Brodski dizel motori imaju visoku toplinsku učinkovitost, dobru ekonomičnost, lako pokretanje i veliku prilagodljivost različitim tipovima brodova. Nakon uvođenja, brzo su korišteni kao pogonska snaga za brodove. Do 1950-ih dizelski su motori gotovo u potpunosti zamijenili parne strojeve na novoizgrađenim brodovima. Brodski dizel motori postali su glavni izvor energije za civilne brodove, mala i srednja plovila te konvencionalne podmornice. Brodski dizelski motori mogu se podijeliti na glavne i pomoćne motore prema njihovoj funkciji na brodovima. Glavni motor služi kao pogonska snaga za brodove, dok se pomoćni motor koristi za pogon generatora, zračnih kompresora ili pumpi za vodu.
Brodski dizelski motori općenito se dijele na dizelske motore velike brzine, srednje brzine i niske brzine, a glavni pokazatelji učinka tri vrste dizelskih motora navedeni su u tablici.
Uvod i primjena
Većinu vremena brodski motori rade pod punim opterećenjem, a ponekad i pod promjenjivim uvjetima opterećenja. Brodovi često plove po neravnom terenu, tako da bi brodski dizelski motori trebali moći pouzdano raditi u uvjetima uzdužnog nagiba od 15 stupnjeva -25 stupnjeva i poprečnog nagiba od 15 stupnjeva -35 stupnjeva. Većina brodova koristi dizelske motore s turbopunjačem (vidi turbopunjenje motora s unutarnjim izgaranjem), a dizelski motori male snage bez turbopunjača koriste se samo u malim brodovima. Većina dizel motora niske brzine su dvotaktni motori, većina dizel motora srednje brzine su četverotaktni motori, a dizel motori velike brzine imaju oboje. Oblici pročišćavanja brodskih dvotaktnih dizelskih motora uključuju pročišćavanje refluksom, pročišćavanje istosmjernom strujom otvora ventila i pročišćavanje suprotnog otvora klipa. Dizelski motori srednje i niske brzine velike snage kao gorivo koriste teško ulje, dok dizelski motori velike brzine još uvijek uglavnom koriste laki dizel.
sporohodni dizel motor
Izravni pogon propelera zahtijeva manju brzinu vrtnje kako bi se postigla visoka učinkovitost propulzije. Diesel motori srednje i velike brzine pokreću propeler kroz mjenjač, koji je obično opremljen mehanizmom za preokret kako bi se postiglo preokretanje propelera. Međutim, dizelski motori niske brzine i neki dizelski motori srednje brzine mogu se sami kretati unatrag. Diesel motori srednje i velike brzine također su električno pokretani kroz sustav propelera motora generatora. Kada je potrebna velika snaga, više strojeva se također može koristiti paralelno, a samo jedan glavni motor može se koristiti za navigaciju pri malim brzinama, čime se poboljšava radna učinkovitost i pouzdanost. Prilikom ugradnje dva glavna stroja na isti brod, oni se prema položaju ugradnje i smjeru propelera dijele na lijevi i desni stroj.
Princip rada
dvotaktni dizel motor
Dieselov motor koji kroz dva takta klipa ostvaruje jedan radni ciklus naziva se dvotaktni dizelski motor. Uljni motor završi jedan radni ciklus sa samo jednim okretajem koljenastog vratila. U usporedbi s četverotaktnim dizelskim motorom, poboljšava izlaznu snagu i ima značajne razlike u specifičnoj strukturi i principu rada.
Osnovna struktura dvotaktnog dizelskog motora ista je kao kod četverotaktnog dizelskog motora, a glavna je razlika u sustavu ventila. Dvotaktni dizel motori nemaju usisne ventile, a neki nemaju ni ispušne ventile. Umjesto toga, otvori za čišćenje i ispušni otvori nalaze se u donjem dijelu cilindra; Ili postavite otvor za čišćenje i mehanizam ispušnog ventila. Postavljena je i namjenska pumpa za pročišćavanje koju pokreću pokretni dijelovi i kutija za pročišćavanje za pohranu tlačnog zraka, što pojednostavljuje strukturu dizelskog motora korištenjem koordinacije između klipa i otvora za zrak kako bi se dovršila distribucija zraka. Dijagram prikazuje princip rada dvotaktnog dizel motora. Pumpa za čišćenje je pričvršćena na jednu stranu dizel motora, a njen rotor pokreće dizel motor. Zrak se usisava iz crpke, komprimira i ispušta te sprema u spremnik velikog volumena, gdje održava određeni tlak.
4-taktni dizel motor
Rad dizelskog motora zaokružuju četiri procesa: usis, kompresija, stvaranje snage i ispuh, koji čine radni ciklus. Dizel motor u kojem klip završava radni ciklus kroz četiri procesa naziva se četverotaktni dizel motor. Sada je usporedite s gornjom animacijom kako biste objasnili njezin princip rada.
Prvi takt - usisavanje, njegova je zadaća napuniti cilindar svježim zrakom. Kada započne takt usisavanja, klip je u gornjoj mrtvoj točki, au komori za izgaranje cilindra još je ostalo nešto ispušnog plina.
Kada se koljenasto vratilo okreće koljenom, klipnjača pomiče klip od gornje mrtve točke do donje mrtve točke, au isto vrijeme koristi prijenosni mehanizam spojen na radilicu za otvaranje usisnog ventila.
Kako se klip pomiče prema dolje, volumen iznad klipa u cilindru postupno se povećava: zbog čega je tlak zraka unutar cilindra niži od tlaka unutar usisne cijevi, tako da vanjski zrak neprekidno ispunjava cilindar.
U animaciji je prikazana promjena tlaka plina u cilindru s volumenom cilindra tijekom procesa usisa. Vertikalna os na slici predstavlja tlak plina P, a vodoravna os volumen cilindra Vh (ili klipni impuls S). Ovaj graf se naziva indikatorski dijagram. Krivulja tlaka na slici predstavlja zakon varijacije tlaka plina unutar cilindra kada dizel motor radi. Iz tla vidimo da počinje usis, a zbog prisutnosti zaostalog ispušnog plina nešto je viši od atmosferskog tlaka P{{0}}. Tijekom procesa usisa, zbog otpora protoka koji stvara zrak koji prolazi kroz usisnu cijev i usisni ventil, tlak plina tijekom takta usisa niži je od atmosferskog tlaka, u rasponu od 0.085 do 0.095 MPa. Tijekom cijelog procesa usisa, tlak plina unutar cilindra ostaje otprilike konstantan.
Kada se klip pomiče prema dolje i približava se donjoj mrtvoj točki, protok zraka koji ulazi u cilindar još uvijek ima veliku brzinu i veliku inerciju. Kako bi se iskoristila inercija protoka zraka za povećanje stope napuhavanja, usisni ventil se zatvara tek nakon što klip prijeđe donju mrtvu točku. Iako se klip u ovom trenutku kreće prema gore, zbog inercije strujanja zraka, plin još uvijek može ispuniti cilindar.
Drugi takt - kompresija. Tijekom kompresije, klip se kreće od donje mrtve točke do gornje mrtve točke. Ovaj takt ima dvije funkcije: prvo, da poveća temperaturu zraka i pripremi se za samozapaljenje goriva; drugo, stvoriti uvjete za širenje i rad plina. Kada se klip pomakne prema gore i usisni ventil zatvori, zrak u cilindru je komprimiran. Kako se volumen smanjuje, tlak i temperatura zraka nastavljaju rasti. Tlak i vlažnost na kraju kompresije povezani su sa stupnjem kompresije zraka, odnosno kompresijskim omjerom. Općenito, tlak i temperatura na kraju kompresije su Pc=4-8MPa, Tc=750-950K.
Temperatura samozapaljenja dizela je oko 543-563K, a temperatura na kraju kompresije mnogo je viša od temperature samozapaljenja dizela, što je dovoljno da osigura da se gorivo ubrizgano u cilindar zapali i izgori na svoj vlastiti.
Dizelsko gorivo ubrizgano u cilindar ne zapali se odmah, već se zapali tek nakon fizikalnih i kemijskih promjena. Ovo vremensko razdoblje iznosi približno 0.001-0,005 sekundi, poznato kao razdoblje odgode paljenja. Stoga je potrebno započeti raspršivanje raspršenog goriva u cilindar pod kutom koljenastog vratila od 10-35 stupnjeva prije nego koljenasto vratilo dosegne gornju mrtvu točku, te postići najveći tlak izgaranja u komori za izgaranje kada koljenasto vratilo dosegne {{ 4}} stupnja nakon gornje mrtve točke, prisiljavajući klip da se kreće prema dolje.
Treći udarac - obavljanje posla. Na početku ovog takta, većina goriva ubrizganog u komoru za izgaranje izgara. Tijekom izgaranja oslobađa se velika količina topline, što uzrokuje nagli porast tlaka i temperature plina. Klip se pomiče prema dolje pod djelovanjem plina visoke temperature i visokog tlaka i okreće koljenasto vratilo kroz klipnjaču radi vanjskog rada. Stoga se ovaj takt naziva i pogonski ili radni takt.
Kako se klip spušta, volumen cilindra se povećava, a tlak plina opada. Radni hod završava kada klip dođe do donje mrtve točke i otvori se ispušni ventil.
U animaciji, uzlazni dio linije promjene tlaka tijekom radnog takta predstavlja nagli porast tlaka kada gorivo izgara u cilindru, a najviša točka predstavlja najviši tlak izgaranja Pz. Tlak i temperatura u ovoj točki su:
Pz=6-15MPa, Tz=1800-2200K
Omjer najvišeg tlaka izgaranja i tlaka krajnje točke kompresije (Pz/Pc) naziva se omjer porasta tlaka tijekom izgaranja, izražen kao λ. Prema različitim tipovima dizelskih motora, raspon vrijednosti λ pri najvećoj snazi je sljedeći: λ=Pz/Pc=1.2-2.5.
Četvrti takt - ispuh. Funkcija ispušnog takta je ispuštanje ekspandiranog ispušnog plina kako bi se napunio svježim zrakom i pripremio za unos sljedećeg ciklusa. Kada se klip radnog takta pomakne blizu donje mrtve točke, ispušni ventil se otvara, a klip se pomiče od donje mrtve točke do gornje mrtve točke ispod pogona koljenastog vratila i klipnjače, te ispušta ispušni plin iz cilindar. Zbog otpora u ispušnom sustavu, na početku ispušnog takta, tlak plina unutar cilindra je 0.025-0.035MPa viši od atmosferskog tlaka, s temperaturom Tb od {{4 }}K. Kako bi se smanjio otpor kretanja klipa tijekom ispuha, ispušni ventil se otvara prije donje mrtve točke. Čim se otvori ispušni ventil, plin određenog tlaka odmah pojuri iz cilindra, a tlak u cilindru brzo opada. Na taj način, kada se klip pomiče prema gore, ispušni plin unutar cilindra se ispušta kroz kretanje klipa prema gore. Kako bi se iskoristila inercija protoka zraka tijekom ispuha kako bi se osiguralo čisto ispuštanje ispušnog plina, ispušni ventil se zatvara tek nakon gornje mrtve točke.
U animaciji, krivulja takta ispuha predstavlja da je tlak plina unutar cilindra gotovo konstantan tijekom ispušnog procesa, ali malo viši od atmosferskog tlaka. Tlak Pr na kraju ispušnog takta je približno 0.105-0.115MPa, a temperatura Pr zaostalog ispušnog plina je približno 850-960K.
Zbog činjenice da se usisni i ispušni ventili otvaraju rano i zatvaraju kasno; Dakle, na kraju ispušnog takta i početku usisnog takta, kada je klip blizu gornje mrtve točke, postoji vremenski period kada se usisni i ispušni ventil otvaraju istovremeno, što je predstavljeno kutom radilice i tzv. kut preklapanja ventila.
Nakon što ispušni takt završi, usisni takt počinje ponovno, a cijeli radni ciklus se ponavlja prema gore navedenom procesu. Zbog toga što radni ciklus ovog dizel motora završavaju četiri takta klipa, odnosno dva okretaja koljenastog vratila, naziva se četverotaktni dizel motor.
U četiri takta četverotaktnog dizelskog motora samo treći takt, koji je radni impuls, stvara snagu za obavljanje vanjskog rada, dok su ostala tri takta proces pripreme za trošenje rada. Da bi se to postiglo, zamašnjak mora biti instaliran na jednocilindrični dizelski motor, koristeći rotacijsku inerciju zamašnjaka kako bi se osigurao kontinuirani i ujednačeni rad koljenastog vratila tijekom četiri takta.
Strukturne prednosti
1. Jedinstvena struktura glavnog ležaja tipa okvira, velika krutost tijela, mala amplituda vibracija i niska razina buke u decibelima.
2. Jedan cilindar, jedan poklopac, olakšava održavanje vozila i smanjuje troškove održavanja.
3. Glavne komponente stalno se kupuju globalno, postižući visoku konfiguraciju motora.
4. Dodatna oprema dizelskog motora u potpunosti je ugrađena, s hladnjacima zraka, izmjenjivačima topline morske i slatke vode, itd. instaliranim na dizelskom motoru radi lakšeg rasporeda odjeljka motora.
5. Sustav hlađenja dizelskog motora koristi metodu hlađenja vodom s dvostrukom cirkulacijom unutarnje i vanjske. Unutarnja cirkulacija koristi svježu vodu za hlađenje dizelskog motora, dok vanjska cirkulacija koristi morsku vodu za hlađenje slatke vode kroz izmjenjivač topline morske slatke vode, što produljuje životni vijek dizelskog motora.
6. Sveobuhvatan sustav zaštite i upravljanja, opremljen instrumentom za praćenje rada dizel motora, može automatski mjeriti i prikazati brzinu, temperaturu vode, temperaturu ulja i tlak dizel motora. Kada parametri dizelskog motora prijeđu granicu, on se može automatski alarmirati i isključiti, a instrument za daljinsko upravljanje može se opremiti opcijski.
7. Izvrstan dizajn, korištenje ispušne cijevi s vodenim omotačem za održavanje niske temperature u kabini.
8. Ima dobru prilagodljivost i kompatibilan je sa zamašnjacima dizelskih motora serija WD615C i WD618C, kućištima zamašnjaka, instrumentima za nadzor dizelskih motora, ispušnim cijevima s vodenim omotačem, pumpama za morsku vodu i drugim komponentama. Ugradbene dimenzije dizel motora, zamašnjaka i kućišta zamašnjaka također su iste, što olakšava usklađivanje i održavanje.
9. Prednji kraj remenice koljenastog vratila rezerviran je s utorom za remenicu i spojnom prirubnicom za vanjske izlazne uređaje.
