Модели судовых дизелей

Двигатели внутреннего сгорания на морском и речном транспорте занимают доминирующие положение благодаря высокой экономичности по удельному расходу топлива, значительному моторесурсу.

На морском флоте в качестве главных двигателей применяют двухтактные, крейцкопфные, реверсивные двигатели с наддувом (ДКРН), малооборотные по частоте вращения до 250 мин^-1 (МОД), среднеоборотные 250 мин^-1 мин^-1 (СОД), работающие преимущественно на гребной винт регулируемого шага (ВРШ); на малых судах применяют высокоскоростные двигатели (ВОД) свыше n = 1200 мин^-1 [1].

Двигатели ДКРН изготавливают в России по лицензиям фирм «Бурмейстер и Вайн» (Дания), МАН (ФРГ), объединенных в один концерн МАN B&W (Дания, Германия).

Из зарубежных фирм в качестве создателей и производителей судовой дизельной техники известны следующие фирмы и компании: New Sulzer Diesel (Швейцария); Mitsublshi, Dalhatsu, Yanmar и Niigata (Япония); Wärtsilä (Финляндия); Caterpillar (США); GMT (Италия); Volvo Penta, Scania (Швеция) и др.

Анализ применяемости дизелей различных типов показывает, что на крупных судах устанавливают МОД, а на малых и средних судах дейдвейтом до 2000 т доминируют СОД и ВОД.

Судовые МОД непрерывно совершенствуются, повышается агрегатная и цилиндровая мощность, вследствие чего цилиндровая мощность доведена до 6000 кВт, а агрегатная максимальная длительная мощность (МСR) до 70000 кВт. В новейших модификациях МОД среднее эффективное давление p_e повышено до 19-19,5 бара. Все фирмы, выпускающие МОД, перешли на прямоточную продувку с одним выпускным клапаном на каждом цилиндре дизеля (коэффициент избытка воздуха α до 2,2; коэффициент наполнения η_н до 0,88, коэффициент остаточных газов γ до 0,03). Увеличение отношения хода поршня S к диаметру d, которое в отдельных моделях достигает 4-4,2 позволяет улучшить качество продувки, наполнение цилиндра, процесс сгорания, повысить степень сжатия ε до 15, максимальное давление сгорания до 140 бар, снизить эффективный расход топлива до 154 г/(кВт·ч) на режимах экономической мощности (ECR) 80-85 % от МСR.

Современные МОД имеют механический кпд (η_м) до 92-94 %. Все МОД двухтактные.

Среднеоборотные дизели (СОД) совершенствуются в последнее время в направлении снижения расхода топлива, которое достигается повышением максимального давления рабочего цикла бар и степени сжатия ε до 16, улучшения эффективности системы наддува (рост кпд до 70 %), повышения давления впрыска до 1600 бар и выше, увеличения длинноходности дизеля , увеличения механического кпд дизеля до 92-93 %. Среднеоборотные дизели (СОД) обычно являются четырехтактными.

Современными основными направлениями развития судовых ВОД является снижение удельных расходов топлива и масла, увеличение цилиндровой и агрегатной мощностей, для чего решаются проблемы повышения степени сжатия ε до 19, максимального давления до 180 бар, давления впрыска до 2000 бар. Удельные расходы топлива достигнуты на уровне 190 г/(кВт·ч).

Марки судовых дизелей. Стандартную маркировку Российских дизелей производят по ГОСТ4393-82. Цифра в марке перед буквами обозначает число цилиндров, буквы – характеристику двигателя, дробь после буквы – диаметр цилиндра (числитель) и ход поршня (знаменатель) в сантиметрах, после дроби – модификация.

Буквы в марке двигателя обозначают: Ч – четырехтактный, Д – двухтактный, Г – главный, Р – реверсивный, С – судовой с реверсивной муфтой, П – с редукторной передачей, К – крейцкопфный (при отсутствии буквы К – тронковый), Н – с наддувом (при отсутствии буквы Н – без наддува).

Двигатель марки 8ДКРН 74/160-3 – восьмицилиндровый, двухтактный, крейцкопфный, реверсивный с наддувом, третьей модификации с диаметром цилиндра 74 см, ходом поршня 160 см.

Буквенные обозначения в маркировке судовых дизелей зарубежных фирм следующие Бурмейстер и Вайн: М – четырехтактный, V – двухтактный, F – реверсивный, Т – крейцкопфный, В – с газотурбинным наддувом. Зульцер: В – четырехтактный, D – реверсивный, S – крейцкофный, Т – тронковый, А – с газотурбинным наддувом. MAH: V – четырехтактный, Z – двухтактный, К – крейцкопфный, G – тронковый, С – с газотурбинным наддувом.

Например, дизель фирмы «Бурмейстер и Вайн» марки 874VTBF160 соответствует 8ДКРН 74/160. Дизель фирмы МАН марки К6Z 57/80С соответствует марке 6ДКРН 57/80.

Ориентировочные значения показателей работы дизелей представлены в таблицах 2.1 и 2.2.

 

Таблица 2.1 – Ориентировочные значения показателей работы дизелей

 

Показатель	МОД	СОД	ВОД
Коэффициент использования теплоты,	0,75-0,85	0,75-0,85	0,7-0,8
Максимальное давление сгорания, рz, МПа	6-9	8-13	10-18
Степень повышения давления, λ z	1,1-1,35	1,35-1,55	1,35-1,55

Окончание таблицы 2.1

 

Температура в конце сгорания, T z, К	1700-1800	1800-1900	1900-2000
Степень предварительного расширения, ρ	1,2-1,6	1,2-1,6	1,2-1,6
Коэффициент политропы при расширении	1,2-1,3	1,2-1,3	1,15-1,25
Механический КПД, ηм	0,88-0,93	0,89-0,91	0,8-0,85
Удельный эффективный расход топлива, qe, кг/(кВт·ч)	167-217	160-211	211-245
Эффективный КПД, η e	0,4-0,51	0,41-0,53	0,35-0,41
Коэффициент избытка воздуха, α	1,8-2,2	1,6-2	1,4-1,8
Показатель политропы при сжатии, n 1	1,34-1,38	1,38-1,4	1,38-1,4
Степень сжатия, ε	11-13	13-14	15-18
Средняя скорость поршня, Cm, м/с	4,5-7	6-9	8-12
Отношение радиуса кривошипа r к длине шатуна l ш,	0,22-0,25 0,34-0,42 (длинноходовые дизели)	0,24-0,25	0,24-0,25

 

Таблица 2.2 – Сравнительные значения показателей работы двухтактных и четырехтактных дизелей

 

Параметр	Двухтактный дизель	Четырехтактный дизель
Тактность, τ
Индикаторный КПД, η i	0,42-0,56	0,45-0,5
Удельный индикаторный расход топлива, qi, кг/(кВт·ч)	0,154-0,204	0,17-0,19

Окончание таблицы 2.2

 

Коэффициент остаточных газов, γ	0,04-0,09 (с прямоточными схемами газообмена) 0,07-0,1 (с контурными схемами газообмена)	0,01-0,04
Коэффициент молекулярного изменения, β	1,03-1,04	-
Коэффициент наполнения, ηн	0,8-0,9	-
Коэффициент полноты индикаторной диаграммы, ζ	0,96-1	0,95-0,97
Доля потерянного хода ψ	0,85-0,9	-