Анализ конструкции ГД 6S70MC

Фирма MAN-B&W и ее лицензиаты являются основными поставщиками главных n оборотных двигателей на суда мирового морского флота.

Наиболее массовой моделью является модификация в цилиндровом исполнении. Двигатель MC – цилиндровый 2-тактный крейцкопфный реверсивный двигатель с газотурбинным наддувом диаметром цилиндра мм, ходом поршня мм. Двигатель уравновешен по всем силам и моментам 1 и 11 порядка. Его паспортная номинальная мощность - кВт при об/мин и среднем эффективном давлении бар. Вращение двигателя - правое.

Двигатель имеет стальную цельносварную фундаментную раму, которая крепится к набору корпуса судна 60 фундаментными и 2 торцовыми болтами через клинья. Поперечные опоры фундаментной рамы - стальные литые в количестве 8 единиц, со стальными тонкостенными вкладышами, залитыми белым металлом. Упорный подшипник встроен в отсек приводов, расположенный в корме. Сток масла в циркуляционную цистерну - через отверстие в поддоне фундаментной рамы в корме двигателя.

Рисунок Поперечный разрез двигателя MAN B&W типа МС

Блок цилиндров собран в единый моноблок на призонных болтах из отдельных литых чугунных блоков. В каждый блок запрессована составная цилиндровая втулка, состоящая из 2-ух частей с разъемом выше верхнего уровня блока цилиндра. Обе части втулки изготавливаются из модифицированного чугуна. В верхнем бурте нижней части втулки просверлены отверстия для 8 штуцеров цилиндровой смазки. Верхняя часть втулки снаружи закрыта пустотелой чугунной рубашкой охлаждения. В районе камеры сгорания втулка имеет косые сверления для прохода охлаждающей воды. Уплотнение втулки обеспечивается: в нижней части - 4-мя резиновыми кольцами; в верхней части в районе рубашки охлаждение - 2-мя резиновыми кольцами (по одному сверху и снизу рубашки). Уплотнение посадочного места между втулкой и блоком обеспечивается притиркой посадочных мест (без прокладок) между втулкой и крышкой - уплотнительным кольцом из мягкого железа. Перепуск охлаждающей воды из блока в рубашку охлаждения осуществляется по 4-ем перепускным патрубкам ("лягушкам"), из рубашки в крышку цилиндров - по таким же перепускным трубкам.

Рисунок Блок цилиндров

Фундаментная рама является основой для всего двигателя. Она работает в условиях значительных механических нагрузок, определяемых переменным давлением газов в рабочих цилиндрах, движущей силой цилиндров, силами динамики, а также деформацией корпуса при изменении внешних условий плавания. Поэтому основное требование к конструкции фундаментной рамы - ее жесткость. Конструкция должна быть жесткой, чтобы противостоять усилиям от давления газов, крутящего момента, упора винта, а также усилиям от деформации корпуса судна при волнении моря или при изменении осадки. Очевидно, что всем этим требованиям можно удовлетворить только совместно - конструкцией фундаментной рамы и конструкцией корпуса судна. Двигатель 6S70MC имеет сварную составную (состоящую из двух частей, скрепленных призонными болтами) фундаментную раму "коробчатой" формы с массивными продольными и поперечными ребрами жесткости. Роль поперечных ребер жесткости выполняют стальные литые опоры для рамовых подшипников коленчатого вала, приваренные к корпусу фундаментной рамы. Опоры имеют постели для вкладышей рамовых подшипников и два отверстия для выхода анкерных связей.

Количество отсеков на 1 больше количества цилиндров. Соответственно рамовых подшипников - на 2 единицы больше, чем количество цилиндров. Дополнительный отсек нужен для размещения привода распределительного вала. Двигатель 6S70MC имеет отсек приводов с кормовой части двигателя, а упорный подшипник встроен в двигатель и размещен в этом же отсеке.

Масло, вытекающее из подшипников, стекает в нижнюю часть картера и через одно или два отверстия в поддоне фундаментной рамы по отводным трубам попадает в циркуляционную масляную Цистерну, расположенную под двигателем в двойном дне корпуса судна. Отверстия в под доне картера закрыты сетками.

Рисунок Фундаментная рама.

Станина двигателя является основой для размещения блока цилиндров. Она воспринимает на себя вес деталей, расположенных выше.. В объем картера, ограниченный станиной, вытекает масло из головных и крейцкопфных подшипников, а также масло, разбрызгиваемое коленчатым валом. Основные требования к ее конструкции - достаточная механическая прочность, плотность в отношении протечек масла и удобство доступа к элементам движения при их осмотрах и ремонтах. К фундаменту двигателя станина крепится с помощью резьбовых соединений.

Рассматриваемый в данном дипломе двигатель имеет цельносварную конструкцию станины. В верхней части станины размещена диафрагма с сальником штока поршня. Назначение диафрагмы - отделять подпоршневую полость и продувочный ресивер от картера, не допускать протечек продувочного воздуха, предотвращать попадание отработавшего масла и несгоревшего топлива (сладжа) из подпоршневой полости в картер и циркуляционного масла - из картера в подпоршневую полость. Диафрагма охлаждается охлаждающей водой двигателя - на случай возгорания сладжа в подпоршневой полости, чтобы предотвратить взрыв паров масла в картере. Корпус сальника состоит из 2-ух половин, скрепленных болтами. В корпусе размещено 3 группы колец: верхнее грязевое кольцо - для снятия со штока поршня сладжа, когда шток идет вниз; уплотнительные кольца - для предотвращения перетекания продувочного воздуха; маслосъемные кольца, снимающие со штока циркуляционное масло, когда шток идет вверх. Вес кольца - составные, состоят из 3 или 4-х сегментов, которые прижимаются к штоку пружиной. Данный двигатель имеет предохранительные клапаны картера в каждом цилиндре и иногда с торца двигателя - на случай взрыва в картере. Предохранительные клапаны расположены на стороне газовыпускных трубопроводов.

Втулка образует камеру сгорания, подвержена влиянию высоких температур, воспринимает давление газов, работает в паре трения "втулка-поршень.

Вопросы смазки решаются следующим образом: втулки цилиндров имеют 6-8 сверлений с раздаточными канавками на зеркале, по которым через штуцеры смазки подается смазочное цилиндровое масло. При ходе поршня вверх смазка разносится поршневыми кольцами по всему зеркалу цилиндра.

Рисунок Составная втулка цилиндра.

Крышка цилиндра замыкает остов двигателя, образует и герметизирует камеру сгорания служит для размещения форсунок, индикаторного крана, пускового и предохранительных клапанов, органов газораспределения. Поскольку поверхность крышки работает в области высоких температур и давлений, то основным требованием к ее конструкции является - способность противодействовать тепловым и механическим напряжениям. Выполнение этих действий затруднено тем обстоятельством, что крышка
имеет сложную конфигурацию, поскольку в ней должны быть размещены указанные выше элементы и каналы для прохода дающей воды. Сложность конструкции крышки определило материал ее изготовления. В стальном литом корпусе крышки размещаются 2 форсунки (с носа и с кормы), индикаторный и предохранительный кран. В центре крышки расположен съемный выхлопной клапан в сборе. Вода, выходящая из полости охлаждения крышки направляется в полость охлаждения клапана, откуда затем движется к охладителю.

Рисунок Крышка цилиндра.

Двигатель имеет один выхлопной клапан. Корпус выхлопного клапана отливается из высокопрочного чугуна. Шпиндель клапана откован из высокохромистой стали. Съемное седло клапана также изготавливается из легированной жаропрочной стали. Посадочные пояса шпинделя и седла имеют наплавленные пояски из жаропрочного материала (стеллит, нимоник). Клапан открывается гидравлически, а закрывается сжатым воздухом под давлением 7 бар и ниже. Для этого в конструкцию клапана введен пневматический цилиндр. Надежность клапана существенно повышена за счет самопритирки шпинделя при его посадке па седло. Самопритирка происходит при проворачивании шпинделя потоком выхлопных газов, набегающих на лопатки импеллера.

Рисунок Выхлопной клапан.

Коленчатый вал - наиболее дорогая и ответственная деталь двигателя, работающая в условиях больших знакопеременных динамических нагрузок. В судовых двигателях коленчатые валы изготавливаются обычно из конструкционных сталей. Рассматриваемый в данном дипломном проекте дизель имеет полусоставной коленчатый вал. Они изготавливаются путем сварки отдельных литых элементов в виде щеки с прилегающими половинами рамовой и Мотылевой шейками.

Полусоставной коленчатый вал показан на рис. С кормы вал имеет фланец отбора мощности, который откован вместе с упорным валом. На упорный гребень. А этого вала насажена цепная 2-рядная звездочка для привода распределительного тзалп. С носа двигателе имеется порнснь демпферу, осевых колебаний и фланец для крепления звездочки цепного привода уравновешивающих масс.

Рис. Коленчатый вал.

Рисунок Коленчатый вал.

Распределительный вал служит для обеспечения своевременного открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов цилиндра, подачи топлива, цилиндровой смазки и сжатого воздуха (при пуске двигателя). Двигатель 6S70MC имеет один распределительный вал который обеспечивает: газораспределение, топливоподачу, маслоподачу, воздухораспределение. Условия работы распределительного вала определяются значительными динамическими нагрузками. Так, в двигателе 6S70MC для открытия выхлопного клапана необходимо усилие порядка 10 т. Максимальное усилие на привод плунжера ТНВД - около 25 т. Распределительный вал приводятся от коленчатого вала с передаточным отношением 1:1. Для привода распределительного вала используется цепная передача.

Рисунок Схема привода распределительного вала.

Анкерные болты двигателя (16 единиц) - стальные составные, состоят из 2-ух частей, стягивают воедино блок, станину и фундаментную раму. Гайки анкерных болтов затягиваются гидравлически на 900 бар.

Рисунок Анкерные болты.

Поршень имеет стальную головку и укороченную чугунную юбку. В поршне размешены 4 компрессионных кольца, в юбке - 2 красномедных приработочных пояска. Поршень охлаждается маслом, которое подводится и отводится с помощью сверления в поперечине крейцкопфа и стальной трубки внутри штока.

Рисунок Поршень.

Крейцкопф - 2-сторонний, с 4-мя ползунами, залитыми белым металлом. Поперечина стальная кованая со сверлеными каналами для прохода масла. К поперечине крепится резьбовым соединением подпятник штока поршня, колено телескопа подвода смазки и сливная труба масла охлаждения поршня.

Рис. Крейцкопф

Шатун изготавливается в виде стальной отливки с последующей ковкой и механической обработкой. Верхняя головка - безвильчатого типа, верхняя и нижняя головки - неотъемные. Вкладыши головного и мотылевого подшипников имеют тонкостенные стальные вкладыши, залитые белым металлом. Внутри шатун имеет сверление для прохода смазки от головного к мотылевому подшипнику.

Рисунок Шатун.

Система топливоподачи высокого давления имеет ТНВД золотникового типа с регулированием по концу подачи, с VIT- цилиндром, и 2 игольчатых неохлаждаемых форсунки с односторонним распылом топлива на каждый цилиндр. Конструкция топливной аппаратуры позволяет работать на всех режимах эксплуатации только на высоковязких остаточных топливах, без использования дизельного топлива.

Рисунок Система топливоподачи высокого давления

Продувка цилиндров обеспечивается: на малых ходах - 2-мя электровоздуходувками, установленными с торцев продувочного ресивера; на полном ходу - одним газотурбонагнетателем. Газотурбонагнетатель - с валом на шарикоподшипниках, с автономными системами смазки для турбинной и компрессорной частей, с заменой смазки через 500-1000 часов.

Рисунок Система пускового воздуха.

Системы циркуляционной смазки коленчатого вала и распределительного вала разделены. Насосы смазки коленчатого вала (2 единицы) - центробежного типа, с электроприводом. Смазка подается к двигателю по 2-ум трубам: от нижней трубы - на смазку рамовых и упорного подшипников и на отсек приводов, от верхней - к телескопам на смазку головных, крейцкопфных и мотылевых подшипников и на охлаждение поршней. Смазка подшипников распределительного вала и питание гидравлической системы открытия выхлопных клапанов обеспечивается автономной системой с 2-мя винтовыми насосами с электроприводом.

Рисунок Системы циркуляционной смазки коленчатого вала.

Цилиндровая смазка включает в себя лубрикаторы с 8 точками смазки на каждом цилиндре с подачей масла на каждом ходе поршня.

Рисунок Система цилиндровой смазки

Охлаждение цилиндров обеспечивается одним из 2-ух центробежных насосов с электроприводом, подающих пресную воду на охлаждение диафрагм, цилиндровых втулок, крышек и выхлопных клапанов цилиндров. Верхний бурт втулки, крышка и седло выхлопного клапана имеют сверления для прохода охлаждающей воды. Как правило, в системе устанавливается холодильник пластинчатого типа. Для подогрева двигателя перед его пуском в системе охлаждения предусмотрен паровой подогреватель охлаждающей воды.

Рисунок Система охлаждения цилиндров.