ООО"ФилАвто"   г.Энгельс

8(8453)771368,   8(8453)711439   filavto@yandex.ru

 

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ДИЗЕЛЕ.Принцип действия.Фильтры,фильтроэлементы,судовые дизеля,двигатели.

               
 В дизеле, т. е. двигателе с воспламене­нием от сжатия (рис. 1.1, а)) цилиндр 3 с крышкой 4 установ­лен на станине 2, закрепленной на фундаментной раме 7. Шатун 9 верхним концом при помощи пальца соединен с поршнем 8, ниж­ним  с кривошипом 10.
Воздух в цилиндр поступает через впускной клапан 5, топли­во — через форсунку 6. В результате сгорания топлива образу­ются газы, при этом давление может достигать 12—18 МПа, а температура — до 1900 °С. Давление газов передается на пор­шень, который перемещается вниз и через кривошипно-шатунный механизм (КШМ) поворачивает коленчатый вал дизеля. После расширения газов их давление и температура снижаются. Затем через выпускной клапан 7 газы удаляются из цилиндра.
Основные неподвижные детали дизеля (фундаментная рама, станина, цилиндры, цилиндровые крышки) составляют остов, я подвижные (поршневая и шатунная группы), коленчатый вал механизм движения.
Во время работы дизеля КШМ и поршень занимают различные положения. Положения КШМ, при которых ось шатуна лежит в плоскости кривошипа, называются мертвыми точками, так как в этих положениях сила приложенная к поршню, не может вызвать вращение коленчатого вала (рис. 1Л, б). Мертвым точкам соответствуют крайние положения поршня в цилиндре, при кото­рых расстояние поршня до оси коленчатого вала наибольшее — верхняя мертвая точка (ВМТ) или наименьшее — нижняя мерт­вая точка (НМТ).
Расстояние, проходимое поршнем между мертвыми точками, называется ходом поршня S, а расстояние между, осями шеек кри­вошипа радиусом кривошипа R.
При перемещении поршня объем внутренней полости цилинд­ра изменяется. Характерными объемами при этом являются: объем камеры сжатия Ус (объем внутренней полости цилиндра при по­ложении поршня в ВМТ), рабочий объем цилиндра V8 (объем, описываемый поршнем. за один ход) и полный объем цилиндра V а =  V с + V9.
Отношение объема в начале сжатия к объему в; конце сжатия называется степенью сжатия  == VJVC.

Рис. 1.1. Принципиальная схема ра­боты дизеля      
Рис. 1.2. Схемы работы и рабочего цикла четырехтактного дизеля

 

 

 

 

 

 

Фильтры,фильтроэлементы,судовые дизеля,двигатели.

Фильтры,фильтроэлементы,судовые дизеля,двигатели.

Фильтры,фильтроэлементы,судовые дизеля,двигатели.

 

объема цилиндра  движения поршня вниз (линия cz). Пара­метры в точке  следующие:  — 9 -f*' 14 МПа; L — 1530 ч- ~ 1930 °С.
Подача топлива и сгорание заканчиваются за ВМТ (условна * в точке /г). Расширение газов продолжается до момента открытия выпускного клапана 2 (см. рис. 1.2, а). Параметры в конце расши­рения (в точке Ь): рь = 0,3 -f- 0,8 МПа; tb = 630 ~ 830 °С.
Чет вер т ы й т а к т (рис. 1.2, г) — выпуск газов начинается до НМТ (в точке Ь). Угол опережения открытия выпускно­го клапана ср0 вып — 40 4- 50° п. к. в. до НМТ обеспечивает сни­жение давления в цилиндре и, следовательно; уменьшение ра­боты на выталкивание газов из цилиндра при ходе поршня от НМТ и ВМТ, улучшение очистки цилиндра от газов и повышение мощности газовой турбины. Однако ранний выпуск уменьшает полезную работу газов в цилиндре, поэтому оптимальный угол фо вып устанавливают опытным путем. Процесс выпуска газов (линия Mr) продолжается в течение всего восходящего хода порш­ня и заканчивается при угле запаздывания: закрытия выпускного клапана фЗВЫп — 40 -г* 60° п. к. в. за ВМТ. Угол поворота вала <рп, в течение которого открыты одновременно впускной и выпуск­ной клапаны (линия dr), называется углом перекрытия клапанов. Угол фп = '9 ^-140°. п. к. в. обеспечивает хорошую продувку камеры сгорания и охлаждения ее стецок.
После окончания процесса выпуска рабочий цикл заканчивает­ся.Таким образом, у четырехтактного дизеля на каждые четыре хода поршня приходится один рабочий ход, а остальные являют­ся вспомогательными и совершаются за счет рабочих ходов дру­гих цилиндров.
Рабочий цикл двухтактного дизеля. Рабочий цикл осущест­вляется за два хода поршня, т. е. за один оборот коленчатого вала, и состоит из таких же процессов, что и рабочий цикл четы­рехтактного дизеля. Однако наполнение и выпуск являются не самостоятельными тактами, требующими одного оборота вала, а процессами, происходящими при положении поршня около НМТ перед началом такта сжатия и после окончания такта горения и расширения. Выпуск газов из цилиндра осуществляется пу­тем не выталкивания их- поршнем, а продувкой цилиндра сжа­тым в компрессоре или нагнетателе воздухом. Продувка явля­ется частью процесса газообмена, под которым понимаются очи­стка цилиндра от отработавших газов и наполнение его свежим зарядом воздуха.
П е р в ы й т а к т (рис. 1.3, а) — газообмен, сжатие возду­ха, подача и воспламенение топлива. Поршень движется от НМТ к ВМТ, воздух с давлением р8 = 0,14 ~ 0,18 МПа (у ди­зелей с двухступенчатым наддувом рё = 0,2 ч- 0,3 МПа) из реси­вера 4 через продувочные окна (щели) 1 поступает в цилиндр,
4вытесняя продукты сгорания от предыдущего цикла через выпускные окна или клапаны 2 в коллектор 3 выпускных газов, В момент закрытия продувочных и выпускных окон или кла-' панов процесс газообмена (линия ad!а) заканчивается и начи­нается процесс сжатия (линия ас), который заканчивается с приходом поршня в ВМТ. Параметры воздуха в конце сжатия (в точке с): рс — 4 -г- 10 МПа, /с..== 480 -г- 580 °С.
В конце сжатия, как и у четырехтактного дизеля, в цилиндр подается топливо, которое около ВМТ самовоспламеняется.
а'\ нмг

Фильтры,фильтроэлементы,судовые дизеля,двигатели.
& *

Фильтры,фильтроэлементы,судовые дизеля,двигатели.
В)

Фильтры,фильтроэлементы,судовые дизеля,двигатели.

Фильтры,фильтроэлементы,судовые дизеля,двигатели.
ВМТ
НМТ
Рис. 1.3. Схемы работы и рабочего цикла двухтактного дизеля
Второй такт (рис. 1.3, б) — сгорание топлива, расши­рение продуктов сгорания и газообмен. Под действием давления газов поршень движется от ВМТ к НМТ. В момент открытия вы­пускных окон или выпускного клапана 2 (в точке Ь) при угле

фо вып = 88 - 92° п. к.  до НМТ (для выпускных окон угол Фо вып  60 4-70° п. к. в. до НМТ) процесс расширения (линия zb) заканчивается и начинается процесс выпуска газов из цилиндра в i выпускной коллектор, откуда они поступают в газовую турби­ну (ГТ). Параметры в конце расширения (в точке b): рг = 0,35 ч- Ч- 0,9 МПа; tb= 530 ч- 730 °G; параметры в точке г\ ръ ~ 9 ч- Ч- 16 МПа; tz1500 ч- 1700 РС.
После снижения давления'газов в цилиндре до давления надду­вочного воздуха ps (или до несколько меньшего значения) порш­нем открываются продувочные окна (в точке d), начинается про­дувка цилиндра и наполнение его свежим зарядом воздуха (фаза <р0,1р. Продувка продолжается до прихода поршня в НМТ (линия daf) и заканчивается после закрытия продувочных окон (в точке d') при последующем ходе поршня вверх (фаза <p3..np).
На диаграмме рабочего цикла  ( см. рис. 1.3, б) указаны сле­дующие характерные объемы цилиндра: Ус — камеры сжатия; Va'—полный; VS' — рабочий; Vs — полезный рабочий; AKS— потерянный на газообмен.
Из сравнения рабочих циклов дизелей следует- что при прочих равных условиях (размеры и число цилиндров, частота враще­ния вала) у двухтактного дизеля мощность теоретически в 2 раза больше мощности четырехтактного дизеля (в действительности в 1,8—1,9 раза, так как часть рабочего хода затрачивается на процесс газообмена), тепловая нагрузка деталей камеры сгорания выше, а газообмен менее совершенен из-за того, что он осущест­вляется только в период 120—140° п. к. в. (у четырехтактного ди­зеля —  около 480° п. к. в.).
Графическое изображение рабочего цикла, т. е. диаграмма, показывающая изменение давления р в цилиндре в зависимости от объема V цилиндра (или хода 5 поршня) за цикл, называется нормальной индикаторной диаграммой (см. рис. 1.2, г, рис. 1.3, б). Такую диаграмму снимают на работающем дизеле при помощи специального прибора — индикатора. Нормальную диаграмму мож­но развернуть по углу поворота коленчатого вала ср и получить развернутую индикаторную диаграмму.
Моменты открытия и закрытия впускных и выпускных органов газораспределения (окон или клапанов), выраженные в граду­сах поворота коленчатого вала, называют фазами газораспределе­ния. Для наглядного представления о последовательности и про­должительности фазы газораспределения изображают графически в виде круговой диаграммы газораспределения.
У четырехтактного дизеля (рис. 1.4, а) впускной клапан от­крывается с предварением <р0 вП в точке d и закрывается с запазды­ванием Фзвп в точке а (процесс впуска), выпускной клапан откры­вается с предварением Ф0 Вып в точке Ъ и закрывается с запазды­ванием Фзвып в точке г (процесс выпуска).
Рис. 1.4. Круговые диаграммы газораспределения дизелей
'*  I
У двухтактного дизеля с выпуском газов из цилиндра через выпускные окна (контурная продувка) фазы газораспределения относительно НМТ симметричны (рис. 1.4, б), а у дизелей с выпус­ком газов через выпускные клапаны (прямоточно-клапанная про­дувка)— несимметричны (рис. 1.4, в).
В эксплуатации на диаграмме газораспределения часто ука­зывают также моменты начала и конца подачи (фазы) в цилиндр топлива и пускового воздуха. В этом случае диаграмму называют круговой диаграммой распределения.
Фильтры,фильтроэлементы,судовые дизеля,двигатели.
      Нагрузки на узлы и детали дизеля.

Механические нагрузки. Во время работы дизеля его узлы и детали испытывают механические нагрузки, вызываемые дейст­вием главным образом сил расширяющихся газов Рг, сил инерции Pj поступательно движущихся масс и центробежных сил инерции Рц неуравновешенных вращающихся масс.
Дополнительные нагрузки возникают при монтаже деталей, а также при деформации фундаментной рамы дизеля вследствие де­формации корпуса судна.
Сила газов, действующая на стенки и крышку цилиндра, а также поршень (рис. 1.5, а), изменяется в зависимости от угла поворота коленчатого вала и для любого положения поршня мо­жет быть определена по индикаторной диаграмме.
Сила РГ, действующая на стенки цилиндра, стремится разор­вать его вдоль образующей.
Сила + Рг, действующая на поршень, направлена вниз, нагру­жает детали КШМ и нижние половины рамовых подшипников (на каждый подшипник действует сила +Рг/2) и вызывает реакции Рг/4, изгибающие поперечные и продольные балки фундаментной рамы.
Сила — РТ, действующая на крышку цилиндра, стремится ее изогнуть, разорвать шпильки крепления % крышки к цилиндру,

цилиндра к станине и станины к раме, разорвать цилиндр и ста­нину.                                                                                                                                                   "! . :¦ ' .
Две равные и противоположно направленные силы тРт и — Рг взаимно уравновешиваются (замыкаются внутри остова) и на су­довой фундамент не передаются.                                                                                                                                                   .                                                                                                                                                   ^
Сила инерции Р) поступательно движущихся масс (поршне­вая группа и верхняя часть шатуна) действует в направлении оси цилиндра и изменяется по значению и направлению в зависи­мости от угла поворота вала (рис. 1.5, б).
Скорость поршня в ВМТ и НМТ равна нулю, а в средней части хода достигает наибольшего значения, поэтому сила инерции в мертвых точках максимальная, а при наибольшей скорости поршня — равна нулю и изменяет свое направление. При этом на пер­вой половине хода поршня от ВМТ сила Pj направлена вверх и препятствует движению поршня (работа сил/инерции отрицатель­ная), а на второй половине хода:— направлена вниз и способст­вует движению поршня (работа сил инерции положительная). В результате работа сил инерции за цикл равна нулю. Поэтому силы инерции на мощность дизеля непосредственно не влияют, но увеличивают силы трения, на преодоление которых затрачивает­ся часть мощности, нагружают детали дизеля и вызывают его вибрацию.                                                                                                                                                   <                                                                                                                                                   !
 Центробежная сила инерции Рц неуравновешенных вращаю­щихся масс (нижняя часть шатуна, кривошипная шейка и часть щек кривошипа коленчатого вала) при данной частоте вращения постоянна по значению и направлена от центра вала по радиусу кривошипа (см. рис: 1.5, б).  Силу Рп можно перенести по линии ее действия на ось вала и разложить на вертикальную и гори­зонтальную Рцг составляющие.

Фильтры,фильтроэлементы,судовые дизеля,двигатели.
Рис. 1.5. Механические нагрузки на детали дизеля
I л
В четырехтактном дизеле на части ходов выпуска и напол­нения в районе ВМТ силы Pj и Рцв направлены вверх и зна­чительно превышают силу Рг, что вызывает перекладку зазоров (изменение их положения) в подшипниках шатуна. В результате в подшипниках возникают дополнительные ударные нагрузки, а в стержне шатуна и в шатунных болтах — растягивающие' на­пряжения. При этом рамовые шейки коленчатого вала могут оста­ваться на нижних половинах подшипников, так как направленные вверх силы инерции на одном кривошипе уравновешиваюся на­правленной вниз силой, действующей на соседние кривошипы. Однако при некоторых условиях (число цилиндров, порядок вспы­шек, режим работы дизеля и др.) рамовые шейки вала могут от­рываться от нижних половин подшипников. В этом случае силы Pj и РЦв в течение каждого оборота вала попеременно нагружают нижние и верхние половины рамовых подшипников и стремятся то прижать раму дизеля к судовому фундаменту, то оторвать от него, растягивая фундаментные болты. Возникающие при этом ре­акции (Pj -г Рцв)/4 изгибают поперечные и продольные балки фундаментной рамы в вертикальной плоскости (см. рис. 1.5, 6).
На части хода сжатия силы Pj и РЦв превышают силу РТ не­значительно, а в районе НМТ направлены вниз, поэтому пере­кладки зазоров в подшипниках не происходит, но сады инерции дополнительно нагружают подшипники и стержень шатуна, а также нижние половины рамовых подшипников, прижимая раму дизеля к судовому фундаменту,
В двухтактном дизеле сила инерции Pj в районе ВМТ теорети­чески всегда меньше силы действия газов Рг, а в районе НМТ направлена вниз, поэтому положение зазоров в подшипниках не изменяется. Однако у двухтактных дизелей с большими массами поступательно движущихся частей и повышенной частотой вра­щения вала во время хода сжатия сила
Р  = fcm/i2,
*
     '
где k — коэффициент пропорциональности; т — масса поступательно дви­жущихся частей; л — частота вращения вала,
         I
может превысить силу Рг и изменить положение зазоров в под­шипниках.
Горизонтальная составляющая центробежной силы инерции Рдг (см. рис. 1.5,6) нагружает рамовые подшипники, стремится изогнуть продольные балки рамы в горизонтальной плоскости, срезать фундаментные болты и сместить дизель в горизонтальном направлении то к одному, то к другому борту судна.
Во время работы дизеля сила действия газов и инерции дей­ствуют одновременно. Алгебраическая сумма (с учетом знака)
сил, действующих; по оси цилиндра и воспринимаемых деталями КШМ, называется движущей силой, т. е. Р = Рг ± Pj. Направ­ление силы Р определяется направлением силы Р}. Если Р}, > Рг и направлена вверх, то сила Р также направлена вверх, i Движущая сила Р приложена к центру головного соединения, действует по оси цилиндра и может быть разложена на две со­ставляющие (рис. 1.5, в): силу Рт, направленную по шатуну, и. боковую (нормальную) силу F, перпендикулярную оси цилин­дра. Силу Рш перенесем по линии ее действия на ось кривошипной шейки вала (точка Л) и разложим на две составляющие: тангенци­альную силу Т, касательную к окружности, описываемой радиу­сом кривошипа, и радиальную силу Z, направленную по этому радиусу. Силу Z перенесем по линии ее действия в центр О колен­чатого вала и приложим к центру вала две равные, но противо­положно направленные силы Т' и Т", параллельные и равные силе Т. Сложив силы Т" и Z", получим равнодействующую силу Рш, которую разложим на вертикальную Р" и горизонтальную F" со­ставляющие. Очевидно, что Рщ Рш, Р" •"= Р, F” ~ F.
 Нормальная сила F (F— Fr -5z F) переменна по значению и направлению. У тронкового дизеля (поршень соединен с шатуном  при помощи поршневого пальца) сила F прижимает направляю­щую часть поршня к стенке цилиндра, а у крейцкопфного дизеля (поршень соединен с шатуном при помощи поршневого штока и крейцкопфа) — ползун крейцкопфа к его направляющей.
Пара сил F к F" с плечом Н создает опрокидывающий момент тИопр. равный вращающему моменту Л4В, но направленный в противоположную сторону. Вследствие изменения силы F и пле­ча Н момент Л40[,р в течение оборота вала изменяется по значению и направлению и вызывает раскачивание дизеля, т. е. стремится опрокинуть его то в одну, то в другую сторону. В результате сов­местного действия силы F и момента Моар происходит перекладка поршня в цилиндре (или ползуна крейцкопфа) с борта на борт, рабочая поверхность цилиндра подвергается изнашиванию, остов дизеля — изгибу, а фундаментные болты правой и левой сторон рамы дизеля попеременно испытывают растягивающие напряже­ния.
Сила Рш (Рш = Ршг ± Рщ), действующая по оси шатуна, сжимает его стержень и нагружает подшипники (см. рис. 1.,5 в).
Тангенциальная сила Т (Т — Тг ± Tj) и сила Т’ образуют пару сил с плечом R, момент Мв которой (вращающий момент) приводит во вращение коленчатый вал, вызывая в нем скручиваю­щие напряжения. Вертикальная составляющая силы Рш сила Р* — Р представляет собой движущую силу.
*    J      *
Под действием рассмотренных механических нагрузок элемен­ты дизеля деформируются, и в них возникают механические напря­жения. Значения этих напряжений и деформаций, их изменениехарактеризуют механическую нщ пряженность дизеля, определяю­щую работоспособность его уз­лов и деталей.

рис. 1.6. Распределение температур по поверхностям и толщинам стенок деталей ЦПГ
Термические нагрузки. На детали цилиндропоршневой группы (ЦПГ) — поршень, втул­ку, крышку — воздействуют на­грузки вследствие высоких тем­ператур газов. Воспринимаемый деталями поток теплоты отво­дится через стенки в охлаждаю­щую воду или масло. Процессу теплоотвода препятствуют тер­мические сопротивления, возни­кающие из-за передачи теплоты через толщу металла стенки. Вследствие неодинаковых усло­вий подвода теплоты от газов к разным участкам втулки (рис* 1.6, а), поршня (рис. 1.6, ^б) и крышки, неодинаковых условий охлаждения и различных тер­мических сопротивлений температуры по поверхностям и тол­щинам стенок этих деталей распределяются неравномерно. При этом, чем больше тепловой поток q, проходящий через стенку дета­ли, больше толщины стенки 6 и доеньше коэффициент теплопровод­ности X материала стенки, тем неравномернее распределяются температуры по поверхности и объему детали.
В общем случае каждый элемент стенки детали будет иметь температуру (рис, 1.6, в): ср стороны газа — /ст, со стороны ох­лаждающей воды (масла) — t'cr и среднею температуру & по толщине. Наличие перепадов температур At = t'CT — /ст вызы­вает появление в деталях термических напряжений, которые сов­местно с напряжениями от механических нагрузок определяет их общее напряженное состояние.
q6
(l.i)
ot—AAt
где А — постоянная, характеризующая физические свойства материала.
Физическая сущность возникновения термических напряже­ний состоит в следующем. Если медленно и равномерно по объему нагревать свободно лежащий на опорах брус, то будет происхо­дить его свободное тепловое удлинение, и термические напряжения в нем не возникают. Если же брус установить между жесткими опорами, то при нагревании в нем возникнут напряжения сжатия.
Термические напряжения при нагревании стенки с одной стороны и охлаждении с дру­гой (см. рис. 1.6, в) более горячие слои металла со стороны газа \(tr) стремятся расшириться относительно более холодных слоев со стороны воды (tв), которые сопротивляются растягивающим усилиям. В результате в горячих слоях возникают напряжения сжатия, а в холодных — напряжения растяжения. Под действием этих напряжений стенка деформируется (в сторону более горячих слоев).                
Работоспособность деталей ЦПГ зависит не только от терми­ческих напряжений в них, но и от максимальных и местных темпе­ратур, так как с увеличением температуры снижается прочность металла, создаются условия для интенсивного нагаро- и лакооб- разования, ухудщения теплопередачи и условий смазки.

(<

 


 

 
 
         
 

 

 

Наши контакты

адрес:

Саратовская обл., г.Энгельс, Промзона

телефоны:

8(8453)77-13-68

89020483620

e-mail:

filavto@yandex.ru

 
Яндекс.Метрика