Суднові дизельні двигуни мають високу термічну ефективність, хорошу економічність, легкий запуск і чудову адаптованість до різних типів суден. Після появи їх швидко почали використовувати як рушійну силу для кораблів. До 1950-х років дизельні двигуни майже повністю витіснили парові двигуни на нових кораблях. Суднові дизельні двигуни стали основним джерелом енергії для цивільних кораблів, малих і середніх суден і звичайних підводних човнів. Суднові дизельні двигуни можна розділити на головні двигуни та допоміжні двигуни відповідно до їх функцій на кораблях. Головний двигун використовується як рушійна сила для кораблів, тоді як допоміжний двигун використовується для приводу генераторів, повітряних компресорів або водяних насосів.
Суднові дизельні двигуни зазвичай поділяються на високошвидкісні, середньошвидкісні та тихохідні, а основні показники роботи трьох типів дизельних двигунів наведені в таблиці.
Введення та застосування
Більшу частину часу суднові двигуни працюють при повному навантаженні, а іноді і в умовах змінного навантаження. Кораблі часто плавають по пересіченій місцевості, тому суднові дизельні двигуни повинні мати можливість надійно працювати в умовах поздовжнього нахилу 15 градусів -25 градусів і поперечного нахилу 15 градусів -35 градусів. Більшість кораблів використовують дизельні двигуни з турбонаддувом (див. Турбонаддув двигуна внутрішнього згоряння), а дизельні двигуни малої потужності без турбонаддува використовуються лише на невеликих човнах. Більшість низькошвидкісних дизельних двигунів є двотактними, більшість середньошвидкісних дизельних двигунів є чотиритактними, а високошвидкісні дизельні двигуни мають обидва. Форми продувки морських двотактних дизельних двигунів включають продувку рефлюксу, продувку клапана постійного струму та продувку протилежного поршневого порту. Середні та низькошвидкісні дизельні двигуни високої потужності широко використовують важке масло як паливо, тоді як високошвидкісні дизельні двигуни все ще в основному використовують легке дизельне паливо.
тихохідний дизельний двигун
Безпосередній рух гвинта вимагає меншої швидкості обертання, щоб досягти високої ефективності руху. Середні та високошвидкісні дизельні двигуни приводять гвинт у рух через коробку передач, яка зазвичай оснащена механізмом реверсу для досягнення реверсу гвинта. Однак низькошвидкісні дизельні двигуни та деякі середньошвидкісні дизельні двигуни можуть самостійно реверсувати. Середньо- та високошвидкісні дизельні двигуни також мають електричний привід через систему гвинтових двигунів-генераторів. Коли потрібна висока потужність, кілька машин також можна використовувати паралельно, і лише один головний двигун може використовуватися для низькошвидкісної навігації, тим самим підвищуючи ефективність і надійність роботи. При встановленні двох головних двигунів на одному судні вони поділяються на лівий двигун і правий двигун відповідно до положення установки та напрямку гвинта.
Принцип роботи
двотактний дизельний двигун
Дизель, який завершує один робочий цикл за рахунок двох ходів поршня, називається двотактним дизелем. Масляний двигун завершує один робочий цикл лише за один оберт колінчастого вала. У порівнянні з чотиритактним дизельним двигуном він покращує вихідну потужність і має значні відмінності в специфічній структурі та принципах роботи.
Основна конструкція двотактного дизельного двигуна така ж, як і чотиритактного дизельного двигуна, головна відмінність полягає в механізмі клапанів. Двотактні дизельні двигуни не мають впускних клапанів, а деякі навіть випускних. Замість цього в нижній частині циліндра передбачені продувні та випускні отвори; Або встановіть продувальний отвір і механізм випускного клапана. Також встановлено спеціальний очисний насос, який приводиться в дію рухомими частинами, і продувну коробку для зберігання повітря під тиском, що спрощує структуру дизельного двигуна завдяки використанню координації між поршнем і повітряним отвором для повного розподілу повітря. На схемі показаний принцип роботи двотактного дизельного двигуна. Продувний насос прикріплений з одного боку дизельного двигуна, а його ротор приводиться в рух дизельним двигуном. Повітря всмоктується з насоса, стискається та випускається, і зберігається у великому об’ємному газовідвідному боксі, де підтримується певний тиск.
4-тактний дизельний двигун
Робота дизеля завершується чотирма процесами: впуском, стисненням, виробленням електроенергії та випуском, які утворюють робочий цикл. Дизельний двигун, у якому поршень завершує робочий цикл за допомогою чотирьох процесів, називається чотиритактним дизельним двигуном. Тепер порівняйте його з анімацією вище, щоб пояснити принцип його роботи.
Перший такт - всмоктувальний, його завдання - наповнити циліндр свіжим повітрям. Коли починається такт всмоктування, поршень знаходиться у верхній мертвій точці, і в камері згоряння циліндра все ще залишається деякий вихлопний газ.
Коли колінчастий вал обертається колінним валом, шатун переміщує поршень від верхньої мертвої точки до нижньої мертвої точки, і в той же час використовує механізм передачі, з’єднаний з колінчастим валом, щоб відкрити впускний клапан.
Коли поршень рухається вниз, об’єм над поршнем у циліндрі поступово збільшується: тиск повітря всередині циліндра стає нижчим, ніж тиск у впускній трубі, тому зовнішнє повітря постійно наповнює циліндр.
На анімації показано зміну тиску газу в балоні від об’єму балона в процесі впуску. Вертикальна вісь на малюнку представляє тиск газу P, а горизонтальна вісь представляє об’єм циліндра Vh (або поршневий імпульс S). Цей графік називається індикаторною діаграмою. Крива тиску на малюнку відображає закон зміни тиску газу всередині циліндра під час роботи дизельного двигуна. З ґрунту ми бачимо, що починається всмоктування, і через наявність залишкового вихлопного газу воно трохи вище атмосферного тиску P{{0}}. Під час процесу впуску через опір потоку, створюваний повітрям, що проходить через впускну трубу та впускний клапан, тиск газу під час такту впуску нижчий за атмосферний тиск і становить від 0.085 до 0.095 МПа. Протягом усього процесу всмоктування тиск газу всередині циліндра залишається приблизно постійним.
Коли поршень рухається вниз і наближається до нижньої мертвої точки, потік повітря, що надходить у циліндр, все ще має високу швидкість і велику інерцію. Щоб використовувати інерцію повітряного потоку для збільшення рівня надування, впускний клапан закривається лише після того, як поршень пройде нижню мертву точку. Хоча в цей час поршень рухається вгору, за рахунок інерції повітряного потоку газ все ще може заповнити циліндр.
Другий такт - стиснення. Під час стиснення поршень рухається від нижньої мертвої точки до верхньої мертвої точки. Цей хід має дві функції: по-перше, підвищити температуру повітря і підготувати до самозаймання палива; по-друге, створити умови для розширення і роботи газу. Коли поршень рухається вгору і впускний клапан закривається, повітря в циліндрі стискається. У міру зменшення об’єму тиск і температура повітря продовжують зростати. Тиск і вологість наприкінці стиснення пов’язані зі ступенем стиснення повітря, тобто зі ступенем стиснення. Зазвичай тиск і температура в кінці стиснення становлять Pc=4-8MPa, Tc=750-950K.
Температура самозаймання дизельного палива становить близько 543-563К, а температура в кінці стиснення значно вища за температуру самозаймання дизельного палива, чого достатньо для того, щоб паливо, яке впорскується в циліндр, запалювалося та згоряло свій власний.
Дизельне паливо, що впорскується в циліндр, не запалюється відразу, а запалюється лише після фізичних і хімічних змін. Цей період часу становить приблизно 0.001-0,005 секунд, відомий як період затримки запалювання. Тому необхідно починати розпилення розпиленого палива в циліндр під кутом повороту 10-35 градусів до того, як колінчастий вал досягне верхньої мертвої точки, і досягти найвищого тиску згоряння в камері згоряння, коли колінчастий вал досягне {{ 4}} градусів після верхньої мертвої точки, змушуючи поршень рухатися вниз.
Третій удар - виконання роботи. На початку цього такту більша частина палива, що впорскується в камеру згоряння, спалюється. Під час горіння виділяється велика кількість теплоти, що викликає різке підвищення тиску і температури газу. Поршень під дією високотемпературного і високого тиску газу рухається вниз і через шатун обертає колінчастий вал для виконання зовнішньої роботи. Тому цей хід також називають силовим або робочим тактом.
Під час опускання поршня об’єм циліндра збільшується, а тиск газу зменшується. Робочий хід закінчується, коли поршень досягає нижньої мертвої точки і відкривається випускний клапан.
На анімації частина лінії зміни тиску під час робочого такту, що піднімається, означає різке підвищення тиску під час спалювання палива в циліндрі, а найвища точка — найвищий тиск згоряння Pz. Тиск і температура в цій точці:
Pz=6-15МПа, Tz=1800-2200K
Відношення найвищого тиску згоряння до тиску кінцевої точки стиснення (Pz/Pc) називається коефіцієнтом підвищення тиску під час згоряння і виражається як λ. Відповідно до різних типів дизельних двигунів діапазон значення λ при максимальній потужності є таким: λ=Pz/Pc=1.2-2.5.
Четвертий такт - випускний. Функція такту вихлопу полягає у випуску розширеного вихлопного газу для заповнення свіжим повітрям і підготовки до впуску наступного циклу. Коли поршень робочого ходу переміщується близько до нижньої мертвої точки, відкривається випускний клапан, і поршень переміщується від нижньої мертвої точки до верхньої мертвої точки під приводом колінчастого вала та шатуна, викидаючи вихлопні гази з циліндр. Через опір у вихлопній системі на початку такту випуску тиск газу всередині циліндра становить 0.025-0.035 МПа вище атмосферного тиску з температурою Tb {{4 }}К. Щоб зменшити опір руху поршня під час вихлопу, випускний клапан відкривають перед нижньою мертвою точкою. Як тільки відкривається випускний клапан, газ з певним тиском відразу ж виривається з циліндра, і тиск всередині циліндра швидко падає. Таким чином, коли поршень рухається вгору, вихлопні гази всередині циліндра виводяться через рух поршня вгору. Щоб використати інерцію повітряного потоку під час вихлопу для забезпечення чистого випуску вихлопних газів, випускний клапан закривається лише після верхньої мертвої точки.
На анімації крива такту вихлопу показує, що тиск газу всередині циліндра майже постійний під час процесу вихлопу, але трохи вищий за атмосферний тиск. Тиск Pr у кінці такту вихлопу становить приблизно 0.105-0.115 МПа, а температура Pr залишкового вихлопного газу становить приблизно 850-960K.
Через те, що впускний і випускний клапани відкриваються рано і закриваються пізно; Таким чином, наприкінці такту випуску та на початку такту впуску, коли поршень знаходиться біля верхньої мертвої точки, є період часу, коли впускний і випускний клапани відкриваються одночасно, який представлений кутом колінчастого вала і називається кут перекриття клапана.
Після закінчення такту випуску знову починається такт впуску, і весь робочий цикл повторюється відповідно до описаного вище процесу. У зв'язку з тим, що робочий цикл цього дизеля завершується чотирма ходами поршня, тобто двома оборотами обертання колінчастого вала, його називають чотиритактним дизелем.
У чотирьох тактах чотиритактного дизельного двигуна лише третій такт, який є робочим імпульсом, генерує енергію для виконання зовнішньої роботи, тоді як інші три такти є процесом підготовки до споживання роботи. Для цього на одноциліндровому дизельному двигуні має бути встановлено маховик, який використовує інерцію обертання маховика для забезпечення безперервної та рівномірної роботи колінчастого вала протягом чотирьох тактів.
Конструктивні переваги
1. Унікальна основна опорна конструкція рамного типу, висока жорсткість корпусу, мала амплітуда вібрації та низький рівень шуму в децибелах.
2. Один циліндр, одна кришка полегшує обслуговування автомобіля та знижує витрати на технічне обслуговування.
3. Основні компоненти постійно закуповуються по всьому світу, досягаючи високої конфігурації двигуна.
4. Комплектуючі для дизельного двигуна повністю встановлені, з повітряними охолоджувачами, теплообмінниками морської та прісної води тощо, встановленими на дизельному двигуні для зручного розташування моторного відсіку.
5. Система охолодження дизельного двигуна використовує внутрішній і зовнішній водяний метод охолодження з подвійною циркуляцією. Внутрішня циркуляція використовує прісну воду для охолодження дизельного двигуна, тоді як зовнішня циркуляція використовує морську воду для охолодження прісної води через теплообмінник морської прісної води, що подовжує термін служби дизельного двигуна.
6. Комплексна система захисту та контролю, оснащена інструментом моніторингу роботи дизельного двигуна, може автоматично вимірювати та відображати швидкість, температуру води, температуру масла та тиск дизельного двигуна. Коли параметри дизельного двигуна перевищують ліміт, він може автоматично подати сигнал і вимкнутися, а прилад дистанційного керування може бути оснащений додатково.
7. Відмінний дизайн, використання вихлопної труби з водяною сорочкою для підтримки низької температури в салоні.
8. Він має хорошу адаптивність і сумісний з маховиками дизельних двигунів серії WD615C і WD618C, корпусами маховика, приладами моніторингу дизельного двигуна, вихлопними трубами водяної сорочки, насосами морської води та іншими компонентами. Установчі розміри дизельного двигуна, маховика та корпусу маховика також однакові, що полегшує підбір і обслуговування.
9. Передній шків колінчастого вала зарезервований пазом для шківа та з’єднувальним фланцем для зовнішніх вихідних пристроїв.
