Способы пуска дизелей. Чтобы дизель начал работать, необходимо предварительно раскрутить его коленчатый вал до появления в цилиндрах первых вспышек топлива. Заводы-изготовители дизелей, как правило, гарантируют их пуск в течение 2—6 с без прогрева при температуре окружающего воздуха и воды в камерах охлаждения не ниже 8 °С. Пуск холодного дизеля возможен только при определенной частоте вращения коленчатого вала, называемой пусковой. Значения пусковых частот вращения определяются конструкцией дизелей и их топливной аппаратуры, быстроходностью, способами и условиями смесеобразования, видом топлива, тепловым состоянием дизеля и окружающей среды, изнашиванием втулок цилиндров, поршневых колец и другими факторами.

Исправные малооборотные двигатели пускают за два-три оборота вала с достижением частоты вращения 700— 800 мин-1, а высокооборотные — за восемь — десять оборотов с частотой вращения вала 1000—1500 мин-1. При меньшей частоте вращения вала и, следовательно, меньшей скорости поршня увеличивается продолжительность процесса сжатия и сжимаемый воздух в большей степени охлаждается от стенок цилиндра. Судовые двигатели пускают вручную, электрическим стартером или с помощью сжатого воздуха. Ручной пуск рукояткой, соединяемой с коленчатым валом, применяют только у небольших дизелей с мощностью до 19 кВт.

Электростартерами пускают в основном вспомогательные судовые дизель-генераторы. Большинство главных судовых дизелей оборудуют воздушной системой пуска. Некоторые из них в качестве резервного имеют и электро-стартерный пуск. Для повышения температуры в камере сгорания и ускорения первых вспышек топлива в цилиндрах дизеля воду в системе охлаждения и масло в картере подогревают специальными подогревателями. В дизелях с двухкамерным смесеобразованием для воспламенения топлива при возможно меньшей пусковой скорости коленчатого вала устанавливают рядом с форсункой специальные свечи накаливания, представляющие собой спирали, навитые на керамические втулки, с помощью которых подогревается впускаемый в цилиндры воздух. При наличии в камерах сгорания раскаленных спиралей облегчается появление первых вспышек. Некоторые дизели для уменьшения сопротивления раскручиванию коленчатого вала оборудуют декомпрессионными устройствами. На время пуска (в период раскручивания коленчатого вала) с их помощью цилиндры дизеля сообщаются с атмосферой и уменьшается работа на сжатие воздуха.

Электростартерный пуск. Электростартер рассчитан на кратковременную работу (обычно не более 5 с) и представляет собой электродвигатель постоянного тока с последовательно включенными обмотками возбуждения, работающий от аккумуляторной батареи с номинальным напряжением до 32 В. Емкость аккумуляторной батареи должна обеспечивать без подзарядки не менее десяти последовательных пусков каждого главного дизеля в холодном состоянии. При включении пусковой кнопки ток от аккумуляторной батареи поступает в цепь питания электродвигателя, вал которого через шестеренную передачу раскручивает коленчатый вал дизеля до требуемой частоты вращения. В последнее время дизели оборудуют стартерами с инерционным включением шестерен. Основными частями стартера являются электродвигатель и инерционный привод, обеспечивающий зацепление шестерни хвостовика с зубчатым венцом маховика на время пуска дизеля и расцепление их после пуска. Хвостовик привода, опирающийся на два шарикоподшипника, свободно посажен на вал стартера. Внутри хвостовика размещена пружина, опирающаяся на втулку и установочную шайбу. Последняя закреплена на валу стопорным кольцом. Когда стартер выключен, пружина удерживает хвостовик, как показано на рис. 93, в крайнем правом положении. Вал стартера имеет спиральные шлицы, с помощью которых он соединен с головкой привода. Последняя двумя шлицами и стопорным кольцом скреплена с обоймой. Внутри обоймы смонтировано несколько ведомых и ведущих дисков трения. Ведущие диски трения шестью наружными шлицами соединены с головкой ривода, а ведомые — шестью внутренними шлицами с муфтой трения. Муфта трения соединена шлицами с хвостовиком и закреплена на нем стопорным кольцом. В момент пуска стартера его вал со спиральными шлицами начинает вращаться с большим ускорением. Все детали привода насажены на вал свободно, поэтому они также начнут вращаться по инерции, но несколько медленнее вала. Головка привода, имеющая такие же спиральные шлицы, как и вал, будет свинчиваться с него и через пружину сдвинет хвостовик влево. Смещение хвостовика влево прекратится, когда втулка упрется в торец установочной шайбы. К этому времени шестерня войдет в зацепление с зубчатым венцом маховика. Головка привода после этого сдвинется еще влево и через пружины и шайбы сожмет ведущие и ведомые диски трения. Так как ведомые диски связаны с муфтой трения, а она — с хвостовиком, последний начнет вращаться с той же частотой вращения, что и вал. Будет вращаться, следовательно, и маховик дизеля. При значительном увеличении сопротивления вращению маховика дизеля ведущие и ведомые диски трения, сжимая пружины, могут пробуксовать, предохраняя детали привода и вал стартера от поломок.

Рис. 1. Механизмы включения электростартера

С пуском дизеля шестерня, хвостовик и другие детали привода начнут вращаться с большей частотой вращения, чем вал. Головка привода по спиральным шлицам сдвинется вправо (в сторону электродвигателя стартера), и шестерня выйдет из зацепления с зубчатым венцом маховика.

Пуск сжатым воздухом. При воздушном пуске в цилиндры, поршни которых находятся в положении рабочего хода, подается сжатый воздух давлением 3—15 МПа. При открытии главного пускового клапана воздух от баллонов поступает к воздухораспределителю, который направляет его по цилиндрам дизеля. В цилиндры сжатый воздух подается через пусковые клапаны в порядке их работы. Обычно пусковые клапаны открываются, когда поршень смещается на 3—15° ниже в. м. т. Для пуска дизеля из любого положения вала пусковой клапан каждого следующего по порядку работы дизеля цилиндра должен открываться раньше, чем закроется клапан работающего на воздухе цилиндра. Однако с увеличением продолжительности открытия пусковых клапанов увеличивается подача воздуха. Поэтому наибольшую продолжительность открытия клапанов делают, когда угол поворота коленчатого вала не более 140°. Исходя из максимально возможной продолжительности открытия пусковых клапанов наименьшее число цилиндров, при которых четырехтактный дизель можно пускать сжатым воздухом из любого положения коленчатого вала, составляет 720/140. Таким образом, если четырехтактный дизель имеет шесть цилиндров и более, то при любом положении коленчатого вала (по крайней мере, с подачей воздуха в один из цилиндров) произойдет пуск дизеля.

Рис. 2. Схемы систем пуска

При меньшем числе цилиндров для пуска иногда приходится поворачивать коленчатый вал дизеля с помощью валоповоротного устройства или за маховик до так называемого пускового положения, отмеченного на маховике, т. е. устанавливать кривошип под определенным углом к оси цилиндра для начала рабочего хода. Пуск дизеля начинается при открытии главного пускового клапана (ГПК). Когда коленчатый вал достигает пусковой скорости, включается подача топлива и, как только дизель начнет работать на топливе, ГПК закрывается.

Системы пуска дизелей оборудуют автоматическими пусковыми клапанами или пусковыми клапанами с пневматическим управлением. Первые работают как обратные клапаны и открываются под воздействием давления воздуха от воздухораспределителя, связанного с распределительным валом дизеля. Такими клапанами снабжают, как правило, системы пуска дизелей с небольшими диаметрами цилиндров, так как, несмотря на простоту схемы, при значительных объемах цилиндров двигателя воздухораспределитель и трубопроводы системы становятся излишне громоздкими.

Чаще всего в системы пуска дизелей включают клапаны с пневматическим управлением. Воздух из баллона через открытый ГПК 2 одновременно подается ко всем пусковым клапанам. Последние устроены так, что под воздействием давления воздуха в магистрали 4 они не могут быть открыты. Пусковые клапаны открываются только в том случае, когда к ним по магистрали управления поступит воздух от воздухораспределителя. Подобные системы имеют компактный воздухораспределитель, и в связи с небольшим расходом воздуха из магистрали управления (трубопроводы после воздухораспределителя) имеют небольшие диаметры. В схему пуска может входить один или несколько воздухораспределителей, каждый из которых обслуживает определенную группу цилиндров. У некоторых дизелей функции воздухораспределителя выполняют индивидуальные (для каждого цилиндра) распределительные пусковые золотники.

Рис. 3. Пусковые клапаны цилиндров

Пусковые клапаны. Автоматические пусковые клапаны по конструкции несложны. Корпус клапана ввернут в головку дизеля. В корпусе размещен собственно, клапан, нагруженный пружиной. При пуске дизеля воздух от воздухораспределителя поступает по трубе в приемную полость а. Клапан открывается и пропускает воздух в цилиндр дизеля. При воспламенении топлива давление в камере сгорания возрастает, клапан садится на гнездо и разобщает цилиндр от пусковой магистрали.

Шток клапана с пневматическим управлением, включенного в систему пуска дизелей 6ЧРН 36/45, соединен гайкой с поршнем, нагруженным пружиной. Воздух, поступающий по трубопроводу от ГПК в полость а, воздействует на тарелку клапана сверху и на поршень снизу. Пружина в этом случае держит пусковой клапан закрытым. Клапан смещается в корпусе и сообщает полость а с цилиндром дизеля только при подаче воздуха от воздухораспределителя в пространство б над поршнем. В случае сообщения полости б с атмосферой давление воздуха над поршнем падает и под действием пружины клапан садится на гнездо.

Воздухораспределители. Судовые дизели оборудуют воздухораспределителями с дисковыми или цилиндрическими золотниками. Первые используют, как правило, в системах с автоматическими пусковыми клапанами, вторые — в системах с пневматически управляемыми пусковыми клапанами. Золотник воздухораспределителя первого типа включает диск, шлицевую втулку и крышку. Шлицевая втулка, торцовые шлицы которой сцеплены со шлицами диска, осевыми шлицами соединена с хвостовиком вала-шестерни, приводимой во вращение от шестерни распределительного вала. Рабочая поверхность диска притирается к опорной поверхности корпуса и плотно прижимается к ней под воздействием давления воздуха, поступающего в полость от ГПК. Во время пуска дизеля сжатый воздух из полости через отверстия о и по каналам г в корпусе подается к пусковым клапанам цилиндров, поршни которых находятся в пусковом положении. По окончании пуска пружина, действующая на крышку, отжимает от корпуса диск до упора шлицевой втулки в стопорное кольцо и предохраняет диск и корпус воздухораспределителя от изнашивания во время работы дизеля на топливе. Воздух, просачивающийся вдоль вала-шестерни, выпускается по каналу в.

Корпус воздухораспределителя с цилиндрическими золотниками, состоящий из внутренней и внешней обойм и крышки, крепится к остову дизеля шпильками. В центре корпуса размещен распределительный вал 8 с кулачными шайбами соответственно переднего и заднего хода. Кулачные шайбы имеют цилиндрическую форму с плоским срезом. В гнездах корпуса под одинаковым углом один относительно другого радиально установлены шесть золотников, прижатых пружинами к внешней обойме. С торцовой стороны в обойме высверлены против каждого золотника каналы б и а. Первые из них по соответствующим трубопроводам сообщаются с пусковыми клапанами цилиндров, вторые — с атмосферой.

Рис. 4. Воздухораспределитель с дисковыми золотниками

При пуске дизеля воздух по каналу в поступает в полость воздухораспределителя и прижимает все золотники к шайбе привода. Золотники, оказавшиеся над плоским срезом кулачной шайбы, сместятся к центру настолько, что закроют каналы а и откроют доступ воздуха по каналам в магистраль управления пусковых клапанов, поршни которых находятся в пусковом положении. Пусковые клапаны откроются, пропустят воздух в цилиндр, и коленчатый вал дизеля получит импульс для вращения. Плоский срез кулачной шайбы при вращении коленчатого и распределительного валов окажется под другими золотниками. Откроются пусковые клапаны следующих (по порядку работы) цилиндров. В это же время золотники будут сдвинуты на цилиндрическую поверхность кулачных шайб и смещены от центра к внешней обойме корпуса.

Магистраль управления пусковых клапанов первых двух цилиндров начнет сообщаться с атмосферой. Периодическое открытие и закрытие пусковых клапанов будет продолжаться до тех пор, пока дизель не начнет работать на топливе. При воспламенении топлива подача воздуха в систему пуска прекратится, и пружины сдвинут все золотники воздухораспределителя в такое положение, когда они не соприкасаются с кулачными шайбами.

Рис. 5. Воздухораспределитель с индивидуальными цилиндрическими золотниками

У некоторых дизелей воздухораспределитель снабжен индивидуальными цилиндрическими золотниками. Каждый золотник у таких воздухораспределителей имеет отдельный корпус. Шток золотника ввернут в толкатель и застопорен контргайкой. В положении, указанном на рис. 5, золотник под действием пружины сдвинут вверх. Пусковой клапан закрыт, так как воздух из его надпоршневой полости через каналы а ив корпуса воздухораспределителя выходит в атмосферу. При подаче воздуха из пусковой магистрали в канал б воздухораспределителя золотник, сжимая пружину, смещается вниз и, если толкатель оказывается на плоском срезе кулачной шайбы, пропускает воздух по каналу а в магистраль управления пускового клапана соответствующего цилиндра.

Главные пусковые клапаны. Некоторые дизели оборудованы ГПК, управляемыми специальным механическим приводом с местного поста управления. Воздух к ГПК поступает по каналу в корпусе. Через отверстие г воздух проходит во внутреннюю полость основного клапана. Давление в полости е и канале д выравнивается, и клапан удерживается в закрытом положении. Для пуска дизеля через систему рычагов с поста управления поднимают разгрузочный клапан. Полость через каналы сообщается с атмосферой, и давление в ней мгновенно падает. Диаметр направляющей части основного клапана больше диаметра его тарелки, поэтому под воздействием давления воздуха на поверхность а клапан откроется, увлекая за собой клапан разгрузки. Канал перекроется. Воздух по каналу в поступит в магистраль к воздухораспределителю, и коленчатый вал получит импульс для вращения. При установке рукоятки управления дизеля в положение «Работа» разгрузочный клапан под действием пружины садится на гнездо и перекрывает каналы. Давление в полости е возрастает, и основной клапан ГПК закрывается.

Рис. 6. Воздухораспределитель с цилиндрическими золотниками

Клапан разгрузки обеспечивает отвод газов в атмосферу при работе дизеля в случае пропуска пусковых клапанов и тем самым предохраняет диск воздухораспределителя от постоянного соприкосновения с корпусом. Если пусковые клапаны и будут пропускать газы, то при работающем дизеле они по каналу через открытый клапан разгрузки будут удаляться по каналу б в атмосферу.

Чаще всего системы пуска дизелей оборудуют ГПК с нагрузочным поршнем или клапанами дифференциального типа. В корпусе ГПК первого типа, установленных на дизелях 6ЧРН 36/45, кроме клапана, размещен нагрузочный поршень. Сжатый воздух от баллона поступает под клапан 3 и прижимает его к гнезду. В момент пуска к нагрузочному поршню подается воздух от клапана управления. Давление воздуха в магистрали управления ниже давления пускового воздуха. Однако вследствие большей площади по сравнению с тарелкой клапана поршень, сжимая пружину, смещается вниз, клапан открывается и пропускает воздух в магистраль к воздухораспределителю и далее к пусковым клапанам цилиндров. При достижении коленчатым валом пусковой скорости клапан управления сообщается с атмосферой, давление в полости над нагрузочным поршнем падает и ГПК закрывается.

Рис. 7. Главный пусковой клапан с механическим приводом

У дизелей, построенных комбинатом СКЛ (ГДР), системы пуска оборудованы ГПК дифференциального типа. Сжатый воздух, поступающий в полость под стаканообразный клапан дифференциального типа, стремится оторвать его от седла. Однако клапан остается неподвижным, так как через каналы г и в воздух поступает также в пространство под крышкой, а площадь клапана, на которую воздействует воздух сверху, больше, чем площадь дифференциального пояса а снизу. Дифференциальный клапан прижимается к седлу еще и пружиной. При пуске дизеля полость над дифференциальным клапаном через канал в и специальный золотник сообщается с атмосферой. Под воздействием давления снизу клапан,преодолевая сопротивление пружины, поднимается, и воздух из полости д корпуса поступает к цилиндрам дизеля. По окончании пуска золотник снова сообщает пространство под крышкой 3 с полостью б. Дифференциальный клапан закрывается, а разгрузочный клапан, соединенный с ним обоймой, открывается, и воздух из полости д выходит в атмосферу.

Рис. 8. Главный пусковой клапан с нагрузочным поршнем

Рис. 9. Главный пусковой клапан дифференциального типа

Способы реверсирования дизелей.

Вспомогательные судовые дизели, используемые для привода вспомогательных механизмов (генераторов, компрессоров, насосов и т. п.), делают нереверсивными.

Главные судовые дизели, соединенные непосредственно с гребными винтами, в зависимости от условий эксплуатации обеспечивают передний и задний ход судна. По требованиям Речного Ре-112 гистра РСФСР реверсирование дизелей должно осуществляться (от остановки до пуска в противоположном направлении) за 15 с на малом и за 25 с на полном ходу судна.

Для изменения направления вращения коленчатого вала, как было указано, на распределительных валах дизелей устанавливают комплекты кулачных шайб для переднего и заднего хода и с помощью средств реверсирования переключают по мере надобности соответствующие механизмы с одного комплекта шайб на другой. У современных дизелей такое переключение осуществляют передвижением распределительных валов из положения «Вперед» в положение «Назад» и наоборот. В общем виде процесс реверсирования осуществляют в такой последовательности: выключают подачу топлива к дизелю и после его остановки поднимают толкатели газораспределительного привода, затем передвигают в положение заданного хода распределительный вал и опускают толкатели на соответствующие новому ходу шайбы. Большинство современных судовых дизелей имеют распределительные валы с коническими переходными поверхностями на кулачных шайбах, поэтому реверсирование их производят без подъема и опускания толкателей. Несоблюдение установленной последовательности операций при реверсировании дизеля может привести к аварии, поэтому в схему реверсирования включают блокировочные устройства, с помощью которых обеспечивается переход к следующей операции только после полного завершения предыдущей, например исключается реверсирование при невыключенной подаче топлива, предотвращается пуск дизеля до окончания реверсирования.

Реверсирование дизелей выполняют вручную с помощью механической передачи, а чаще всего с использованием пневматического или пневмогидравли-ческого приводов. Механизм ручного реверсирования обычно используют в качестве аварийного.

Пневмогидравлическая система реверсирования. Современные судовые реверсивные дизели оборудованы, как правило, автоматизированными системами реверсирования, в которых передвижение распределительного вала 15 в ту или другую сторону происходит под воздействием давления масла в гидравлических баллонах. У дизелей 6ЧРН 32/48 воздух в цепи пуска и реверсирования поступает по трубопроводам, под давлением 3 МПа. Командный сигнал в систему (валику управления) подается маховиком из машинного помещения или из рулевой рубки через дистанционную передачу. На валике управления смонтированы две кулачные шайбы. Первая управляет клапаном переднего хода, вторая — клапаном заднего хода.

На схеме распределительный вал показан в положении «Вперед», а валик управления — в положении «Стоп». Грузы центробежного реле скорости и остановки, связанного с коленчатым валом, занимают положение, при котором пружина разжата и клапан управления рычагом открыт. Воздух по трубопроводу поступает к закрытым клапанам. При повороте маховика, например, в положение «Вперед» (против часовой стрелки) валик управления поворачивает на определенный угол кулачные шайбы. Шайба открывает клапан, воздух поступает к гидравлическому баллону реверса переднего хода и блокировочному клапану пуска вперед. Распределительный вал уже находится в положении «Вперед» (поршень гидроцилиндра под воздействием давления масла сдвинут влево), поэтому блокировочный клапан открыт и воздух поступает в системы пуска и регулирования топли-воподачи. При возрастании частоты вращения коленчатого вала до 50—70 мин-1 реле скорости закрывает клапан и воздух из системы выпускается в атмосферу.

Для переключения работающего дизеля с переднего хода на задний маховик из положения «Вперед» переводят в положение «Назад». В момент прохождения им положения «Стоп» специальным устройством рейка ТНВД установится в положении нулевой подачи. С выключением подачи топлива и уменьшением частоты вращения коленчатого вала до 30—20 мин-1 реле открывает клапан. Воздух по трубопроводу поступает к открытому кулачной шайбой клапану реверса назад и далее к гидравлическому баллону.

Рис. 10. Схема пневмогидравлической системы реверсирования

Под воздействием давления воздуха масло из баллона вытесняется в левую полость гидроцилиндра и поршень перемещается вправо. Через шток и вилку передвигается вправо распределительный вал с кулачными шайбами. Распределительный вал на конце имеет шлицы, поэтому его передвижение вдоль своей оси не вызывает перемещения шестерни, которой он связан зубчатой передачей с коленчатым валом. В конце реверсирования под воздействием рычагов и тяг клапан закроется и откроется блокировочный клапан пуска назад. Воздух по трубопроводу поступит в систему пуска, включится подача топлива. При достижении коленчатым валом частоты вращения 50—70 мин-1 клапан будет сообщать систему реверсирования с атмосферой.

Ручное реверсирование может осуществляться при повороте рычага, связанного с валиком. Специальным ключом, надетым на шестигранную головку валика, можно поворачивать его в разные стороны. При работе пневмо-гидравлического привода валик с рычагом выполняет роль обратной связи, т. е. через соответствующее устройство с помощью валика фиксируется положение распределительного вала на посту управления двигателем. В крайнем положении рычаг, воздействуя на шариковую защелку, удерживает распределительный вал от самопроизвольного сдвига.