Os motores diesel marítimos apresentam alta eficiência térmica, boa economia, fácil partida e grande adaptabilidade a diversos tipos de navios. Após sua introdução, eles foram rapidamente usados como força de propulsão para navios. Na década de 1950, os motores a diesel substituíram quase completamente os motores a vapor nos navios recém-construídos. Os motores marítimos a diesel tornaram-se a principal fonte de energia para navios civis, embarcações de pequeno e médio porte e submarinos convencionais. Os motores diesel marítimos podem ser divididos em motores principais e motores auxiliares de acordo com suas funções nos navios. O motor principal é usado como força de propulsão para navios, enquanto o motor auxiliar é usado para acionar geradores, compressores de ar ou bombas de água.
Os motores diesel marítimos são geralmente divididos em motores diesel de alta velocidade, velocidade média e baixa velocidade, e os principais indicadores de desempenho dos três tipos de motores diesel estão listados na tabela.
Introdução e Aplicação
Na maioria das vezes, os motores marítimos funcionam em plena carga e, às vezes, sob condições de carga variável. Os navios muitas vezes navegam em terrenos acidentados, portanto os motores marítimos a diesel devem ser capazes de operar de forma confiável sob condições de inclinação longitudinal de 15 graus -25 graus e inclinação transversal de 15 graus -35 graus. A maioria dos navios usa motores diesel turboalimentados (ver turboalimentação para motores de combustão interna), e motores diesel não turboalimentados de baixa potência são usados apenas em barcos pequenos. A maioria dos motores diesel de baixa velocidade são motores de dois tempos, a maioria dos motores diesel de média velocidade são motores de quatro tempos e os motores diesel de alta velocidade têm ambos. As formas de eliminação dos motores diesel marítimos de dois tempos incluem eliminação de refluxo, eliminação de válvula de porta CC e eliminação de porta de pistão oposto. Os motores diesel de alta potência, média e baixa velocidade usam amplamente óleo pesado como combustível, enquanto os motores diesel de alta velocidade ainda usam principalmente diesel leve.
motor diesel de baixa velocidade
Acionar diretamente a hélice requer uma velocidade de rotação mais baixa para alcançar alta eficiência de propulsão. Os motores diesel de média e alta velocidade acionam a hélice por meio de uma caixa de câmbio, que geralmente é equipada com um mecanismo de reversão para conseguir a reversão da hélice. No entanto, os motores diesel de baixa velocidade e alguns motores diesel de média velocidade podem reverter-se. Os motores diesel de média e alta velocidade também são acionados eletricamente por meio de um sistema de hélice com motor gerador. Quando é necessária alta potência, múltiplas máquinas também podem ser usadas em paralelo, e apenas um motor principal pode ser usado para navegação em baixa velocidade, melhorando assim a eficiência operacional e a confiabilidade. Ao instalar dois motores principais no mesmo navio, eles são divididos em motor esquerdo e motor direito de acordo com a posição de instalação e direção da hélice.
Princípio de funcionamento
motor diesel dois tempos
Um motor diesel que completa um ciclo de trabalho através de dois cursos do pistão é chamado de motor diesel de dois tempos. Um motor a óleo completa um ciclo de trabalho com apenas uma revolução do virabrequim. Comparado com um motor diesel de quatro tempos, melhora a potência e apresenta diferenças significativas na estrutura específica e nos princípios de funcionamento.
A estrutura básica de um motor diesel de dois tempos é a mesma de um motor diesel de quatro tempos, com a principal diferença no trem de válvulas. Os motores diesel de dois tempos não possuem válvulas de admissão e alguns nem mesmo possuem válvulas de escape. Em vez disso, são fornecidas portas de eliminação e exaustão na parte inferior do cilindro; Ou configure uma porta de limpeza e um mecanismo de válvula de escape. E são instaladas uma bomba de exaustão dedicada acionada por peças móveis e uma caixa de exaustão para armazenar ar pressurizado, o que simplifica a estrutura do motor diesel ao usar a coordenação entre o pistão e a porta de ar para completar a distribuição de ar. O diagrama mostra o princípio de funcionamento de um motor diesel de dois tempos. A bomba de exaustão é fixada em um lado do motor diesel e seu rotor é acionado pelo motor diesel. O ar é sugado da bomba, comprimido e descarregado, e armazenado em uma caixa coletora de grande volume, onde mantém uma certa pressão.
4-curso de motor diesel
O trabalho de um motor diesel é completado por quatro processos: admissão, compressão, geração de energia e exaustão, que formam um ciclo de trabalho. Um motor diesel no qual o pistão completa um ciclo de trabalho através de quatro processos é chamado de motor diesel de quatro tempos. Agora compare-o com a animação acima para explicar seu princípio de funcionamento.
O primeiro curso é a sucção, sua função é encher o cilindro com ar fresco. Quando o curso de sucção começa, o pistão está no ponto morto superior e ainda resta algum gás de exaustão na câmara de combustão do cilindro.
Quando o virabrequim gira o cotovelo, a biela move o pistão do ponto morto superior para o ponto morto inferior e, ao mesmo tempo, usa o mecanismo de transmissão conectado ao virabrequim para abrir a válvula de admissão.
À medida que o pistão se move para baixo, o volume acima do pistão no cilindro aumenta gradualmente: fazendo com que a pressão do ar dentro do cilindro seja inferior à pressão dentro do tubo de admissão, de modo que o ar externo preencha continuamente o cilindro.
A variação da pressão do gás no cilindro com o volume do cilindro durante o processo de admissão é mostrada na animação. O eixo vertical na figura representa a pressão do gás P, e o eixo horizontal representa o volume do cilindro Vh (ou impulso do pistão S). Este gráfico é chamado de diagrama de indicadores. A curva de pressão na figura representa a lei de variação da pressão do gás dentro do cilindro quando o motor diesel está funcionando. Podemos observar pelo solo que a captação começa, e devido à presença de gases residuais de exaustão, é um pouco superior à pressão atmosférica P{{0}}. Durante o processo de admissão, devido à resistência ao fluxo gerada pelo ar que passa pelo tubo de admissão e pela válvula de admissão, a pressão do gás durante o curso de admissão é inferior à pressão atmosférica, variando de 0,085 a 0,095 MPa. Durante todo o processo de admissão, a pressão do gás dentro do cilindro permanece aproximadamente constante.
Quando o pistão se move para baixo e se aproxima do ponto morto inferior, o fluxo de ar que entra no cilindro ainda tem alta velocidade e grande inércia. Para usar a inércia do fluxo de ar para aumentar a taxa de inflação, a válvula de admissão fecha somente depois que o pistão passa pelo ponto morto inferior. Embora o pistão esteja se movendo para cima neste momento, devido à inércia do fluxo de ar, o gás ainda pode encher o cilindro.
Segundo curso - compressão. Durante a compressão, o pistão se move do ponto morto inferior para o ponto morto superior. Este curso tem duas funções: primeiramente, aumentar a temperatura do ar e preparar a autoignição do combustível; em segundo lugar, criar condições para a expansão e o trabalho do gás. Quando o pistão se move para cima e a válvula de admissão fecha, o ar no cilindro é comprimido. À medida que o volume diminui, a pressão e a temperatura do ar continuam a aumentar. A pressão e a umidade no final da compressão estão relacionadas ao grau de compressão do ar, ou seja, à taxa de compressão. Geralmente, a pressão e a temperatura no final da compressão são Pc=4-8MPa, Tc=750-950K.
A temperatura de autoignição do diesel é de cerca de 543-563K, e a temperatura no final da compressão é muito maior que a temperatura de autoignição do diesel, o que é suficiente para garantir que o combustível injetado no cilindro entre em ignição e queime. seu próprio.
O diesel injetado no cilindro não entra em ignição imediatamente, e só entra em ignição após sofrer alterações físicas e químicas. Esse período de tempo é de aproximadamente 0,001-0,005 segundos, conhecido como período de atraso de ignição. Portanto, é necessário começar a pulverizar combustível atomizado no cilindro em um ângulo de manivela de 10-35 grau antes que o virabrequim atinja o ponto morto superior e atingir a pressão de combustão mais alta na câmara de combustão quando o virabrequim atingir {{ 4}} grau após o ponto morto superior, forçando o pistão a se mover para baixo.
Terceiro golpe - fazendo trabalho. No início deste curso, a maior parte do combustível injetado na câmara de combustão é queimada. Durante a combustão, uma grande quantidade de calor é liberada, causando um aumento acentuado na pressão e na temperatura do gás. O pistão se move para baixo sob a ação do gás de alta temperatura e alta pressão e gira o virabrequim através da biela para realizar trabalho externo. Portanto, esse golpe também é chamado de golpe de força ou de trabalho.
À medida que o pistão desce, o volume do cilindro aumenta e a pressão do gás diminui. O curso de trabalho termina quando o pistão atinge o ponto morto inferior e a válvula de escape se abre.
Na animação, a parte ascendente da linha de mudança de pressão durante o curso de trabalho representa o aumento acentuado da pressão quando o combustível é queimado no cilindro, e o ponto mais alto representa a pressão de combustão mais alta Pz. A pressão e a temperatura neste ponto são:
Pz=6-15MPa, Tz=1800-2200K
A relação entre a pressão de combustão mais alta e a pressão final de compressão (Pz/Pc) é chamada de razão de aumento de pressão durante a combustão, expressa como λ. De acordo com os diferentes tipos de motores diesel, a faixa do valor λ na potência máxima é a seguinte: λ=Pz/Pc=1.2-2.5.
Quarto curso - escapamento. A função do curso de exaustão é descarregar o gás de exaustão expandido para abastecê-lo com ar fresco e preparar-se para a entrada do próximo ciclo. Quando o pistão do curso de trabalho se move para perto do ponto morto inferior, a válvula de escape se abre e o pistão se move do ponto morto inferior para o ponto morto superior sob o acionamento do virabrequim e da biela, e descarrega o gás de escape para fora do cilindro. Devido à resistência no sistema de escapamento, no início do curso de escapamento, a pressão do gás no interior do cilindro é 0,025-0,035MPa superior à pressão atmosférica, com temperatura Tb de {{4 }}K. Para reduzir a resistência ao movimento do pistão durante a exaustão, a válvula de exaustão é aberta antes do ponto morto inferior. Assim que a válvula de escape é aberta, o gás com uma certa pressão sai imediatamente do cilindro e a pressão dentro do cilindro cai rapidamente. Desta forma, quando o pistão se move para cima, os gases de escape dentro do cilindro são descarregados através do movimento ascendente do pistão. A fim de utilizar a inércia do fluxo de ar durante a exaustão para garantir que os gases de exaustão sejam descarregados de forma limpa, a válvula de exaustão é fechada somente após o ponto morto superior.
Na animação, a curva do curso de exaustão representa que a pressão do gás dentro do cilindro é quase constante durante o processo de exaustão, mas ligeiramente superior à pressão atmosférica. A pressão Pr no final do curso de exaustão é de aproximadamente 0,105-0,115MPa, e a temperatura Pr do gás de exaustão residual é de aproximadamente 850-960K.
Pelo fato das válvulas de admissão e escape serem abertas cedo e fechadas tarde; Assim, no final do curso de escape e no início do curso de admissão, quando o pistão está próximo do ponto morto superior, há um período de tempo em que as válvulas de admissão e escape abrem simultaneamente, que é representado pelo ângulo do virabrequim e chamado o ângulo de sobreposição da válvula.
Após o término do curso de exaustão, o curso de admissão começa novamente e todo o ciclo de trabalho é repetido de acordo com o processo acima. Devido ao fato de o ciclo de trabalho deste motor diesel ser completado por quatro cursos de pistão, ou seja, duas revoluções de rotação do virabrequim, ele é chamado de motor diesel de quatro tempos.
Nos quatro tempos de um motor diesel de quatro tempos, apenas o terceiro curso, que é o impulso de trabalho, gera energia para realizar o trabalho externo, enquanto os outros três tempos são o processo de preparação para o trabalho consumidor. Para conseguir isso, um volante deve ser instalado em um motor diesel monocilíndrico, utilizando a inércia rotacional do volante para garantir a operação contínua e uniforme do virabrequim ao longo dos quatro tempos.
Vantagens estruturais
1. Estrutura de rolamento principal tipo estrutura exclusiva, alta rigidez corporal, pequena amplitude de vibração e decibéis de baixo ruído.
2. Um cilindro, uma tampa, facilita a manutenção do veículo e reduz os custos de manutenção.
3. Os componentes principais são constantemente adquiridos globalmente, alcançando alta configuração do motor.
4. Os acessórios do motor diesel são totalmente instalados, com refrigeradores de ar, trocadores de calor de água do mar e água doce, etc. instalados no motor diesel para facilitar o layout do compartimento do motor.
5. O sistema de resfriamento do motor diesel adota um método de resfriamento de água de dupla circulação interna e externa. A circulação interna utiliza água doce para resfriar o motor diesel, enquanto a circulação externa utiliza água do mar para resfriar a água doce através de um trocador de calor de água doce do mar, o que melhora a vida útil do motor diesel.
6. Um sistema abrangente de proteção e controle, equipado com um instrumento de monitoramento funcional do motor diesel, pode medir e exibir automaticamente a velocidade, temperatura da água, temperatura do óleo e pressão do motor diesel. Quando os parâmetros do motor diesel excedem o limite, ele pode alarmar e desligar automaticamente, e um instrumento de controle remoto pode ser equipado opcionalmente.
7. Excelente design, usando um tubo de exaustão com camisa de água para manter a baixa temperatura da cabine.
8. Possui boa adaptabilidade e é compatível com volantes de motor diesel das séries WD615C e WD618C, carcaças de volante, instrumentos de monitoramento de motor diesel, tubos de escape de camisa de água, bombas de água do mar e outros componentes. As dimensões de instalação do motor diesel, volante e carcaça do volante também são as mesmas, o que facilita a correspondência e manutenção.
9. A polia frontal do virabrequim é reservada com uma ranhura de polia e um flange de conexão para dispositivos de saída de energia externos.
