Назначение и принцип действия судового дизеля

Дизельный двигатель на речных и морских судах служит одной единственной цели - приводить судно в движение, ведь судно которое не может самостоятельно передвигаться - бесполезная груда металла, не приносящая экономическую прибыль или какую -либо выгоду, не совершающая полезную работу. Прежде чем рассматривать структуру и состав дизельного двигателя, введём понятие о поршневом двигателе внутреннего сгорания. Поршневые ДВС состоят из различных устройств, выполняющие в процессе их эксплуатации определённые функции. Корпус (остов) двигателя образует фундаментная рама, станина, цилиндр и крышка цилиндра. Внутри цилиндра передвигается поршень, шарнирно связанный с шатуном, нижняя головка которого в свою очередь шарнирно соединена с коленчатым валом. Крайние положения поршня в цилиндре называются мёртвыми точками, а расстояние проходимое от одной мёртвой точки до другой, - ходом поршня. Поступательное движение поршня с помощью шатуна преобразуется во вращательное движение коленчатого вала. Каждому ходу поршня соответствует поворот коленчатого вала на 180 градусов.

При работе двигателя в цилиндрах происходят термодинамические процессы впуска (наполнение цилиндров свежим зарядом), сжатия заряда, воспламенения и сгорания топлива, расширение газообразных продуктов сгорания топлива и выпуска их из цилиндров.

Названные процессы в определённой последовательности периодически повторяются в каждом цилиндре двигателя. В комплексе все эти процессы, обеспечивающие преобразование химической энергии топлива в тепловую и механическую, называют циклом, а часть цикла, осуществляемую за ход поршня, - тактом.

Цикл у поршневых ДВС может совершаться за четыре или два хода поршня (два оборота или один коленчатого вала). Поэтому также двигатели называют соответственно четырех- или двухтактными.

При сравнении рабочих циклов четырёх- и двухтактных дизелей видно, что при одних и тех же размерах (диаметре цилиндров, ходе поршня) и при равной частоте вращения коленчатых валов двухтактные дизели должны развивать вдвое большую мощность, чем четырёхтактные. Однако с точки зрения работы газа часть хода поршня двухтактного дизеля, пропорциональная объёму, считается потерянной, поэтому практически двухтактный дизель при одинаковых условиях развивает мощность не вдвое, а только в 1.7-1.8 раза большую, чем четырёхтактный дизель. Но двухтактные дизели одинаковой мощности с четырёхтактными имеют меньшие размеры и массу. Устройство двухтактных дизелей с продувкой через окна в цилиндре проще четырёхтактных, поэтому их легче обслуживать. Рабочий цикл у двухтактного дизеля совершается за один оборот коленчатого вала, поэтому вращение последнего у двухтактных дизелей осуществляется равномернее, чем у четырёхтактных. Детали двухтактных дизелей испытывают большие температурные нагрузки, т.к. в них чаще повторяется процесс сгорания. Несмотря на простоту устройства двухтактные дизеля менее экономичны, чем их четырёхтактные аналоги (хуже очищаются цилиндры, требуются дополнительные затраты энергии на привод продувочного насоса и т.п.). Поэтому на речном и морском транспорте большее распространение получили четырёхтактные дизели, а двухтактные используют на некоторой части катеров и шлюпок с подвесным мотором.

Топливо и воздух (свежий заряд) могут поступать в двигатель по отдельности или в виде приготовленной в определённом соотношении смеси.

Устройства, в которых приготовляется такая смесь, называют карбюраторами. Поступившая в цилиндр горючая смесь для лучшего перемешивания сжимается поршнем и воспламеняется электрической искрой. При сгорании смеси в цилиндре двигателя резко возрастает температура и давление. Образовавшиеся при сгорании смеси газы перемещают поршень в цилиндре, совершая полезную работу. Тепловые машины, работающие по такой схеме называются двигателями с искровым зажиганием.

У большинства двигателей судов процесс смесеобразования и подготовки смеси к сгоранию происходит внутри цилиндров. Воздух и топливо поступают в цилиндры судовых двигателей раздельно, и топливо самовоспламеняется вследствие высокой температуры сжатого воздуха (давление достигает 3-10 Мпа, а температура 450-800 градусов). Такие двигатели получили название дизелей по фамилии их изобретателя - немецкого инженера Р. Дизеля.

При рассмотрении конструкции двигателей принято их детали компоновать в отдельные группы, являющиеся, как правило, самостоятельными сборочными единицами. В связи с этим в конструкции любого дизеля обычно выделяют корпус, кривошипно-шатунный механизм и различные системы.

Корпус (остов) дизеля образует фундаментная рама, станина, цилиндры и крышки цилиндров. К кривошипно-шатунному механизму относят поршни, шатуны, коленчатый вал и маховик. Под системами понимают комплексы механизмов, аппаратов, приборов и других устройств, выполняющих определённые задачи при подготовке дизелей к пуску и обслуживанию их в работе.

Чтобы произвести пуск дизеля, его коленчатый вал должен вращаться с такой частотой вращения, при которой температура и давление в цилиндре оказались бы достаточными для устойчивого самовоспламенения поступившего в цилиндр топлива. Для этого имеется система пуска. Система газораспределения служит для заполнения цилиндров воздухом (свежим зарядом) и для очистки цилиндров в нужный момент от продуктов сгорания топлива. Очистка, хранение и подача топлива в цилиндры осуществляются с помощью устройств топливной системы. Смазочная система служит для непрерывного смазывания трущихся деталей дизеля, для уменьшения их изнашивания, нагревания и механических потерь на трение. При работе дизеля цилиндры м их крышки, поршни, выпускной коллектор и другие детали интенсивно нагреваются. Для отвода лишнего тепла от этих деталей служит система охлаждения.

Для обеспечения хода судна «вперёд» и «назад» дизеля оборудуют системой реверсирования, с помощью которой изменяется направление вращения коленчатого вала. Система регулирования служит для автоматического поддержания заданной угловой скорости коленчатого вала.

В процессе эксплуатации судна возникает необходимость менять частоты вращения коленчатого вала, а так же в пуске, реверсировании и остановке дизеля. Эти операции выполняются с помощью системы управления. Нормальная и безаварийная работа дизеля контролируется системой предупредительно-аварийной сигнализации и защиты. Кроме перечисленных групп деталей, механизмов и систем, в конструкции дизелей могут быть и другие устройства, например средства приготовления и хранения сжатого воздуха, утилизации (использования теплоты и выпускных газов), нейтрализация выпускных газов и т.п.