книги из ГПНТБ / Пособие мотористу рыбопромыслового судна [практическое руководство] Е. М. Соловьев. 1960- 14 Мб

Когда вторая пластина 5 перекроет подводящее окно, она начнет

сжимать воздух и выталкивать его через патрубок в в ресивер

(воздухосборник), откуда воздух поступает к продувочным окнам. При втором полуобороте повторяется то же, но только воздух выталкивается пластиной 3.

К недостаткам таких насосов относятся: быстрая выработка

торцовых поверхностей пластин, соприкасающихся с корпусом,

и значительные утечки воздуха через зазоры между ротором и

корпусом. Кроме того, пластины, соприкасаясь со стенками ро­ тора и корпуса, создают шум.

Рис. 59. Схемы ротативных насосов: а — двухлопастный, б — трехлопастный.

Широкое применение как на мощных, так и на маломощных двигателях получили ротативные продувочные насосы (рис. 59).

Насос имеет два ротора специальной формы с двумя или тремя лопастями. Один ротор является ведущим, другой — ведомым. Они соединяются шестернями вне корпуса и вращаются в разные стороны с одинаковой скоростью. Между ними имеется неболь­ шой зазор, благодаря чему трение отсутствует и насос не требует

смазки. Воздух входит в насос, захватывается в пространство между корпусом и ротором, затем выжимается другим ротором и выходит наружу с повышенным давлением.

Большим недостатком этих насосов является создаваемый ими сильный шум вследствие ударов воздуха о стенки корпуса, поэтому их часто снабжают глушителями.

§ 34. НАДДУВ ДВИГАТЕЛЕЙ

Для увеличения мощности четырехтактных дизелей в настоя­ щее время все чаще применяют наддув.

Наддувом называется искусственное увеличение количества заряда воздуха, вводимого в цилиндр двигателя. При наличии

наддува в цилиндр четырехтактного двигателя можно ввести уве­

89

личенное количество воздуха и соответственно этому увеличить количество впрыскиваемого топлива, что приведет к увеличению количества тепла, выделяемого при сгорании в цилиндре, и, сле­ довательно, к увеличению мощности. Увеличение количества за­ ряда воздуха, вводимого в цилиндр, достигается повышением его давления перед двигателем. Обычно дизели с наддувом строят

так, что в цилиндр подается воздуха в 1,5—2 раза больше, чем

может поместиться в нем при нормальном всасывании. Часть излишнего воздуха используется для продувания цилиндра,

когда впускной и выпускной клапаны

3открыты. Продувочный воздух хорошо очищает цилиндр от отработавших га­

зов, оставшихся от предыдущего цик­

ла, и охлаждает днище поршня, крыш­ ку и клапаны, увеличивая срок службы деталей.

В настоящее время применение наддува позволяет увеличить удель­

ную литровую мощность двигателя в 1,5—2 раза и выше.

Как отмечено было ранее, при над­

5дуве увеличивается давление воздуха,

поступающего в цилиндр. Повышение давления воздуха при различных си­ стемах наддува различно и зависит от скоростного режима двигателя и си­ стемы нагнетателя. Обычно давление наддува, или увеличение заряда воздуха, пропорционально повышению мощности двигателя.

Существует несколько систем над-

дува двигателей. Наиболее распростра-

Рис. 60. Газотурбинная си­ пенными системами являются: газотур­

стема наддува. бинный наддув, система с приводным

нагнетателем и инерционный наддув, Пригазотурбин ной системе наддува (рис. 60)

отработавшие газы из выпускного коллектора по трубе 1 направ­ ляются в газовую турбину 2, отчего вал последней приходит во вращение. На одном валу с газовой турбиной установлено рабо­ чее колесо 3 центробежного воздушного насоса. Такой нагнета­ тель называют турбовоздуходувкой.

При вращении воздушного насоса в него входит воздух, кото­ рый увлекается лопатками рабочего колеса. Центробежной силой воздух отбрасывается от центра и через улиткообразную трубу 4 и наддувочный коллектор поступает под давлением к впускному клапану 5.

Существенным преимуществом газотурбинного наддува яв­ ляется саморегулирование. Чем выше нагрузка двигателя, тем

90

больше выходит отработавших газов и, следовательно, больше

скорость поступления их на лопатки турбины. Это вызывает уве­ личение числа оборотов воздуходувки, что, в свою очередь, со­ провождается увеличением давления и количества воздуха, по­ ступающего в цилиндр двигателя.

Газотурбинный наддув в последние годы находит широкое применение как в новых моделях двигателей, так и в модернизи­ руемых.

Система с приводным нагнетателем отли­ чается от газотурбинной системы тем, что нагнетатель приво­ дится в движение коленчатым валом при помощи зубчатой, а иногда цепной передачи. Система с приводным нагнетателем

надежнее в действии, однако потери мощности в нагнетателе

очень велики. Приводные нагнетатели могут быть центробежного и ротативного типа. Конструктивно они не отличаются от проду­

вочных насосов того же типа.

Во время работы нагнетателя воздух в нем сжимается, а сле­ довательно, нагревается. Если нагретый воздух подавать в ци­ линдр, то весовое его количество, заполнившее цилиндр, будет меньше, чем весовое количество холодного воздуха. Поэтому для

увеличения весового количества воздуха, подаваемого в цилиндр, воздух, выходящий из нагнетателя, охлаждается в специальных воздушных холодильниках.

Инерционный наддув. В основу этой системы над­ дува положено использование инерции столба воздуха во впуск­ ном трубопроводе. Приводной кулачок впускного клапана имеет специальный профиль, благодаря которому в начале впуска впускной клапан открывается всего лишь на Уд подъема. Вслед­ ствие этого в цилиндре двигателя на такте впуска создается боль­ шое разрежение. Когда скорость поршня станет наибольшей (по прохождению им примерно половины пути), впускной клапан резко открывается на полную величину подъема и воздух устрем­

ляется в цилиндр с большой скоростью. Поступление в цилиндр воздуха будет продолжаться и после перехода поршнем н. м. т.

В результате такого явления в момент закрытия впускного кла­ пана давление в цилиндре двигателя будет равно примерно 1,4— 1,6 атм. Инерционный наддув может увеличить мощность четы­

рехтактного двигателя на 30%.

§35. СПОСОБЫ СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ В ДИЗЕЛЯХ

ИКАЛОРИЗАТОРНЫХ Д. В. С.

Смесеобразование в дизелях. Для того чтобы сгорание топ­ лива в дизеле было полным и успевало проходить в отведенное для этого время — сотые или тысячные доли секунды,—■ рабочая смесь должна быть однородной. Это значит, что частицы топлива

должны быть мельчайшими, одинакового размера и равномерно

91

распределены в воздухе, с которым они перемешаны. Мельчай­ шие частицы топлива получают его механическим дроблением

в камере сгорания при впрыскивании. Впрыскивание и распыли-

вание топлива в дизелях выполняют специальные приборы — форсунки и насосы, которые подают необходимое количество топ­ лива под большим давлением в цилиндр.

Смесеобразование делится на непосредственное, предкамер­ ное и вихрекамерное.

Прямоструйное, или непосредственное, сме­ сеобразование имеют двигатели, у которых камера сгора­ ния составляет одну неразделенную полость. Схема камеры сго­

рания дизеля с прямоструйным смесеобразованием изображена на рис. 61. Топливо впрыскивается форсункой прямо в камеру,

образованную крышкой цилиндра и днищем поршня. Большое давление, создаваемое топливным насосом, не только распыливает топливо на отдельные мелкие частицы, но и более или ме­ нее равномерно распределяет их по всему объему камеры сго­

рания.

92

Прямоструйное смесеобразование характеризуется высоким давлением впрыска топлива от 200 до 700 атм, а в отдельных случаях достигает 1500 — 2000 атм.

Для лучшего смесеобразования камере сгорания стремятся придать очертания, соответствующие форме факела впрыскивае­ мого топлива. Днищам поршней придают самые различные формы. Края поршней делают часто приподнятыми для того,

чтобы частицы топлива не попадали на металлические поверхно­ сти менее нагретые, чем сжатый в цилиндре воздух, и не образо­ вывали на них нагара в результате неполного сгорания. Кроме того, края поршня служат своего рода вытеснителями, способ­

ствуя во время сжатия возникновению вихревых движений воз­ духа от краев цилиндра к его центру.

Для более равномерного распределения топлива в объеме ка­ меры сгорания и для лучшего смесеобразования сопло форсунки имеет от четырех до десяти отверстий диаметром 0,15—0,5 мм.

Двигатели с прямоструйным смесеобразованием характери­

предкамерного смесеобразования состоит в том, что топливо впрыскивается не прямо в камеру сгорания цилиндра, а в от­ дельную предкамеру (рис. 62). Камера сгорания получается раз­ деленной на две неравные части, соединенные между собой од­ ним или несколькими отверстиями (каналами). Объем предкамеры составляет 25—30% объема камеры сгорания.

Рабочий цикл в таком цилиндре протекает следующим обра­ зом. При такте сжатия давление в основной камере сгорания на­

растает быстрее, чем в предкамере, так как воздух, проходя че­ рез каналы предкамеры, встречает сопротивление. В результате разницы давлений перетекание воздуха в предкамеру сопровож­

дается интенсивным вихреобразованием в ней. Поэтому впрыс­

киваемое в предкамеру топливо хорошо перемешивается с воз­

духом и самовоспламеняется. Вследствие недостатка воздуха

впредкамере (из-за ее малого объема), в ней сгорает всего

10—15% впрыснутого топлива. При сгорании топлива давление

впредкамере повышается по сравнению с давлением в основной камере, оставшаяся часть несгоревшего топлива вместе с про­

дуктами сгорания с силой выталкивается через каналы предкамеры в основную камеру, дополнительно раздробляясь и переме­ шиваясь с находящимся там воздухом. Вырывающееся из кана­ лов предкамеры пламя способствует быстрому распространению

горения в основной камере.

Таким образом, в дизеле с предкамерным смесеобразованием приготовление рабочей смеси осуществляется частично в резуль­ тате завихрений воздуха, частично вследствие сгорания части

топлива в предкамере.

93

То обстоятельство, что при предкамерном смесеобразовании распиливание топлива осуществляется не за счет энергии струй топлива, значительно облегчает работу топливной аппаратуры. Форсунка, подавая топливо в предкамеру, преодолевает давление в цилиндре только в конце сжатия. Поэтому давление впрыска равно 80—120 атм, и топливо впрыскивается в предкамеру одной струей из отверстия сравнительно большого сечения. Это упро­ щает конструкцию форсунки. К преимуществам предкамерных дизелей также можно отнести нетребовательность к сорту приме­

няемого топлива и, что очень

важно в судовых условиях,

энергия, получаемая от сгорания части топлива в предкамере, расходуется не для создания полезной работы, а на выталкива­

ние через отверстия предкамеры воздуха, продуктов сгорания и

топлива. Кроме того, некоторая доля топлива выталкивается из

предкамеры с запаздыванием, догорая на выпуске.

Пуск предкамерных дизелей затруднителен, потому что сжи­ маемый воздух, проходя через отверстия холодной предкамеры,

отдает ей часть своего тепла и получаемая в результате этого температура воздуха в предкамере не обеспечивает самовоспла­

менения. Для облегчения пуска такие дизели снабжают спе­ циальными приспособлениями: запальниками, свечами нака­ ливания.

Вихревое смесеобразование. В современных ма­ ломощных быстроходных дизелях широкое применение получило вихрекамерное смесеобразование. Так же, как и в предкамерных двигателях, камера сгорания в этом случае делится на две части: основную и вихревую, расположенную вне цилиндра и сообщен­ ную с основной одним или несколькими каналами (рис. 63). Ви-

94

хревые камеры имеют шарообразную или цилиндрическую

форму. Объем вихревой камеры равен 70—80% объема основной камеры.

Принцип вихрекамерного смесеобразования во многом схо­ ден с предкамерным. В процессе сжатия воздух из рабочего цилиндра через соединительный канал поступает в вихревую ка­ меру, где получает интенсивное вращательное движение, что спо­

собствует его хорошему и быстрому перемешиванию с впрыски­ ваемым топливом. Вследствие высокой температуры воздуха часть топлива самовоспламеняется и давление в вихревой камере возрастает. Продукты сгорания вместе с несгоревшей частью топлива устремляются через соединительные каналы в цилиндр;

при этом возникает вихревое движение, что способствует даль­ нейшему распыливанию топлива и хорошему его перемешиванию с воздухом. В надпоршневой части камеры сгорания происходит

догорание несгоревшей части топлива. Перемешивание топлива

с воздухом осуществляется, в основном, за счет энергии завихре­ ния воздуха в вихревой камере. Следовательно, давление впрыска

топлива при вихрекамерном способе смесеобразования подобно предкамерному сравнительно невелико и равно 90—120 атм.

Распылители форсунок в вихрекамерных дизелях имеют одно от­ верстие относительно большого диаметра.

Весьма важным элементом вихревой камеры является неох-

лаждаемая вставка 1 (рис. 63) из жароупорной стали. Разогре­ ваясь при работе двигателя, она улучшает воспламенение, обес­ печивает хорошее протекание сгорания на разных скоростных ре­ жимах, а также дает возможность использовать топливо более низкого качества.

Свойственные предкамерным двигателям недостатки: затруд­

ненность пуска и необходимость применения в связи с этим за­

пальных приспособлений, а также несколько повышенный рас­

ход топлива — присущи в значительной мере и двигателям с ви­ хрекамерным смесеобразованием.

Смесеобразование в калоризаторных двигателях. У калори-

заторных двигателей подача топлива происходит в начале хода сжатия или с большим опережением (45—120° до в. м. т.). Чаще

всего форсунка подает топливо прямо на раскаленную поверх­

ность калоризатора. Однако вследствие недостаточно высокой температуры воздуха и низкой температуры самого топлива оно не воспламеняется даже при соприкосновении с раскаленной по­ верхностью, а отскакивает от нее, раздробляясь и испаряясь.

Вихри, получающиеся в результате перетекания воздуха из ци­ линдра в калоризатор, имеющий сферическую форму, способ­

ствуют перемешиванию паров и капель топлива с воздухом. К мо­ менту прихода поршня в в. м. т. камера сгорания оказывается заполненной хорошо подготовленной рабочей смесью, темпера­ тура которой в конце сжатия еще не обеспечивает самовоспла­

95

ГЛАВА VII

ТОПЛИВНЫЕ НАСОСЫ

§ 36. НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ ТОПЛИВНЫХ НАСОСОВ

Топливные насосы дизелей служат для подачи топлива в ци­ линдры в соответствующие моменты рабочего цикла. Они явля­ ются очень ответственными механизмами. От правильной и точ­ ной работы насоса зависит правильность протекания процессов в цилиндре и экономичность работы дизеля.

Топливные насосы должны точно дозировать, т. е. подавать в цилиндры определенные, очень малые количества топлива — десятые или даже сотые доли грамма. Поэтому детали топлив­ ных насосов изготавливают с большой точностью. Все топливные насосы делают поршневыми. Поршни топливных насосов носят название плунжеров, или скалок. Привод топливных насосов вы­ полняют обычно кулачковым, как у клапанного механизма газо­ распределения. Кулачковый механизм привода насоса соеди­ няется с коленчатым валом при помощи шестерен. Благодаря этому движение привода и связанного с ним плунжера насоса согласуется с движением поршня в цилиндре. Привод устанав­ ливается так, чтобы впрыск происходил вовремя, с некоторым опережением относительно в. м. т.

Рабочая полость топливного насоса должна надежно разоб­ щаться от всасывающей и нагнетательной полостей. Рабочую по­ лость снабжают всасывающим и нагнетательным клапанами.

Топливные насосы дизелей бывают либо с переменным, либо с постоянным ходом плунжера. Переменный ход плунжера де­ лают для регулирования количества подаваемого топлива. При этом могут изменяться моменты начала и конца его подачи. В топливных насосах с постоянным ходом плунжера количество подаваемого топлива регулируют перепуском излишка его об­ ратно в топливный бак или во всасывающую камеру насоса.

Перепуск может осуществляться: перед нагнетанием топлива в форсунку — регулирование изменением начала подачи; после нагнетания — регулирование изменением конца подачи; частично

перед нагнетанием, частично после нагнетания топлива в фор­ сунку — регулирование изменением начала и конца подачи.

Конструктивно регулирование количества подаваемого топлива может быть осуществлено: перепускным клапаном, открываемым в определенное время, или всасывающим клапаном; плунжером специальной конструкции, который управляет открытием пере­ пускного канала, действуя как золотник (такие насосы называ­ ются золотниковыми).

§37. ТОПЛИВНЫЙ НАСОС С ПЕРЕМЕННЫМ ХОДОМ ПЛУНЖЕРА

Втопливных насосах с переменным ходом плунжера измене­ ние количества подаваемого топлива осуществляют при помощи

полость. Когда при дальнейшем повороте шайбы выступ вновь набегает на ролик и поднимает его, плунжер тоже поднимается вверх и вытесняет из рабочей полости часть топлива через на­ гнетательный клапан 5, приподнимая его (всасывающий клапан в это время прижат к своему гнезду).

Количество топлива, вытесняемое из рабочей полости насоса

за каждый ход плунжера, зависит от длины хода плунжера. Ве­ личина хода плунжера зависит от высоты выступа кулачковой

шайбы.

Когда шайба занимает крайнее левое положение, против ро­ лика оказывается самая высокая часть выступа — это соответ­

ствует наибольшей подаче топлива. При крайнем правом поло­

жении ролик катится по наиболее низкой части шайбы, равной

98