Меню раздела

Цилиндровый пуск


Систему пуска сжатым воздухом применяют почти на всех стационарных и судовых двигателях, а также на форсированных высокооборотных двигателях в качестве дополнительной (дублирующей) системы. Преимущество этой системы -возможность создания большого пускового момента. К недостаткам системы относится большая масса пусковых устройств, необходимость иметь компрессор для получения сжатого воздуха и резкое повышение давления в цилиндре до 1,5 рг и выше, особенно при одновременном впуске в цилиндры пускового воздуха и впрыскивании топлива. Кроме того, сильное охлаждение пускового воздуха при расширении может вызвать появление трещин в нагретых деталях камеры сгорания при пуске горячего двигателя и затрудняет воспламенение топлива при пуске холодного двигателя.
Максимальная продолжительность открытия пускового клапана в течение расширения, ограниченная моментом открытия выпускного клапана или окон, составляет для четырехтактных двигателей около 140°, а для двухтактных-около 100° угла поворота коленчатого вала. Следовательно, минимальное число цилиндров, при котором двигатель может быть пущен при любом положении коленчатого вала, для четырехтактных двигателей должно быть больше 720/140, т.е. /тю = 6, а для двухтактных - больше 360/100, т.е. = 4. Это требование важно для двигателей с системой дистанционного пуска.
Система цилиндрового пуска состоит из компрессора, пусковых баллонов, редукционного клапана, главного пускового (маневрового) клапана, воздухораспределителя, трубопроводов, вентилей, предохранительных клапанов, манометров и другой арматуры (рис. 269).
Пуск двигателя по схеме рис. 269, а осуществляют подачей воздуха через пусковые клапаны 4 с механическим приводом от распределительных кулачков, движение которых синхронизировано с вращением коленчатого вала.
В случае пропуска всего пускового воздуха через распределитель с использованием автоматических пусковых клапанов пуск осуществляют по схеме рис. 269, б. Такую систему применяют для двигателей с диаметрами цилиндров до 200 мм.
В системах, выполненных по схеме рис. 269, в, применяют пневматический привод пусковых клапанов. В такой системе управление клапанами осуществляется сжатым воздухом, причем пусковой воздух подводится непосредственно к пусковым клапанам, а через пусковой распределитель небольших размеров проходит только воздух, управляющий пусковыми клапанами. Эту систему применяют в двигателях с цилиндрами большого диаметра, так как пропуск всего воздуха через распределитель приводит к значительному снижению давления.
В некоторых двигателях для упрощения системы пуска вместо сжатия воздуха в отдельном компрессоре осуществляют отбор сжатого газа из цилиндра. Процесс пуска через цилиндр или отбор газов из цилиндра II определяется положением распределительного клапана 6.
Компрессор для получения сжатого воздуха приводится в движение непосредственно от вала двигателя (навешенный компрессор) или от постороннего источника энергии (от электродвигателя или особого двигателя внутреннего сгорания).
Подача компрессора должна обеспечивать заряд пусковых баллонов от давления 0,5 МПа до номинального за время до 1 ч. Обычно устанавливают два пусковых баллона, соединенных между собой и имеющих дренажные трубки с вентилями для выпуска конденсата.
Для понижения давления воздуха, поступающего из баллонов высокого давления, применяют редукционный клапан. Уменьшение давления в пусковых устройствах может достигать 50%, поэтому редуцировать давление из баллонов низкого давления нет необходимости. Расход воздуха на один пуск составляет в среднем 6-8 л на 1 л рабочего объема двигателя. Объем баллонов должен обеспечивать 12 последовательных пусков реверсивных двигателей, 4-6 последовательных пусков нереверсивных судовых, судовых вспомогательных и стационарных двигателей без промежуточной подкачки воздуха.
В качестве примера на рис. 270 показана схема одной из конструкций главного (маневрового) пускового клапана с пневматическим управлением при помощи разгрузочного клапана (или золотника). Сжатый воздух при подаче его к главному пусковому клапану поступает в полость Б над тарелкой клапана и одновременно в полость А над управляющим поршнем главного пускового клапана. При этом главный пусковой клапан закрыт, так как его тарелка прижата к седлу давлением пружины и воздуха, заполняющего полость А, а трубопровод сообщается с атмосферой через полость В. При открывании разгрузочного клапана воздух выходит из полости А, и главный пусковой клапан открывается под действием давления пускового воздуха, преодолевающего давление пружины, так как диаметр управляющего поршня больше диаметра главного пускового клапана. При открытом пусковом клапане нижняя тарелка препятствует сообщению полости Б с атмосферой.
Основные конструктивные размеры главных пусковых клапанов двигателей с шестью - восемью цилиндрами (рис. 270) следующие: диаметр клапана = (0,15-40,20)1) (где В -диаметр цилиндра двигателя); диаметр управляющего поршня Ап = = (1,24-1,4)<4 ; ход клапана йк = (0,2 4-0,3; диаметр воздушных каналов = (0,7-40,9).
Воздухораспределитель служит для подачи всего воздуха или управляющего пускового воздуха к пусковым клапанам в соответствии с порядком работы цилиндров. Движение воздухораспределителя синхронизировано с вращением коленчатого вала специальным приводом. Через пусковой клапан воздух подается в цилиндр двигателя. Пусковые клапаны выполняют с пневматическим управлением или автоматические.
Золотниковые распределители применяют в двигателях больших мощности и размеров. Распределители отдельных цилиндров располагают в ряд вдоль распределительного вала, или у каждого цилиндра с приводом от отдельных шайб, или звездообразно вокруг вала, причем все распределители приводятся в действие одной шайбой. Во время стоянки и работы двигателя плунжеры золотников подтянуты внутрь втулок пружинами и их ролики не касаются шайб. При этом канал во втулке, ведущий к пусковому клапану, соединен через выточку на плунжере золотника с атмосферой. При открывании главного пускового клапана воздух поступает в золотники и, преодолевая сопротивление пружин, прижимает ролики плунжеров к шайбам. В этом случае те из плунжеров, против которых расположена впадина шайбы, опускаются ниже и открывают доступ воздуха к управляющим поршням соответствующих пусковых клапанов (рис. 271, а). В результате этого пусковые клапаны открываются, и воздух поступает в цилиндры. При проворачивании шайбы плунжер золотника смещается вверх в положение, показанное на рис. 271,6 штриховыми линиями, перекрывает доступ воздуха к поршню пускового клапана, и воздух поступает через выточку на плунжере в атмосферу (или для уменьшения уровня шума-во впускной трубопровод) из полости управляющего поршня; при этом пружина закрывает пусковой клапан. После окончания пуска двигателя и прекращения доступа воздуха к золотникам пружины плунжеров отводят ролики от шайб. Ориентировочные размеры золотников следующие:      диаметр золотника = (0,454-0,55)йк ; ход золотника Н3 — (0,84-0,9)Л3. Пример конструкции золотникового распределителя показан на рис. 272.
В быстроходных двигателях большое распространение получили дисковые распределители (рис. 273). Диск 1 установлен на конце распределительного вала 3 на шлицах. Поверхность 4 диска притерта к опорной поверхности корпуса распределителя и плотно прижимается к ней давлением воздуха, впускаемого в корпус через штуцер 2. В диске имеется вырез Д, через который воздух может поступать к соответствующим поршням, управляющим пусковыми клапанами, или к автоматическим пусковым клапанам при поступлении через распределитель всего пускового воздуха, когда вырез Д последовательно открывает каналы Е, В и др. На притертой поверхности диска 1 имеется выточка Г, полость которой через зазор Ж вокруг приводного вала и канал Б сообщается с атмосферой. Через систему каналов воздух поступает из полости над управляющими поршнями или над автоматическими пусковыми клапанами и из трубопроводов между клапанами и распределителем в атмосферу.
Пример конструкции дискового распределителя восьмицилиндрового четырехтактного двигателя показан на рис. 274. В отличие от схемы, изображенной на рис. 273, диск распределителя размещен на шлицах двухопорного вала. Поэтому на втулке диска свободно установлена дополнительная втулка, препятствующая утечке воздуха через правый подшипник. При поступлении воздуха в полость распределителя диск прижимается давлением воздуха к левому торцу, а втулка-к правому.
Конструктивные размеры дискового распределителя определяются размерами и положением отверстий для прохода воздуха к цилиндрам. Диаметр этих отверстий в существующих конструкциях составляет (0,02-0,03)1)-при пропуске через распределитель управляющего воздуха и около 0,071)-при пропуске всего пускового воздуха. Кроме того, необходимо, чтобы расстояние между краями отверстий по окружности их размещения было не менее диаметра отверстия. Ширина притертого пояса диска составляет около двух диаметров отверстия. Диаметр патрубка, подводящего воздух к распределителю, равен 1,5-1,8 диаметра патрубка, идущего к пусковым клапанам. Глубину отверстия в диске выбирают так, чтобы сумма этой глубины и удвоенного диаметра отверстия в корпусе обеспечивала пропуск воздуха к пусковым клапанам в течение принятых фаз воздухораспределения. Размеры выточки Г в диске выбирают из условия начала выпуска воздуха после поворота коленчатого вала на 5-8° с момента перекрытия впуска воздуха. Практически для четырехтактных двигателей с цилиндрами диаметром 250^50 мм, с шестью и восемью пусковыми цилиндрами при частоте вращения 250-1500 об /мин диаметры дисков распределителей составляют 55-70 мм.
На рис. 275 приведен пример конструкции автоматического пускового клапана, а на рис. 276-пускового клапана с пневматическим управлением.           Продолжительность открытия пусковых клапанов для шести- и восьмицилиндровых двигателей составляет соответственно (в градусах угла поворота коленчатого вала):
двухтактные двигатели............. 70-100             и             60-80
четырехтактные................... 125-130 и             110-120
Угол опережения открытия пусковых клапанов равен 5-10° в зависимости от частоты вращения коленчатого вала. В У-образных двигателях             (при      12           цилиндрах и    более) пусковые клапаны обычно устанавливают в цилиндрах только одного блока. В стационарных двигателях для упрощения конструкции и уменьшения расхода воздуха на пуск пусковые клапаны располагают часто не на всех цилиндрах. В таких двигателях необходимо перед пуском так повернуть коленчатый вал. чтобы поршень цилиндра, имеющего пусковой клапан, находился в положении, соответствующем повороту колена вала при расширении на 20-30° после в.м.т.
Основные конструктивные размеры пусковых клапанов с пневматическим управлением (см. рис. 271,а) следующие: диаметр клапана = (0,084-0,15)1); диаметр направляющей = (0,954- 1,0ук ; ход клапана Нк = (0,24-0,3)^к ; диаметр стержня &с = (0,5—0,6)^к ; диаметр управляющего поршня Лп = = (1,1Ч-1,8)^К ; толщина тарелки Ь — (0,224-0,28)^к ; угол седла а = 45°; диаметр патрубка для подвода пускового воздуха с1в = = (0,7-^0,9)^к ; диаметр патрубка для подвода управляющего воздуха с1у = (0,2-г0,3).
Для ускорения пуска двигателя одновременно с подачей пускового воздуха в цилиндр часто впрыскивают топливо, поэтому с началом воспламенения топлива давление в цилиндре может быть выше давления пускового воздуха. Вследствие этого возможно забрасывание пламени в пусковой клапан и трубопровод, и, следовательно, возможен взрыв паров масла, находящихся в пусковом воздухе. Чтобы избежать этого, размеры пускового клапана необходимо выбрать в соответствии с принятым давлением пускового воздуха. Забрасывания пламени не произойдет, если при открытии клапана давление пускового воздуха рв будет больше давления в цилиндре рц, при котором уже возможно воспламенение топлива (рц~2 МПа). Условие равновесия сил, действующих на закрытый пусковой клапан, может быть записано в следующем виде: где рц и рв - избыточное давление соответственно газа в цилиндре и пускового воздуха, МПа; Р-сила пружины, МН; Гк, Рн, Гс и .Рп-площади сечений с диаметрами соответственно с1к, с1н, с1с и 4м2.