Система воздухоснабжения

Система воздухоснабжения предназначена для подачи воздуха, необходимого для сгорания топлива и продувки цилиндра, в определенном количестве и с заданными параметрами.

Системы воздухоснабжения дизельных двигателей можно классифицировать по следующим признакам:

- по числу ступеней сжатия воздуха: на одноступенчатые, в которых воздух сжимается однократно в одноступенчатом компрессоре; многоступенчатые, в которых воздух сжимается несколько раз, переходя из одной ступени сжатия в другую (обычно используется 2 ступени сжатия); без предварительного сжатия;

- по числу компрессоров: на безкомпрессорные; однокомпрессорные, в которых воздух подается во все цилиндры от одного компрессора; и многокомпрессорные;

- по способу поддержания параметров воздуха, поступающего в цилиндр: на нерегулируемые, в которых параметры наддувочного воздуха изменяются самопроизвольно с изменением внешних условий или режима работы двигателя); и регулируемые, в которых с помощью специальных устройств поддерживается постоянное значение какого либо параметра воздуха (температура, давление, расход) или их изменение по заданному закону в зависимости от нагрузки ГД.

Основными элементами системы воздухоснабжения дизеля являются:

- компрессоры, служащие для повышения плотности воздуха и перемещения сжатого воздуха;

- теплообменники, предназначенные для повышения плотности воздуха за счет снижения его температуры;

- воздуховоды, ресиверы, служащие для равномерного распределения воздуха по цилиндрам дизеля;

- глушители шума – для снижения уровня шума системы воздухоснабжения.

В нерегулируемой системе воздухоснабжения (рис. 34.а) компрессор первой ступени К1 забирает воздух из атмосферы, сжимает его и подает по воздуховоду в промежуточный охладитель ПОВ. Уплотненный воздух поступает в компрессор второй ступени сжатия К2, откуда направляется через концевой охладитель воздуха ВО в наддувочный ресивер Р, и далее в цилиндры дизельного двигателя.

В двухтактных дизелях часто предусматривают дополнительный компрессор ДК, который подает воздух через невозвратный клапан в ресивер двигателя в аварийных случаях, в период пуска двигателя и при работе на малых нагрузках, когда производительности основных компрессоров не хватает для подачи потребного количества воздуха в цилиндры.

»

В системе воздухоснабжения с регулируемыми параметрами воздуха (рис. 34.б) основной компрессор ОК, работающий в режиме, зависящем от режима работы двигателя, подает воздух во вспомогательный компрессор ВК, который, благодаря автоматически регулируемому приводу, обеспечивает оптимальное значение давления воздуха. Сжатый воздух через распределитель РУ поступает в охладитель ВО, охлаждаемый забортной водой, и нагреватель НВ, в который подается горячая вода из контура охлаждения двигателя. В зависимости от внешних условий, распределитель регулирует смесеобразование холодного и горячего воздуха, чем оптимизирует его температуру перед поступлением в цилиндр.

В системах воздухоснабжения используются центробежные, поршневые и роторно-лопастные компрессоры. Их компоновка и способы привода весьма разнообразны. Центробежные компрессоры чаще всего используются в агрегатах газотурбинного наддува. Поршневые и роторно-лопастные используются в качестве продувочных компрессоров в системах двухтактных дизелей и приводятся в действие от коленчатого вала двигателя.

Система газоотвода

Система газоотвода предназначена для обеспечения наиболее рационального отвода отработавших газов из цилиндров двигателя.

Под рациональным отводом понимается такая организация газовыпуска, которая способствует максимальному использованию энергии рабочего тела как в цилиндре двигателя, так и вне его, а также качественной очистке и наполнению цилиндров.

Системы газоотводов дизельных двигателей можно классифицировать по следующим признакам:

- по глубине утилизации теплоты: без утилизации, в этих системах отработавшие газы выбрасываются в атмосферу; с умеренной утилизацией, в которых энергия газов используется в газовой турбине для осуществления турбонаддува дизеля; с глубокой утилизацией – как механическая так и тепловая энергия газов используется в специальных устройствах-утилизаторах, как правило, утилизационных паровых котлах.

- по особенностям движения газа в коллекторах: на изобарные, в которых давление газов в коллекторе постоянно; импульсные, в которых давление газов в коллекторе переменно и зависит от числа цилиндров двигателя; комбинированные, имеющие переменное давление газов в коллекторе, но выравнивающееся перед поступлением в газовую турбину.

В общем случае, в систему газоотвода может входить следующее оборудование:

- выпускные коллекторы, предназначенные для отвода газов из цилиндров двигателя с максимально возможным сохранением их энергии;

- глушители шума, снижающие акустическое поле при работе двигателя;

- утилизационные газовые турбины и паровые котлы, преобразующие кинетическую и тепловую энергию газов в механическую работу или тепловую энергию рабочего тела для частичного возврата ее в цикл дизельной установки;

- трубопроводы (газоходы).

Типичная схема системы газоотвода ДЭУ с глубокой степенью утилизации теплоты в импульсной газовой турбине и утилизационном паровом котле изображена на рис. 35.

В системах с глубокой утилизацией теплоты отработавшие в цилиндрах газы поступают в коллектор малого объема, затем в утилизационную газовую турбину УГТ, преобразующую кинетическую, потенциаль-ную и тепловую энергию газов в механическую работу сжатия воздуха в компрессоре К. Из УГТ газы поступают в утилизационный паровой котел УПК, где тепловая энергия отработавших газов передается питательной воде ПВ. Из УПК охлажденные продукты сгорания попадают в глушитель шума ГШ и выбрасываются в атмосферу.

Утилизационные газовые турбины могут быть: наддувочными, в которых механическая энергия, полученная при расширении газов, передается компрессору наддувочного воздуха; и силовыми, передающими механическую энергию через передачу на общую линию вала или генератор.

Утилизационные паровые котлы могут вырабатывать водяной пар для использования его на судне в различных целях, либо служат для получения горячей воды или паров других жидкостей.

Система управления

Система управления предназначена для пуска и остановки дизельного двигателя, изменения направления и частоты вращения коленчатого вала.

Для запуска двигателя необходимо создать условия, обеспечивающие самовоспламенение топлива в цилиндрах. Это достигается раскруткой коленчатого вала двигателя и созданием в цилиндрах давления и температуры воздуха, при которых происходит воспламенение топлива.

Раскрутку коленчатого вала дизельного двигателя можно осуществить следующими способами:

- приложением крутящего момента к КШМ извне (вручную, гидро-, пневмо- или электродвигателем (стартером) или за счет использования штатного электрогенератора, работающего в режиме пускового электродвигателя (для дизельгенераторов);

- созданием в цилиндре усилия, которое приведет в движение КШМ (подача в цилиндры дизеля пускового воздуха).

Устройства воздушного пуска часто используются для торможения КШМ с целью ускорения остановки двигателя при реверсировании путем подачи в цилиндры контрвоздуха.

Системы управления дизельных установок можно классифицировать по следующим признакам:

- по схеме воздушного пуска: на полнопроточные (с автоматическими пусковыми клапанами). В таких системах управления весь пусковой воздух, направляемый к пусковым клапанам, проходит через воздухораспределитель; и частично проточные (с пневматически управляемыми пусковыми клапанами). В этих системах через воздухораспределитель проходит только та часть воздуха, которая управляет открытием и закрытием пускового воздуха;

- по способу реверсирования двигателя: с заменой кулачковых шайб переднего хода на кулачковые шайбы заднего хода путем перемещения кулачкового вала; и с изменением угла заклинки шайб за счет проворачивания кулачкового вала относительно коленчатого вала;

- по типу: на механические, гидравлические, пневматические, электрические, электронные и смешанные.

Система управления дизельной установкой состоит из следующего оборудования:

- постов управления, предназначенных для ввода команд на выполнение какой либо операции;