CC BY
57
УДК 621.43.06
О. Г. Гасангусенов
ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО УРОВНЯ СУДОВЫХ МАЛОРАЗМЕРНЫ1Х ДИЗЕЛЕЙ
Для удовлетворения нужд судостроения, передвижных и стационарных электроагрегатов, сварочной, компрессорной и насосной техники российская промышленность выпускает два типа двигателей с диаметром цилиндра менее 100 мм. Это малоразмерные дизели типа Ч 8,5/11 и Ч 9,5/11 с числом цилиндров 2, 4 и 6, удовлетворяющие диапазону мощности от 7 до 44 кВт. Они имеют практически одинаковые конструкции и технико-экономические показатели. Так, их уровни форсирования: по среднему эффективному давлению Ре = 0,565^0,630 МПа; по частоте вращения коленчатого вала п = 25^31,75 с-1; по средней скорости поршня Ст = 5,5^6,6 м/с. Их топливная экономичность на номинальном режиме работы находится на уровне ge = 262^280 г/(кВт • ч), а их пусковые качества характеризуются необходимостью применения вспомогательных средств для облегчения воспламенения топлива и проворачивания коленчатого вала как при положительных, так и при отрицательных значениях температуры пуска.
Сопоставление перечисленных показателей с техническими характеристиками лучших дизелей ведущих мировых фирм показало, что отечественные малоразмерные дизели существенно проигрывают. Вследствие этого возникает необходимость наметить наиболее рациональные пути и эффективные меры повышения их технического уровня.
Так, до 80 % современных малоразмерных дизелей оборудованы агрегатами малых размеров для газотурбинного наддува, что позволяет существенно повысить как показатели эффективности (среднее эффективное давление Ре, эффективная мощность N эффективный крутящий момент Ме), так и показатели экономичности (удельный ge и часовой От расход топлива). Последовательное использование энергии газов в цилиндрах и газовой турбине снижает разность между индикаторной и эффективной работой, т. е. увеличивает как механический Лм, так и эффективный Ле дизеля.
В этой связи одним из эффективных путей повышения технического уровня отечественных малоразмерных дизелей является создание на их базе моделей с газотурбинным наддувом. Ранее они не могли быть созданы из-за отсутствия агрегатов наддува малых размеров, а в условиях рыночной экономики проблемы такого типа не возникают.
Вторым эффективным путем повышения технического уровня рассматриваемых дизелей является их перевод с вихревой камеры сгорания, размещенной в головке цилиндров, на камеру сгорания в поршне.
Вихревая камера сгорания (рис., а), занимающая 52 % общего объема камеры сжатия, во время хода сжатия обеспечивает интенсивное организованное вихревое движение воздушного заряда и хорошее перемешивание топлива с воздухом как на номинальных, так и на частичных нагрузках, что обеспечивает стабильность показателей рабочего процесса на всех эксплуатационных режимах работы дизеля.
Однако неизбежные тепловые потери в стенке, гидравлические потери на перетекание и вихреобразование не позволяют получить высокую топливную экономичность и хорошие пусковые качества, присущие дизелям с камерой сгорания в поршне. Поэтому зарубежные фирмы и отечественные заводы осуществили перевод дизелей с вихревой камеры сгорания на камеру сгорания в поршне. В ходе перевода для отечественных дизелей широко использовалась классическая камера сгорания ЦНИДИ (рис., б) с суженной горловиной, т. к. она позволяла реализовать индикаторный расход топлива gi = 174 г/(кВт • ч) при п = 25^50 с-1 и Ре = 0,67 МПа [1], а конфигурация камеры обеспечивала необходимое вихреобразование без профилирования впускных каналов для закрутки воздушного заряда в цилиндре [2].
Однако небольшой диаметр горловины камеры сгорания в поршне (не более 30 и 34 мм) при диаметре цилиндра 85 и 95 мм привел к перегреву межклапанной перемычки в головке цилиндров, кромки горловины камеры в поршне и соплового наконечника распылителя форсунки. Следствием явилось быстрое закоксовывание сопловых отверстий распылителя и растрескивание кромок горловины межклапанной перемычки в головке цилиндров.
3
Камеры сгорания малоразмерных дизелей Ч 8,5/11 и Ч 9,5/11: а - вихревая камера сгорания; б - классическая камера ЦНИДИ; в - тороидальная камера ЦНИДИ; г - камера с профилированным выступом; д - циилиндрическая камера сгорания
а
Попытки специалистов устранить указанные недостатки созданием модификации камеры ЦНИДИ: торообразной (рис., в) и с центральным выступом (рис., г) оказались безуспешными. Поэтому было признано целесообразным применение камеры ЦНИДИ при диаметре цилиндра Д < 100 мм.
В настоящее время осуществляются комплексные исследования цилиндрической камеры сгорания в поршне для малоразмерных дизелей с организацией осевого воздушного вихря на всасывании путем профилирования впускного канала (рис., д). Выполнена отработка индикаторного рабочего процесса, не уступающая по качеству процессу в классической камере ЦНИДИ, при одновременном снижении температуры соплового наконечника распылителя, предотвращении закоксовывания его сопловых отверстий и перегрева межклапанной перемычки в головке цилиндров и горловины камеры в поршне. Задача была решена за счет увеличения диаметра горловины камеры в поршне до 43 мм при диаметре цилиндра до Д = 85 мм и до 48 мм при Д = 95 мм.
Исследованы пусковые качества дизеля с рассматриваемой камерой в поршне, на стадии завершения находятся исследования по повышению срока службы сопряжения канавка поршня-первое поршневое кольцо малоразмерного дизеля, актуальность которых обусловлена повышением температуры, удельного давления и скорости скольжения в указанном сопряжении из-за перевода камеры сгорания из головки цилиндра в поршень.
Третьим эффективным путем повышения технического уровня малоразмерных дизелей является снижение удельной массы дизеля до 1,7^5,0 кг/кВт без снижения их долговечности. Это требует форсирования дизелей как по частоте вращения коленчатого вала до п = 50 с-1, так и по средней скорости поршня до Ст = 11 м/с. При этом для сохранения срока службы необходимо будет совершенствовать конструкции сопряжений деталей; улучшить условия их смазки и фильтрации масла, топлива и воздуха; улучшить качество моторного масла, износостойкость трущихся поверхностей и их макро- и микрогеометрию.
В этой связи повышение технического уровня малоразмерных дизелей является комплексной и весьма сложной проблемой. Роль технологии изготовления деталей и узлов, сборки и испытания дизелей перед их вводом в эксплуатацию весьма значительна.
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. Бордуков В. В. Исследование влияния закрутки заряда на показатели рабочего процесса высокооборотного дизеля // Науч. тр. ЦНИДИ. - Л., 1980.
2. Иванченко Н. Н., Семенов Б. Н. Проблема топливной экономичности дизелей // Науч. тр. ЦНИДИ. -Л., 1980.
Статья поступила в редакцию 11.03.2009
THE WAYS OF INCREASING OF TECHNICAL LEVEL OF MARINE SMALL-SIZED DIESELS
О. G. Gasangusenov
A number of effective ways of increasing of technical level of Russian marine small-sized diesel engines such as creation of models with gas-turbine forced aspiration on their basis, their transfer of the vertical combustion chamber to the combustion chamber in the piston and also decrease in specific weight to 1.7—5.0 kg/kw without decreasing of their durability is offered.
Key words: marine small-sized diesel engine, technical level, model with gas-turbine forced aspiration, vertical combustion chamber, combustion chamber in the piston, specific weight.
