Корпус (остов) дизелей


Категория Судовые энергетические установки

Фундаментные рамы и картеры. Корпус (остов) дизеля в общем виде образуют фундаментная рама, станина, цилиндры и их крышки. Фундаментная рама служит основанием для всех других деталей, поэтому ее изготовляют достаточно жесткой, чтобы не было больших деформаций при работе дизеля. Фундаментные рамы судовых дизелей, как правило, отливают из чугуна. У высокооборотных дизелей они могут быть и из алюминиевых сплавов.

Чугунная цельнолитая рама четырехтактного дизеля 6ЧН 16/22,5 (6Л160ПН) представляет собой массивную деталь корытообразной формы. Она состоит из двух стенок и семи поперечных перегородок. Последние делят раму на ряд отсеков, в которых могут свободно вращаться кривошипы коленчатого вала. Число отсеков соответствует числу цилиндров дизеля. Шейки коленчатого вала опираются на коренные подшипники, смонтированные в постелях (гнездах). Нижняя часть рамы имеет приливы (полки), с помощью которых рама крепится к судовому фундаменту. На верхней пришабренной плоскости рамы делают отверстия для шпилек, соединяющих ее со станиной. Фундаментная рама, станина и цилиндры вместе образуют закрытую камеру (картерное пространство) для криво-шипно-шатунного механизма (КШМ).

У судовых дизелей средней мощности станину обычно отливают совместно с рамой и называют блок-рамой или картером или выполняют в единой отливке с блоком цилиндров и называют блок-картером.

В блок-рамах коренные подшипники располагают ниже верхней плоскости рам в гнездах, поэтому они имеют более высокие продольные стенки с люками д, закрываемыми крышками. Так же как и у обычных рам, полки или лапы соединяют с судовым фундаментом гайками с помощью болтов или шпилек. На верхней плоскости рамы монтируют блок цилиндров, уплотняемый жгутом, который вставлен в паз г. Во время работы дизеля с деталей КШМ в раму стекает смазочное масло. Оно собирается в поддоне (нижней части) рамы и через отверстие а в перегородках перетекает из одного отсека в другой. У дизелей 6ЧСПН 18/22 в отсеке третьего цилиндра смонтирован приемный фильтр, через который смазочное масло из блок-рамы откачивается насосом и после соответствующей очистки и охлаждения по трубопроводу, проходящему через отверстие б в поперечных перегородках, подводится к коренным подшипникам. Аналогичную по конструкции блок-раму имеют и дизели 6ЧРН 36/45.

Рис. 1. Чугунная фундаментная рама дизеля

Рис. 2. Блок-рама дизеля 6ЧСП 18/22 6ЧН 16/22,5

Некоторые многооборотные дизели, как, например, 6ЧСП 15/18 (ЗД6), 12ЧСПН 15/18 (ЗД12), 12ЧСН 18/20 (М 401-А), не имеют фундаментных рам. Несущей деталью остова у них является верхний картер, полками (или лапами) скрепленный с судовым фундаментом. При несущем картере коренные подшипники располагают на подвесках, крепящихся снизу вертикальными и горизонтальными шпильками к поперечным перегородкам, которые усилены ребрами жесткости. К верхнему картеру снизу крепят поддон (нижний картер) для сбора масла, а к верхней части картера шпильками — блок цилиндров дизеля.

Рис. 3. Несущий картер дизеля 12ЧСП 15/18 26

Коренные подшипники. В постелях поперечных перегородок рамы (картера), как было указано, монтируют коренные подшипники. По назначению они могут быть опорными и установочными (фиксирующими). Последние выполняют функции не только опор коленчатого вала, но и удерживают его от осевых перемещений. Коренные подшипники состоят из нижнего и верхнего вкладышей, плотно подогнанных соответственно к постели рамы и крышке. Верхний вкладыш фиксируют от поворота в крышке втулкой 3. Крышки подшипников двутаврового или коробчатого сечения отливают из чугуна или стали. Они закрывают подшипник и крепятся к раме шпильками. Крышки подшипников некоторых дизелей, как, например, 6ЧРН 32/48 (6НФД 48-2АУ), крепят к раме двусторонними шпильками. У многооборотных дизелей с подвесными подшипниками для прочности крепления крышек наряду с вертикальными устанавливают еще и горизонтальные двусторонние шпильки. Масло к подшипнику у среднеоборотных дизелеи подводится, как правило, через канал а в крышке. Для лучшего образования масляного клина в районе стыковки вкладышей располагают карманы, называемые «холодильниками», направляющими масло к середине подшипника. На вкладышах с наплавкой толщиной менее 1 мм «холодильники» могут быть сквозными. Масло к холодильникам подводится по внутренней канавке, если верхний вкладыш нагружен меньше, чем нижний, и если масло подводится сверху.

При подводе масла сверху через крышку усложняется вскрытие подшипника. В связи с этим иногда применяют подвод масла по каналу, просверленному в перегородке рамы. При подводе масла снизу в нижнем вкладыше прорезают внешнюю канавку с выходными каналами г. У некоторых высокооборотных дизелей верхние и нижние вкладыши одинаково нагружены, поэтому масло на их поверхность подводится не через коренной подшипник, а через коленчатый вал. Для регулирования масляного зазора между шейкой коленчатого вала и вкладышами в плоскости разъема вкладышей у дизелей ранних выпусков установлены наборы прокладок из фольги определенной толщины. С помощью прокладок уменьшается жесткость подшипника, поэтому на дизелях последних лет постройки прокладки не устанавливают. При необходимости уменьшения масляного зазора производят торцевание вкладышей, т. е. снимают необходимый слой металла с поверхности их стыкования.

Вкладыши коренных подшипников у большинства среднеоборотных дизелей стальные. Наружная поверхность вкладышей цилиндрическая, благодаря чему можно извлекать нижние вкладыши для осмотра и ремонта без подъема коленчатого вала. Рабочие поверхности вкладышей покрывают антифрикционным материалом: баббитом, свинцовистой бронзой или алюминиевым сплавом. Наилучшие антифрикционные свойства имеют баббиты Б83, Б16 и БН. Обычно нижние вкладыши подшипников, как наиболее нагруженные, наплавляют баббитом Б83, а верхние — баббитом Б16 или БН. Баббиты выдерживают температуру нагрева подшипников не более 130 °С. Поэтому для сильно нагруженных подшипников (с температурой нагрева до 250 °С) в качестве антифрикционных покрытий вкладышей используют сплав АСМ (алюминий, сурьма, магний) и свинцовистую бронзу БрСЗО. Взаимозаменяемые вкладыши из сталеалюминиевой полосы получают методом совместной прокатки листов из стали и сплава АСМ. Для уменьшения износа шейки вала вкладыши, залитые свинцовистой бронзой, обычно после шлифования упрочняют и наносят на поверхность наплавки тонкий приработочный слой свинца, баббита или другого легкого сплава. Такие вкладыши называют трехслойными.

Рис. 4. Коренной подшипник дизеля 6ЧРН 32/48

В последние годы вкладыши коренных подшипников изготовляют тонкостенными из стали толщиной от 2 мм (при диаметре шейки вала 50—80 мм) до 6 мм (при 250—320 мм) В качестве антифрикционных сплавов для таких вкладышей применяют баббит Б83 и алюминиевый сплав А020-1, содержащий 17—23% олова и 0,7—1,2% меди. Сплав А020-1 толщиной 0,3— 1 мм наносят на стальную ленту в процессе ее прокатки.

Установочный (фиксирующий) подшипник чаще всего монтируют в кормовой части дизеля. От других подшипников он отличается большей длиной и наличием на вкладышах концевых буртов с антифрикционной заплавкой по торцам. При отсутствии концевых буртов у вкладышей к торцам подшипника крепят упорные кольца из антифрикционного сплава.

Крепление рам (картеров) к фундаменту. Фундаментные рамы (верхние картеры) являются базой для дальнейшей сборки дизеля, поэтому их опорные поверхности должны плотно прилегать к опорной плоскости судового фундамента. На судовом фундаменте дизели устанавливают жестко или эластично. Для жесткого крепления к полкам судового фундамента приваривают стальные пластины, верхние плоскости которых пришабривают. Положение рамы (картера) выверяют на судовом фундаменте с помощью отжимных болтов. Затем по нижней поверхности полки рамы (картера) и пластинам пришабривают стальные клинья. Пластины и стальные клинья изготавливают с уклоном 1:20, поэтому при смещении клиньев относительно пластин изменяется их суммарная высота. При подгонке клиньев по пластинам и полкам рамы (картера) отверстия в них развертывают под определенный диаметр соединительных болтов.

Часть болтов устанавливают при-зонными (точно по отверстию), благодаря чему не происходит смещения рамы (картера) при ослаблении затяжки болтов. После крепления рамы (картера) к фундаменту отжимные болты 6 слегка отвертывают. Для жесткого крепления дизеля используют также и сферические прокладки. Комплект таких прокладок включает два диска, один из которых по поверхности сопряжения имеет выпуклую форму, другой — вогнутую. Опорные поверхности (поверхности прилегания к раме и фундаменту) обоих дисков выполняют плоскими. Благодаря сферическим поверхностям сопряжения такие прокладки самоустанавливаются соответственно наклону опорной плоскости полки рамы (картера) относительно судового фундамента.

При эластичном креплении между рамой (картером) и судовым фундаментом устанавливают резиновые или пружинные амортизаторы. Простейший резиновый амортизатор состоит из сварных угольников, скрепленных болтами с полками судового фундамента, и рамы. К угольникам винтами прикреплены две пластины, соединенные вулканизацией с резиновой обоймой. Такие амортизаторы (по несколько штук с обеих сторон фундамента) уменьшают вибрацию корпуса и шум во время работы дизеля.

Цилиндры и блок-картеры. С отдельными цилиндрами выполняют только двигатели с искровым зажиганием, так как изготовление компактного блока цилиндров с охлаждающими ребрами представляет значительные технологические трудности. Цилиндры судовых дизелей изготовляют или как цельную деталь (блок), или в виде общей отливки со станиной, т. е. в виде блок-картера. При отливке нескольких цилиндров в одном блоке уменьшается масса и длина дизеля, достигается большая жесткость конструкции корпуса. Блоки цилиндров и блок-картеры изготовляют из чугуна тех же марок, что и фундаментные рамы.

Рис. 5. Крепление рам к фундаменту

Блок-цилиндров устанавливают полками на верхнюю плоскость блок-рамы, крепят к ней силовыми шпильками, ввертываемыми в отверстие, и болтами по краям для уплотнения стыка. В корпус блока вставлено шесть цилиндровых втулок. Пространство между корпусом и втулками образует полость водяного охлаждения в. Уплотнение полости в верхней части достигается благодаря прижатию притертого буртика втулки к корпусу, в нижней — с помощью уплотнительных резиновых колец, уложенных в канавки втулок. Охлаждающая вода поступает в полость в снизу. Верхняя часть втулки нагревается больше, чем нижняя, поэтому площадь поперечного сечения полости охлаждения вверху меньше, чем внизу. Скорость потока воды при движении в полости в связи с этим постепенно возрастает. Благодаря чему достигается лучший отвод теплоты от наиболее нагретой верхней части втулки. Блок цилиндров имеет симметричную конструкцию относительно продольной оси дизеля. В нижней правой и левой частях блока в вертикальных и горизонтальных перегородках расположены отверстия д, г для подшипников распределительного вала и направляющих втулок толкателей механизма газораспределения. В зависимости от моделей дизеля (правой или левой) цилиндрические отверстия г для направляющих втулок растачивают только с одной какой-либо стороны блока. В аналогичном пространстве блока слева отверстия г заглушены (левое пространство б блока используют в качестве впускного коллектора). Крышки цилиндров крепят к блоку шпильками, ввернутыми в нарезные отверстия а. Уплотнение между крышками, блоком и втулками цилиндров обеспечивается армированной прокладкой. Отверстие в нижней части торцовой стенки ж блока и фундаментной рамы закрывают специальной крышкой.

Рис. 6. Блок-цилиндров дизеля 6ЧСП 18/22

Основной составляющей корпуса судовых дизелей чаще всего является блок-картер. Для крепления к фундаментной раме блок-картер имеет полки. Доступ к деталям осуществляется через люки, закрываемые крышками. В поперечных перегородках блок-картера расположены отверстия д для подшипников распределительного вала. Детали механизма газораспределения и топливные насосы монтируют на полке.

Рис. 7. Блок-картер дизеля 6ЧРН 32/48

Рис. 8. Предохранительный клапан

Втулки цилиндров вставлены в корпус блок-картера таким образом, что между ними образуются полости охлаждения б, в, г, вода к которым подводится через отверстие а. Втулки изготовляют преимущественно из чугуна. Некоторые многооборотные дизели имеют стальные втулки. Для свободного перемещения клапанов в верхней части втулок дизелей ЧРН 32/48 выфрезерованы карманы. Внутреннюю (рабочую) поверхность втулки в целях повышения износоустойчивости шлифуют, подвергают закалке токами высокой частоты, азотированию или пористому хромированию. Наружную поверхность втулок (со стороны полостей охлаждения) покрывают кадмием или бакелитовой смолой для защиты от коррозии. Уплотнение верхней части втулки со стороны полостей охлаждения достигается путем взаимной притирки плоскостей посадки втулки и корпуса блок-картера. У некоторых дизелей для этой цели между буртом втулки и блок-картером в верхней части устанавливают медную прокладку. В нижней части втулки уплотняют с помощью резиновых колец. У высокооборотных дизелей блок-картер может быть и основной несущей деталью корпуса. В этом случае его соединяют непосредственно с судовым фундаментом, а коренные подшипники коленчатого вала крепят в нижней части блока на подвесках.

Рис. 9. Суфлер

Обеспечение взрывобезопасности в картере. Картерное пространство дизеля насыщено мельчайшими частицами масла. В нем могут быть также и частицы топлива. Смесь воздуха с маслом и топливом при определенных соотношениях может оказаться взрывоопасной. Для отвода газов из картерного пространства в соответствии с Правилами Речного Регистра РСФСР дизели с диаметром цилиндров более 200 мм и объемом картера более 0,6 м, оборудуют специальными предохранительными клапанами. С помощью пружины клапан прижат к крышке люка и уплотнен резиновым кольцом. При избыточном давлении в картере (0,01—0,02 МПа) клапан открывается и газы выпускаются в атмосферу. Пламеотражатель служит для предотвращения выброса пламени в машинное помещение. После падения давления газов в картере под действием пружины клапан закрывается, и поступление свежего воздуха в картер прекращается.

У некоторых дизелей с диаметром цилиндра менее 200 мм газы из картера отводятся с помощью суфлеров. Корпус суфлера через окно сообщается с картер-ным пространством дизеля, а через окно а в крышке — с атмосферой. Суфлер входит в отверстие верхней части картера и крепится к нему фланцем на двух шпильках. Газы из картера выходят в атмосферу через лабиринт, включающий сетки 7,2 и набивку из тонкой проволоки. На перегородке, сетках и набивке из тонкой проволоки остается масло, которое стекает обратно в картер через сетку.

Крышки цилиндров. Головки дизеля. Моноблоки. В большинстве случаев крышки цилиндров отливают из чугуна и выполняют индивидуально для каждого цилиндра или в виде блока для нескольких цилиндров дизеля (в последнем случае их называют головками дизелей). Головки дизеля изготовляют обычно из алюминиевых сплавов. Цилиндры закрывают крышками, так образуется рабочая полость. На крышках обычно монтируют детали клапанного механизма системы газораспределения. Снизу у крышки для фиксации ее положения и обеспечения герметичности рабочей полости располагается уп-лотнительный бурт (кольцевой выступ), входящий в канавку втулки цилиндра. Рабочие полости цилиндров уплотняют с помощью индивидуальных прокладок из отожженной меди или алюминия, которые устанавливают под каждой из крышек, или с помощью общей прокладки, устанавливаемой под головкой дизеля.

По форме крышки цилиндров могут быть четырех-, пяти-, шести-, восьмигранные и цилиндрические. Четырехгранная крышка дизеля 6ЧСП 18/22 образована стенками, верхним, нижним огневым днищами и перегородками между ними. В крышке имеется гнездо для форсунки, через которую в цилиндр подается топливо. Симметрично оси форсунки размешаны гнезда в для впускного и е для выпускного клапанов с каналами для подвода воздуха и удаления продуктов сгорания топлива. В зависимости от частоты вращения коленчатого вала в крышках дизелей может быть по два впускных и выпускных клапана, а также пусковой клапан и индикаторный кран. Через пусковой клапан в цилиндр подается сжатый воздух при пуске дизеля. С помощью индикаторного крана, пользуясь специальными приборами (индикатором, максиметром), определяют параметры рабочего цикла в цилиндрах дизеля.

Крышки дизелей с диаметром цилиндров 180 мм и более снабжены, кроме того, предохранительными клапанами, предотвращающими повышение давления в цилиндре сверх установленных значений. Крышки дизелей 6ЧСП 18/22 соединяют с блоком цилиндров четырьмя шпильками, для которых имеются отверстия а. Детали механизма открытия и закрытия впускного и выпускного клапанов крепят на крышке четырьмя шпильками, ввернутыми в резьбовые отверстия г, и закрывают кожухом, для шпилек крепления которого в крышке предусмотрены отверстия б. В гнездо д, закрытое пробкой, вмонтирован прибор для измерения температуры выпускных газов. Гнезда клапанов, стенки и днища крышки омываются охлаждающей водой. Для интенсификации охлаждения нижнего днища и гнезда форсунки крышки некоторых дизелей имеют горизонтальную перегородку. Вода из блока дизеля входит в нижнюю полость крышки через специальные отверстия и, двигаясь в ней с повышенной скоростью, интенсивно охлаждает днище, крышку крепят к блоку шестью шпильками, проходящими через отверстие а, в. В гнездах д, б, г монтируют соответственно форсунку, выпускной и пусковой клапаны. Для осмотра и очистки полостей охлаждения крышка имеет специальные люки.

Рис. 10. Крышки цилиндров дизелей:
а —6 ЧСП 18/22; 6 — 6 ЧРН 36/45

Головку одного из дизелей крепят к блоку цилиндров анкерными шпильками, входящими в отверстия а, и дополнительными шпильками, ввернутыми в нарезные отверстия д приливов 1. Снизу головка блока имеет шесть цилиндрических углублений, образуемых с втулками цилиндров и днищами поршней камеры сгорания. В головке имеются гнезда г для форсунки и гнезда б и в и для впускных и выпускных клапанов. К одной из боковых сторон головки на шпильках крепят коллектор впуска, к другой — коллектор выпуска. На верхней плоскости головки монтируют подшипники для распределительных валов впуска и выпуска. Между головкой и блоком устанавливают алюминиевую прокладку соответствующей конфигурации с необходимыми вырезами над цилиндрами, гнездами и плоскостями охлаждения. Охлаждающая вода поступает в головку дизеля из блока через специальные отверстия.

Крышки цилиндров и головки дизеля подвергаются динамическому воздействию давления газов, испытывают большую нагрузку от предварительной затяжки шпилек крепления, а также воспринимают значительные тепловые напряжения. Поэтому крышки цилиндров и головки, дизеля должны иметь высокую прочность и жесткость. Необходимая их жесткость обеспечивается формой каркаса (стенками, массивным нижним днищем и перегородками). У сильно нагруженных высокооборотных дизелей, например 12ЧСН 18/20 (М401), головка представляет единую отливку с блоком цилиндров. Такую конструкцию называют моноблоком.

При использовании моноблока обеспечивается более высокая жесткость блока и исключается возможность прорыва газов между головкой и блоком цилиндров. Моноблок фиксируется на верхнем картере уста-навочными отверстиями и соединяется с ним силовыми шпильками. Втулки цилиндров вставляют в моноблок снизу вместе с напрессованными на них гильзами. На наружной поверхности втулки под углом 30° к вертикальной оси выполнено 30 винтовых канавок д, е. В нижней части втулки расположена кольцевая проточка ж, из которой берут начало винтовых канавок. В верхней части втулки винтовые канавки е с помощью дуговых углублений попарно сообщаются с канавками д. У гильзы в нижней части сделаны два бурта, выше которых просверлено по 15 отверстий. Запрессованные в моноблок втулки и гильзы фиксируются в осевом направлении с помощью уплотнительного пакета из стальных и резиновых колец. Кольца в блоке удерживаются гайкой. Охлаждающая вода из камеры в блока через отверстия г в гильзе проходит в кольцевую проточку ж втулки, откуда она вначале по винтовым канавкам движется вверх, а затем по канавкам д вниз и через отверстия б в гильзе по четырем вертикальным каналам а поступает в полости охлаждения головок блока.

Рис. 11. Головка дизеля 6 ЧСП 15/18 32

Вода из полостей охлаждения втулок цилиндров в полости охлаждения крышек (головок дизеля) поступает, как правило, по трубкам, которые уплотняются с помощью резиновых колец. При креплении крышек дистанционные втулки прижимают кольца к крышкам и блоку, и при этом обеспечивается необходимая герметичность соединения. У некоторых дизелей трубки уплотняют резиновыми шайбами, обжимаемыми при креплении головки. Из крышек охлаждающая вода поступает в отводную магистраль, а у дизелей без наддува — в полость охлаждения выпускного коллектора. Дизели мощностью более 220 кВт имеют на каждой крышке отдельный патрубок с краном, обычно пробковым или шторного типа, как у дизелей ЧРН 32/48. За краном на патрубке устанавливают термометр. Руководствуясь показаниями термометра, регулируют степень охлаждения дизеля, увеличивая или уменьшая количество воды, проходящей через полости втулок и крышек цилиндров.

Рис. 12. Моноблок дизеля 12ЧСПН 18/20

Крепление деталей корпуса. Конструктивное оформление корпуса дизеля зависит от его назначения и компоновки. На речных судах наибольшее применение получили дизели, у которых в состав корпуса входит блок-рама, блок цилиндров и индивидуальные крышки (6ЧРН 36/45, 64 18/22), фундаментная рама, блок-картер и индивидуальные крышки (6 ЧРН 32/48, 6ЧСПН 20/26, 6ЧСП 27,5/36, 6ЧРН 27,5/35, 64Н 25/34), несущий верхний картер, блок-цилиндров и головка блока (6ЧСПН 15/18, 12ЧСПН 15/18), несущий блок-картер и крышки или головка блока (64 12/14, Ч 10,5/13), несущий картер и моноблок (12ЧСН 18/20).

Рис. 13. Устройства для перепуска воды

Для соединения деталей корпуса дизеля применяют болтовой и анкерный способы крепления. В первом случае детали корпуса дизелей 6ЧРН 36/45, 6ЧСП 27,5/36, 6ЧРН 27,5/35, 6(8)ЧСПН 20/26, 6(8)ЧРН32/48 и др. крепят попарно: например крышку с блок-картером (блок-цилиндром) и блок-картер (блок-цилиндров) с фундаментной рамой. Анкерными связями, как у дизелей 12ЧСН 18/20, соединяют одновременно все детали. У дизелей 6ЧН 18/22, 6ЧРП 25/34, 6(12)4 15/18 и др. основные неподвижные детали крепят анкерными связями и болтами или шпильками.


Читать далее:

Категория Судовые энергетические установки