦ ТТ через расходомер Р начинают подавать в смесительную цистерну, а подачу маловязкого топлива из цистерны легкого топлива прекращают. По мере увеличения содержания высоковязкого топлива в смесительной цистерне вязкость смеси растет, и смесь подается к двигателю через ветвь подогрева с регулятором вязкости РВ, воздействующим на расход греющей среды через подогреватель топлива. Двигатель переходит на высоковязкое топливо. Отсечное топливо от насосов высокого давления и форсунок возвращается в смесительную цистерну по трубопроводу. Через отдельный трубопровод производится подача маловязкого топлива к дизель-генераторной установке – ДГУ. Возможна подача на ДГУ подогретого тяжелого топлива через фильтр Ф2. В качестве греющей среды в подогревателе топлива могут использоваться: пар от вспомогательной котельной установки, вода системы охлаждения двигателя.

Система смазки

Система смазки обеспечивает подачу масла к трущимся поверхностям дизельного двигателя с целью уменьшения сил трения, отвода теплоты, выделяющейся при трении, очистки поверхностей трения от продуктов износа, нагара и других посторонних частиц.

Системы смазки, применяемые в судовых ДЭУ, можно классифицировать по следующим признакам:

- по способу обеспечения напора: на гравитационные, принудительные и комбинированные. В гравитационных системах необходимое давление масла обеспечивается за счет напора столба жидкости при размещении расходной масляной цистерны над двигателем. В принудительных системах необходимое давление смазки создается масляным насосом.

- по движению масла: на циркуляционные (замкнутые) и линейные (лубрикаторные). В циркуляционной системе масло проходит через смазываемый узел и многократно совершает замкнутый цикл; В линейной системе масло подводится к поверхности смазки один раз и обратно в систему не возвращается (сгорает в цилиндрах двигателя вместе с топливом).

- по количеству марок масла: на одномасляные и многомасляные. В одномасляных системах на все смазываемые узлы подается масло одной марки. В многомасляных системах для части смазываемых узлов подается масло своей марки. В мощных судовых дизелях, как правило, применяются три независимые системы смазки: 1) – для смазки подшипников коленчатого вала, шатуна, крейцкопфа, механизма привода газораспределения и топливных насосов; 2) – для смазки зеркала цилиндров и поршней; 3) – для смазки подшипников турбокомпрессора;

- по способу смазки поверхности цилиндра: на системы с принудительной подачей масла и с подачей масла разбрызгиванием. В системах с принудительной подачей смазка небольшими порциями подается на внутреннюю поверхность втулки цилиндра через отверстия от специального насоса – лубрикатора. В системах с разбрызгиванием смазка зеркала цилиндра осуществляется каплями, разбрызгиваемыми кривошипами в объеме картера.

- по размещению масла в системе: на системы с сухим картером, с мокрым картером и комбинированные. В системах с сухим картером масло из поддона через специальное отверстие стекает в цистерну и не скапливается в картере двигателя; в системах с мокрым картером картер служит в качестве емкости для масла; в комбинированных системах часть масла находится в картере, часть сливается в расходную цистерну.

В состав масляной системы обычно входят: запасные и расходные масляные цистерны, масляные фильтры, маслоохладители и маслоподогреватели, масляные насосы, регуляторы температуры масла, арматура, трубопроводы, КИП.

На рис. 32 изображены типичные схемы систем смазки МОД.

В циркуляционной системе смазки (рис. 32.а) циркуляция масла осуществляется масляными насосами МН, которые обеспечивают прокачку масла через фильтры МФ и маслоохладитель МО к узлам трения главного двигателя. Один из масляных насосов находится постоянно в работе, второй является резервным. Для поддержания необходимой температуры масла параллельно маслоохладителю включена обводная линия с терморегулирующим клапаном ТРК. После смазки узлов двигателя масло стекает в картер, откуда через фильтр забирается масляными насосами и подается снова в систему.

В лубрикаторной системе (рис. 32.б) цилиндровое масло из расходной масляной цистерны РМЦ самотеком поступает к блоку насосов-лубрикаторов Л и затем под давлением – в цилиндры двигателя. В цилиндрах двигателя масло, осуществив смазку, полностью сгорает и обратно в систему не возвращается.

Заполнение расходной масляной цистерны РМЦ из запасной ЗМЦ производится через фильтр с помощью маслоперекачивающего насоса 1 с электроприводом или ручного масляного насоса 2.

Система охлаждения

Система охлаждения предназначена для охлаждения деталей, нагревающихся от трения и теплоты сгорания топлива, и для отвода теплоты от рабочих жидкостей (масла, топлива, воды) и наддувочного воздуха.

Системы охлаждения, применяемые в судовых ДЭУ, можно классифицировать по следующим признакам:

- по числу водяных контуров: на одноконтурные (проточные) – в которых для охлаждения используется забортная вода; и двухконтурные (замкнутые) – в которых имеется два контура охлаждения: внутренний (пресная вода), охлаждающий полости ГД, и внешний (забортная вода), охлаждающий через теплообменник воду внутреннего контура. Масло, топливо и наддувочный воздух охлаждаются обычно забортной водой.

- по температурному уровню: на низкотемпературные – температура охлаждающей воды до 50 ^оС (как правило, одноконтурные системы); умеренные – температура охлаждающей воды в пределах 70 ÷ 90 ^оС (как правило, двухконтурные); высокотемпературные с повышенным давлением (температура охлаждающей воды > 100 ^оС) и испарительные с частичным испарением (температура охлаждающей воды ~ 100 ^оС при нормальном давлении);

- по направлению движения охлаждающей воды в двигателе: на системы с естественным направлением движения потока – охлаждающая вода подводится в нижнюю часть полости охлаждения, поднимается вверх по мере повышения температуры и отводится из верхней части; термосифонные – вода подводится в верхней части полости охлаждения, а отводится из нижней.

В состав системы охлаждения обычно входит следующее оборудование:

- водяные насосы, обеспечивающие циркуляцию охлаждающей воды в системе; В двухконтурных системах применяются насосы забортной воды и насосы пресной воды;

- теплообменники, обеспечивающие отвод в охлаждающую воду избыточной теплоты от жидкостей (топлива, масла, воды внутреннего контура) и наддувочного воздуха;

- расширительная цистерна, предназначенная для компенсации расширения воды вследствие изменения ее температуры, восполнения потерь воды вследствие утечек и испарения, удаления из системы воздуха и водяных паров;

- терморегуляторы, обеспечивающие автоматическое поддержание температуры воды и охлаждаемых жидкостей в заданных пределах;

- трубопроводы, КИП и арматура.

Для улучшения охлаждения поршней мощных крейцкопфных двухтактных дизелей иногда применяется отдельная система охлаждения со своим насосом. В качестве рабочей жидкости в такой системе используется дистиллированная вода.

Принципиальная схема двухконтурной системы охлаждения ДЭУ изображена на рис. 33.

Главный двигатель и ДГУ охлаждаются пресной водой, подаваемой в магистраль насосом пресной воды НПВ. Через охладитель ОПВ пресная вода поступает на охлаждение ГД, а затем через деаэратор ДР и водоопреснительную установку ВОУ подается к приемному патрубку НПВ. По второй ветви пресная вода через охладитель пресной воды ДГУ – ОПВ ДГУ поступает на охлаждение дизельгенератора. Циркуляция пресной воды осуществляется по замкнутому контуру насосом пресной воды.

В систему включен расширительный бак, который служит для пополнения утечек и компенсации тепловых расширений пресной воды. В него же отводится паровоздушная смесь из полостей охлаждения двигателей и теплообменных аппаратов.

Система забортной воды состоит из отдельных функциональных участков, соединенных между собой с целью резервирования механизмов. Из кингстонных ящиков КЯ забортная вода через фильтры ФЗВ поступает в распределительный канал. Главный циркуляционный насос забортной воды НЗВ подает забортную воду в общесудовую магистраль, откуда она идет на охлаждение теплообменников и затем сливается за борт через отливные кингстоны ОК. На ГД забортной водой прокачиваются следующие теплообменники: охладитель наддувочного воздуха ОНВ, маслоохладитель МО, охладитель пресной воды ОПВ, охладитель масла газотурбонагнетателя охл. ГТН и охладитель топлива охл. ТЛ. Также забортная вода подается на охладители масла и воздуха ДГУ(на схеме не показаны). Насос РН является резервным на случай выхода из строя насосов пресной или забортной воды.

Для подачи забортной воды в систему обычно используются насосы центробежного типа. На крупных судовых двигателях водяные насосы имеют автономный привод. На дизелях малой мощности насосы пресной, и часто забортной воды, приводятся в действие от коленчатого вала двигателя.