Motoarele diesel marine au o eficiență termică ridicată, o economie bună, o pornire ușoară și o mare adaptabilitate la diferite tipuri de nave. După introducerea lor, au fost folosite rapid ca putere de propulsie pentru nave. Până în anii 1950, motoarele diesel înlocuiseră aproape complet motoarele cu abur în navele nou construite. Motoarele marine diesel au devenit principala sursă de energie pentru navele civile, navele mici și mijlocii și submarinele convenționale. Motoarele diesel marine pot fi împărțite în motoare principale și motoare auxiliare în funcție de funcțiile lor pe nave. Motorul principal este folosit ca putere de propulsie pentru nave, în timp ce motorul auxiliar este folosit pentru a conduce generatoare, compresoare de aer sau pompe de apă.
Motoarele diesel marine sunt, în general, împărțite în motoare diesel de mare viteză, viteză medie și motoare diesel de viteză mică, iar principalii indicatori de performanță ai celor trei tipuri de motoare diesel sunt enumerați în tabel.
Introducere și aplicare
De cele mai multe ori, motoarele marine funcționează la sarcină maximă și uneori funcționează în condiții de sarcină variabilă. Navele navighează adesea pe teren accidentat, astfel încât motoarele diesel marine ar trebui să poată funcționa în mod fiabil în condiții de înclinare longitudinală de 15 grade -25 grade și înclinare transversală de 15 grade -35 grade . Majoritatea navelor folosesc motoare diesel turbo (vezi turbocompresiunea motorului cu combustie internă), iar motoarele diesel de putere redusă, fără turbocompresor, sunt folosite doar în bărci mici. Majoritatea motoarelor diesel cu turație mică sunt motoare în doi timpi, majoritatea motoarelor diesel cu turație medie sunt motoare în patru timpi, iar motoarele diesel de mare viteză au ambele. Formele de captare ale motoarelor diesel marine în doi timpi includ captarea cu reflux, captarea DC cu supapă de orificiu și eliminarea orificiului pistonului opus. Motoarele diesel cu viteză medie și joasă de mare putere folosesc pe scară largă ulei greu ca combustibil, în timp ce motoarele diesel de mare viteză folosesc încă mai ales motorină ușoară.
motor diesel cu turație mică
Acționarea directă a elicei necesită o viteză de rotație mai mică pentru a obține o eficiență ridicată a propulsiei. Motoarele diesel de viteză medie și mare antrenează elicea printr-o cutie de viteze, care este de obicei echipată cu un mecanism de inversare pentru a obține inversarea elicei. Cu toate acestea, motoarele diesel cu turație mică și unele motoare diesel cu turație medie pot inversa. Motoarele diesel de viteză medie și mare sunt, de asemenea, acționate electric printr-un sistem de elice cu motor generator. Atunci când este necesară o putere mare, mai multe mașini pot fi, de asemenea, utilizate în paralel și un singur motor principal poate fi utilizat pentru navigarea la viteză redusă, îmbunătățind astfel eficiența și fiabilitatea operaționale. La instalarea a două motoare principale pe aceeași navă, acestea sunt împărțite în motor stâng și motor dreapta în funcție de poziția de instalare și direcția elicei.
Principiul de funcționare
motor diesel în doi timpi
Un motor diesel care finalizează un ciclu de lucru prin două timpi ale pistonului se numește motor diesel în doi timpi. Un motor cu ulei completează un ciclu de lucru cu o singură rotație a arborelui cotit. În comparație cu un motor diesel în patru timpi, îmbunătățește puterea de ieșire și are diferențe semnificative în structura specifică și principiile de lucru.
Structura de bază a unui motor diesel în doi timpi este aceeași cu cea a unui motor diesel în patru timpi, principala diferență fiind în trenul de supape. Motoarele diesel în doi timpi nu au supape de admisie, iar unele nici măcar nu au supape de evacuare. În schimb, orificiile de evacuare și evacuare sunt prevăzute în partea inferioară a cilindrului; Sau configurați un port de evacuare și un mecanism de supapă de evacuare. Și o pompă de captare dedicată condusă de piese în mișcare și o cutie de evacuare pentru stocarea aerului sub presiune sunt instalate, ceea ce simplifică structura motorului diesel prin utilizarea coordonării dintre piston și orificiul de aer pentru a finaliza distribuția aerului. Diagrama arată principiul de funcționare al unui motor diesel în doi timpi. Pompa de evacuare este atașată de o parte a motorului diesel, iar rotorul acestuia este antrenat de motorul diesel. Aerul este aspirat din pompă, comprimat și evacuat și stocat într-o cutie de captare cu volum mare, unde menține o anumită presiune.
4-motor diesel cu cursă
Munca unui motor diesel este completată de patru procese: admisie, compresie, generare de energie și evacuare, care formează un ciclu de lucru. Un motor diesel în care pistonul finalizează un ciclu de lucru prin patru procese se numește motor diesel în patru timpi. Acum compară-l cu animația de mai sus pentru a explica principiul său de funcționare.
Prima cursă - aspirație, sarcina sa este de a umple cilindrul cu aer proaspăt. Când începe cursa de aspirație, pistonul se află în punctul mort superior, iar în camera de ardere a cilindrului mai sunt încă niște gaze de evacuare.
Când arborele cotit se rotește în cot, biela mută pistonul din punctul mort superior în punctul mort inferior și, în același timp, folosește mecanismul de transmisie conectat la arborele cotit pentru a deschide supapa de admisie.
Pe măsură ce pistonul se mișcă în jos, volumul de deasupra pistonului din cilindru crește treptat: determinând presiunea aerului din interiorul cilindrului să fie mai mică decât presiunea din interiorul conductei de admisie, astfel încât aerul exterior umple continuu cilindrul.
Variația presiunii gazului în cilindru cu volumul cilindrului în timpul procesului de admisie este prezentată în animație. Axa verticală din figură reprezintă presiunea gazului P, iar axa orizontală reprezintă volumul cilindrului Vh (sau impulsul pistonului S). Acest grafic se numește diagramă indicator. Curba presiunii din figură reprezintă legea de variație a presiunii gazului în interiorul cilindrului atunci când motorul diesel funcționează. Putem vedea din sol că începe admisia, iar din cauza prezenței gazelor de eșapament reziduale, aceasta este puțin mai mare decât presiunea atmosferică P{{0}}. În timpul procesului de admisie, datorită rezistenței la curgere generată de aerul care trece prin conducta de admisie și supapa de admisie, presiunea gazului în timpul cursei de admisie este mai mică decât presiunea atmosferică, variind de la 0,085 la 0,095 MPa. Pe parcursul întregului proces de admisie, presiunea gazului din interiorul cilindrului rămâne aproximativ constantă.
Când pistonul se mișcă în jos și se apropie de punctul mort inferior, fluxul de aer care intră în cilindru are încă o viteză mare și o inerție mare. Pentru a utiliza inerția fluxului de aer pentru a crește rata de umflare, supapa de admisie se închide numai după ce pistonul a depășit punctul mort inferior. Deși pistonul se mișcă în sus în acest moment, din cauza inerției fluxului de aer, gazul poate încă umple cilindrul.
A doua cursă - compresie. În timpul compresiei, pistonul se deplasează din punctul mort inferior în punctul mort superior. Această cursă are două funcții: în primul rând, de a crește temperatura aerului și de a pregăti autoaprinderea combustibilului; în al doilea rând, pentru a crea condiții pentru extinderea gazului și lucru. Când pistonul se mișcă în sus și supapa de admisie se închide, aerul din cilindru este comprimat. Pe măsură ce volumul scade, presiunea și temperatura aerului continuă să crească. Presiunea si umiditatea la sfarsitul compresiei sunt legate de gradul de compresie a aerului, adica de raportul de compresie. În general, presiunea și temperatura la sfârșitul compresiei sunt Pc=4-8MPa, Tc=750-950K.
Temperatura de autoaprindere a motorinei este de aproximativ 543-563K, iar temperatura de la sfârșitul compresiei este mult mai mare decât temperatura de autoaprindere a motorinei, ceea ce este suficient pentru a se asigura că combustibilul injectat în cilindru se aprinde și arde pe propriile sale.
Motorina injectată în cilindru nu se aprinde imediat și se aprinde numai după ce a suferit modificări fizice și chimice. Această perioadă de timp este de aproximativ 0.001-0,005 secunde, cunoscută sub numele de perioadă de întârziere la aprindere. Prin urmare, este necesar să începeți să pulverizați combustibil atomizat în cilindru la un unghi de manivelă de 10-35 grade înainte ca arborele cotit să atingă punctul mort superior și să obțineți cea mai mare presiune de ardere în camera de ardere când arborele cotit ajunge la {{ 4}} grade după punctul mort superior, forțând pistonul să se miște în jos.
A treia lovitură - a face muncă. La începutul acestei curse, cea mai mare parte a combustibilului injectat în camera de ardere este ars. În timpul arderii, se eliberează o cantitate mare de căldură, determinând o creștere bruscă a presiunii și a temperaturii gazului. Pistonul se deplasează în jos sub acțiunea gazului de înaltă temperatură și de înaltă presiune și rotește arborele cotit prin biela pentru a efectua lucrări externe. Deci, această cursă se mai numește și cursa de putere sau de lucru.
Pe măsură ce pistonul coboară, volumul cilindrului crește și presiunea gazului scade. Cursa de lucru se termină când pistonul ajunge la punctul mort inferior și se deschide supapa de evacuare.
În animație, partea în creștere a liniei de schimbare a presiunii în timpul cursei de lucru reprezintă creșterea bruscă a presiunii atunci când combustibilul este ars în cilindru, iar punctul cel mai înalt reprezintă cea mai mare presiune de ardere Pz. Presiunea și temperatura în acest punct sunt:
Pz=6-15MPa, Tz=1800-2200K
Raportul dintre cea mai mare presiune de ardere și presiunea la punctul final de compresie (Pz/Pc) se numește raport de creștere a presiunii în timpul arderii, exprimat ca λ. În funcție de diferitele tipuri de motoare diesel, intervalul valorii λ la putere maximă este următorul: λ=Pz/Pc=1.2-2.5.
A patra cursă - evacuare. Funcția cursei de evacuare este de a evacua gazele de evacuare expandate pentru a umple aer proaspăt și a se pregăti pentru admisia următorului ciclu. Când pistonul cursei de lucru se deplasează aproape de punctul mort inferior, supapa de evacuare se deschide, iar pistonul se deplasează din punctul mort inferior în punctul mort superior sub antrenarea arborelui cotit și a bielei și evacuează gazele de eșapament din cilindru. Datorită rezistenței din sistemul de evacuare, la începutul cursei de evacuare, presiunea gazului din interiorul cilindrului este cu 0.025-0.035MPa mai mare decât presiunea atmosferică, cu o temperatură Tb de {{4} }}K. Pentru a reduce rezistența mișcării pistonului în timpul evacuarii, supapa de evacuare este deschisă înainte de punctul mort inferior. De îndată ce supapa de evacuare este deschisă, gazul cu o anumită presiune iese imediat din cilindru, iar presiunea din interiorul cilindrului scade rapid. În acest fel, atunci când pistonul se mișcă în sus, gazele de evacuare din interiorul cilindrului sunt evacuate prin mișcarea ascendentă a pistonului. Pentru a utiliza inerția fluxului de aer în timpul evacuarii pentru a se asigura că gazele de evacuare sunt evacuate curat, supapa de evacuare este închisă numai după punctul mort superior.
În animație, curba cursei de evacuare reprezintă faptul că presiunea gazului din interiorul cilindrului este aproape constantă în timpul procesului de evacuare, dar puțin mai mare decât presiunea atmosferică. Presiunea Pr la sfârșitul cursei de evacuare este de aproximativ 0.105-0,115MPa, iar temperatura Pr a gazelor de evacuare reziduale este de aproximativ 850-960K.
Datorita faptului ca supapele de admisie si evacuare sunt deschise devreme si inchise tarziu; Deci, la sfârșitul cursei de evacuare și la începutul cursei de admisie, când pistonul este aproape de punctul mort superior, există o perioadă de timp în care supapele de admisie și de evacuare se deschid simultan, care este reprezentată de unghiul arborelui cotit și numită unghiul de suprapunere a supapei.
După terminarea cursei de evacuare, cursa de admisie începe din nou și întregul ciclu de lucru se repetă conform procesului de mai sus. Datorită faptului că ciclul de lucru al acestui motor diesel este completat de patru timpi de piston, adică două rotații ale arborelui cotit, se numește motor diesel în patru timpi.
În cele patru timpi ale unui motor diesel în patru timpi, doar a treia cursă, care este impulsul de lucru, generează putere pentru a efectua lucrări externe, în timp ce celelalte trei timpi sunt procesul de pregătire pentru munca consumată. Pentru a realiza acest lucru, pe un motor diesel cu un singur cilindru trebuie instalat un volant, utilizând inerția de rotație a volantului pentru a asigura funcționarea continuă și uniformă a arborelui cotit pe parcursul celor patru timpi.
Avantaje structurale
1. Structură unică a rulmentului principal de tip cadru, rigiditate ridicată a corpului, amplitudine mică a vibrațiilor și decibeli cu zgomot redus.
2. Un cilindru, un capac, facilitează întreținerea vehiculului și reduce costurile de întreținere.
3. Componentele principale sunt achiziționate constant la nivel global, realizând o configurație ridicată a motorului.
4. Accesoriile motorului diesel sunt complet instalate, cu răcitoare de aer, schimbătoare de căldură cu apă de mare și apă dulce, etc. instalate pe motorul diesel pentru amenajarea ușoară a compartimentului motorului.
5. Sistemul de răcire al motorului diesel adoptă o metodă de răcire cu apă cu circulație dublă internă și externă. Circulația internă folosește apă dulce pentru a răci motorul diesel, în timp ce circulația externă folosește apă de mare pentru a răci apa dulce printr-un schimbător de căldură cu apă dulce de mare, ceea ce îmbunătățește durata de viață a motorului diesel.
6. Un sistem cuprinzător de protecție și control, echipat cu un instrument de monitorizare funcțională a motorului diesel, poate măsura și afișa automat viteza, temperatura apei, temperatura uleiului și presiunea motorului diesel. Când parametrii motorului diesel depășesc limita, acesta poate alarma și opri automat, iar un instrument de control de la distanță poate fi echipat opțional.
7. Design excelent, folosind o țeavă de evacuare cu manta de apă pentru a menține temperatura scăzută a cabinei.
8. Are o bună adaptabilitate și este compatibil cu volantele pentru motoare diesel din seriile WD615C și WD618C, carcasele volantelor, instrumentele de monitorizare a motoarelor diesel, țevile de evacuare a mantalei de apă, pompele de apă de mare și alte componente. Dimensiunile de instalare ale motorului diesel, volantului și carcasei volantului sunt, de asemenea, aceleași, ceea ce facilitează potrivirea și întreținerea.
9. Scripetele din capătul frontal al arborelui cotit este rezervat cu o canelură pentru scripete și o flanșă de conectare pentru dispozitivele de ieșire a puterii exterioare.
