Судовые дизельные установки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Для морской эксплуатации необходимо строить морские сухогрузные суда, отличные от судов смешанного плавания, с более высоким стандартом прочности корпуса, более мощными двигателями и т.д. Особенно интересны многоцелевые сухогрузные суда, имеющие относительно небольшие осадки, что позволяет им работать на порты с ограниченными путевыми условиями, куда не смогут заходить их главные конкуренты - специализированные контейнеровозы и балкеры. В целом, морские сухогрузы нового поколения для российских заказчиков должны объединять в себе черты универсального сухогруза, балкера, лесовоза и фидерного контейнеровоза, причем главным приоритетом является приспособленность к перевозкам массовых грузов.

Существующий сухогрузный флот, подконтрольный отечественным судовладельцам, в большинстве своем состоит из судов смешанного река-море плавания грузоподъемностью от 2 до 5 тысяч тонн типа «Волго-Балт», «Волго-Дон», «Волжский», «Волгонефть», «ОТ-1500», «Волга» и других .

Это обстоятельство является результатом взаимодействия нескольких факторов, а именно массового «исчезновения» морских сухогрузных судов вместе с Черноморским, Балтийским, Грузинским пароходствами, уходом флота прибалтийских пароходств, децентрализации внешнеэкономической деятельности с дроблением партий грузов, выходом на арену частных судовладельцев и речных пароходств.

Судовые дизельные установки имеют следующие положительные особенности

Среди различных энергетических установок дизельные установки занимают ведущее положение и имеют следующие положительные особенности :

-преобразование химической энергий жидкого топлива в механическую работу непосредственно внутри рабочих цилиндров дизелей обеспечивает высокую экономичность превышающую экономичность СЭУ все других типов;

-простота устройства СДУ обеспечивает легкую приспособляемость к автоматизаций, агрегатированию и унификаций энергооборудования;

-СДУ с МОД даёт возможность осуществлять прямую передачу энергий на движатель без редуктора;

-широкий диапазон типа размеров дизелей с цилиндровой мощностью от 5 до 6200 кВт позволяет создавать СДУ практически для любых типов судов;

-минимальные затраты времени на подготовку дизелей к пуску обеспечивают постоянную готовность СДУ к действию с последующим быстрым доведением нагрузки до номинальной;

-двигатель СДУ могут работать на различных сортах топлива «легком» , «тяжелом» (содержанием 3% и более серы) и газообразном.

Одной из направлений повышения эффективности ДЭУ - всемерная экономия топлива для этого необходимо:

-снижение удельного расхода топлива дизельной ЭУ;

-утилизация всех видов потерь тепловой энергий

Возрастающая проблема топливных ресурсов делает вопрос повышения экономичности ДЭУ еще более актуальными.

Общая характеристика дизелей тип 6Ч18/22

Двигатель представляет собой четырехтактный, однорядный вертикальный, нереверсивный дизельный двигатель. Двигатели 6Ч является атмосферным дизелем. Выпускаются в шестицилиндровом и восьмицилиндровом исполнении. Старт дизеля осуществляется с помощью сжатого воздуха, баллоны со сжатым воздухом для старта находятся отдельно от двигателя. Давление пускового воздуха 1,6-3,0 МПа, наполнение баллонов у судовых дизелей выполняется воздушным компрессором реверс-редуктора, для дизель-генераторов используется автономный компрессор. Охлаждение двигателя выполнено в виде двухконтурной системы.

На основе дизеля выполнен ряд модификаций судовых дизель-генераторов.

Описание прототипа, его основных деталей и систем с указанием используемых сортов топлива и масла

Дизель 6Ч18/22 6 цилиндровый, четырехтактный, простого действия, вертикальный ,однорядный с полу раздельной камерой сгорания, не реверсивный ,без надува. Дизель с генератором монтируется на общей раме и устанавливается на судовом фундаменте

Основные технические характеристики.

Номинальное число оборотов-------------------------------------------------750.

Минимально устойчивое число оборотов----------------------------------250.

Число цилиндров-------------------------------------------------------------------6.

Порядок нумерации цилиндров при работе на передний ход-1-4-2-6-3-5

Цилиндровая мощность э.л.с. ------------------------------------------------67,5.

Диаметр цилиндра, мм----------------------------------------------------------180.

Ход поршня,мм-------------------------------------------------------------------220.

Средняя скорость поршня, м/сек----------------------------------------------5,5.

Рабочий объем цилиндра л,----------------------------------------------------5,6.

Литровая мощностьэ.л.с./л----------------------------------------------------1,74.

Давление в конце цикла сжатиякг/ смІ---------------------------------------33.

Максимальное давление горения кг/смІ--------------------------------------57.

Средне эффективное давление кг/смІ--------------------------------------5.37.

Степень сжатия-----------------------------------------------------------------14.

Остов двигателя.

Остов двигателя состоит из фундаментной рамы, блока цилиндров и крышек цилиндров Габов Ю. А. Конструирование и расчет двигателей внутреннего сгорания: Конспект лекций. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 1998. 165 с..

Фундаментная рама дизеля 6Ч18/22, литая из чугуна, коробчатой формы. Рама имеет поперечные перегородки с расточенными постелями для нижних вкладышей коренных подшипников. Коренных подшипников семь, последний подшипник уширен для принятия добавочной нагрузки от веса маховика. Вентиляция картера не зависимая, производится через 6 смотровой лючок, расположенный со стороны выхлопа. Лючок имеет фланец для подсоединения вентиляционного трубопровода. Вентиляционные трубы должны выводиться на верхнюю открытую палубу и имеют огневые предохранители и устройства, не допускающие попадание воды в дизель.

Блок цилиндр

Блок цилиндров, цельный отлит из чугуна. Он крепиться к фундаментной раме силовыми шпильками и два 26 болтами для уплотнения стыка. Блок цилиндров имеет симметричную конструкцию относительно продольной оси дизеля.

Крышки цилиндров, отлиты из чугуна. Крышка цилиндров имеет всасывающий и выхлопной клапан одинаковой конструкции изготовленные из жаростойкой стали. Клапаны перемещаются в направляющих втулках, запрессованных в крышку цилиндра. Масло для смазки привода коромысел подается от болта через трубку. Количество масло регулируется поворотом валиком, перекрывающего отверстие.

Выпускной коллектор сварной конструкции, изолированный, не охлаждаемый. Выпускной коллектор огражден защитным кожухом для предохранения обслуживающего персонала от ожогов.

Поршень чугунный, цельнолитой. В днище поршня имеется камера сгорания объёмом 325±5 смі. В кольцевых канавках поршня размещены четыре компрессионных, одно сдвоенное и одно одинарное маслосъёмные хромированные кольца. Одинарно маслосъёмное кольцо без радиусных фрезеровок расположено выше пальца, сдвоенные масло сборные кольца с радиусными фрезеровками ниже.

Поршень соединяется с шатуном с помощью полого цементированного пальца плавающего типа.

Шатун имеет верхнюю головку, стержень и нижнюю головку. Стержень шатуна двутаврового сечения имеет глухое не сквозное центральное отверстие и 2 боковых сверления нижней головки для подвода смазки .

Коленчатый вал двигателей ТИПА 6Ч18/22

Коленчатый вал с маховиком стальной цельнокованый, имеет шесть шатунных и семь коренных шеек. Колена вала расположены к себе под углом в 120є.в каждом колене имеется косое сверление (масляный канал), соединяющее радиальное отверстие в коренных и шатунных шейках вала. На переднем конце коленчатого вала насажена шестерня для привода механизмов дизеля.

Распределительный вал двигателей ТИПА 6Ч18/22

Распределительный вал собран из двух частей соединяющимися собой болтами и гайками. Распределительный вал имеет всасывающие и выхлопные кулачки для каждого цилиндра. Привод распределительного вала осуществляется с помощью шестерен расположенных в передней части цилиндра. Открытие и закрытие всасывающих и выхлопных клапанов осуществляется кулачками распределительного вала с помощью специального привода. Толкатель скользя по профилю кулачка передает движение через штангу коромыслу.

Топливная система

Топливная система обеспечивает впрыск в камеру сгорания дизеля в определенной последовательности строго дозированных порций мелко распыленного топлива. Топливо из расходной цистерны подается топливоподкачивающим насосом через фильтр в полость всасывания топливного насоса высокого давления и насоса гидрозапора. Топливный насос высокого давления нагнетает топливо по трубопроводам через форсунки в цилиндры дизеля Габов Ю. А. Расчеты кинематики, динамики и прочности двигателей внутреннего сгорания: Методические указания к практическим занятиям по курсу по конструированию и расчету ДВС. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 1999. 66 с..

Привод топливного насоса высокого давления ,насоса гидрозапора форсунок и топливоподкачивающий насоса расположен передней части блока цилиндров дизеля. Топливный насос высокого давления приводиться в действие через пластичную муфту.

Топливоподкачивающий насос шестеренчатого типа.

Фильтр тонкой очистки 2ТФ-3 служит для очистки топлива от механической примеси при помощи бумажного фильтрующего элемента ЭТФ-3. Фильтр крепиться к корпусу на специальном кронштейне.

Топливный насос

Топливный насос высокого давления золотниковый , блочный, с ходом плунжера 12мм. Насос предназначен: для впрыска дозированных порций топливавкамера сгорания, для создания необходимого давления впрыска, качественного распыления топлива, подачи дозы топлива в определенный промежуток времени и в определенной фазе цикла, для получения оптимального закона впрыска и создания одинаковый условий впрыска во всех цилиндрах.

Форсунка

Форсунка закрытого типа с гидравлическим запиранием иглы, предназначена для распыления топлива в камеру сгорания.

Регулятор числа оборотов

Назначение регулятора - поддерживать частоту вращения двигателя в определенных пределах при различных изменениях нагрузки. На дизеле установлен центробежный всережимный регулятор прямого действия с упруго присоединённом катарактом и эластичной муфтой. Регулятор допускает изменение частоты вращения дизеля от минимальной остойчивой (250 об/мин) до частоты вращения соответствующей 110% номинальной нагрузки степень неравномерности регулятора может изменяться 5-8%

Пусковая система двигателей типа 6Ч18/22

Пуск дизеля осуществляется сжатым воздухом. Давление пускового воздуха 1568-2940 (16-30 кг/смІ). Наполнение баллонов производиться воздушным компрессором.

Система смазки двигателей типа 6Ч18/22

Система смазки предназначена для подачи масла к трущимся поверхностям деталей с целью уменьшения трения и отвода от них тепла. Система смазки циркуляционная с разбрызгиванием. В системе смазки ДГ имеются электронасосы для предпусковой прокачки масла , которые расположены на передней торцевой крышке дизеля.

Циркуляция смазки в дизеле осуществляется при помощи шестеренчатого масляного насоса расположенного на торцевой стенке первой перегородки внутри фундаментной рамы ниже оси коленчатого вала. Масляный насос через приёмный фильтр забирает масло из нижней части фундаментной рамы и подает его под давлением маслораспределителю и центробежному маслоочистителю.

Система охлаждения

Дизель имеет двухконтурную систему охлаждения. Также возможен переход на одноконтурную систему охлаждения. Втулки и крышки цилиндров охлаждаются пресной водой. Масло и пресная вода в холодильнике двигателя охлаждаются забортной водой.

Основной вид масла применяемый в двигателе - М-10В2, М-10Г2ЦС, М-12Б, заменитель М-10В

Основной вид топлива применяемый в двигателе- ГОСТ 4749-73,ГОСТ 305-73 с температурой вспышки не ниже 333 К (60 єС)

Исходные данные

Мощность -122

Частота вращения-12,7

Средняя скорость поршня -5,6

Число цилиндров-6

Тактность-4

Прототип дизеля-6Ч 18/22

Расчёт детали -втулка цилиндра, поршневой палец

Графика-Втулки цилиндра



1. Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания без наддува

1.1Определение параметров в конце процесса наполнения

Давление:

- максимальная скорость протекания воздуха через впускной клапан.

- средняя скорость поршня.

по заданию- 5.6 м/сек.

-отношение площади поперечного сечения цилиндра к проходному сечению впускного клапана; выбирается по справочной литературе1.И.В Возницкий , А.С. ПундаСудовые двигатели внутреннего сгорания Том 1 М «МОРКНИГА» 2008 470 стр. в зависимости от быстроходности дизеля и количества впускных клапанов.

Принимаю8

Температура смеси воздуха и остаточных газов в конце процесса наполнения.

= ,- температура воздуха в цилиндре дизеля.

- температура воздуха в машинном отделении.

-повышение температуры воздуха за счет нагревания о стенки впускного тракта.^{1. И.В Возницкий , А.С. ПундаСудовые двигатели внутреннего сгорания Том 1 М «МОРКНИГА» 2008 470 стр.}

и - выбираются по данным справочной литературы.

Принимаю:

- коэффициент остаточных газов.

- Температура остаточных газов в градусах Кельвина находится в пределах 700 - 800 К.

Принимаю:

- давление газов в выпускном тракте; выбирается по данным справочной литературы.

Принимаю:

е- степень сжатия; величина её выбирается близкой к степени сжатия прототипа.

Степень сжатия различных дизелей:

- малооборотных - МОД (100 - 200 об/мин.) - 12 - 14

- среднеоборотных - СОД (200 - 500 об/мин.) - 14 - 15

- повышенной оборотности - (500 - 1000 об/мин.) - 15 - 16

- высокооборотных - ВОД (свыше 1000 об/мин.) - 15 - 18

Принимаю: е= 15

При выбранных значениях:



0,04

Температура в конце процесса наполнения:

307 єК

Процесс наполнения характеризуется также и коэффициентом наполнения:

где, - атмосферное давление, принимаемое равным 1 кгс/

Конец наполнения характеризуется давлением и объёмом ,представляющим собой полный объём цилиндра. Если эти и другие параметры в масштабе изобразить в координатах P-V , то получится индикаторная диаграмма расчетного цикла. Для начала построения диаграммы (нанесения точки a) необходимо:

1) выбрать масштаб давлений и объёмов.

Масштаб давлений: м - 1кгс/ = 2 мм.

Масштаб объёмов выбирается следующим образом: полный объём, соответствующий ходу поршня и высоте камеры сжатия проектируемого дизеля, принимается равным 150 мм.

= 150 мм.

2) по данным расчёта нанести на диаграмму в масштабе параметры точки a.

1.2 Определение параметров в конце сжатия

Давление:

- следует уточнить методом последовательных приближений по формуле:

Принимаю:

При ранее рассчитанных и выбранных численных значениях

Полученное значение необходимо сравнить с данными прототипа. Предпочтительная разница должна составлять не более 5 - 8 кгс/см³

Температура:

Так как

Полученные данные:в

В масштабе наносим на диаграмму.

1.3Определение давления сгорания

Процесс сгорания характеризуется степенью повышения давления

, отсюда



- выбирается по справочной литературе9.Габов Ю. А. Расчеты кинематики, динамики и прочности двигателей внутреннего сгорания: Методические указания к практическим занятиям по курсу по конструированию и расчету ДВС. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 1999. 66 с. в зависимости от оборотности дизеля (МОД, СОД, ВОД)

Принимаю:1.6

Полученные значениянеобходимо сравнить с данными прототипа. Предпочтительная разница должна составлять не более 5 - 8 кгс/см²

Полученное значение: = 61.8 кгс/см² откладывается в масштабе на диаграмме.

1.4Определение основных параметров в конце сгорания

Давление до конца сгорания остается неизменным

Температура конца сгорания выбирается по справочной литературе в зависимости от оборотности дизеля.

для МОД - 1700 - 1800⁰K

СОД - 1800 - 1900⁰K

ВОД - 1900 - 2000⁰K

Принимаю:

Объем газов в цилиндре в конце сгорания

- степень предварительного расширения

- расчётный мольный коэффициент сгорания.

, -количество молей смеси газов после сгорания.

- количество молей смеси газов до сгорания

L -Действительное количество воздуха в молях, необходимое для сгорания 1 кг. топлива.

L₀ - теоретически необходимое количество воздуха в молях для сгорания 1 кг топлива

C, H, O - компоненты химического состава топлива. Для дизельного топлива можно принять в среднем по весу:

C = 87 %; H = 12.6 %; O = 0.4 %

б - коэффициент избытка воздуха; выбирается по справочной литературе 1. Габов Ю. А. Расчеты кинематики, динамики и прочности двигателей внутреннего сгорания: Методические указания к практическим занятиям по курсу по конструированию и расчету ДВС. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 1999. 66 с.в зависимости от быстроходности дизеля.

Принимаю: б = 1.8

M - Количество молей продуктов сгорания 1 кг топлива.



1.487*10=14.9

Полученное значение: ;мм откладываются в масштабе на диаграмме.

1.5Определение основных параметров в конце расширения

Давление:показательполитропы расширения; следует уточнить методом последовательных приближений по формуле:

Принимаю:1.285

Температура в конце расширения в цилиндре дизеля



Температура отработавших газов в выпускном коллекторе будет меньше и составляет 620 - 870K (350 - 600⁰C)

Температура отработавших газов принимается как у прототипа:

Объем в конце расширения:

Степень последующего расширения

Полученное значение:

мм откладываются в масштабе на диаграмме.

1.6 Построение политроп сжатия и расширения

Политропа сжатия строится на основании уравнения политропы PVⁿ¹ -const которое говорит о том, что в любой точке политропы произведение давления на объем в степени - величина постоянная.

Следовательно,

Если объемV_aпринять за 1, то долевые объемы будут соответственно равны 0.9, 0.8, 0.7, ….. 0.1

В этом случае:

^{………………………………}

Политропа расширения строится аналогично с использованием уравнения политропы

=2,51МПа

=1,49МПа

=1,03МПа

=0,77МПа

=0,61МПа

=0,50МПа

=0,42МПа

=0,36МПа

Полученные численные значения умножаются на масштаб давлений (1кгс/см² = 2 мм) и результаты в мм откладываются на диаграмме.

1.7 Индикаторная диаграмма расчетного цикла; определение среднего индикаторного давления

При соединении всех точек на диаграмме прямыми и плавными кривыми линиями получится индикаторная диаграмма расчетного цикла.

Среднее индикаторное давление расчетного цикла:

Учитывая поправку на скругление острых углов диаграммы, вводится коэффициент

полноты k,который находится в пределах 0.95 - 0.98

Принимаю: k =0.97

Таким образом, величина расчетного среднего индикаторного давления будет равна

Полученная величинасравнивается с данными прототипа.

1.8 Определение основных индикаторных и эффективных показателей цикла и его экономичность

Среднее эффективное давление: Механический КПД:

Учитывает потери в дизеле на трение и на привод навесных агрегатов. Величина его выбирается по справочной литературе1. Габов Ю. А. Расчеты кинематики, динамики и прочности двигателей внутреннего сгорания: Методические указания к практическим занятиям по курсу по конструированию и расчету ДВС. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 1999. 66 с. в зависимости от быстроходности проектируемого дизеля.

Принимаю:0.80

Полученная величинаP_eсравнивается с данными прототипа и не должна выходить за пределы 5.0 - 6.0 кгс/см² (0.5 - 0.6 МПа)

Индикаторный удельный расход топлива:

- объем воздуха, действительно поступившего в цилиндр дизеля за один рабочий цикл.



Эффективный удельный расход топлива - это важнейший показатель экономичности дизеля. Он показывает, во что обходится одна лошадиная сила или один киловатт. Величина3. А.А. Фока Судовой Механик Справочник в 3-х томах. Одесса Феникс 2008 1047 стр.q_eсравнивается с данными прототипа и для однокамерных дизелей не должна выходить за пределы

140 - 190 г/э.л.с.ч. (190 - 260 г/кВт • ч.)

Индикаторный КПД?_iпоказывается какое количество теплоты в дизеле затрачивается на создание всей работы (полезной и на преодоление трения) , т.е. учитывает только тепловые потери.

;

632.3 - количество теплоты в килокалориях эквивалентное работе 1 л.с. в течении 1 часа

g_i - в кг/и.л.с.ч.

Q_н = 10000 к • кал - низшая теплотворная способность топлива.

Эффективный КПД дизеля, показывающий какое количество теплоты затрачивается на создание полезной работы, учитывает все потери как теплоты так и механические.



Величина его является важнейшим комплексным показателем эффективности работы дизеля и не должна выходить за пределы:

для МОД 0.53 - 0.38СОД 0.50 - 0.38ВОД 0.38 - 0.35

1.9 Определение конструктивных показателей и марки проектируемого дизеля

Диаметр цилиндрам=169мм

N_e-л.с. - по заданию; P_e - кг/см²

C_m - м/с - по заданию

Z - Число цилиндров - по заданию;

k = 0.5- коэффициент тактности;

Значение D в соответствии с ГОСТом следует округлить.

Принимаю:D = 170 мм

Ход поршня

ПринимаетсяS=220 мм

Отношение;- не должно выходить за пределы:

для МОД - 1.4 - 2.5

СОД - 1.2 - 1.7

ВОД - 0.85 - 1. 4

Получившаяся мощность проектируемого дизеля

квт

Отклонение величины получившейся мощности от заданной (допустимое отклонение должно составлять не более 3%, а при проверочном расчете - не более 1 %)

=

Марка проектируемого дизеля.

6Ч17/22

1.10 Сравнение основных параметров расчетного цикла с прототипом

Таблица №1

Основные параметры спроектированного дизеля и прототипа

Параметры	спроектированный	прототип
о	15	14
Рс, мПа	3.86	3,3
PzМПа	6.18	5,7
tr0С	400	370
PiМПа	0.83	0,79
ge г/кВт ч.	230	232
Марка дизеля	6Ч17/22	6Ч18/22
NeкВт	124	110
n об/мин	762	750
Юе	0.37	0,36
pE МПа	0,58	0,54



Вывод

Тепловой расчет произведен в соответствии с заданием .Необходимо было увеличить мощность со 110 до 122 КВт при увеличения частоты вращения с 750 до 662 об/мин.

Эти параметры достигнуты за счет увеличения степени сжатия с 14 до15. Частично увеличение мощности достигнуто за счет увеличения оборотов двигателя. Увеличения мощности практически не повлияло на удельный расход топлива. Экономичность проектируемого двигателя оказалась на уровне прототипа.

Увеличение степени сжатия и мощности привело к некоторому увеличению параметров рабочего процесса(Давления конца сжатия и сгорания, температура отходящих газов).Это повлияет на механические нагрузки деталей дизеля.

Тепловой расчет показал что для достижения заданных параметров диаметр цилиндра должен быть уменьшен со 180 до 170 мм .Это повлечёт необходимость изменение деталей цилиндра поршневой группы. Ход поршня проектируемого дизеля такой же как у прототипа. Это дает возможность использовать коленчатый вал от прототипа.



2. Конструктивный расчет деталей дизеля

2.1 Общее положение по конструктивному расчету деталей

Методика конструктивных расчетов любой детали состоит в следующем:

1. Выполняется упрощенный эскиз рассчитываемой детали.

2. По данным литературы1. А.А. Фока Судовой Механик Справочник в 3-х томах. Одесса Феникс 2008 1047 стр. или прототипа выбирается материал рассчитываемой детали.

3. По эмпирическим отношениям в справочной литературе или по данным прототипа определяют конструктивные размеры детали.

4. Определяются силы и моменты, действующие на деталь ( величина, характер и направление) Все детали двигателя обычно рассчитываются исходя из большего давления Р_z с учетом, в некоторых случаях, сил инерции.

5. По расчетным формулам согласно эскизу детали, производят проверочный расчет , т.е. полученное напряжение сравнивают с допустимыми для данного материала.

При расчете деталей может оказаться, что напряжение в них превышает допустимое.

В этом случае прочные размеры должны быть увеличены. После чего необходимо в новь повторить проверочный расчет.

Если полученные напряжения окажутся менее допустимых более чем на 50% , то необходимо уменьшить размеры рассчитываемой детали и опять пересчитать.



2.2 Расчёт цилиндровой втулки

дизель двигатель внутреннего сгорания

Прежде чем приступить к расчёту цилиндровой втулки проектант должен располагать информацией о величинах длины втулки L, 450 толщине S₁ в её верхней части и о формах сечения опорного фланца втулки прототипа

Прототип 6Ч 18/22

L = 450мм,

S₁ = 20мм

Выбор материала изготовления, определение конструктивных размеров и действующих усилий и возникающих напряжений.

По прототипу или по рекомендации литературы

принимаю: чугун СЧ 28 - 48

Составляется расчётный эскиз втулки и по эмпирическим отношениям определяются основные конструктивные рвзмеры.

Принимаю: 6Ч18/223

L = 45см

D = 17см

S₁ = 2см

S₂ = 1.82 см

В близи ВМТ на стенки втулки в радиальном направлении действует усилие, из - за чего стенки втулки работают на растяжение.

Под действием высоких температур в цилиндре , в стенках втулки возникают температурные напряжения1. А.А. Фока Судовой Механик Справочник в 3-х томах. Одесса Феникс 2008 1047 стр..

Проверочные расчёты стенки втулки.

Механические растягивающие напряжения от давления газов Pz, возникают в поясе высотой 1см , когда поршень находится близ ВМТ будут равны

P_z - ( из теплового расчёта ) = 61.8кгс/см²

у_р=61,8 17 / 2 2 = 278кгс/см²

у_t = 0,001 ь S₁

у_t - тепловое нагрузка

ь - тепловая нагрузка к кал/м² ч

ь = (6000 + 26 n ) P_i - для 4- х тактных двигателей

n - частота вращения = 762 об/мин

P_i - среднее индикаторное давление =8 ,3 кгс/см²

ь = (6000 + 26 762) 8,3 = 214437,4к кал / м² ч

у_t = 0,001 214437,4*2=428,9кгс /см²

Сумма напряжений в стенке втулки

у = у_t + у_p =?[у]

[у] = 100 - 150мПа (1000 - 1500кгс/см² ) - для чугунных втулок

у = 278+428,9= 706,8кгс/см²? [1000 - 1500 ] кгс/см²

Стенки втулки удовлетворяют требованиям прочности

Проверочный расчёт фланца цилиндровой втулки

По эмпирическим соотношениям определяются конструктивные размеры: принимаю в см

а = 2,40

I = 2

C = 0,40

Фланец втулки проверяется на напряжение среза

R_ср , возникающее под действием затяжки крышки шпилекP_f



P_f = ( 1,2 ч 1,3 ) р_z

принимаю: P_f = 1,20 P_z = 1,20 53442,3 = 16,824 кг

D_f = D + S₁ + S₁ = 33 + 9.0 = 42,0см

[r_ср ] = 15 мПа ( 150 кгс/смс² ) - для чугунных втулок

r_ср = 16824,3/ 3,14 19 40,2= 138 кгс/см² ?[150кгс/см²]

Толщина фланца I удовлетворяет требованиям прочности

Опорный бурт флаца шириной «С» проверяется на смятие

[у_cм] = 80 - 100мПа (800 - 1000 кгс/см² )

D₁ = D+2 a =17 + 2*2,4 = 21,8см

Опорный бурт фланца удовлетворяет требованиям прочности.

Вывод: Проверочный расчет на прочность цилиндровой втулки показал что толщина стенки и упорного бурта имеют достаточный запас прочности и могут быть взяты от прототипа. Однако в целом втулку придется изготавливать заного так как рабочий диаметр уменьшился со 180 до 170 мм.



3. Основные положения по обслуживанию системы охлаждения дизеля 6Ч18/22

Дизель имеет двухконтурную систему охлаждения. Также возможен переход на одноконтурную систему охлаждения. Масло и пресная вода в холодильнике двигателя охлаждаются забортной водой. Циркуляционная пресная вода у дизель-генератора проходит по следующему замкнутому контору :из водоотводящей трубы через пароуловитель вода засасывается насосом и через терморегулятор нагнетается в водохолодильник, затем поступает в распределительную трубу из, которой по отдельным патрубкам поступает в зарубашечное пространство блока цилиндров. Охладив втулки цилиндров, вода поднимается вверх и через отверстие верхней полке блока цилиндров поступает в крышки цилиндров. Из крышек цилиндров через трубу и вода через пароуловитель отводиться к насосу. 4. Королевский Ю.П технология ремонта судовых энергетических установок. М.-Колос, 2006

В пароуловителе имеется два фланца. К одному подсоединяется труба, подводящая воду из расширительного бачка для пополнения циркуляционной системы, к другому- труба пароотводящая для отвода пара из циркуляционной системы в расширительный бачек.



Сменять пресную воду в системе следует один раз 5-6 месяцев. Циркуляция забортной воды происходит в последовательности : самовсасывающий насос забортной воды подает воду в трубчатые пакеты холодильников воды и масла, после этого сливается за борт.

Температура воды в дизеле контролируется дистанционными термометрами на контрольном щите приборов.

Насосы водяные.

Насосы забортной и пресной воды вихревого типа смонтированы на одном приводе, валик которого является общим для обоих насосов. Насосы имеют идентичную конструкцию и отличаются размерами рабочих колёс боковых каналов и колпаков. Валик насосов ,изготовленных из бронзы, установлен в чугунном корпусе на двух шарикоподшипниках и приводиться во вращение через косозубую шестерню, насаженную на валике на шлице. Осевое усиление возникающее в косозубой передаче привода превращения валика, воспринимается стопорным кольцом установленным в кольцевой канавке наружной обоймы шарикоподшипника.

С помощью стопорного кольца тарельчатых пружин и цилиндрического выступа корпуса насоса шарикоподшипник сжимается в корпусе привода, препятствуя осевому перемещению валика .

Фиксация валика насосов относительно подшипника , а также фиксация шестерни и подшипника на валике осуществляется распорной втулкой и гайками, которые стопорятся шайбами концы валика, выходящие из корпуса привода уплотняются самоподвижными манжетами, работающими на стальных коленных втулках .

Корпусы насосов забортной воды и пресной крепиться к торцам корпуса привода. Центровка корпусов насосов в корпусе привода осуществляется цилиндрическими выступами. Внутри корпусов насосов закрытых крышками ,вращаются симметрично расположенные относительно боковых каналов рабочие колеса. Рабоче колеса соединяются с валиком с помощью конуса и шпонки. Неподвижность соединения достигают затяжкой гаек, которые стопорятся шайбами . всасывающие и нагнетательные отверстия в корпусах насосов разделяются перемычкой.

Во избежание попадание воды в картер дизеля при нарушении уплотнений в корпусе насосов предусмотрены дренажные отверстия.

Осевой зазор с каждой стороны рабочего колеса насосов устанавливается в пределах 0,15-0,25 мм подбором прокладок разной толщины .Величина осевого зазора и его равномерность по обе стороны рабочего колеса оказывают значительное влияние на характеристики насосов. Увеличение зазоров ведет к падению производительности напора и снижения КПД насосов.

При износе торцевых крышек ,водяного насоса необходимо снять их ,подрезать торец и отрегулировать зазоры прокладками. 1. Королевский Ю.П технология ремонта судовых энергетических установок. М.-Колос, 2006



Насос забортной воды самовсасывающий . Самовсасывание насоса обеспечивается при условии первоначальной заливки водой колпака . Колпак имеет две полости :всасывающую и нагнетательную ,которым присоединяется всасывающей и нагнетательной трубопроводы. Чтобы насос не оставался без воды при остановках дизеля ,всасывающий и напорные трубопроводы расположены в верхней части полости колпака.



Первоначальная заливка насоса производиться через крышку колпака. В начальный периуд работы насоса забортной вода вращающегося рабочее колесо захватывает воду с воздухом, содержащимся во всасывающей магистрали , и направляет в нагнетательную полость колпака, в которой воздух отделяется из воздушной смеси через напорный патрубок .Вода же продолжает циркулировать в насосе .По мере увеличения вакуума напор обеспечивающий циркуляцию воды , увеличивается, и интенсивность откачки воздуха возрастает . После удаления воздуха насос начинает нормальную работу.

Насос забортной воды обеспечивает всасывание с высоты 3 метра при 280 об/мин коленчатого вала дизеля. Насос пресной воды предназначен для обеспечения циркуляции воды в системе охлаждения дизеля . Вода в насос поступает расширительного бачка системы который выше насоса. Для подключения к насосу всасывающего и нагнетательного трубопроводов предназначен колпак .Внутренняя рабочая полость обоих насосов изолирована от полости привода торцевым уплотнением , состоящим из резиновой манжеты ,пружины , обоймы, кольца и уплотняющей шайбы. 1. Королевский Ю.П технология ремонта судовых энергетических установок. М.-Колос, 2006

Резиновая манжета с пружинной составляют упругий элемент уплотнения , вращающийся в месте с валиком и уплотняющей шайбой вращения шайбы обеспечивается выступами , которые входят в соответствующие пазы цилиндрического выступа рабочего колеса . Резиновая манжета с кольцом при установке на валик плотно охватывает его по наружному диаметру . Торец манжеты и торцы уплотняющей шайбы прижимаются друг к другу и к торцам неподвижных втулок пружины . Пружина поддерживает герметичность стыка; пары трения при изменениях давления воды в рабочей полости насосов и при износе торцов перемещают уплотняющую шайбу по направлению оси валика втулки запрессованы в корпуса насосов

Вода из насосов сливается через отверстия , заглушенные пробками.

4. Технология ремонта втулки цилиндра дизеля 6Ч18/22 ,подбор приспособления

4.1Очистка

После разборки узлов детали дизеля необходимо очистить от жира, нагара промыть и просушить.

Обезжиривание деталей производиться смесью(керосиновым контакт-продуктом), которая состоит из 8% минеральных масел 1% серной кислоты,40% сульфонефтяных кислоты 51%воды.

Деталь полностью очищается от жировой пленки в течении 15 минут. Для предохранения деталей от коррозии в состав добавляют до 1% хромпика. Масляную пленку удаляют с деталей щелочным раствором. 6. Инструкция по производству обмеров и определению износов основных деталей ДВС. Л.-Судостроение ,1998.

Компоненты	Детали из алюминиевых сплавов	Детали из черных сплавов
	Номер состава (условный)
	1	2	3	4	1	2	3
		Содержание компонентов в % от веса воды
Каустическая сода	0,1-0,2	0,1-0,2	-	-	0,75	2,0	-
Кальцинированная вода	-	0,4	1,0	0,4	5,5	5	10,0
Тринатрийфосфат	-	-	-	-	1,0	5,0	-
Нитрат натрия	0,15-0,25	-	-	-	-		-
Жидкое стекло	-	-	-	0,15	-	3,0	-
Хозяйственное мыло	-	-	-	-	0,15	-	-
Хромпик	-	-	0,05	-	-	-	0,1



4.2Обмер детали

Втулки рабочих цилиндров тронковых и крейцкопфных двигателей обмеряются в двух взаимно перпендикулярных плоскостях - в плоскости вращения вала и в плоскости оси вала.

Втулки тронковых четырехтактных двигателей по высоте обмеряются в трех горизонтах:

Горизонт I-I соответствует району между первым и вторым верхними компрессионными кольцами при положении поршня ВМТ;

Горизонт II-II соответствует району оси поршневого пальца при положении поршня ВМТ;

Горизонт III-III соответствует району на 5-10 мм выше нижнего поршневого кольца(антифрикционного пояса) при положении поршня в НМТ.

4.3Дефектация

Основные дефекты цилиндровых втулок: износ зеркала втулки, трещины, вертикальные риски, натиры и задиры рабочей поверхности, наработки, коррозийные разрушения и разъедания наружной поверхности и посадочных поясков, отложения накипи на охлаждаемой поверхности. 1. Инструкция по производству обмеров и определению износов основных деталей ДВС. Л.-Судостроение ,1998.

4.4Проточка посадочных полюсов

Опорный буртик исправляют слесарной обработкой или делают просечку крейцмейсселем глубиной не более 3мм и шириной 1 мм. Размер ,увеличенный за счет просечки металла, пропиливают заподлицо с буртиком .На поверхности прилегания образуется непрерывная кольцевая канавка шириной не менее 1,8 мм .

Повреждение кромок уплотнительных канавок на верхнем торцевом буртике устраняют слесарной обработкой. Канавки буртика углубляют на 0,3-0,45 мм. При этом размер увеличивается за счет просечки металла и таким образом достигается необходимое уплотнение.

Посадочные пояса восстанавливают хромированием с предварительной и последующей механической обработкой на ремонтный размер.

4.5Расточка рабочего зеркала

Расточку на месте выполняют в несколько проходов. Если в первых проходах в целях корректировки центровки, глубины резания или измерения возможны остановки шпинделя расточного устройства, то при чистовой обработке на последнем проходе останавливать резец нельзя, так как на обрабатываемой поверхности будет рванный след.

Расточка цилиндров малообортных двигателей большей мощности связана с необходимостью замены поршней на большей диаметр и требует запаса деталей нестандартных размеров.

4.6Шлифование

При восстановлении номинальных размеров втулок двигателей небольшой и средней мощности их ремонтируют в такой последовательности: внутреннюю поверхность шлифуют на внутришлифовальном станке на расчетный размер, снаружи обрабатывают посадочные пояса до удаления коррозийных раковин, шлифуют торцы и упорный бурт верхнего пояса, после чего с необходимым припуском производят осталивание или хромирование с последующей шлифовкой на номинальный размер. 1. Инструкция по производству обмеров и определению износов основных деталей ДВС. Л.-Судостроение ,1998.

Втулка легко деформируется при зажатии кулачками патрона, поэтому ее при чистовой обработке на токарном или внутришлифовальном станке устанавливают на самоцентрующей цанговой оправке.

Для обеспечения саосности рабочего зеркала и посадочных поясков втулка закрепляется на горизонтально расточном станке за предварительно обработанные пояски. Расточка производиться с припуском 0,06-0,08 мм на последующее шлифование и хонингование. Лучше расточку производить трехрезцовой борштангой; она дает большую точность и частоту поверхности так как не склона к вибрациям.

4.7Хонингование

Для уменьшение шероховатости рабочей поверхности после шлифования проводят хонингование, которое ведут при частоте вращения 120об/мин и 250 двойных ходах в минуту. Обработка длится 2-3 минуты с охлаждением абразивных брусков керосином или дизельным топливом. После хонингования внутреннюю поверхность втулки промывают горячей водой, насухо вытирают и консервируют.

Хонингование является специальным видом шлифования. Оно создает на поверхности рабочего зеркала сетку пересекающихся микро рисок способствующих удержании смазки.

4.8Испытание

Втулки подвергаются гидравлической прессовке, если их диаметр увеличился на 0,5% по сравнению с построечным. Верхнюю часть втулки (1/3 длины втулки бурта) испытывают пробным давлением 1,5 Pz. Остальная часть испытывается гидравлически давление 5,7 кг/ (0,5-0,7 МПа)

Заключение:

Технология ремонта цилиндровой втулки является типовой и не требует специального оборудования и инструмента.



5. Техника безопасности при обслуживании и ремонте дизеля

Перед началом ремонтных работ на судне старший механик обязан:

а)привести судно, отдельный его конструктивный узел или механизм в состояние, обеспечивающее безопасность работ;

б)обеспечить соблюдение всеми членами экипажа, занятыми на ремонтных работах, правил техники безопасности;

в)лично проинструктировать лиц, назначенных для выполнения ремонтных работ.

Перед началом выполнения работ ремонтируемое оборудование должно быть полностью отключено от источников электро энергии, пара, воды, сжатого воздуха и д.р а так же должны быть приняты меры против случайного открытия запорных или включения пусковых устройств и вывешены предупредительные плакаты.

Командный состав обязан проверить отсутствие в подлежащем разборке оборудовании напряжения ,давления пара, воздуха и воды, вредных газов и т.д.,а также выполнение всех требований по обеспечению безопасности при производстве ремонтных работ.

Опасные места производства ремонтных работ должны быть ограждены и хорошо освещены. При химической очистке деталей ,полостей охлаждения от накипи и коррозии необходимо применять спец одежду и защитные приспособления : грубошерстный костюм, прорезиненный фартук ,резиновые сапоги, перчатки ,предохранительные очки в резиновой оправе, респиратор. Ударный инструмент должен быть без заусенцев, наклепов и трещин. Рукоятки кувалд и молотков не должны иметь повреждений , должны быть правильно насажены и расклинены. Гаечные ключи следует подбирать точно по размеру болтов и гаек. Запрещается использовать инструменты не по назначению. 6. Инструкция по производству обмеров и определению износов основных деталей ДВС. Л.-Судостроение ,1998.

После окончания работ рабочие места должны быть приведены в порядок силами исполнителя ремонтных работ. На время прекращения ремонтных работ места должны быть приведены в безопасное состояние (ограждения , перекрытие ,освещение, установка трапов вывешивание плакатов и т.п)

Промасленные обтирочные материалы (концы, ветошь) должны храниться в железных ящиках с плотно закрывающимися крышками. Их надлежит удалять с судна немедленно после окончания работ и сжигать в специально отведенных местах.

Запрещается:

а) работать без соответствующей спецодежды и индивидуальных защитных средств на очистке ржавчины и старой краски с корпуса судна и цистерн; удалении цемента и других работах ,связанных с возможностью засорения глаз;

б)класть инструменты и детали на места, откуда возможно их падение на людей, находящихся внизу.



6. Охрана окружающей среды

Вещества, загрязняющие море с судов, подразделяются на четыре группы: нефть; вредные вещества (кроме нефти); сточные воды; мусор. Нефть означает нефть в любом виде, включая сырую нефть, жидкое топливо, нефтяные осадки и остатки. Вредное вещество - любое вещество, которое при попадании в море способно создать опасность для здоровья людей, причинить вред живым ресурсам, морской флоре и фауне, нарушить природную привлекательность моря в качестве места отдыха и помешать другим видам его правомерного использования. Сточные воды означают стоки и прочие отходы из всех видов туалетов, амбулаторий, лазаретов и т.п., из помещений, где содержатся живые животные, а также прочие воды, которые смешаны с этими стоками. Мусор - все виды продовольственных, бытовых и эксплуатационных отходов (исключая свежую рыбу), которые образуются в процессе нормальной эксплуатации судна и подлежат постоянному или периодическому удалению, кроме веществ, названных выше. Сброс с судна нефти и других вредных веществ может быть эксплуатационным и аварийным. 7. Наставления по предотвращению загрязнения с судов .Л.- Транспорт ,1999. Эксплуатационный сброс нефти представляет собой удаление содержащейся в льяльных, балластных и промывочных водах нефти, попадающей туда в процессе нормальной эксплуатации судна - в результате мойки грузовых и топливных танков, ремонтных работ в машинных помещениях и т.п. при бункеровке, неправильным обслуживанием оборудования, разрывами шлангов или трубопроводов, аварией или гибелью судна. С целью определения оптимальных приемов и методов ликвидации разлива нефти при аварии судна разрабатывается судовой план чрезвычайных мер по борьбе с загрязнением нефтью. Ответственность за разработку плана возлагается на старшего помощника капитана и старшего механика.. Для сбора сточных вод на всех судах валовой вместимостью 200 рег. т и более или на которых перевозится более 10 человек, предусматривается цистерна для сбора сточных вод, оснащенная световой и звуковой сигнализацией при заполнении ее на 80 %. На этих судах должна иметься установка для обработки сточных вод, в состав которой входит накопитель судовых стоков, устройство для их очистки и устройство для обеззараживания. Очищенная и обеззараженная вода сбрасывается за борт. Суда оборудуются устройствами для сбора или для сжигания мусора. Для сбора мусора используются одобренные Морским регистром судоходства контейнеры. Для сбора всех видов синтетики и пластмасс, включая синтетические тросы и рыболовные сети, оборудуется специальная емкость. Может быть предусмотрена установка для измельчения пищевых отходов, изделий из бумаги, ветоши, стекла, металла до размеров частиц менее 25 мм. При уничтожении мусора в установках термического типа судовые отходы превращаются в неопасные для живых существ золу и шлак.

Нефтесодержащие воды. Каждое судно, совершающее международные рейсы, должно быть оборудовано в соответствии с требованиями приложения I Конвенции МАРПОЛ 73/78, что подтверждается выдачей Регистром этим судам Международных свидетельств о предотвращении загрязнения нефтью. Конвенцией предусмотрены следующие технические средства для предотвращения загрязнения водной среды льяльными (подсланевыми) водами с судов:

-- сборные танки;

-- нефтеводяное фильтрующее оборудование с очистной способностью подсланевых вод до уровня нефтесодержания в сбросе не более 15 млн-1;

-- автоматическое устройство для закрытия сливных клапанов, когда содержание нефти в очищенной воде, сбрасываемой за борт, превышает 15 млн-1';

-- нефтеводяное сепарационное оборудование с очистной способностью до 100 млн-1.

Сточные воды. Требования приложения IV Конвенции МАРПОЛ 73/78 распространяются на суда, совершающие международные рейсы, в том случае, если валовая вместимость данных судов более 200 per. т, а также на суда меньшей вместимостью, если на них разрешена перевозка более 10 человек. Наставления по предотвращению загрязнения с судов .Л.- Транспорт ,1999.

В соответствии с положениями Конвенции в прибрежной зоне шириной 12 морских миль запрещен сброс сточных вод, если они предварительно не очищены и не обеззаражены в специальной судовой установке (установке ООСВ) до некоторых параметров.

Под термином «сточные воды» Конвенцией понимается следующее:

-- стоки из всех видов туалетов, писсуаров, унитазов, а также шпигатов, находящихся в туалетах;

-- стоки из раковин, ванн, душевых и шпигатов, находящихся в медицинских помещениях;

-- стоки из помещений, где содержатся животные;

-- прочие стоки, если они перемешаны с перечисленными выше.

За пределами 12-мильной зоны сброс СВ разрешен без предварительной обработки в любом бассейне (понятия «особый район» для СВ не существует), но при этом указано, что судно должно двигаться со скоростью не менее 4 уз.

Сброс льяльных вод машинного отделения.

Меры безопасности в машинном отделении:

Каждое судно должно быть оборудовано средствами предотвращения проникновения топлива в льяльные воды машинного отделения. К их числу относятся желоба и поддоны под насосами, теплообменниками и т.п. Эти средства должны постоянно проверяться и, в тех случаях, когда у поддонов нет дренажа в танк с нефтяными отходами, любая накапливающаяся нефть, во избежание перелива, должна быть перемещена в сборный танк. Наставления по предотвращению загрязнения с судов .Л.- Транспорт ,1999.

Необходимо следить за тем, чтобы льяльные воды машинного отделения не попадали в топливные дренажные линии и не переполняли танк нефтяных отходов.

Все топливные и масляные трубопроводы, а также связанное с ними оборудование должны регулярно проверяться с целью раннего обнаружения протечек и своевременного ремонта.

Сброс льяльных вод машинного отделения:

Загрязненные нефтью льяльные воды запрещается сливать напрямую или через водонефтяной сепаратор за борт до тех пор, пока содержание нефти в них не станет менее 15 млн. и не будут выполнены все требования МАРПОЛ 73/78 и местных контролирующих органов. Нефтесодержащие воды, собранные в льялах машинного отделения в период рейса и во время нахождения судна в порту, должны быть по возможности сданы на приемные сооружения до отхода судна. Судно должно иметь стандартные, выполненные в соответствии с требованиями Правила 19 Приложения 1 МАРПОЛ 73/78, соединения для сдачи загрязненных вод на приемные сооружения. Наставления по предотвращению загрязнения с судов .Л.- Транспорт ,1999.

В случае отсутствия береговых приемных сооружений льяльные воды следует перекачать в какой-либо подходящий танк для хранения и последующего сброса через водонефтяной сепаратор.

В особых районах запрещается любой сброс в море нефти или смесей, содержащих нефть. В зоне Антарктики запрещен любой сброс нефти или смесей, содержащих нефть.

Приведенное выше не распространяется на сброс льяльных вод из машинного отделения при условии соблюдения следующих условий:

· льяльные воды не смешиваются с льяльными водами грузового насосного отделения;

· льяльные воды не смешиваются с остатками нефтяного груза;

· судно находится в движении;

· содержание нефти без разбавления потока не превышает 15 млн^-1и

· нефтеочистное оборудование одобрено администрацией и имеет исправную систему с сигнальным устройством и устройством для автоматического прекращения сброса.

Во внутренних водах России, в районах водопользования, в находящихся под юрисдикцией России, районах санитарной охраны, на акваториях портов России, а также районах, имеющих рыбохозяйственное значение, слив с судна за борт любых нефтесодержащих смесей, в том числе и чистого водяного балласта, запрещается. Все образующиеся на судах нефтесодержащие смеси, а также чистый водяной балласт следует сдавать в приемные сооружения. При отсутствии в порту приемных сооружений нефтесодержащие смеси, в том числе и чистый водяной балласт, необходимо сохранять на борту судна до его выхода из указанных районов.

Сброс сточных вод.

Сброс с судов сточных вод в открытом море регламентируется Приложением IV к МАРПОЛ 73/78, а во внутренних и территориальных водах - национальными Правилами и законодательствами стран.

Правила Приложения IV МАРПОЛ 73/78 распространяются на суда:

· валовой вместимостью 200 peг.т. и более;

· валовой вместимостью менее 200 рег.т., которым разрешается иметь на борту более 10 чел.;

· валовая вместимость которых не замеряется и которым разрешается иметь на борту более 10 чел.

...