Требования, предъявляемые к судовым дизелям

Специфические условия эксплуатации судовых дизелей, а именно:

· длительность безостановочной работы с переменной нагрузкой;

· необходимость работы на задний ход;

· необходимость гарантированного быстрого пуска и реверса при низкой температуре окружающего воздуха

определяют следующие требования, предъявляемые к судовым дизелям:

1) Оптимизация всех основных режимов.

2) Надёжность работы, т.е. возможность длительной работы без вынужденной остановки.

3) Максимальный срок службы без замены основных деталей.

4) Высокая экономичность (минимальный удельный расход топлива и смазочного масла).

5) Простота конструкции.

6) Автоматизация управления и контроля.

7) Низкий уровень шумности.

8) Низкая стоимость.

9) Малые габариты и масса.

10)Минимальный расход пускового воздуха при безотказном пуске в холодном состоянии.

11)Устойчивая работа на минимальной частоте вращения (0,25¸0,30 от nном).

12)Удобство осмотра, разборки и сборки.

На мировом флоте в качестве малооборотных дизелей большой мощности используются двухтактные крейцкопфные двигатели, обладающие следующими преимуществами:

· Мощность двухтактных дизелей при равных условиях выше мощности четырёхтактных в 1,5¸1,8 раза.

· Меньшая степень неравномерности крутящего момента.

· Нагрузка на поршень не меняет своего направления, благодаря чему улучшаются условия работы подшипников и шатунных болтов.

· Благодаря наличию крейцкопфа, цилиндр разгружается от нормальных сил, что приводит к уменьшению износов втулки и поршня, повышается их долговечность.

· Крейцкопфная конструкция позволяет применять поршни с укороченным тронком, что приводит к облегчению поршня и уменьшению сил инерции.

· Наличие диафрагмы с уплотнением позволяет использовать нижнюю часть поршня в качестве продувочного насоса, а также исключает возможность попадания отработанного цилиндрового масла в картер.

· Уменьшение трения в цилиндре приводит к повышению механического КПД двигателя.

На современных контейнеровозах часто устанавливаются двигатели MAN типа KSZ, в частности KSZ 70/120. Это двухтактные малооборотные крейцкопфные двигатели с контурной схемой продувки. В них применяется изобарная система наддува с предвключением электровоздуходувок. Опыт эксплуатации этих дизелей показал, что в машинном отделении уровень шума превышает 120¸130 Дб что не соответствует требованиям санитарных норм. Эти двигатели имеют повышенный расход масла и топлива, а также являются трудоёмкими в техническом обслуживании. Ограниченность габаритов машинного отделения затрудняет проведение ремонтных и профилактических работ, хотя верхнее пространство МО остаётся свободным от элементов конструкции энергетической установки.

При эксплуатации этих двигателей наблюдается повышенная вибрация сварной фундаментной плиты, что приводит к снижению ресурса упорного подшипника, установленного непосредственно в последней по ходу балке плиты. Поскольку станина с цилиндрами скреплена с фундаментной плитой посредством длинных анкерных связей, требуется повышенное внимание к ним вследствие вибрации. Неудачно выполнена смазка головных подшипников через специальный клапан под давлением и крейцкопфов с однопроточными пазухами. Внушительные габариты главного двигателя KSZ достигают по длине 8,52 м, по высоте 3,41 м (данные для двигателя K5SZ 70/125), что требует увеличения размеров машинного отделения и в результате происходит сокращение провозоспособности судна. Для устранения указанных недостатков фирмой MAN с середины 80-х годов разработан мощностной ряд длинноходовых двигателей типа «МС», которые имеют укороченную длину и высокое значение S/D. Эти двигатели имеют низкую стоимость производства вследствие унификации узлов и снижения затрат на механическую обработку, низкий уровень шума и высокую экономичность. С 1990 года фирмой MAN начато производство сверхдлинноходовых дизелей типа «S-MC» в компактном исполнении. Применение этих двигателей, в частности двигателя 6S50MC-C, по сравнению с длинноходовыми типа «МС» аналогичной мощности позволяет сократить длину двигателя и, соответственно уменьшить длину машинного отделения на 1 метр. В дипломном проекте в соответствии с результатами расчётов ходкости судна, сверхдлинноходовой двигатель 6S50MC-C обеспечивает требуемую мощность и частоту вращения. Данный двигатель двухтактный, малооборотный с изобарной системой наддува, имеет отношение S/D=4,0. Данные фирмы МАN показывают, что при снижении частоты вращения на 25% и при работе на частичной мощности до 0,6*Nном, привлекательными моментами являются значение экономии топлива, снижение затрат на ремонт и запасные части, упрощённое обслуживание. Поскольку номинальная мощность двигателя 6S50MC-C невысокая, в дипломном проекте не разрабатывается турбокомпаундная система, исходя из рекомендаций фирмы MAN. Немаловажное значение для экономичности двигателя имеет компоновка и конструкция системы наддува. Фирма MAN при чётном числе цилиндров порядка 4-х рекомендует устанавливать газотурбонагнетатель фирмы «Броун-Бовери» типаVTR4A с изобарным подводом газа. Для устранения недостатка, присущего изобарной системе наддува, а именно ухудшение работы ГД в области малых нагрузок из-за недостаточной приёмистости ГТН предусматривается подкрутка газового потока с целью увеличения кинематической энергии при входе в газовпускной корпус турбонагнетателя. Опыт эксплуатации такого ГТН с КПД порядка 0,72 показывает, что подключение электроприводной воздуходувки происходит при более низких нагрузках ГД, благодаря чему расширяется диапазон работы двигателя с повышенной экономичностью.