Разновес поршней судового дизеля

Разновес поршней судового дизеля

Поршневая группа состоит из поршня в сборе, уплотнительных и маслосъемных колец, поршневого пальца. По конструктивным признакам различают поршни тронковые, для двигателей крейцкопфного типа и двустороннего действия.

Тронковые поршни соединяются с шатуном поршневым паль­цем. Для обеспечения газонепроницаемости полостей цилиндра поршень снабжают уплотнительными кольцами, а для предотвра­щения попадания масла в камеру сгорания — маслосъемными кольцами. Материалом для поршней служит чугун марок СЧ24-44 и СЧ28-48 и сталь. Поршни небольшого диаметра быстроходных двигателей можно изготовлять из алюминиевых сплавов (АЛ1, АЛ2, АК2, АК4). Такие поршни имеют малый вес и небольшие температурные напряжения в днище; недостатки поршней — не­значительная износостойкость и большой коэффициент теплового линейного расширения.

Поршень (рис. 139) состоит из нижней направляющей части — тройка или юбки 1 и верхней части — головки поршня 3 с поршне­выми кольцами 2. Конфигурация камеры сгорания двигателя, тип продувки, расположение в крышке клапанов и форсунки опреде­ляют форму днища поршня 4. Днище поршня может иметь вогну­тую, двояковогнутую, выпуклую и другую формы. Некоторые формы днищ поршней показаны на рис. 140. При диаметре поршня более 400 мм головку поршня выполняют съемной. Разъемная конструкция позволяет уменьшить стоимость поршня, так как только головку изготовляют из дорогостоящего жаропрочного ма­териала, и облегчает ремонт поршня. Головку крепят к тройку болтами или шпильками.

В некоторых конструкциях поршня внутреннюю поверхность днища для предохранения от нагарообразования и защиты голов­ного подшипника от теплового излучения закрывают мембраной; для увеличения жесткости днище снизу подкрепляют ребрами, ко­торые одновременно улучшают его охлаждение.

Поршневой палец 1 (рис. 141) размещен в приливах (бобыш­ках) 2 и фиксируется от осевого смещения пружинными кольцами 3 . Пальцы закрепляются стопорным болтом 6 либо свободно вращаются — пальцы плавающего типа. Пальцы плавающего типа более распространены у быстроходных двигателей. Бронзовые втулки 4, запрессованные в бобышки чугунного поршня, являются подшипниками для поршневого пальца плавающего типа. Пальцы изготовляют из малоуглеродистой стали 15 или 20 с последующей цементацией и шлифованием или из легированной стали 15ХМА, 12МХ2А, 18ХНМА, 20Х и др. с последующей закалкой. В некото­рых конструкциях поршней с целью предотвращения соприкосно­вения пальца с зеркалом цилиндра ставят алюминиевые за­глушки 5 грибовидной формы.

Поршневые кольца располагают в канавках, проточенных в теле поршня. Поршневые кольца делятся на уплотнительные и маслосъемные. Уплотнительные кольца 2 (см. рис. 139) обеспечи­вают плотность поршня в цилиндре, предотвращают прорыв газов в картер двигателя и способствуют отводу тепла от головки поршня через втулку цилиндра охлаждающей воде. Маслосъемные кольца 6 и 7 (см. рис. 139) служат для удаления излишнего масла с зеркала цилиндра, что уменьшает нагарообразование в цилиндре, и не допускают проникновения масла в камеру сго­рания. Материалом для изготовления колец служит чугун СЧ24-44, реже сталь. Кольца изготовляют самопружинящими с разрезом-замком, обеспечивающим заводку кольца в канавку поршня и воз­можность теплового расширения кольца. Число уплотнительных колец шесть—три, маслосъемных три—одно. Уплотнительные кольца, как правило, прямоугольного сечения, рабочая поверхность кольца и поверхность зеркала цилиндра параллельны.

В от­личие от уплотнительных (компрессионных) маслосъемные кольца имеют скос (рис. 142, а), с помощью которого масло удаляется из зеркала цилиндра и через специальные каналы 5 (см. рис. 139) в поршне стекает в картер. Необходимо особо быть вниматель­ным при монтаже маслосъемных колец, не допуская установки кольца скосом вниз, так как тогда масло будет попадать в камеру сгорания. Зазоры между поршневыми кольцами и стенками ка­навки в радиальном направлении равны 0,5—1,0 мм, по высоте 0,15—0,066 мм.

Типы замков поршневых колец показаны на рис. 142, б . При установке колец на поршень необходимо стыки (замки) распола­гать в разных положениях по окружности во избежание утечки газов. Поршневые кольца поршней двухтактных двигателей для предохранения от проворачивания и попадания замка в район рас­положения окоп стопорят фиксаторами.

Поршень крейцкопфного двигателя соединяется с шатуном, штоком и крейцкопфом. В этом случае поршень крепят к штоку жестко специальным фланцевым соединением (рис. 143). Поршень крейцкопфного двигателя разгружен от боковых усилий и не имеет тронка.

На рис. 144 показан составной охлаждаемый поршень крейц­копфного двигателя, имеющего штампованную вставку из алюми­ниевого сплава АК6. Поршень состоит из трех основных частей: головки 1 , отлитой из высокопрочного жаростойкого чугуна, кор­пуса 3 из перлитного чугуна и вставки 2. В поршнях новейшей конструкции пазы (канавки) под уплотнительные кольца хроми­руют или завальцовывают чугунными противоизносными коль­цами. Общий вид поршня, крейцкопфа и шатуна с подшипником приведен на рис. 145.

Для достижения нормальных условий работы поршня необхо­димо обеспечить его охлаждение и прежде всего головки. Наибо­лее надежным средством снижения температуры головки яв­ляется искусственное охлаждение. При диаметрах цилиндра в двухтактных двигателях свыше 250 мм, а в четырехтактных свыше 400 мм применяют масляное охлаждение поршня. Охлаждение во­дой используют редко, так как требуется тщательное герметизи­рующее устройство, предотвращающее попадание воды в масло картера. Наиболее распространена телескопическая и шарнирная системы подачи охлаждающей жидкости под давлением в закры­тую полость поршня.

Штоки крейцкопфных двигателей выполняют стальными ко­ваными, круглого сечения, часто пустотелыми. В верхней части они имеют фланцы для крепления с поршнем, а нижней пяткой или хвостовиком 4 (рис. 146) соединяются с поперечиной 7 и фик­сируются гайкой 2. В состав крейцкопфа входят: стальной или чугунный ползун, опорные рабочие поверхности а и б которого покрыты тонким слоем антифрикционного сплава. Ползун, скользя по параллели картера, передает последней боковые усилия и та­ким образом разгружает поршень. Поверхность а передает боко­вые усилия при работе двигателя на передний ход, поверхность б , значительно меньшая по площади,— на задний ход. Ползун кре­пят болтами к стальной поперечине 3 . Поперечина имеет цапфы 1 , которые охватываются головным подшипником шатуна. В двига­телях, длительное время работающих на задний ход (буксиры, ле­доколы), ползуны выполняют двусторонними. По каналу 5 масло поступает на охлаждение поршня, а по каналу 6 — на смазку ра­бочих поверхностей ползуна.

На рис. 147 показана параллель крейцкопфного двигателя.

Источник статьи: http://vdvizhke.ru/sudovye-dvigateli-vnutrennego-sgoranija/osnovnye-chasti-dvigatelja/porshnevaja-gruppa.html

Описание конструкций поршней судовых дизелей

Условия работы поршня тяжелые, так как он подвергается воздействию как механических нагрузок от давления газов и сил инерции, так и термических из-за необходимости отвода тепла от нагретой газами головки в охлаждающую среду. Кроме того, поршневые кольца и направляющая часть (тронк) работают на износ при повышенных температурах. Наконец, поршень передает усилия от расширения газов на шатун, а также должен обеспечивать надежное уплотнение камеры сгорания от пропуска газов и одновременно предохранять камеру сгорания от попадания в нее излишков масла, смазывающего втулку рабочего цилиндра.

Наиболее тяжелые условия работы поршневой группы имеют место у многооборотных форсированных по наддуву дизелей, в особенности двухтактного типа (в связи с их повышенной тепловой нагрузкой).

Таким образом, к конструкции поршня должны быть предъявлены следующие основные требования общего характера:

— надежное уплотнение полости цилиндра от пропуска газов;

— эффективный отвод тепла от головки, обеспечивающий нормальные температуры днища, стенок головки и поршневых колец;

— высокая износостойкость поршневых колец и направляющих поверхностей поршня;

— достаточно развитые опорные поверхности поршневого пальца, обеспечивающие получение умеренных удельных давлений (тронковые);

— минимально возможный вес поршневой группы при сохранении необходимой прочности и жесткости поршня;

— надлежащий выбор материалов головки и направляющей части, обеспечивающих надежную и длительную работу поршня;

— обеспечение надежной смазки направляющей части поршня, поршневых колец и пальца при минимальных, расходах масла;

— надежная защита с помощью маслосъемных колец от попадания излишков масла в полость рабочего цилиндра;

— эффективная система охлаждения головки поршня (где это необходимо) маслом в тронковых дизелях, а также маслом или водой в крейцкопфных;

— максимально возможный срок до первой переборки поршневой группы при эксплуатации дизеля.

Рис.1. Нагрузка на днище поршня (а) и эпюры температур охлаждаемой конструкции по его толщине (б)

В качестве охлаждающей среды в тронковых дизелях применяют исключительно масло, а в крейцкопфных – и масло, и воду.

Поршни тронковых дизелей изготовляют цельными или с отъемными головками. Преимуществом последней конструкции являются возможности: 1) выполнять головку из жаростойких материалов повышенной прочности; 2) заменять головку запасной в эксплуатации (если это потребуется).

Поршни крейцкопфных дизелей, в отличие от тронковых, не передают нормального давления на цилиндровую втулку. Благодаря этому можно устанавливать увеличенные зазоры между направляющей поршня и втулкой и, таким образом, устранять возможность заедания поршня при ненормальном нагреве.

2. Конфигурация днищ поршней определяется, в основном, системой смесеобразования и системой газообмена. При объемном смесеобразовании и непосредственном впрыске топлива стремятся к тому, чтобы камера сгорания и, следовательно, днище поршня имели конфигурацию, соответствующую количеству, направлению и форме топливных факелов. Во всех 4-тактных дизелях, а также 2-тактных с прямоточно-клапанной продувкой указанное выше требование выполняется, как правило, за счет соответствующей конфигурации днища поршня, так как днище крышек указанных типов двигателей имеет плоскую форму.

Наоборот, в 2-тактных двигателях с контурной продувкой пространство сжатия размещают между поршнем и крышкой или в самом корпусе крышки, поэтому днище поршня имеет чаще плоскую или слегка выпуклую форму.

Наконец, в 4-тактных двигателях с объемно-пленочным смесеобразованием (например, ЦНИДИ) почти вся камера сгорания помещается в самом поршне, что налагает дополнительные требования при конструировании поршня.

Для изготовления поршней используют чугун, алюминиевые и магниевые сплавы, а также сталь.

Наиболее часто применяют чугун и алюминиевые сплавы. Чугунные поршни имеют высокую прочность и износостойкость, и малый коэффициент линейного расширения. Однако вследствие сравнительно высокой плотности (

7,3 г/см 3 ) чугунные поршни получаются тяжелыми и, как правило, применяются в тихоходных двигателях и в двигателях средней быстроходности.

Алюминиевые сплавы обладают меньшей прочностью и износостойкостью, чем чугун, но зато имеют значительно меньшую плотность (

2,9 г/см 3 ). Поэтому поршень, изготовленный из алюминиевого сплава, несмотря на большую (для обеспечения необходимой прочности) толщину стенок, на 25—30% легче чугунного. В двигателях, работающих с большим числом оборотов, для уменьшения сил инерции поршни изготовляются преимущественно из алюминиевых сплавов. Теплопроводность алюминиевых сплавов в 3 – 4 раза выше чугуна, поэтому температура днища алюминиевых поршней ниже температуры днища чугунных.

Существенным недостатком алюминиевых сплавов является относительно большой коэффициент линейного расширения (в 2 – 2,5 раза больше, чем у чугуна), поэтому поршни из них надо устанавливать в цилиндре с большим зазором. Большие зазоры затрудняют пуск двигателя и вызывают стуки при работе непрогретого двигателя, а также при работе на малых нагрузках.

ОТВОД ТЕПЛА У ГОЛОВОК ПОРШНЕЙ

За время процесса сгорания – расширения к днищу поршня подводится тепло, интенсивность подвода которого зависит от температуры, плотности и степени завихрения заряда.

Наименее благоприятные условия подвода тепла – в дизелях с непосредственным распыливанием топлива, при котором отдельные зоны днища подвергаются местным перегревам. Наибольших значений удельный тепловой поток достигает у многооборотных 2-тактных дизелей с повышенными степенями наддува.

Наиболее простой способ отвода тепла (через поршневые кольца), применяемый у неохлаждаемых поршней, может быть использован только в тронковых дизелях с относительно невысокой цилиндровой мощностью , например, при чугунных поршнях 4-тактных дизелей э. л. с., а у 2-тактных э. л. с. соответственно при поршнях из алюминиевых сплавов в 4-тактных э. л. с., а в 2-тактных э. л. с., где принято условно, что тепловая нагрузка поршня у 2-тактных дизелей вдвое выше, чем у 4-тактных (при одинаковых индикаторных давлениях).

Отвод тепла у неохлаждаемых поршней осуществляется от головки к охлаждающей цилиндровую втулку воде – через поршневые кольца (60-75%) и тронковую часть поршня (25-40%).

Для получения равномерного распределения теплового потока и максимального снижения температуры днища, целесообразно увеличивать толщину днища примерно до величины , также толщину переходных сечений от центра днища к боковым стенкам головки, например, за счет выбора большего радиуса закругления (см. рис. 1). Этот способ отвода тепла с успехом используется у чугунных и у алюминиевых поршней.

Наибольшие температуры у поверхности днищ поршней из алюминиевых сплавов допускаются до 300-350°С, а для чугуна до 450-500°С; температура стенки под канавкой первого поршневого кольца во избежание его пригорания не должна превышать 200-220°С.

Основной недостаток указанного выше способа отвода тепла – увеличение радиального перепада температур и возрастание веса поршня.

3. Наиболее эффективным средством снижения температуры головки поршня, является охлаждение головок, применяемое не только при больших диаметрах цилиндров, но и при относительно малых диаметрах D (менее 200мм), в связи со значительной форсировкой дизеля, как по наддуву, так и по числу оборотов.

Источник статьи: http://studopedia.ru/12_71187_opisanie-konstruktsiy-porshney-sudovih-dizeley.html