Во время работы двигателей внутреннего сгорания (ДВС) в результате сгорания топлива и трения между деталями выделяется большое количество теплоты, часть которой преобразуется в полезную работу. Для уменьшения трения между деталями, их преждевременного износа и снижения теплонапряженности деталей ДВС, все двигатели оборудуются системами смазки и охлаждения.
Системы смазки двигателя
Система смазки служит для:
- уменьшения трения между деталями,
- защиты поверхностей от коррозии,
- частичного отвода теплоты, выделяющейся при трении,
- удаления продуктов износа и нагара из узлов трения,
- охлаждения некоторых деталей.
Существует несколько способов смазки:
- Циркуляционная (принудительная) смазка. Используется для подшипников коленчатого и распределительного валов, приводов навешенных механизмов и поршневой головки шатуна.
- Разбрызгивание с дозированной подачей масла. Применяется для охлаждения внутренней поверхности поршней, приводов агрегатов наддува и других компонентов.
- Комбинированная система.
Рис. 1 – Принципиальная схема циркуляционной системы смазки с мокрым картером.
В состав системы смазки входят масляные насосы, фильтры, сточная цистерна и трубопроводы с арматурой, связывающие отдельные элементы системы. Циркуляционная система может быть разделена на:
- систему с «мокрым» картером (отработанное масло собирается в поддоне фундаментной рамы);
- систему с «сухим» картером (отработанное масло собирается в цистерне, расположенной вне двигателя). Последняя система лучше сохраняет масло за счёт минимального контакта с выпускными газами, поэтому в современных ДВС она получила широкое применение.
Масляные насосы обычно выполняют шестерённого или винтового типа, а подача масла на зеркало цилиндров производится насосом высокого давления – лубрикатором. Принцип работы лубрикатора основан на применении плунжера и золотника, отмеряющих и подающих масло.
Для очистки масла от механических примесей в систему включают фильтры грубой и тонкой очистки:
- Фильтры грубой очистки предназначены для удаления крупных частиц (диаметром более 0,14 мм) и обычно изготовлены сетчатыми или проволочно-щелевыми.
- Фильтры тонкой очистки пропускают лишь 5–15 % всего масла и способны задерживать частицы размером 0,01–0,001 мм. В судовых ДВС широко применяются картонные фильтры АСФО или ДАСФО.
Во время работы двигателя масло нагревается до 60–80°С, что отрицательно сказывается на его смазывающих свойствах. Для сохранения этих свойств предусмотрен масляный охладитель (обычно трубчатого типа), в котором по трубам навстречу движению масла поступает забортная вода. Дополнительно на судне устанавливается масляный сепаратор (обычно центробежного типа) для очистки масла от вредных примесей.
Систему смазки рассчитывают таким образом, чтобы температура соприкасающихся деталей не превышала 60–70°С, основываясь на гидродинамической теории смазки Н. П. Петрова (1883–1886 гг.). Эта теория утверждает, что для получения жидкостного трения в подшипниках необходим масляный зазор, зависящий от диаметра и нагрузки. Вал, вращающийся в подшипнике, опирается на масляный слой; в состоянии покоя масло выдавливается, что может привести к повышенному износу при пуске двигателя, поэтому его необходимо предварительно прокачать и провернуть вручную.
Системы охлаждения двигателя
Системы охлаждения обеспечивают нормальные условия работы таких деталей, как цилиндровые втулки, крышки, поршни, выпускные коллекторы и другие, посредством отвода из них теплоты. Кроме того, они охлаждают рабочие среды двигателя, например, смазочное масло и наддувочный воздух.
В судовых ДВС наиболее распространена система водяного охлаждения, которая бывает:
- Проточной (охлаждение забортной водой);
- Замкнутой (охлаждение пресной водой, охлаждаемой забортной водой).
Рис. 36 – Принципиальная схема замкнутой системы охлаждения двигателя.
В замкнутой системе забортная вода последовательно охлаждает масло и пресную воду двигателя. Пресная вода из расширительного бачка проходит через охладитель и подаётся насосом в двигатель. После охлаждения втулок, крышек и газовыпускного коллектора вода вновь поступает в охладитель, где температурный режим регулируется терморегулятором. Потери теплоты с охлаждающей водой распределяются примерно следующим образом:
- Крышка и втулка цилиндра – 18–20 %,
- Поршень (при наличии охлаждения) – 6–9 %,
- Выпускной коллектор и турбонагнетатель – 5–8 % всей теплоты, выделенной в цилиндре.
При обычном охлаждении, когда температура воды на входе составляет 50–60 °С, а на выходе – 75–90 °С, потери теплоты с охлаждающей водой составляют 30–40 %. Повышение температуры охлаждающей воды сокращает период задержки самовоспламенения топлива, что приводит к снижению давления сгорания и скорости нарастания давления, а значит, к уменьшению тепловых потерь в охлаждающую воду. Сейчас ведутся исследования по применению высокотемпературного охлаждения (выше 100 °С), однако они ещё не нашли практического применения в судовых ДВС.
В системах охлаждения применяются поршневые и центробежные насосы, а также охладители рекуперативного типа.
Дополнительная информация и инновации
Современные судовые двигатели активно используют интегрированные системы, где системы смазки и охлаждения работают в тандеме для оптимизации рабочих процессов и повышения долговечности агрегатов. Новейшие технологии предусматривают применение электронного контроля температурного режима и оптимизацию потоков смазки, что способствует снижению износа и повышению эффективности работы двигателя.
Для получения подробной информации о судовых двигателях и морской технике посетите Seamen.es.
Если вы хотите совместить профессиональную деятельность с отдыхом на воде, изучите дополнительные возможности аренды катеров – подробности доступны на Freewind.es.