Двигатели и устройства малотоннажного моторного судна
Общие сведения о двигателях
Система охлаждения двигателя
При сгорании топлива и вследствие трения между деталями работающего
двигателя выделяется большое количество тепла, избыток которого
необходимо отводить во избежание перегрева и заклинивания деталей
двигателя.
Температура в цилиндрах двигателя в момент рабочего хода достигает
1500-2000° С, а температура выходящих из цилиндра отработавших газов
400-700° С. Во избежание перегрева двигателя необходимо отводить в
окружающую среду до 35% тепла.
Наиболее распространенные способы отвода тепла от двигателя - воздушное
охлаждение и охлаждение водой или другой жидкостью.
Воздушное охлаждение можно подразделить на охлаждение обдувом от
скоростного напора воздуха и принудительное - от вентилятора, а водяное
охлаждение - на проточное и замкнутое.
У быстроходных транспортных машин с двигателями небольшой мощности
возникающий при их движении скоростной напор воздуха обеспечивает
достаточный отбор тепла (мотоциклы всех марок) от двигателя.
Для охлаждения многоцелевых, автомобильных, судовых и двигателей
мотороллеров естественного обдува недостаточно. Такие двигатели
охлаждают принудительно вентиляторами, рабочие колеса которых (обычно
сблокированные с маховиками) продувают или отсасывают охлаждающий воздух
через оребрение и капот двигателя. С целью увеличения поверхности
охлаждения ребрами снабжают не только головки блоков и цилиндры, но
иногда выхлопные коллекторы и поддоны картеров двигателей.
На двигателях малотоннажных моторных судов применяют проточную систему
водяного охлаждения (забортную воду после прохода по полостям охлаждения
отводят за борт) и замкнутую (циркулирующую по полостям охлаждения воду
охлаждают забортной водой в водно-водяном холодильнике или другом
аналогичном устройстве).
При водяном охлаждении вокруг головок цилиндров, а иногда выхлопных
коллекторов и поддонов картера устраивают водяные рубашки, в которые
подают охлаждающую жидкость. Нередко из-за боязни перегрева двигателя и
заклинивания поршней температуру охлаждающей воды на выходе поддерживают
в пределах 40-60° С. Подобная <заботливость> приводит к работе двигателя
на неблагоприятном режиме, соответствующем максимальному пережогу
топлива.
Перегрев и переохлаждение двигателей вредны, поэтому при установке
двигателя на судне необходимо выбрать режим охлаждения, обеспечивающий
оптимальные температурные условия и возможность регулировки системы
охлаждения в зависимости от окружающих условий.
Установлено, что наибольший износ цилиндровых втулок автомобилей
наблюдается при температуре охлаждающей воды на выходе из зарубашечного
пространства двигателя 40-60° С. При повышении температуры охлаждающей
воды с 60 до 90° С износ значительно уменьшается.
Особенно важен правильный выбор температурного режима для
конвертированных двигателей, работающих на судне обычно при несколько
сниженной мощности и скорости вращения вала. При переохлаждении
(температура до 60° С) заметно снижается мощность и повышается расход
топлива, и наоборот, при повышении температуры охлаждающей воды на
выходе до 85-90° С большинство двигателей развивает мощность на 1-8%
выше при одновременном снижении расхода топлива.
Следовательно, оптимальным режимом работы двигателя на судне будет такой
режим, при котором охлаждающая вода или воздух на выходе из двигателя
имеют температуру 85-90° С, что соответствует наиболее благоприятному
тепловому режиму работы двигателя, ведет к минимальному расходу топлива
и увеличивает моторесурс.
Принудительная система воздушного охлаждения. Двигатели небольшой и
средней мощности' с принудительным воздушным охлаждением имеют следующие
преимущества перед двигателями, охлаждаемыми водой:
1. Вес двигателей меньше, а конструкция проще, так как отливка головок и
цилиндров с ребрами более технологична и дешевле, чем отливка цилиндров
и головок с водяными рубашками.
2. Надежность двигателей повышена, а условия эксплуатации улучшены и
упрощены. Отсутствует необходимость в устройстве на судне трубопроводов
охлаждения, насосов, кингстонов, водозаборников, холодильников,
фильтров, термостатов и других деталей, присущих системе водяного
охлаждения. Исключена опасность коррозии, загрязнения и закупорки
накипью охлаждающих полостей двигателя.
Устранено серьезное противоречие в температурном режиме проточной
системы водяного охлаждения, когда для уменьшения количества и скорости
выпадания солей и механических примесей желательна температура
охлаждающей воды не выше 50° С для морской и 60° С для речной, а для
нормального, наиболее экономичного режима работы двигателя необходима
температура охлаждающей воды на выходе 85-95° С.
3. Моторесурс двигателя увеличивается более чем вдвое благодаря быстрому
прогреву двигателя с принудительным воздушным охлаждением при запуске,
отсутствию конденсации паров на стенках цилиндров и загрязнения
конденсатом системы смазки.
4. Экономия топлива и смазки вследствие того, что двигатель работает в
неизменно оптимальном тепловом режиме (принудительная система воздушного
охлаждения допускает регулирование температуры в широком диапазоне).
5. Исключение возможности срывов охлаждения на малых оборотах двигателя,
что бывает при проточной системе водяного охлаждения, особенно в момент
прохождения мелей и запуске холодного двигателя.
6. Отсутствие необходимости в устройстве донных или картерных систем
охлаждения масла при конверсии четырехтактных двигателей с
принудительным воздушным охлаждением.
Наряду с перечисленными преимуществами система принудительного
воздушного охлаждения имеет недостатки, а также требует выполнения
дополнительных работ при судовой конверсии.
1. Двигатели с принудительным воздушным охлаждением отличаются
повышенной шумностью: сильный шум на выхлопе, от вентилятора и от
проходящего через оребрение и капот воздуха. Для снижения уровня шума
целесообразно устанавливать двигатели на резино-металлические
амортизаторы, а на выхлопе ставить глушители, или еще лучше устраивать
<мокрый выхлоп> (рассматривается ниже).
2. Необходимость установки двигателя в корме судна с отводом горячего
воздуха из системы охлаждения за корму, так как при среднем или носовом
расположении двигателя нагретый воздух будет попадать в пассажирские
отсеки, перегревая их. Установка двигателя в корме потребует применения
одной из разновидностей угловой передачи, как указано в 28 и 29.
Если двигатель расположен в средней или носовой части судна, оси
горловин для отвода горячего воздуха следует ориентировать под углом к
ДП так, чтобы горячие потоки по возможности миновали кокпит.
При ограниченных размерах кормового моторного отсека необходимо
обеспечить хороший подток воздуха к заборной сетке вентилятора, не
допуская перемешивания холодного и горячего воздуха в отсеке.
Конструкции воздухозаборников и патрубков для отвода горячего воздуха в
атмосферу рассматриваются в 31.
3. У четырехтактных двигателей средней мощности с принудительным
воздушным охлаждением значительное количество тепла отводится системой
смазки. Для лучшего охлаждения масла при судовой конверсии таких
двигателей целесообразно увеличивать размеры поддона картера, что можно
сделать, установив на пути охлаждающего воздуха масляный радиатор
(например, автомобиля ГАЗ-51) или приварив к поддону дополнительный,
оребренный резервуар, включенный в систему принудительного обдува.
4. Выхлопной коллектор и трубопровод органически входят в систему
водяного охлаждения и охлаждаются попутно. При воздушном охлаждении во
избежание ожогов во время обслуживания двигателя и возгорания горючих
конструкций корпуса в местах прохода через них выхлопного трубопровода
возникает необходимость изоляции коллектора и трубопровода асбестовым
шнуром, установки экрана на выхлопном коллекторе и проходных стаканов на
трубопроводе, что в конечном итоге является только полумерой.
Радикальное решение - устройство водяного охлаждения коллектора и
<мокрого выхлопа> с использованием скоростного напора судна для подачи
воды в выхлопную трубу. В этом случае отпадает необходимость в
устройстве особого глушителя, без которого при воздушном охлаждении
двигателя трудно обойтись, а система охлаждения становится
комбинированной: принудительно-воздушной для двигателя и
проточно-водяной для выхлопного трубопровода.
Оценив преимущества двигателей с принудительным воздушным охлаждением в
конверсии многоцелевых и автомобильных двигателей, любители стали
устанавливать на моторных судах двухтактные двигатели дорожных
мотороллеров: ВП-150, 4 л. е.; ВП-175, 7, 6 л. с. Т-200, 8 л. е.; Т-250,
11,5 л. е., - имеющие встроенные муфты сцепления и трех- или
четырехскоростные коробки передач, а также двигатели грузовых
мотороллеров: МГ-150, 4,5 л. с.\ ТГ-200, 8 л. е., - снабженные, кроме
передач переднего хода, передачей заднего хода. Все эти двигатели
пригодны для установки в закрытых отсеках судна, так как на мотороллерах
работают в аналогичных условиях.
