Конструкция клапанов газораспределения.

Клапаны и седла. Клапаны состоят из штока и тарелки, и устанавливаются в специальных направляющих втулках, запрессованных в корпус крышки цилиндров. Плотность достигается прилеганием фаски клапана к фаске седла в крышке цилиндров. Газораспределительные клапаны испытывают большие термические нагрузки от соприкосновения с горячими газами.

1. Терелка клапана
2. Уплотнение седла
3. Съемное седло клапан
4. Направляющая втулка
5. Шток клапана

Материал газораспределительных клапанов- легированная или углеродистая сталь. В форсированных дизелях для повышения износостойкости фаску тарелки клапана и седла в крышке цилиндра покрывают стеллитом. В современных дизелях седла клапанов делают сьемными. В некоторых конструкциях шток клапана делают полым и наполнят частично натрием, котрый играет роль переносчика тепла.

Нажимная тарелка клапана, в которую упирается пружина, чаще всего крепится к штоку клапана в специальные кольцевые проточки коническими сухарями. Для предотвращения разбивания торца штока на него устанавливают закаленный цилиндрический колпачок. Иногда нажимная тарелка вворачивается в шток (дизель 3Д6).

 

 

Часто около места установки сухарей тарелки пружины клапана делают кольцевую проточку и в него вставляют разъемное кольцо, предохраняющее клапан от падения в цилиндр при поломке пружины и рассухаривания крепления.

В форсированных дизелях средней и большой мощности клапаны устанавливают в крышку цилиндров в съемном охлаждаемом корпусе, что облегчает их замену и монтаж. (дизели NVD 48 A3-U ---cъемный выхлопной клапан).

В высоконапряженных двигателях,особенно при работе на моторном топливе, для равномерного распределения температурного поля тарелки клапана применяются специальные поворотные устройства (ротокап – работает по принципу велосипедного тормоза, на рис. установлен под пружиной), который вращает клапан (примерно 2-5 об\мин). На мощных ДВС(фото клапана с гидроуправлением) на штоке клапана устанавливают импеллер, -крылатку, которая вращает клапан за счет давления выпускных газов.Этим достигается снижение вероятности прогара клапана. Регулировка тепловых зазоров в клапанах во время работы ДВС шток клапана, остов двигателя испытывают тепловое расширение и для его компенсации предусматривается тепловой зазор между штоком клапана коромыслом (или кулачком распредвала). Для этой цели предусматривается в коромысле специальный регулировочный винт в коромысле, который упирается в штангу (классический вариант). Контроль зазора выполняют щупом, индикатором часового типа. Часто в инструкции величина зазора дается для горячего и холодного дизеля.

В современных высокооборотных дизелях применяют гидрокомпенсаторы тепловых зазоров (смотри фото). Они представляют собой поршень с пружиной в цилиндре и работают под давлением от системы смазки ДВС, постоянно выбирая зазор. В таких дизелях после запуска клапаны несколько секунд постукивают, что не является неисправностью.

Клапанные пружины,если их устанавливается две на один клапан, то выполняют с противоположным направлением витков. Для уменьшения амплитуды собственных колебаний пружин применяют неравномерный шаг навивки, конические пружины.

 

Агрегаты продувки (наддув)

 

Понятие о наддуве дизелей. Ротор ГТН с осевой турбиной.

 

Мощность дизеля можно увеличить повышением давления воздуха при впуске его в цилиндры. Подачу воздуха в цилиндры дизеля под давлением называют наддувом. При наддуве в тот же объем цилиндра поступает большее количество воздуха и, следовательно, можно подать и больше топлива, отчего возрастает и мощность дизеля.

 

Машины, которые осуществляют сжатие воздуха или газа до избыточного давления более 0,015 МПа, называют компрессорами.

Компрессоры могут быть механические

(с приводом от электродвигателя, коленвала и т.д.) и газотурбинные (турбинной

крылаткой используется энергия отработавших газов ДВС).

На судах речного флота наибольшее распространение получил газотурбинный наддув, на ДВС автотракторного типа иногда применяют комбинированный наддув (см. фото).

На рабочем колесе (роторе) турбины по окружности смонтированы лопатки, а перед ними в корпусе расположены неподвижные лопатки направляющего аппарата. Газы с лопаток направляющих проходят на рабочие лопатки турбины и за счет реактивной силы вращают ротор турбины на одном валу которого находится компрессорная крылатка. Газы могут поступать по радиусу к оси вращения ротора или вдоль него, поэтому турбины называют соответственно радиальными или осевыми. При движении газов от периферии к центру радиальные турбины называют центростремительными, в случае движения газа от центра к периферии — центробежными. Газы, воздействуя на лопатки турбины, приводят во вращение ротор и соединенное с ним рабочее колесо центробежного компрессора. Перед вращающимся рабочим колесом компрессора при этом создается разрежение, а за колесом - повышенное давление воздуха.

Центробежные компрессоры, объединенные в один агрегат с газовой турбиной, образуют турбокомпрессор. Основным определяющим размером агрегата является диаметр колеса компрессора. Турбокомпрессоры выпускают с различными степенями повышения давления: Н — низкого давления (повышающие давление атмосферного воздуха не более чем в 1,9 раза); С - среднего давления (повышающие давление в 1,9-2,5 раза) и В - высокого давления (повышающие давление более чем в 2,5 раза).

Марки турбокомпрессоров расшифровывают так: буквы перед цифрами означают тип агрегата (ТК или ТКР); цифры — диаметр рабочего колеса компрессора в сантиметрах; буква после цифр — модификация компрессора. Например, марка турбокомпрессора ТК30С означает, агрегат с осевой турбиной, среднего давления и диаметром рабочего колеса компрессора 30 см. Судовые среднеоборотные дизели оборудуют в основном турбокомпрессорами с турбинами осевого типа. Остов такого турбокомпрессора состоит из трех частей: входного, выходного корпусов турбины и

Ротора с колесоми тубины и компрессора

Питание газовых турбин

 

По способу использования энергии выпускных газов турбокомпрессоры бывают:

---- с турбиной постоянного давления (рис.43а),когда газы из всех цилиндров поступают в общий выпускной коллектор (мощные ДВС)

---- с импульсной турбиной (рис.43б),когда турбины имеют не один а несколько каналов(коллекторов) в зависимости от числа цилиндров, подводящих газы к турбинному колесу. Выпуск газов из цилиндров происходит поочередно в разные коллекторы, в результате давление в коллекторе и перед турбиной такое же, как и выходе из цилиндра, т.е. импульсное (пульсирующее) и нет потерь на завихрения, как в турбинах постоянного давления. По этой причине КПД импульсного наддува выше и он получил более широкое применение.

6-цилиндровый дизель, например в этом случае, имеет два выпускных коллектора.

Воздух после турбокомпрессора нагревается, поэтому для повышения плотности воздуха после ГТН на высокофорсированных дизелях устанавливают воздухоохладитель (как правило радиаторного типа),по трубкам которого циркулирует забортная вода от системы охлаждения забортного контура

 

 

Газовыпускной тракт.

Продукты сгорания топлива вытесняются из цилиндров в выпускной коллектор, состоящий из отдельных цилиндрических чугунных или стальных сварных труб. Несколькими патрубками его соединяют с крышками цилиндров. Выпускной коллектор у дизелей без наддува изготовляют с двойными стенками, между которыми прокачивается охлаждающая вода. Для измерения температуры выпускных газов на патрубках коллектора устанавливают термометры. Для удаления воды и воздуха из полостей охлаждения выпускной коллектор снабжают специальными кранами. Чтобы уменьшить падение температуры газов на участке газопровода до турбокомпрессора, выпускные коллекторы дизелей с наддувом делают неохлаждаемыми.

Газы при движении в коллекторе создают сильный шум, поэтому на пути их движения устанавливают специальные глушители.

 

 

Газовые турбины обеспечивают достаточное глушение шума у дизелей с наддувом, и при последовательном включении в газопровод газовой турбины и котла-утилизатора практически надобность в глушителе отпадает.

Работа глушителей основана на расширении газов, потере их энергии при переходе в полость повышенного объема и отделении частиц сажи с изменением направления движения потока газов. По принципу действия глушители делят на активные и реактивные. В активных глушителях (рис. 46, а) звуковая энергия превращается в тепловую при прохождении волны через глушащие приспособления (сетки, перфорированные листы, звукопоглощающие материалы). Реактивные глушители представляют собой расширительную камеру или ряд резонансных камер а (рис. 46, б). В этих глушителях происходит уменьшение амплитуд колебаний вследствие расширения потока газа. Реактивные глушители эффективно заглушают низкочастотный шум, а активные - высокочастотный. На судах речного флота, особенно на танкерах, устанавливают глушители, не только уменьшающие шум выпуска, но и препятствующие вылету искр из дымовой трубы (искрогасители.).

Схема одного из таких глушителей, установленного на танкерах проекта № 558, показана на рис. 46, в. Газы, поступая в глушитель по патрубку 7, направляются отражателем 3 к стенкам корпуса 2. Между патрубком и корпусом газы расширяются, что приводит к выравниванию скорости их движения и снижению уровня шума.

В выходной патрубок 5 газы проходят через слой воды, фонтанирующей из отверстий кольцевой трубы 4. Вода непрерывно подается в глушитель через отверстия б, стекает по отражателю вниз и отводится из корпуса через трубу 6.

Для компенсации линейных тепловых удлинений газоводов между выхлопным коллектром ДВС и газоводом, устанавливаются компенсаторы в виде *гармошки*

 

Компенсатор дизеля VOLVO PENTA

Тема 1.7 2012 форсунки ДВС-исследование конструкций.

 

Ответить на следующие вопросы:

1. назначение и типы газораспределительного механизма ДВС.

2. нарисовать диаграмму фаз газораспределения 4-х тактного ДВС.

3. нарисовать диаграмму фаз газораспределения 2-х тактного ДВС

4. что такое –угол перекрытия клапанов.

5. привод и механизм газораспределения с нижним расположением распредвала.

6. привод и механизм газораспределения с верхним расположением распредвала.

7. конструкции и назначение распределительного вала.

8. назначение и конструкции клапанов газораспределения.

9. что такое тепловой зазор в клапанах- назначение и способы регулировки.

10. что такое наддув ДВС, типы наддувов.

11. устройство и назначение, способы питания газотурбонагнетателей.

 

 

Тема 1.7 2012 КОНСТРУКЦИИ ФОРСУНОК ДВС

Форсунка -составная часть топливной аппаратуры ДВС и ее задачи входит: обеспечить впрыск отмереной и сжатой в насосе высокого давления цикловой подачи при одновременном ее распыливании и распределении по объему камеры сгорания.

Цикловая подача -количество топлива, впрыскиваемое форсункой в камеру сгорания за один рабочий ход цилиндра. Распыливание топлива в камере сгорания должно быть до туманообразного состояния (размер капель не более 5-30 мкм).

Судовые дизели оборудуют, как правило, форсунками закрытого типа-с пружинным запиранием иглы. Наиболее ответственной частью форсунки является распылитель. Корпус и игла распылителя изготовлены из легированных сталей, а сопрягаемые рабочие поверхности этих деталей выпол­нены с большой точностью и притерты друг к другу(являются прецизионными парами). Замена одной из деталей распылителя другой не допускается, так как это нарушает нормальную работу распылителя, а следовательно и дизеля.

Применяют следующие типы конструкций распылителей:

1—многосопловые, 2- односопловые

3—штифтовые.

Рис 1 форсунки закрытого типа.

а\-- с многосопловым распылителем.

б\-- с штифтовым распылителем.

 

 

Устройство форсунок.

С корпусом 6 форсунки накидной гайкой 9 соединен распылитель 8, имеющий несколько сопловых отверстий. Над сопловыми отверстиями в распылителе установлена игла 7, в хвостовик которой упирается штанга 5. Последняя через тарелку ^нагружена пружиной 3. С изменением натяжения пружины можно изменять усилие подъема иглы, т. е. давление начала впрыскивания топлива. Натяжение пружины регулируют гайкой 2, положение которой в корпусе форсунки фиксируется контргайкой 1 Топливо в полость распылителя форсунки поступает по каналу а. При увеличении давления в полость распылителя игла 7, сжимая пружину 3, поднимается и пропускает топливо через сопловые отверстия в цилиндр дизеля. Как только давление в нагнетательной магистрали ТНВД упадет (в момент отсечки подачи топлива), игла под действием пружины сместится вниз, перекроет сопловые отверстия и подача топлива в цилиндры прекратится. Просочившееся топливо из корпуса форсунки отводится через отверстие б. Форсунки с несколькими сопловыми отверстиями (с многоструйным распылителем) устанавливают в основном на дизелях с однокамерным смесеобразованием и настраиваются на давление впрыска 250-2000 кг\см² .

41

Судовые дизели с двухкамерным смесеобразованием оборудуют, как правило, форсунками с одноструйным (штифтовым)распылителем 7(рис. 1, б). Игла у такой форсунки, нагруженная через штангу 5пружиной 7, имеет на конце штифт 8 цилиндрической или конической формы. Натяжение пружины регулируют винтом 2, положение которого в корпусе фиксируют контргайкой 3. Последнюю сверху закрывают колпаком 4. Топливо к распылителю поступает по каналу б. Просочившаяся через неплотности в форсунке часть топлива удаляется из корпуса через отверстие а. Форсунки с одноструйным распылителем имеют больший диаметр сопла, поэтому они проще в изготовлении и имеют,как правило давление распыла 120-160 кг\см². такое небольшое давление обеспечивает хорошее смесеобразование за счет мощных завихрений воздуха в вихрекамерных двигателях (небольшой мощности).

Стенд для опрессовки форсунок. Перед установкой на дизель форсунка проверяется на специальном стенде.стенд представляет собой топливный насос высокого давления с манометром.

Для удаления паров топлива при опрессовке в судовых условиях из бачка, в котором происходит распыл, воздух удаляется вытяжным вентилятором.

Форсунка в сборе устанавливается специальный держатель,соединяется с ТНВД трубкой высокого давления.

Специальным рычагом создается давление топлива,которое контролируется по манометру.

Форсунка проверяется и настраивается по следующим параметрам:

1-- проверяется регулируется давление распыла. 2-- контроль плотности форсунки, по скорости падения давления.

3— контроль работы всех сопловых отверстий при помощи бумажного листа.

4. отсутствие подтеканий на кончике распылителя после распыла топлива.

В дизелях,работающих на тяжелых сортах топлива, распылители применяются охлаждаемые, т.е.,имеются полости охлаждения в районе иглы. В этом случае на двигателе имеется специальная система с насосами охлаждения форсунок. В качестве охлаждающей жидкости в системе применяются дизельное масло, смесь топлива с маслом, топливо, вода(в мощных ДВС). Однако современные материалы позволяют применять неохлаждаемые распылители в последних моделях дизелей

 

Дизель WARTSILA L20 Nе=1000 кВт 900 об\мин