Реверс дизельного двигателя

Реверс дизеля

В соответствии с требованием Регистра, реверс дизеля должен осуществляться за 12 секунд. Изменение направления вращения двигателей обеспечивается изменением фаз воздухо и газораспределения и моментов топливоподачи. В 4-тактных двигателях реверс осуществляется с помощью 2-х комплектов кулачных шайб воздухо, топливо и газораспределения, которые перемещаются в осевом направлении вместе с распределительным валом. Аналогичное решение применяла фирма МАН в своих 2-тактных дизелях.

Фирма Зульцер

Применяет для реверса 2-тактных ДВС одни комплект кулачных шайб. Реверс осуществляется до пуска двигателя путем разворота распределительного вала на требуемый угол относительно коленчатого вала с помощью специального сервомотора.

В двигателях фирмы Бурмейстер и Вайн валик воздухораспределителя имеет 2 комплекта кулачков и при реверсе перемещается в осевом направлении. Вал топливо и газораспределения в малооборотных двигателях старой конструкции имел один комплект шайб и реверсировался после того, как двигатель начинал вращаться на противоположный ход (коленчатый вал как бы разворачивался относительно распределительного вала).

В двигателях 4-й модификации фирма Бурмейстер и Вайн перешла на реверс распредвала по тому же принципу, что и Зульцер. В наиболее распространенных современных двигателях ряда МС фирмы MAN — B&W распределительный вал вообще не реверсируется; вместе с реверсом воздухораспределителя изменяются лишь моменты топливоподачи путем перемещения серьги толкателя ТНВД с помощью сервомотора индивидуально на каждый цилиндр.

Успешность реверсирования и запуска двигателя на задний ход зависит от того, с какого режима работы требуется реверс. Если при маневрировании скорость судна близка к 0, двигатель работает малым ходом или даже остановлен, то реверс не вызывает затруднений. Реверсирование со среднего или полного хода является особо сложной и ответственной операцией, поскольку обычно связано с аварийной ситуацией. Сложность возрастает тем в большей степени, чем больше водоизмещении и скорость хода судна.

При необходимости реверса с полного хода (точка 1 на рис. 3) отключается подача топлива в цилиндры. При этом движущий момент становится равным 0, частота вращения довольно быстро — за 3-7 секунд — падает до n = (0,5-0,7)nн. Уравнение движения в этот период имеет вид:

ℑ (dω/dτ) = MВ + MТ          (№2)

  • где ℑ (dω/dτ) — момент от сил инерции;
  • MВ — момент, развиваемый винтом;
  • MТ — момент от сил трения.

Гребной винт вращается за счет сил инерции валопровода и двигателя и создает некоторый положительный упор. При некоторой частоте вращения момент и упор винта становятся равными нулю, хотя винт продолжает вращаться в прежнем направлении (точка 2 рис. 3). При дальнейшем снижении частоты вращения упор становится отрицательным, винт начинает работать как гидротурбина за счет инерции корпуса судна. Уравнение движения в этот период имеет вид:

ℑ (dω/dτ) + MВ — MТ          (№3)

Дальнейшее снижение частоты вращения обеспечивается за счет момента от сил трения MТ и снижения скорости движения корпуса судна (уменьшения момента MВ). Двигатель остановится, когда правая часть приведенной выше зависимости станет равна ее левой части (точка 3 на рис. 3). При этом скорость судна обычно снижается до 4.5-5.5 узлов. Для достижения этого момента требуется длительное время (от 2 до 10 минут), которое порой отсутствует. Поэтому приходится прибегать к остановке валопровода с помощью “контрвоздуха”, подаваемого в цилиндр через пусковые клапаны.

Рис. 3 Кривые действия винта при торможении контрвоздухом с полного (пх) и среднего (сх) хода

Порядок реверса при контрвоздухе

  1. После выключения подачи топлива рычаг реверса переводят из положения “вперед” в положение “назад”, хотя коленчатый вал продолжает при этом вращаться вперед, распределительный вал реверсируется;
  2. В районе точки 2 (рис. 3) в цилиндр начинает подаваться пусковой воздух, при этом двигатель тормозится, т.к. подача воздуха приходится на линию сжатия;
  3. После остановки двигатель раскручивается на воздухе в направлении “назад” и переводится на топливо.

Если при нормальном пуске подача воздуха в цилиндр осуществлялась на линии расширения от углов φВ1 = 0 до φВ2 = 90° пкв после ВМТ, то при подаче контрвоздуха геометрические моменты воздухоподачи меняются на противоположные. Воздух начинает поступать в цилиндр на линии сжатия за 90° пкв до ВМТ и заканчивает поступать в районе ВМТ. При этом действительные моменты воздухоподачи и эффективность торможения контрвоздухом зависят от конструкции пусковых клапанов цилиндров.

Если тарелка пускового клапана имеет тот же диаметр, что и поршень управления, то клапан закроется при достижении давления в цилиндре РЦ примерно равном давлению РВ в пусковой магистрали (рис. 4).

Рис. 4 Характеристики равновесия пусковых клапанов

а) при Dу = Dкл; б) при Dу = 1,73 Dкл

Это происходит намного раньше геометрического конца подачи воздуха в цилиндр. При этом воздух, оставшийся в цилиндре, будет сжиматься и продолжать затормаживать двигатель. В районе ВМТ часть воздуха стравится в атмосферу через предохранительный клапан. Количество стравленного воздуха — небольшое, учитывая небольшое сечение предохранительного клапана. При дальнейшем движении поршня, когда он пройдет ВМТ, сжатый воздух расширяется и продолжает раскручивать дизель. Таким образом, если двигатель остановится до прихода поршня в ВМТ, то торможение контрвоздухом будет эффективным, если не остановится — контрвоздух неэффективен. Такая картина торможения контрвоздухом наблюдается в малооборотных двигателях фирмы МАН.

Если площадь управляющего поршня больше тарелки клапана (двигатели Бурмейстер и Вайн, Зульцер), то для закрытия клапана требуется гораздо большее давление в цилиндре (рис. 4). Клапаны открываются при торможении контрвоздухом на ходе сжатия, и после достижении давления РЦ — PВ воздух из цилиндра начинает перетекать при высоком давлении в пусковую магистраль. Поршень совершает работу выталкивания на линии сжатия.

Пусковой клапан закрывается в соответствии с геометрическим моментом воздухонодачи. При таком клапане работа сжатия оказывается гораздо больше работы расширения, эффект торможения контрвоздухом хороший. Воздух, выталкиваемый из цилиндра в пусковую магистраль, поступает в соседний цилиндр, что уменьшает расход пускового воздуха. При таком типе пусковых клапанов снижается выбег судна за счет более скорого запуска дизеля на задний ход.

При реверсе с полного хода двигатель обычно передерживается на воздухе — для гарантии запуска в противоположном направлении. Этого делать не надо — необходимо лишь при переводе на топливо топливную рейку поставить на большую подачу.

Смотрите также:
а) Пуск дизеля
в) Прогревание, нагружение до полной мощности и остановка двигателя
г) Работа при волнении моря

Октябрь, 31, 2016 2390 0
Читайте также