В течении последнего десятилетия фирмой «Вяртсиля» были разработаны и с 1992г.представлены на рынок судовые двигатели нового поколения, включающего 7 типоразмеров. Был увеличен уровень форсировки рабочего процесса до Рв=22 – 27 бар и Рмакс= 165- 175 бар, повышены экономичность и моторесурс (до 24000 часов), снижена эмиссия выхлопа и двигатели приспособлены к сжиганию тяжелых и легких топлив. Это потребовало установки новых более эффективных газотурбокомпрессоров и реорганизации рабочего процесса путем внедрения аккумуляторной системы топливопо- дачи или установки двухплунжерных топливных насосов высокого давления (см.рис 15.9).Значительное внимание было уделено внедрению в конструкцию современных систем электроники, современных систем контроля и диагностики. Особое внимание ыло уделено проблемам эмиссии выхлопных газов и, в первую очередь, содержанию в них окислов азота Если в двигателях раннего поколения увеличение мощности шло по пути увеличения числа оборотов, то в новом поколении форсировка идет по пути увеличения Рвза счет наддува. Это позволило фирме при организации рабочего процесса использовать концепцию Мюллера. Ее суть заключается в раннем закрытии впускных клапанов, при котором происходит уменьшение эффективности процесса сжатия – давления и температуры воздуха в конце сжатия уменьшаются. В итоге температуры на протяжении всего процесса сгорания на режимах полных нагрузок удерживаются достаточно низкими и это существенно снижает образование NOx.
Второй путь, используемый фирмой для снижения высоких температур сгорания, состоит в смещении начала и последующего сгорания на начало процесса расширения (рис 15.10). Левая диаграмма соответствует обычно принятой организации сгорания топлива. Правая диаграмма показывает наличие более высокой степени сжатия, но максимальное давление сгорания остается практически равным давлению сжатия. Расширение образующихся продуктов сгорания начинается сразу же за ВМТ и продолжительность периода повышенных температур и образования NOx таким образом существенно сокращаются. Этот метод используется в двигателях Вяртсиля 46.
Совершенно новой является разработка фирмы в области снижения NOx(Pиc 15.11).
Задача предлагаемой установки WETPAC состоит в увлажнении воздуха, подаваемого в рабочие цилиндры. Этим достигается снижение температур сгорания и образования NOx. Предварительно сжатая вода впрыскивается в воздух, поступающий из ГТК. Благодаря высокой температуре воздуха вода испаряется и она в виде пара поступает в рабочие цилиндры.
На выходе из WETPAC установлен улавливатель, находящейся в жидкой фазе воды, так как она может интенсифицировать процессы коррозии рабочих поверхностей цилиндра. WETPAC не входит в стандартную комплектацию двигателя и поставляется по дополнительному соглашению.
Двигателе Вяртсиля 20
Параметры
D = 200мм. S= 280 мм. п= 720 – 1000 1/ мин.
мецил= 130 ” 165 кВт…;.Рв= 22,5 – 24,6 бар; i = 4 – 9;
Рмакс=165-175бар.
В отличие от ранее выпускавшихся моделей фирма пошла на снижение частоты вращения при одновременном повышении среднего эффективного давления и это позволило одновременно с рядом конструктивных усовершенствований адаптировать новый модельный ряд к использованию тяжелых топлив при одновременном повышении моторесурса.
Во избежание сернистой коррозии поднят уровень температур рабочей поверхности втулок цилиндров.
Втулки отлиты из сфероидального графита, обладающего высокой износостойкостью. Во избежание полировки цилиндра нагаром, откладывающимся на боковых стенках поршней и вызывающим местные износы и увеличение расхода масла, в верхней части втулки вставляется антиполировочное кольцо.
Поршни композитного типа со стальной головкой и тронком, отлитым из износостойкого сфероидального графита.
Исследования показали, что этот материал наилучшим образом удовлетворяет требованиям современных двигателей, работающих в условиях высоких давлений и температур в камере сгорания. Малые потери на трение обеспечиваются применяемой Вяртсиля подачей масла на тронк непосредственно через отверстия в тронке.
Известно, что 70-80% потерь на трение в поршневых двигателях приходится на трение поршней. Этим объясняется, что фирма пошла на сокращение количества уплотнительных колец до двух и покрытия их специальным антифрикционным составом. Отложения нагара в канавках поршневых колец отрицательно сказывается на их ресурсе. Чтобы этого избежать нужно обеспечить необходимый баланс давлений над и под каждым кольцом. Как показали исследования фирмы, этому балансу способствует снижение числа колец до двух.
Поскольку максимальное давление в цилиндрах достигает 200 бар, верхняя половинка шатунного (мотылевого) подшипника выполняется без маслораспределительной канавки и благодаря применению косого разъема увеличен диаметр шейки. Это позволило увеличить толщину масляной пленки хорошо противостоять высоким нагрузкам. Аналогично увеличены размеры шеек коленчатого вала . В тронковых двигателях ранних моделей при работе на тяжелых топливах имела место коррозия подшипников. Чтобы этого избежать в новом поколении двигателей в подшипниках применяются коррозионно-стойкие материалы.
В топливовпрыскивающей аппаратуре все элементы высокого давления рассчитаны на 2000 бар при рабочем давлении не более 1500бар. ТНВД золотникового типа с регулированием по концу подачи. Форсунки неохлаждаемые, но для противостоянию износам при высоких температурах подвергнуты специальной термообработке.
Турбонагнетатели импульсного типа, при числе цилиндров свыше 6 применяются конвертеры.
Двигатель Вяртсиля 64
Параметры
Рядные двигатели V-образные
D = 640мм. 640 мм.
S = 900 мм. 770 мм.
Рв = 25,5- 25 бар 23.5 – 22 бар
N = 2010 кВт 1940 кВт
Двигатели моделей 32, 38, 46 и 64 имеют сходные конструктивные решения. Ниже показаны основные решения, принятые в двигателях В64. Упоминавшееся ранее решение подвода масла на смазку тронка поршня иллюстрируется.
Как видно из рис. 15.14 мощный развитый фланец втулки обеспечивает ей высокую прочность и жесткость, способность противостоять высоким давлениям в цилиндре, достигающим 200 бар. Охлаждающая вода входит в радиальные отверстия в нижней части фланца и поднимается вверх по вертикальным сверлениям до верха фланца.
Положение сверлений рабочей поверхности втулки выбрано таким образом, чтобы ее температуры исключали лако и нагарообра-зование и, в то же время, минимизировали сернистую коррозию при работе на тяжелых топливах.
Охлаждение крышки цилиндра организовано также с помощью сверлений, способствующих интенсификации охлаждения огневого днища и седел выхлопных клапанов (рис 15.15).
Шатуны двигателей большой размерности с нижней головкой морского типа, что позволяет увеличить диаметр мотылевого подшипника и одновременно обеспечит выем шатуна через цилиндр. Верхняя головка шатуна ступенчатого типа с развитой нижней, в основном, рабочей поверхностью головного подшипника (рис 15.16).
Распределительный вал разделен на секции (рис 15,17 .отдельные для каждого цилиндра . Это упрощает его демонтаж и при необходимости заменять те секции, кулачки которых требуют замены.
С 2000 г. фирма Вяртсиля перешла на топливные системы аккумуляторного типа, предоставляющие неограниченные возможности по настройке процесса впрыска в соответствии с режимом работы двигателя, что обеспечивает высокую экономичность и низкий уровень эмиссии выхлопных газов в широком диапазоне оборотов и нагрузок, включая переходные режимы и режимы малых оборотов. Подробное описание системы аккумуляторного впрыска.
Двигатели оборудованы газотурбокомпрессорами с высокой производительностью, способными обеспечить давление наддува до 4,5 бар. Сжатый воздух направляется в воздухоохладитель, в котором в качестве охладителя используется пресная вода, применяемая для охлаждения цилиндров. В отличие от обычно используемой в воздухоохладителях забортной воды, в рассматриваемом варианте исключается коррозия трубок охладителя. На входе воздуха в ресивер установлен влагоотделитель. ГТК работают при постоянном давлении, в отличие от моделей двигателей малой размерности выпускные газы направляются в один общии- коллектор.
