Главное меню

Судовые двигатели

Продувочные и наддувочные насосы

Для продувки двухтактных дизелей применяют продувочные на­сосы, которые по конструкции бывают поршневые, центробежные и ротативные.

Поршневой продувочный насос состоит из неохлаждаемого ци­линдра, поршня, автоматических всасывающих и нагнетательных клапанов и впускных и про­дувочных ресиверов. Поршне­вые продувочные насосы про­сты по конструкции, надежны в работе, но обладают боль­шой массой и габаритами и, кроме того, имеют неравно­мерную подачу воздуха. Цен­тробежные насосы применяют в двигателях большой мощно­сти, обеспечивают равномер­ную подачу, но создают боль­шой шум при работе. Широко распространены продувочные насосы ротативиого типа. Эти насосы просты по конструк­ции, компактны, обеспечивают равномерную подачу воздуха. Приводятся в действие от дви­гателя через зубчатую или цепную передачи.

Схема ротативного продувочного насоса

Принцип работы ротатив­иого насоса (рис. 183) состоит в следующем: через всасывающий патрубок 7 воздух поступает в корпус 6. и противоположно вращающимися роторами 1 и 4 переносятся в нагнетательную полость к патрубку 3. Син­хронность вращения роторов достигается сцеплением шестерен 2 и 5, с которыми они жестко связаны. Применение винтовых рото­ров несколько уменьшает шум при работе этих насосов. Число ро­торов два—четыре. Для двигателей небольшой мощности в качестве продувочного насоса используют картер двигателя. Заса­сывание и сжатие воздуха осуществляется рабочим поршнем.

В настоящее время широко применяют Двигатели с наддувом. Сущность наддува заключается в заполнении цилиндра сжатым в нагнетателе воздухом для повышения мощности за счет сжига­ния увеличенной порции топлива.

Мощность двигателя при наддуве повышается пропорцио­нально давлению наддувочного воздуха (при условии охлаждения его после нагнетателя). Повышение мощности двигателя при над­дуве по отношению к мощности того же двигателя без наддува оценивают по степени наддува ?н, представляющей отношение упомянутых мощностей.

Двигатели выполняются с умеренным наддувом (?н =1,5; рн = 0,13?0,16 Мн/м2), средним (?н =1,5?2,0; рк = 0,16—0,25 Мн/м2) и высоким (?н = 2,0; pк>0,25 Мн/м2).

Схемы наддува двигателя

Наддув в зависимости от привода нагнетателя разделяют на механический, газотурбинный и комбинированный (рис. 184). В двигателях с механическим наддувом (рис. 184, а) центробеж­ный, ротативный или поршневой нагнетатель 1 приводится непо­средственно или через передачу 2 от коленчатого вала дви­гателя. Сжатый в нагнетателе воздух подается к впускному клапану. Механический наддув целесообразен только для давле­ний наддувного воздуха не свыше 0,16—0,17 Мн/м2, так как при больших давлениях резко увеличивается затрата мощности на при­вод нагнетателя (более 10%) и поэтому снижается экономичность двигателя. Механический наддув применяют в четырехтактных и двухтактных двигателях небольшой мощности.

Наиболее эффективным и экономичным является газотурбинный наддув (рис. 184, б). Нагнетатель 1 приводится от газовой тур­бины 2, сидящей с ним на одном валу и составляющей общий агрегат — газотурбонагнетатель (ГТН). Газовая турбина ра­ботает на отработавших газах, поступающих из выпускного кол­лектора. Сжимаемый в нагнетателе атмосферный воздух через впускной клапан поступает в цилиндр двигателя. По способу использования энергии выпускных газов газовые турбины разде­ляются на турбины постоянного и переменного давления (импульс­ные). В первом случае отработавшие газы из всех цилиндров вы­пускаются в общий выпускной коллектор достаточно большой ем­кости и,, расширяясь, приобретают в нем постоянное давление, близкое к давлению конца выпуска; газовая турбина располагается в конце выпускного коллектора. Таким образом, энергия расшире­ния свободного выпуска (в начале выпуска давление 0,25— 0,6 Мн/м2) в турбине почти не используется. Для сохранения этой энергии и использования ее для расширения в турбине последнюю (одну или несколько) устанавливают вблизи цилиндров, а выпуск­ной коллектор разделяют на несколько трубопроводов небольшого сечения. Турбины такого рода называются импульсными. При уме­ренном наддуве равном 0,13—0,15 Мн/м2 приращение мощности от использования энергии импульсов давления составляет 20—30%. С повышением давления наддува эффективность применения им­пульсных турбин резко снижается. Поэтому импульсные турбины в основном применяют в четырех- и двухтактных двигателях с умеренным наддувом.

В четырехтактных двигателях газотурбинный наддув получил широкое распространение как единая система, обеспечивающая падежную работу двигателя на всех режимах. Применение газо­турбинного наддува в двухтактных двигателях встречает ряд за­труднений. Температура выпускных газов у двухтактного двига­теля ниже, чем у четырехтактного, поэтому газовая турбина раз­вивает меньшую скорость. Кроме того, в двухтактном двигателе очистка и наполнение осуществляется только продувочным воз­духом, приготовление которого не может быть обеспечено при пуске и работе двигателя на малых оборотах. Газотурбинный над­дув удалось осуществить в двухтактных двигателях с прямоточ­ной клапанно-щелевой продувкой (Брянского завода), со щелевой продувкой (фирмы Бурмейстер и Вайн) и в двухтактных двига­телях (фирмы Зульцер и Май) путем улучшения организации ра­бочего процесса, уменьшения расхода продувочного воздуха и применения импульсных турбин. При запуске двигателя турбо­компрессор раскручивается пусковым воздухом.

В двухтактных двигателях с контурной продувкой используют комбинированный наддув, сочетающий газотурбинный и меха­нический.

К комбинированным системам наддува относятся:

— последовательная двухступенчатая (рис. 184, в), у которой первая ступень — «свободный» газотурбонагнетатель 1, а вто­рая— нагнетатель 3, приводимый от двигателя (2— воздухоохла­дитель) ;

— параллельная система (рис. 184, г), в которой приводной нагнетатель 3 дополняет по производительности газотурбонагнета­тель 1;

—  система, у которой газотурбонагнетатель 1 имеет кинема­тическую связь с двигателем (рис. 184, д). При этой системе обес­печивается надежный пуск и работа двигателя на малых оборо­тах. Разновидностью этой системы является наддув газотурбона­гнетателем с импульсной турбиной (рис. 184, е).

Применение наддува в двухтактных двигателях позволяет повышать их мощность на 40—70%. В качестве наддувочных применяют насосы конструкций, аналогичных продувочным на­сосам.

Воздухоохладитель

В судовых дизелях с наддувом с целью ограничения тепловых нагрузок, а также для повышения экономичности широко приме­няется охлаждение наддувочного воздуха. На рис. 185 показан хо­лодильник воздуха (радиатор). Холодильник одноходовой как по воздуху, так и по воде. Полости для охлаждающей забортной воды образованы корпусом холодильника 2, а также нижней и верхней крышками 1. Рабочий элемент холодильника 3 имеет не­сколько секций, состоящих из плоских оребренных пластинами труб, расположенных в шахматном порядке. По трубам проходит забортная вода.