Строительство судовых дизелей в Германии ведется на двух крупных предприятиях — DMR в Ростоке и SKL в Магдебурге. Существующая в настоящее время фирма SKL-Motoren-und Systemtechnik GmbH имеет более чем 150-летние традиции. Являясь историческим преемником Магдебургской пароходной компании, предприятие выросло в одного из крупных производителей дизельных двигателей в Европе. Это предприятие ранее было широко известно как концерн Buckau-Wolf, который сконцентрировал свои усилия в области дизельной техники на создании тронковых СОД и ПОД, в том числе главных и вспомогательных судовых, различных размерностей и модификаций.

В последнее время комбинат SKL освоил выпуск высокофорсированных среднеоборотных двигателей последнего поколения типа VDS: VDS24/24AL-1; VDS48/42AL-2 и VDS56/42AL-2.

Выпускаемые этой фирмой двигатели (рис. 4.86) широко используются на судах морского, речного и рыбопромыслового флота в качестве главных и вспомогательных двигателей.

Эти дизели, как правило, являются четырехтактными тронковыми. Изначально выпускались двигатели двух типов — VD и NVD. Позже появились модели VDS. При этом в маркировке машин индекс А означал, что дизель оборудован системой газотурбонаддува. Показатели мощности и числа оборотов некоторых моделей представлены в виде двух значений, которые соответствуют двум вариантам использования соответствующих дизелей.

Дизели VD24 и VD26 поставляются с реверсивными муфтами, а дизели VD36 и VD48 являются реверсивными. Несмотря на значительное отличие размеров двигателей и разницу по мощности и оборотам, основные узлы и детали двигателей типа VD и NVD, а также принцип построения обслуживающих их систем подобны.

Двигатели типа NVD26 (18/26)

Нереверсивные двигатели комбината SKL устанавливались на судах в качестве как главных (с реверс-редуктором), так и вспомогательных (рис. 4.87).

Прототипом этой модели послужили дизели типа NYD24, ранее выпускаемые заводом. В последующие годы предприятие приступило к выпуску дизелей новой серии типа VD26 (ЧН20/26), получивших большее распространение на судах речного флота. Конструктивные особенности дизелей типа NVD26 состояли в следующем. Фундаментная рама, блок-картер, втулка цилиндра и цилиндровая крышка изготовлены из чугуна. На поршне из алюминиевого сплава предусмотрены четыре компрессионных и два маслосъемных кольца.

Цельнокованый коленчатый вал с противовесами на переднем конце оборудован силиконовым демпфером. Вкладыши рамовых и мотылевых подшипников имеют стальную основу и покрыты бронзовым сплавом. Они точно изготовлены и не требуют монтажной подгонки. Стержень шатуна круглого сечения, втулка верхней головки шатуна бронзовая. Каждый цилиндр снабжен одним впускным и одним выпускным клапаном. Привод клапанов штанговый, а привод распредвала шестеренчатый от коленчатого вала.

Топливоподающая система оснащена блочными топливными насосами высокого давления. Фильтр бумажный разового действия, форсунка многодырчатая. Регулятор скорости всережимный прямого действия. Система наддува импульсная, впускные и впускные коллекторы расположены с разных сторон двигателя.

Смазочная система с мокрым картером. Масляный насос шестеренчатый, фильтр сетчатый с магнитной вставкой. В систему смазки включена частично-поточная центрифуга для тонкой очистки масла. Масляный холодильник трубчатый с терморегулятором. Навешенные насосы охлаждения центробежные. Пуск двигателя осуществляется сжатым воздухом.

Двигатели типа NVD48 (32/48)

Двигатель этого типа использовался в качестве главного двигателя на судах маломерных и промысловых, а также в качестве приводного двигателя на судах торгового флота (рис. 4.88).

Фундаментная рама двигателя — чугунная, цельнолитая. В поперечных перегородках рамы расположены постели рамовых подшипников. Подшипники состоят из стальных вкладышей, залитых баббитом. В фундаментной раме размещается упорный подшипник. Блок цилиндров и станина изготовлены из чугуна и образуют жесткую конструкцию (блок-картер). В отверстиях блока размещены цилиндровые втулки. Фундаментная рама и блок-картер стянуты анкерными связями. Втулка цилиндра изготовлена из чугуна. Верхний бурт втулки притирается по посадочной выточке в блоке. На нижней части втулки находятся два резиновых кольца, уплотняющие зарубашечное пространство.

Поршни предприятий SKL изготовлены из высококачественного алюминиевого сплава, имеющего большую термостойкость и высокий коэффициент теплопроводности (рис. 4.89а). У дизелей типа NYD48-2U и NYD48-2AU впервые применены бочкообразноовальные поршни (асимметричная бочкообразность). Это позволяет применить оптимальную головку поршня, экранировать первое от камеры сгорания поршневое кольцо и получить температуру в области этого кольца ниже 200°С, что является одним из условий надежной и длительной эксплуатации двигателя.

Стопорные кольца, размещенные в бобышках поршня, удерживают от осевых смещений стальной полый поршневой палец плавающего типа. В верхнюю головку стального кованого шатуна запрессовывается бронзовая втулка (рис. 4.896). На дизелях последней модификации втулка головного подшипника стальная, внутренняя поверхность ее залита свинцовистой бронзой. Круглый стержень шатуна имеет в центре канал для подвода циркуляционного масла к головному подшипнику.

Масло для смазки поверхности цилиндровой втулки (кроме разбрызгивания) подводится по вертикальному сверлению во втулке, начинающемуся от нижнего торца и заканчивающемуся несколько ниже ее середины.

Крышка цилиндра отлита из чугуна и прикрепляется к блоку шестью шпильками. На крышке размещены форсунка, впускной, выпускной и пусковой клапаны, индикаторный кран с предохранительным клапаном. Уплотнение между посадочным буртом крышки и выточкой цилиндровой втулки обеспечивается установкой красномедной прокладки.

Ввиду частых повреждений выпускных клапанов (трещины и коррозия седел и тарелок клапанов) дизелей NVD48-A2 материал, используемый для изготовления рабочей части клапана, должен обладать высокой теплопроводностью и коррозионной стойкостью. Шток клапана на всех дизелях заводов SKL выполнен из сплава 45CrSi34 и пригоден для работы на тяжелом топливе. Для упрочнения седла клапана предлагается его наплавлять электродом. Для сохранения наплавленного слоя угол седла рекомендуется 90 °, а температура около него не должна превышать 450°С. Для уменьшения коррозии втулка и шток клапана должны работать при температуре 140-200 °C.

Дизели VD18/16AL, VD26/20AL, VD24/24AL, VD24/16AL, VD29/24AL VD36/30AL, VD48/42AL

По мере развития мирового дизелестроения фирма SKL обновляла выпускаемую дизельную продукцию, снимая с производства устаревшие модели и разрабатывая новые конструкции. Они получили широкое распространение в судовой энергетике (рис. 4.90).

Конструктивные особенности этих дизелей следующие:

• повышенная жесткость, обеспечиваемая высокой фундаментной рамой из серого чугуна;
• разгрузка составных частей остова дизеля;
• высокая несущая способность взаимозаменяемых тонкослойных подшипников коленчатого вала;
• низкая термическая нагрузка поршней, получаемая за счет применения монометаллических поршней с охлаждающим змеевиком и держателем колец или составных поршней со стальным днищем и проточным масляным охлаждением в обоих случаях;
• высокая износостойкость клапанов при работе на тяжелом топливе, создаваемая за счет наплавки на клапанах (сначала наносится стеллит 6 или 12, затем — наружный слой на посадочное поле из материала M160 толщиной 0,35-0,50 мм) и их кольцевых гнездах, а также установки поворотных приспособлений.

Дизели этого типа выполняются с 6 и 8 цилиндрами рядного расположения и с 12 и 16 цилиндрами V-образного расположения. Они имеют сравнительно низкий уровень шума в результате применения нового звукоизолирующего кожуха.

Дизели VD18/16AL, VD26/20AL и VD36/30AL оборудуются пневматической системой дистанционного управления, дизели VD48/42AL — пневматической или электрической системой ДАУ. Все основные точки смазки подключены к циркуляционной системе смазки двигателя.

Для дизелей VD36/30AL и VD48/42AL применяют малогабаритные гидравлические приспособления при затяжке анкерных и полуанкерных связей, рамовых и мотылевых подшипников, крышек цилиндров (все восемь шпилек на крышке цилиндра затягиваются одновременно), противовесов, маховика, а также корпусов выпускных клапанов и поршней (только для VD48/42AL). Дизели VD18/16AL предназначены для работы на дизельном топливе, а дизели VD36/30AL и VD48/42AL могут работать также на тяжелом высоковязком топливе.

Из нового конструктивного ряда быстроходных четырехтактных двигателей с улучшенными показателями необходимо отметить модель судового ВОД VD 18/16AL-2 (рис. 4.91 ). Это четырехтактный тронковый ВОД четвертого поколения с высоким наддувом и охлаждением наддувочного воздуха. Двигатель предназначен для эксплуатации на различных судах на дизельном и тяжелом топливе (с вязкостью до 380 сСт при 50°С).

Рассматриваемый двигатель гарантирует потребителям большие техникоэкономические выгоды благодаря оригинальной конструкции узлов, подбору износостойких, с упрочненными поверхностями пар скольжения и применению новейших рациональных технологических методов, а также высокую степень оснащенности при компактной конструкции.

На основе многочисленных расчетов процессов впрыска, рабочих процессов и процессов газообмена был сделан предварительный выбор топливной системы с оценкой давления впрыска топлива и максимального давления сгорания. Теоретические исследования формы газовых каналов головки цилиндров были дополнены аэрогидродинамическими исследованиями на моделях. В результате этого было найдено оптимальное решение конструкции камеры сгорания, подобраны траектория движения воздуха в камере сгорания и система впрыска топлива.

Дизели типа VD18/16AL-2 имеют картер из серого чугуна с подвесными бугелями подшипников (см. рис. 4.91). Штампованный коленчатый вал подвесного типа снабжен противовесами, на свободном конце eгo установлен вязкостный гаситель (демпфер) крутильных колебаний, конструктивно он размещен вне блока цилиндров.

На машинах этого типа применяются взаимозаменяемые тонкостенные многослойные подшипники скольжения (рис. 4.92). Вкладыши подшипников изготовлены из стальной ленты с наплавкой слоя свинцовистой бронзы толщиной 1,2 мм, разделительного слоя никеля толщиной 0,001-0,0015 мм и рабочего слоя сплава, состоящего из олова (10%), меди (3%) и свинца (87%) толщиной 0,04-0,06 мм; крышки подшипников крепятся двумя болтами.

В крышке цилиндра вокруг центрально расположенной предкамеры установлены два впускных и два выпускных клапана. Седла клапанов изготовляются из закаленной стали. Выпускные клапаны снабжены поворотными устройствами, фаски этих клапанов наплавлены стеллитом. Со стороны выпуска седла клапанов охлаждаются (для варианта двигателя, работающего на тяжелом топливе).

Прессованный монометаллический поршень охлаждается впрыском струи масла на поверхность поршня. Нижняя головка шатуна имеет косой разъем под углом 45° и в стыке имеет мелкошлицевое соединение. Поршневой палец стальной, залит свинцовистой бронзой.

При производстве дизелей этого типа применяются два вида поршней. При эксплуатации на дизельном топливе устанавливается цельный алюминиевый поршень с двумя уплотнительными и одним маслосъемным кольцами. Первая кольцевая канавка упрочняется электронно-лучевой обработкой, а первое уплотнительное кольцо хромировано. При эксплуатации на тяжелом топливе используется составной поршень.

Агрегаты топливной системы установлены на двигателе как один компонент, включающий в себя топливный фильтр, топливоподающий насос, ТНВД, форсунки. При эксплуатации двигателя на тяжелом топливе предусмотрен дополнительный топливоподающий насос, располагаемый вне двигателя.

ТНВД блочный золотникового типа (рис. 4.93). Давление впрыска топлива 160 МПа. Топливную аппаратуру (ТНВД, форсунки), обеспечивающую надежную работу при использовании тяжелого топлива, изготовляет фирма Bosh (Германия). При эксплуатации на тяжелом топливе предусматривается охлаждение форсунок. Форсуночные трубки имеют противопожарную защиту (двух- стеночные), при прорыве топлива подается сигнал о неисправности.

Топливный фильтр двойной, переключаемый, имеет бумажные фильтрующие элементы при работе двигателя на дизельном топливе и сетчатые диски из коррозионно-стойкой стали, когда двигатель предназначен для работы на высокосернистом тяжелом топливе.

Весь комплект системы смазки (шестеренчатый насос, охладитель, фильтр, центробежный фильтр очистки масла, регулятор давления и др.) расположен на двигателе. Масляный фильтр переключаемый двойной (для увеличения ресурса непрерывной работы двигателя). Масло охлаждается пресной водой внутреннего контура.

Система водяного охлаждения двухконтурная. Вода внутреннего контура в охладителе охлаждается забортной водой, которая охлаждает также надувочный воздух в охладителе воздуха.

Для регулирования частоты вращения двигателя применяется гидравлический электронный регулятор. Исполнительный элемент и индуктивный датчик оборотов монтируются на двигателе.

Система наддува двигателя типа VD18/16AL-2 импульсная. Применяется турбокомпрессор типа R2-2 со степенью повышения давления πк до 4,2 и КПД = 0,72. Это турбокомпрессор четвертого поколения, выпускаемый фирмой Kompressorenbau Bannewitz GmbH (Германия), имеет одноступенчатые осевую турбину и радиальный компрессор. Судовой дизель этого типа в процессе производства модернизируется по различным показателям технического совершенства.

Дизель типа VD26/20AL имеет фундаментную раму, выполненную как маслосборник, и блок цилиндров из серого чугуна, соединенных полуанкерными связями. Рамовые и мотылевые подшипники состоят из взаимозаменяемых тонкослойных подшипников с гальваническим рабочим слоем. В соответствии с условиями нагружения и эксплуатации для средних давлений применяют поршни, охлаждаемые напорным маслом, и монометаллические поршни с отлитыми внутри них охлаждающими змеевиками и проставками под первое поршневое кольцо. Для повышенных давлений применяют составные поршни со стальной головкой и прессованной юбкой из легкого сплава, соединенные шпильками.

Двигатели типа VDS24 (24/24), VDS29 (24/29), VDS48 (32/48). VDS48/42AL-2 (42/48), VDS56/42AL-2 (42/56)

В последнее время комбинат SKL освоил выпуск тронковых среднеоборотных дизелей типа VDS: VDS24/24AL-1; YDS48/42AL-2, YDS56/42AL-2.

Этот типоразмерный ряд дизелей представляет более совершенные модели VD. Например, двигатель VDS24 имеет следующие конструкционные особенности: стальной сварной картер; чугунный неохлаждаемый блок цилиндров; подвесной коленчатый вал; составной биметаллический поршень с масляным охлаждением.

Втулки цилиндров охлаждаются лишь на 1/4 высоты, интенсивность охлаждения повышена за счет тангенциального подвода воды в кольцевую полость. В крышке цилиндров имеются четыре клапана, седла которых охлаждаются водой. Выпускные клапаны снабжены механизмом поворота вокруг продольной оси. Максимальное давление впрыскивания топлива перед форсункой составляет 100 МПа.

Дизели приспособлены для работы на тяжелых сортах топлива вязкостью до 180 сСт при 50°С; они могут работать без технического обслуживания в течение 170 ч; ресурс между капитальными ремонтами составляет 50 тыс. ч.

Двигатели типа VDS29AL предназначены для использования в качестве главного двигателя и приводного генератора на судах различного назначения (рис. 4.94). В шести-, восьми- и девятицилиндровом исполнении дизели этого типа перекрывают мощностной диапазон до 2350 кВт при 750-1000 мин^-1.

Конструкция двигателя при диаметре цилиндра 240 мм и ходе поршня 290 мм имеет жесткий литой чугунный блок цилиндров и подвесной кованый коленчатый вал. Блок не несет охлаждающей функции благодаря специальной конструкции цилиндровой втулки, которая выступает над блоком и отдельно охлаждается в районе высокого опорного бурта (рис. 4.95).

Такая конструкция цилиндровой втулки защищает ее от коррозии и отложений, а также уменьшает стоимость двигателя. Поверхностное азотирование втулки обеспечивает высокую ее износостойкость. Составной биметаллический поршень имеет эффективное масляное охлаждение.

Распределительный вал установлен в подшипниках, расположенных в блоке цилиндров, и приводится в действие шестеренчатой передачей на противоположной стороне.

Упрочненный и закаленный коленчатый вал откован из С-стали, поддерживается тонкостенными многослойными подшипниками скольжения. Для уменьшения осевых колебаний вязкостный демпфер установлен на свободном конце коленчатого вала. Шатун, также упрочненный, в нижней части имеет прямой разъем для установки тонкостенного многослойного мотылевого подшипника.

Составной поршень состоит из стальной головки и юбки из алюминиевого сплава, соединенных между собой в верхней части. Головка охлаждается циркуляционным маслом, поступающим по сверлению в шатуне. Пакет колец включает три хромированных компрессионных и одно маслосъемное с хромированными рабочими поверхностями.

Цилиндровая крышка имеет два впускных и два выпускных клапана. Двигатель рассчитан для работы на тяжелом топливе, и поэтому выпускные клапаны имеют механизм вращения. Упрочненная поверхность клапана в комбинации с охлаждающим седлом, установленным в цилиндровой крышке, обеспечивает большой моторесурс элементов газораспределения. Топливная форсунка установлена в центре цилиндровой крышки.

Турбонаддув базируется на 3-импульсной системе наддува, имеющей максимальную эффективность, равную порядка 64%. Колесо компрессора и ротор турбины имеют систему обмывки для тяжелых условий работы двигателя.

Топливо подается в цилиндр индивидуальными высоко установленными насосами при максимальном давлении впрыскивания около 140 МПа, которые приводятся в действие кулачными шайбами с оптимизированным профилем за короткое время. Совершенное сгорание топлива за счет оптимальной формы топливного факела и диаметра сопловых отверстий обеспечивает низкий уровень вредных выбросов.

В дизелях, постоянно работающих на тяжелом топливе, сопловой распылитель охлаждается циркуляционным маслом. Трубопроводы высокого давления для подачи топлива имеют двойные стенки для безопасной эксплуатации, изоляционное покрытие и тепловой подогрев. Количество подаваемого в двигатель топлива в соответствии с нагрузкой изменяется механически-гидравлическим регулятором через топливную рейку.

Двигатель охлаждается двухконтурной системой водяного охлаждения. Блок цилиндров, цилиндровая втулка, крышка и турбонагнетатель охлаждаются высокотемпературным контуром, в то время как циркуляционное масло и надувочный воздух охлаждаются низкотемпературным контуром. Оба контура снабжены центробежными насосами.

Для смазывания деталей предусмотрена система смазки, включающая масляный насос, фильтр и охладитель, смонтированный на двигателе. Смазочная система также обеспечивает подачу циркуляционного масла для охлаждения поршней.

Литература

Судовые дизельные двигатели. Осипов О. В., Воробьев Б. Н. (2018)