Определение основных размеров двигателя (диаметра цилиндра D и хода поршня S) может быть произведено приближенно по данным испытаний про­тотипа двигателя. За прототип принимается двигатель, имеющий цилиндро­вую мощность и число оборотов, близкие к заданному, и, конечно, одного типа и одинаковой тактности.

Формулу эффективной мощности двигателя простого действия преоб­разуем в следующий вид:

где m = S / D.

Аналогично по формуле (135) находим диаметр цилиндра двухтактного двигателя с противоположно-движущимися поршнями и одинаковыми ходами поршней:

Если принять площадь поршневого штока равной 11 % от площади поршня (f_шт = 0,11F_п), то формула (136)

Таким образом, по заданной эффективной мощности и выбранным зна­чениям скорости вращения вала п, числа цилиндров z, среднего эффектив­ного давления р_е, отношения хода поршня к диаметру цилиндра т, а также тактности двигателя по формулам (182), (183) и (185) может быть опреде­лен диаметр цилиндра D. После определения диаметра цилиндра может быть определен ход поршня

величина которой должна быть не меньше: у четырехтактных дизелей 5 м/сек;. у двухтактных 4,25 м/сек.

Данный способ определения основных размеров двигателя требует пра­вильного и вполне обоснованного выбора основных параметров его. К таким параметрам прежде всего относятся: средняя скорость поршня, среднее эффективное давление и отношение хода поршня к диаметру цилиндра, зна­чения которых приведены в табл. 4—6.

Марки двигателей в табл. 5 и 6 по ГОСТу обозначают: первая цифра — число цилиндров двигателя; Ч — четырехтактный; Д — двухтактный;

Р — реверсивный, С — судовой нереверсивный; П — передача мощности через зубчатый редуктор; Н — с наддувом; дробь в конце марки: числи­тель — диаметр цилиндра в см, а знаменатель — ход поршня в см.

По заданной, или определённой по сопротивлению ходу судна, эф­фективной мощности двигателя и числу оборотов гребного вала прежде всего должен быть решен вопрос о тактности двигателя. Каким должен быть двигатель — четырехтактным или двухтактным при данных мощности и скорости вращения вала. Для решения этого вопроса рассмотрим преиму­щества и недостатки тех и других двигателей.

К преимуществам двухтактных двигателей относятся: более высокая литровая мощность; при безклапанных системах продувки проще и надежнее конструкция цилиндровой крышки и всего двигателя в целом; меньшая сте­пень неравномерности крутящего момента; давление газов в двигателях простого действия на поршень не меняет своего направления, вследствие чего исключаются удары по этой причине в подшипниках шатунно-мотылевого механизма; упрощение конструкции позволяет снизить стоимость двух­тактного двигателя.

К недостаткам двухтактных двигателей относятся: менее совершенная очистка цилиндра от продуктов сгорания, особенно в двигателях с повышен­ной и высокой скоростью вращения вала, вследствие чего повышается удель­ный расход топлива; более высокое значение тепловой нагрузки цилиндра двигателя, а следовательно, больше тепловые напряжения и более тяжелые условия работы деталей цилиндро-поршневой группы, что заставляет предъ­являть более жесткие требования к материалу для изготовления этих деталей. Наличие продувочного насоса повышает механические потери в двигателе и уменьшает механический к. п. д. двигателя. Указанные недостатки у мало­оборотных дизелей большой мощности почти перестают иметь место. Про­дувка цилиндра при малом числе оборотов вала становится более совершен­ной, а потому удельный расход топлива уменьшается и достигает минималь­ного значения. Тепловая нагрузка цилиндра, вследствие увеличения поверхности цилиндра, участвующей в теплопередаче, значительно снижается. Применение газотурбинного наддува позволяет, одновременно с отмечен­ным, значительно повысить среднее эффективное давление, значение кото­рого становится таким же, как и у четырехтактных двигателей с наддувом.

Все изложенное позволяет сделать вывод, что областью применения двухтактных дизелей в судовых установках является область больших мощ­ностей с малым числом оборотов (силовые установки морских судов при не­посредственной передаче мощности от коленчатого вала на гребной вал).

Область применения четырехтактных дизелей в судовых установках — малые и средние мощности, т. е. силовые установки речных судов. Превос­ходство четырехтактных дизелей над двухтактными в указанном диапазоне мощности (примерно до 1500 э. л. с. ) справедливо как при средних оборотах вала (400—500 об/мин), так и при высоких оборотах вала (1000—1500 об/мин). Двухтактные дизели строятся главным образом простого действия; выпуск судовых двухтактных дизелей двойного действия прекратился. Однако не­обходимо отметить, что производство судовых дизелей с противоположно движущимися поршнями (ПДП) в последние годы несколько возрастает.

Выбор числа оборотов вала двигателя зависит от многих факторов, к числу основных из которых относятся: число оборотов гребного вала, способ передачи мощности от двигателя на гребной вал, тип судна й срок службы двигателя. У транспортных морских судов оптимальная скорость вращения гребного вала равна 100—150 об/мин, а потому при непосредствен­ной передаче мощности от двигателя к гребному валу двигатель должен иметь при номинальной мощности такую же малую скорость вращения. В таких случаях, как было уже отмечено, применяют двухтактные малооборотные дизели. Такой дизель имеет малый удельный эффективный рас­ход топлива и весьма большой срок службы —60—80 тыс. ч, но, однако, он имеет большие габаритные размеры и большой удельный вес (30—55 кг/э.л. с). Последнее обстоятельство, вследствие значительной металлоемкости двига­теля, определяет высокую стоимость его. Речные транспортные суда обычно имеют оптимальную скорость вращения гребного вала порядка 300— 400 об/мин.

Как это было изложено нами ранее, в диапазоне малой и средней мощ­ности при указанных оборотах превосходство остается за четырехтактными дизелями, особенно когда они имеют газотурбинный наддув.

Применение в судовых транспортных установках дизелей с более высо­ким числом оборотов вала требует введения зубчатой или гидравлической передачи мощности от фланца коленчатого вала к фланцу гребного вала. Введение в установку одной из указанных передач диктуется необходимостью сохранения оптимального числа оборотов гребного винта, а следова­тельно, наибольшего его к. п. д. Наличие одной из передач усложняет сило­вую установку судна, увеличивает ее вес и стоимость.

Одновременно следует заметить, что с увеличением числа оборотов вала двигателя возрастает значение его средней скорости поршня, а потому умень­шается моторесурс (срок службы до ремонта), который у двигателей с п= 1500 ? 2000 об/мин составляет около 5000 ч; увеличиваются механи­ческие потери в двигателе, снижается ?_т, а следовательно, и ?_е; возрастают силы инерции движущихся масс, и увеличивается тепловая нагрузка ци­линдра, что повышает требования к материалу для изготовления наиболее нагруженных деталей и, вследствие весьма ограниченного времени на осу­ществление процессов смесеобразования и сгорания топлива, значительно возрастают требования к показателям работы топливоподающей системы двигателя. Перечисленные недостатки являются серьезным препятствием к применению быстроходных дизелей з судовых установках. Но быстроход­ные двигатели обладают и весьма существенными преимуществами перед тихоходными: малые габаритные размеры, малый удельный вес и весьма низкая стоимость. Указанные преимущества быстроходных дизелей явля­ются решающими при выборе двигателя для малогабаритных транспортных судов, а особенно для судов с подводными крыльями.

Наряду с тактностью и скоростью вращения вала двигателя число его цилиндров также является существенным фактором. Наибольшее число вы­пускаемых судовых дизелей имеет шесть цилиндров, но следует отметить, что в последние годы заметна тенденция к росту числа цилиндров у судовых дизелей. При V-образном и ?-образном расположении цилиндров число их доходит до 18 и больше. Стремление к увеличению числа цилиндров объяс­няется тем, что при заданной агрегатной мощности с увеличением числа цилиндров уменьшается нагрузка на поршень и, следовательно, на подшип­ники шатунно-мотылевого механизма, что особо важно при работе дзигателя с наддувом, т. е. с высоким давлением р_z; увеличивается отношение по­верхности цилиндра к его площади поперечного сечения, что повышает ин­тенсивность охлаждения стенок цилиндра; уменьшается вес деталей «дви­жения» и сила инерции; увеличивается равномерность вращения вала дви­гателя и легче достигается уравновешенность сил инерции и их моментов; уменьшается минимально устойчивое число оборотов двигателя и возмож­ность работы двигателя с большим числом выключенных цилиндров в слу­чае их неисправности.

При выборе величины отношения хода поршня к диаметру цилиндра т = S / D главным образом необходимо руководствоваться тем, что при из­менении т изменяется средняя скорость поршня, если число оборотов вала двигателя остается неизменным. Поэтому у двигателей с малым числом обо­ротов, для повышения значения средней скорости поршня с целью увеличения степени форсировки мощности kс_тр_е, отношение т = S / D принимается наибольшим (см. табл. 4). Наоборот, в двигателях с большим числом оборотов, в целях снижения с_m, а следовательно, для уменьшения степени форсировки кр_ес_т и тепловой нагрузки цилиндра, отношение S / D принимается ми­нимальным (см. табл. 4). Кроме того, следует иметь в виду, что при уменьшении S / D высота двигателя уменьшается.