3 Описание конструкции дизеля

3 Описание конструкции дизеля

3.1 Поперечный разрез дизеля

Рисунок 1 – Поперечный разрез дизеля L46

1 – картер;

2 - болт крепления противовеса;

3 – противовес;

4 - крышка подшипника;

5 – шатунный болт;

6 – головка шатуна отъемная (нижняя);

7 – блок цилиндров; 8 – втулка цилиндра;

9 – кулачковый вал;

10 – толкатель;

11 – штанга;

12 – ТНВД;

13 – клапан впускной;

14 – коромысло;

15 – крышка цилиндра;

16 – траверса;

17 – коллектор впускной;

18 – кольцо антиполировочное;

19 – кольцо компрессионное;

20 - палец поршневой;

21 – поршень;

22 – коллектор впускной;

23 – клапан предохранительный;

24 – вал коленчатый;

25 – шпилька анкерная.

3.2 Остов

Блок - картер двигателя – цельный, отлит из чугуна со сферическим графитом. Представляет собой жесткую коробку из вертикальных и горизонтальных балок. В горизонтальных балках имеются расточки для установки цилиндровых втулок. В нижней части вертикальных поперечных балок, расположенных между втулками цилиндров, выполнены постели для тонкостенных вкладышей коренных подшипников коленчатого вала. Крышки коренных подшипников закреплены в направляющих блок-картера вертикальными и горизонтальными гидравлически затянутыми шпильками, что обеспечивает жесткую конструкцию подшипников. Распределительный вал вращается в подшипниках, размещенных непосредственно в блок-картере двигателя. Также в блок-картере имеются каналы для масла и охлаждающей воды.

Рисунок 2 – Блок-картер

1 – блок-картер;

2 – туннель для установки распределительного вала;

3 – втулка цилиндра;

4 – канал для охлаждающей воды;

5 – полость охлаждения втулки цилиндра;

6 – коренной подшипник;

7 – крышка коренного подшипника;

8 – вертикальная шпилька крепления крышки подшипника;

9 – горизонтальная шпилька крепления крышки подшипника;

10 – лапа крепления дизеля к судовому фундаменту;

Втулка цилиндра изготовлена центробежным литьем из износостойкого чугуна. Точный контроль температуры достигается направлением воды по сверлениям во втулке цилиндра.

Чтобы избежать заполировывание маслоудерживающего рельефа на зеркале втулки, в верхней части втулки вставлено антиполировочное кольцо. Средняя часть втулки цилиндра омывается водой. В нижней части рубашки охлаждения установлены резиновые уплотнительные кольца.

Рисунок 3 – втулка цилиндра:

1 – нижний центрирующий поясок;

2, 6 – канавка для резиновых уплотнительных колец;

3 - опорный фланец;

4 – антиполировочное кольцо;

5 – отверстия водяного охлаждения;

7 – часть втулки, охлаждаемая водой;

Крышка цилиндра отлита из чугуна. Крепится к блок-картеру четырьмя шпильками, затягиваемыми гидравлически. В крышке расположены 2 впускных и 2 выпускных клапана. Все клапаны оборудованы механизмами вращения. Седла выпускных клапанов охлаждаются водой.

Рисунок 4 – крышка цилиндра:

1 – крышка цилиндра;

2 – механизм вращения клапана;

3 – траверса впускных клапанов;

4 – коромысло впускных клапанов;

5 – винт регулировки теплового зазора в клапанах;

6 – коромысло выпускных клапанов;

7 – ось коромысел;

8 – стойка коромысел;

9 – траверса выпускных клапанов;

10 – отверстие для крышечной шпильки;

3.3 Кривошипно-шатунный механизм

Состоит из поршней, шатунов и коленчатого вала с подшипниками.

 Коленчатый вал (рис.5) двигателя стальной цельнокованый. Для снижения нагрузок на подшипники от центробежных сил инерции на каждой щеке поставлены противовесы.

Рисунок 5 – Вал коленчатый:

1 – противовесы на щеках вала;

2, 5 – шатунная шейка вала;

3, 6 – коренные шейки вала;

4 – отверстие для (входа) выхода масла в зазор подшипника (смазочное отверстие)

7 – щека вала;

Поршень (рис.6) составной конструкции со стальной головкой и юбкой из высокопрочного чугуна, скрепленных центральной шпилькой (или двумя). В головке проточены три канавки для установки поршневых колец. Для повышения износостойкости поверхности канавок закалены. Во внутреннюю полость между головкой и юбкой по сверлениям от бобышек поступает масло. Взбалтываясь, масло охлаждает поршень, и сливается через отверстие в картер дизеля.

Рисунок 6 – поршень:

1 – донышко поршня, образующее подвижную часть камеры сгорания;

2 – головка поршня;

3 – два компрессионных кольца;

4 – одно маслосъемное кольцо;

5 – смазочная канавка;

6 – юбка поршня;

3.4 Механизм газораспределения

Двигатель имеет традиционный механизм газораспределения (рис.7) с боковым расположением распределительного вала.

 

Рисунок 7 – Схема механизма привода клапанов:

1 – кулачок;

2 – ролик толкателя;

3 – толкатель;

4 – корпус топливного насоса высокого давления;

5 – крышка толкателя;

6 – кожух штанги;

7 – штанга;

8 – ось коромысел;

9 – коромысло;

10 – болт крепления стойки коромысел к крышке цилиндра;

11 – винт регулировки теплового зазора;

12 – траверса;

13 – стойка коромысел.

В крышке цилиндра расположены 4 клапана: два впускных и два выпускных (рис.8).

Рисунок 8 – Расположение клапанов на крышке цилиндра:

1 – стойка коромысел;

2 – ось коромысел;

3 – коромысло впускных клапанов;

4 – коромысло выпускных клапанов;

5 - винты регулировки теплового зазора;

6 - траверса выпускных клапанов;

7 - тарелка пружины клапана, закрепленная на штоке клапана сухарями (под ней расположен механизм вращения клапана);

8 - клапанные пружины;

9 - стойка (направляющая) траверсы;

10 - траверса впускных клапанов.

Диаметры впускных клапанов больше, чем выпускных. Клапаны вставлены в чугунные направляющие втулки. Штоки клапанов уплотнены кольцами, установленными в верхней части направляющих втулок. Седла всех клапанов вставные. Седла выпускных клапанов охлаждаются водой. Каждый клапан снабжен механизмом вращения, расположенным под тарелкой пружины клапана (рис.9). Рабочая фаска выпускных клапанов наплавлена стеллитом или нимоником.

Каждая пара клапанов открывается траверсой, на которую воздействует коромысло. На траверсе и на коромысле есть винты для регулировки теплового зазора и равного открытия клапанов. Коромысло поворачивается штангой, нижняя часть которой упирается в роликовый толкатель, расположенный в корпусе топливного насоса высокого давления.

Толкатель перемещается кулачком распределительного вала.

Рисунок 9 – механизм вращения клапанов:

1 – винт регулировки траверсы;

2 – траверса;

3 – стойка траверсы;

4 – механизм вращения клапанов;

 Примечание: На рисунке 9 показаны клапаны не дизеля L46, а другого дизеля той же фирмы.

3.5 Система топливная

Рисунок 10 - Схема топливоподготовки:

1 - отстойная цистерна тяжелого или дизельного топлива;

2 - расходная цистерна тяжелого или дизельного топлива;

3 - быстрозапорный клапан;

4 - модуль сепарации топлива;

5 - сеточный фильтр;

6 - питательный насос;

7 - подогреватель топлива;

8 - сепаратор тяжелого или дизельного топлива;

9 - цистерна отходов сепарации;

10 - танк переливного топлива;

11 - танк основного запаса топлива;

12 - приемный фильтр;

13 - топливный насос

Топливные цистерны

Топливо из танков основного запаса подается в отстойную цистерну для предварительного отделения воды и грязи. После отделения топливо перекачивается в расходный танк, из которого поступает в двигатель.

Отстойные цистерны рекомендуется устанавливать отдельно для тяжелого и дизельного топлива.  Емкость цистерны должна обеспечивать продолжительность отстаивания в течение 24 ч при максимальном расходе топлива двигателями. В отстойных цистернах нужно предусматривать внутренние наклонные перегородки для сокращения времени осаждения воды и загрязнений (тонкослойная отстойная цистерна) и их удаления. Температура тяжелого топлива в отстойной цистерне должна быть в пределах от 50 до 70 °С, что возможно при установке в цистерне греющих змеевиков и теплоизоляции стенок цистерны. Температура отстаиваемого дизельного топлива должна быть в пределах от 20 до 40 °С. В этом случае подогрев топлива и теплоизоляция стенок не нужны.

3.5.1 Внутренняя топливная система дизеля L46

Wärtsilä 46 Двигатель предназначен для постоянной работы на тяжелом топливе (HFO).

По запросу двигатель может быть построен для работы исключительно на морском дизельном топливе (MDF). Однако, двигатель работающий на HFO, может работать и на MDF. Время постоянной работы на HFO рекомендуется сделать насколько длительным, насколько это возможно.

Если работа двигателя изменяется от HFO на постоянную работу на MDF, то рекомендуется изменить выхлопные клапаны с Nimonic на Stellite.

Двигатели, работающие на MDF, оборудованные навешенным топливоподкачивающим насосом, имеют клапан регулирования давления в топливном трубопроводе на выходе из двигателя. Этот клапан поддерживает нужное давление перед насосами высокого давления.

Рисунок 11 – Внутренняя топливная система дизеля L46:

01 – ТНВД;

02 – форсунка;

03 – клапан регулировки давления;

04 – бак чистого утечного топлива;

05 – бак грязного утечного топлива;

06 – маховик;

07 – вал распределительный;

08 – защита от превышения скорости;

09 – рейка тнвд.

Датчики и индикаторы:

PT101 – давление топлива на входе в ТНВД;

TE101 – температура топлива на входе в ТНВД;

LS103 – уровень чистого утечного топлива;

LS108 – уровень утечного грязного топлива;

GT165 - положение рейки тнвд;

GS166 – перегрузка;

ST173 - датчик скорости двигателя;

ST173 – резервный датчик скорости двигателя;

M755 – электромотор для проворачивания коленчатого вала;

GS792 - датчик проворачивания вала;

SE167 и SE168 – удаленные датчики скорости двигателя;

PI – манометр;

TI – термометр;

Утечки топливной системы

Чистое утечное топливо из нагнетательных клапанов и топливных насосов собирается на двигателе и сливается самотеком через отверстие чистого утечного топлива. Чистое утечное топливо может быть использовано без очистки. Другие возможные утечки топлива и пролитой воды и масла отдельно сливаются из теплого короба через отверстие грязного утечного топлива и приводятся в отстойную цистерну.

3.5.2 Внешняя система топлива

Дизайн внешнего топливной системы может изменяться с корабля на корабль, но каждая система должна обеспечить очистку топлива и правильную вязкость и давление на каждом двигателе.

Контроль температуры, необходимы для поддержания стабильной и правильной вязкости топлива до топливных насосов. Достаточная циркуляция через каждый двигатель подключенный к той же сети должна быть обеспечена в любых условиях эксплуатации.

Рисунок 11 - Схема внешней топливной системы для работы только на дизельном топливе (MDF):

1E04 - охладитель;

1F04 - автоматический фильтр;

1F05 - фильтр тонкой очистки;

1F07 - фильтр;

1I03 – расходомер;

1N08 - насос подачи топлива;

1T04 – цистерна утечного топлива (чистое топливо);

1T06 – расходная цистерна;

1T07 – цистерна утечного топлива (грязное топливо);

1T13 - бак возврата топлива;

1V01 - клапан переключения;

1V10 - клапана быстрого закрытия (расходной цистерны);

101 – вход топлива;

102 – выход топлива;

103 – отвод утечек топлива (чистое топливо);

104 – отвод утечек топлива (грязное топливо).

Схема системы тяжелого топлива показана на рис.12. В ней предусмотрены две расходных цистерны для дизельного (MDF) и тяжелого (HFO) топлив. Дизельное топливо из расходной цистерны проходит через два фильтра и насосом подается во внутреннюю топливную систему дизеля. Возврат топлива из дизеля может направляться непосредственно в расходную цистерну или проходить через охладитель топлива в деаэрационный танк модуля топливоподготовки.

Горячее тяжелое топливо из расходной цистерны подается в модуль топливоподготовки, в котором оно поступает либо в топливные насосы, либо в охладитель. Далее топливо попадает в автоматический фильтр, который служит для защиты двигателя от частиц  до 10–15 микрон (не заменяя сепаратор), и расходомер. После расходомера топливо входит в деаэрационный танк, являющийся частью циркуляционного контура. Из деаэрационного танка топливо насосами подается в нагреватели (греющая среда - пар), визкозиметр, фильтр и двигатель. При этом часть топлива, минуя двигатель, идет к перепускному клапану (поддерживает постоянное давление на входе в двигатель), после которого объединяется с потоком топлива, выходящего из двигателя, охлаждается в охладителе и возвращается в  деаэрационный танк.

Утечки чистого топлива от двигателя, автоматического фильтра, деаэрационного танка и паровых подогревателей топлива по трубам с паровыми спутниками стекает в теплоизолированную цистерну чистого утечного топлива. Грязное утечное топливо собирается аналогичным образом в другую теплоизолированную цистерну.

Рисунок 12 - Схема системы тяжелого топлива:

1  расходная цистерна  дизельного топлива;

2 - расходная цистерна тяжелого топлива;

3 - клапан регулировки давления дизельного топлива;

4 - 3-х ходовой клапан;

5 - фильтр дизельного топлива;

6 - циркуляционный насос дизельного топлива;

7 - фильтр дизельного топлива;

8 - 3-х ходовой клапан;

9 - клапаны отключения одного из двигателей (ставятся в многомашинной установке по требованию SOLAS);

10 – фильтр;

11 - охладитель на линии возврата дизельного топлива (необходим при повторяющейся или непрерывной работе на MDF);

12 - клапан регулировки давления;

13 - перепускной клапан;

14 - цистерна грязного утечного топлива;

15 - цистерна чистого утечного топлива;

16 - модуль топливоподготовки;

17 - фильтры;

18 - топливные насосы;

19 - охладитель;

20 - клапан регулировки давления;

21 - автоматический фильтр;

22 - расходомер;

23 - воздуховыпускной клапан;

24 - деаэрационный танк;

25 - циркуляционные насосы;

26 - подогреватели;

27 - вискозиметр;

101 - вход топлива в двигатель;

102 - выход топлива из двигателя;

103 - утечки чистого топлива;

104 - утечки грязного топлива;

 

В установках с несколькими двигателями, включенными в единый циркуляционный топливный контур, по требованию SOLAS должно быть предусмотрено отключение  из контура любого двигателя без нарушения режима работы остальных двигателей.

3.6 Система смазочная

3.6.1 Внутренняя смазочная система

Рисунок 13 - Схема внутренней смазочной системы:

01 – картер;

04 – фильтр обкатки;

05 – турбокомпрессор;

06 – вентиляция картера;

07 – главный масляный насос;

08 – клапан регулировки давления;

201 – вход масла (в коллектор);

202AD – выход масла (из картера);

202AF – выход масла (из картера);

202BD – выход масла (из картера);

203 – навешенный масляный насос;

204 – навешенный масляный насос;

224 – клапан контроля давления M18 x 1.5

701 – вентиляция картера

722 – контроль масла от внешнего фильтра;

K – контроль масла в системе common rail;

Z – подвод мала на механизм газораспределения, кулачковый вал и т. д.;

PTZ201 – давление масла на входе в двигатель;

PT201 – давление масла на входе в двигатель;

PT201 – 2 - давление масла на входе в двигатель;

TE201 – температура масла на входе в двигатель;

PT271 – давление масла перед турбокомпрессором;

TE272 – давление масла после турбокомпрессора;

PS210 – давление масла на входе в двигатель (резервный);

QS700 – датчик масляного тумана;

PT700 – датчик давления в картере;

TE700 – датчик температуры коренного подшипника;

Wärtsilä 46 двигатель доступен как с навесным масляным насосом для таки без него.

Навесной насос невозможно применить в установках где двигатель соединен с валом на котором установлен винт фиксированного шага.

Навесной масляный насос является насосом винтового типа, он оснащен клапаном контроля давления.

3.6.2 Внешняя смазочная система

Рисунок 14 – схема внешней смазочной системы:

2E01 – маслянный холодильник;

2F06 – фильтр на всасывающей линии;

2S01 – сепаратор;

2E02 – подогреватель;

2N01 – модуль сепарации;

2S02 – уловитель конденсата;

2F01 – фильтр на всасывающей линии;

2P02 – насос предпусковой прокачки;

2T01 – циркуляционная цистерна;

2F02 – автоматический фильтр;

2P03 – сепарационный насос;

2T06 – отстойная цистерна;

2F03 – всасывающий фильтр;

2P04 – резервный насос;

2V01 – клапан контроля температуры;

2F04 – фильтр на всасывающей линии;

2R03 – демпфер смазочного масла;

201 – вход масла;

202 – выход масла;

203 – масло к навешенному насосу;

204 – масло от навешенного насоса;

701 – воздушная вентиляция картера;

3.7 Система охлаждения

3.7.1 Внутренняя система охлаждения

Система охлаждения двигателя состоит из двух контуров - низко- и высокотемпературного. Как известно, КПД двигателя увеличивается с ростом температуры охлаждающей воды, омывающей втулку цилиндра. В то же время наддувочный воздух и смазочное масло должны охлаждаться более холодной водой. Это явилось одной из причин разделения внутренней системы охлаждения на два контура с разным уровнем температур.

Центробежные насосы обоих контуров находятся с носового конца двигателя и приводятся от коленчатого вала.

Рисунок 15 – Внутренняя система охлаждения

01 – охладитель надувочного воздуха (высокотемпературный контур);

02 – охладитель надувочного воздуха (низкотемпературный контур);

03 – водяной насос (высокотемпературный контур);

04 – водяной насос (низкотемпературный контур);

05 – не возвратный клапан;

401 – вход воды (высокотемпературный контур);

402 – выход воды (высокотемпературный контур);

404 – выпуск воздуха из высокотемпературного контура;

406 – вода от предварительного нагревателя в высокотемпературный контур;

408 – вода от резервного насоса (высокотемпературный контур);

411 – спуск воды из высокотемпературного контура;

416 – выпуск воздуха из водяной полости охладителя наддувочного воздуха;

451 – вход воды (низкотемпературный контур);

452 – выход воды (низкотемпературный контур);

454 – выпуск воздуха из водяной полости охладителя наддувочного воздуха;

457 – вода от резервного насоса (низкотемпературный контур);

468 – байпасный охладитель воздуха (низкотемпературный контур);

PI – манометр;

TI – термометр;

PT401 – давление воды на входе (высокотемпературный контур);

PS410 – давление воды на входе (если резервный насос) (высокотемпературный контур);

TE401 – температура воды на входе (высокотемпературный контур);

PT471 – давление воды на входе (низкотемпературный контур);

TE402 – температура воды на выходе (высокотемпературный контур);

TE471 – water температура воды на входе (низкотемпературный контур);

TEZ402 – температура воды на выходе

TE472 – температура воды на выходе (низкотемпературный контур);

TE432 – температура воды на выходе (высокотемпературный контур);

PS460 – давление воды на входе (если резервный насос) (низкотемпературный контур);

3.7.2 Внешняя система охлаждения

Морская вода из забортных ящиков проходит через фильтр и попадает в центральный охладитель, в котором охлаждает пресную воду внутреннего контура. Часть морской воды проходит через охладители редуктора. Затем морская вода выбрасывается за борт. В холодное время года часть нагретой морской воды возвращается в забортный ящик.

Вода низко- и высокотемпературных контуров выходит из двигателя через невозвратные клапаны и смешивается. Выделяющийся воздух (и пар) отводятся через отделитель в расширительную цистерну. Горячая вода после охлаждения в центральном охладителе разделяется на два потока и подается в низко- и высокотемпературные контуры охлаждения (к навешенным насосам). Параллельно навешенным насосам включены резервные центробежные насосы.

Перепад и общий уровень температур в каждом контуре поддерживается своим регулятором температуры. Из каждого контура в расширительную цистерну имеются пароотводные трубки.

Для исключения пуска холодного двигателя предусмотрен модуль предварительного подогрева со своим циркуляционным насосом и подогревателем.

В многомашинных установках целесообразно делать отдельный контур для каждого двигателя, что облегчает установку режимов работы системы. В принципе возможно не объединять высоко- и низкотемпературные контуры, поставив вместо одного центрального охладителя - два.

В сточную цистерну сливается вода внутреннего контура, содержащая присадки, при необходимости частичной разборки двигателя и т.п.

Расширительная цистерна должна иметь объем не ниже 10 % полного объема воды в системе. Давление от расширительной цистерны на входе в насос должно быть в пределах от 0.7 до 1.5 бар.

Перед пуском двигателя вода, охлаждающая цилиндры, должна быть нагрета до 60 - 70 ºC. Необходимая мощность теплообменника составляет примерно 2 кВт/цилиндр, что позволяет нагреть двигатель от 20 до  70 ºC через 10 -15 ч. Для поддержания двигателя в горячем состоянии требуется мощность теплообменника около 1 кВт/цилиндр.

Рисунок 16 – Внешняя система охлаждения:

2E01 – маслянный холодильник;

4P15 – циркуляционный насос (низкотемпературный контур);

401 – вход воды (высокотемпературный контур);

4E05 – нагреватель (подогревательное устройство)

4S01 – выброс в атмосферу;

402 – выход воды (высокотемпературный контур);

4E08 – центральный охладитель;

4T03 – сточный бак;

404 – воздушное охлаждение воды (высокотемпературный контур);

4N01 – подогревательное устройство;

4T04 – сточная цистерна;

411 – сток воды (высокотемпературный контур);

4N02 – испаритель;

4T05 – расширительный бак;

416 – выпуск воздуха из водяной полости охладителя наддувочного воздуха;

4P03 – резервный насос (высокотемпературный контур);

4V01 – клапан контроля температуры (высокотемпературный контур);