Wärtsilä 34DF - Описание двигателя и технические данные

Определения

Основные компоненты и системы

Главные двигатели

Дизель-генераторы

Блок двигателя

Блок двигателя для всех цилиндровых конфигураций представляет собой цельный литой компонент из шарового чугуна. Он имеет жесткую и долговечную конструкцию для восприятия внутренних усилий и обеспечения монтажа двигателя на амортизаторах без промежуточного фундамента.

Двигатель оборудован подвесным коленвалом, удерживаемым в корпусах рамовых подшипников. Корпуса рамовых подшипников из шарового чугуна устанавливаются в блок снизу на двух шпильках с гидравлической затяжкой. Они фиксируются в блоке в продольном направлении сверху и снизу. Горизонтальные боковые винты с гидравлической затяжкой в нижних направляющих обеспечивают очень жесткую конструкцию рамовых подшипников.

Гидравлический домкрат с опорой в масляном картере обеспечивает возможность выемки и подъема корпусов рамовых подшипников, например при их инспекции. Смазочное масло подводится к подшипникам и поршню через этот домкрат. Комбинированный маховиковый/упорный подшипник находится на приводном конце двигателя. Масляный поддон облегченной сварной конструкции крепится к блоку снизу и уплотняется кольцевыми прокладками.

Масляный поддон облегченной сварной конструкции крепится к блоку снизу и уплотняется кольцевыми прокладками.

Есть два вида поддонов масляного картера - сухой или мокрый, в зависимости от типа установки. Мокрый масляный картер в дополнение к приемной трубе к насосу смазочного масла включает в себя основной распределительный трубопровод для смазочного масла, а также трубы всасывания и обратное соединение для сепаратора. С обоих концов сухого поддона (на выбор) предусмотрен слив масла в отдельный системный танк.

Коленчатый вал

Основным критерием проектирования коленвала является надежность, обеспечиваемая очень низкими нагрузками на подшипники. Высокая осевая и крутильная жесткость достигается умеренным отношением диаметра цилиндра к ходу поршня. Коленвал удовлетворяет требования всех классификационных обществ.

Коленвал представляет собой цельнокованый компонент, подвешиваемый снизу в блоке двигателя. В V-образных двигателях шатуны крепятся парами на одной шатунной шейке для достижения высокой степени стандартизации. Размер шеек одинаковый вне зависимости от числа цилиндров.

Коленвал полностью сбалансирован с помощью противовесов на каждой шатунной шейке для противодействия эксцентрическим нагрузкам на подшипники. В результате на всех подшипниках формируется равномерная и масляная пленка нужной толщины. При необходимости коленвал оборудуется демпфером крутильных колебаний.

Шатун

Шатун имеет трехкомпонентную конструкцию, позволяющую снять шатун без разборки мотылевого подшипника. Были проведены обширные исследования и разработки, чтобы разработать шатун, в котором силы сгорания распределены по максимальной площади мотылевого подшипника.

Шатун изготовлен из кованной легированной стали, с полностью обработанным корпусом. Нижняя часть делится по горизонтали, что позволяет извлекать поршень и шатун через цилиндр. Все шпильки шатуна имеют гидравлическую затяжку. Подшипник поршневого пальца имеет трехкомпонентную конструкцию.

Масло подается к подшипнику поршневого пальца и поршню через сверление в шатуне.

Рамовые и мотылевые подшипники

Рамовые и мотылевые подшипники имеют трехкомпонентную конструкцию типа «свинец и бронза на стали» с толстым и мягким опорным слоем. Подшипники целиком покрыты оловянным слоем толщиной 0,5-1 микрон для защиты от коррозии. Даже незначительные повреждения становятся видимыми на поверхности подшипника во время приработки. Это не оказывает никакого негативного влияния на функции подшипника.

Цилиндровая втулка

Цилиндровые втулки изготавливаются центробежным литьём из специального серого чугуна, который обладает высокой износостойкостью и прочностью. Охлаждающая вода распределяется по верхней части втулки при помощи колец распределения воды.

Нижняя часть втулки сухая. Для устранения риска полировки втулка оборудована нагаросъемным кольцом.

Поршень

Поршень сделан из композитного материала – юбка из шарового чугуна, головка поршня из стали. Юбка поршня смазывается принудительно, что гарантирует хорошо контролируемый расход масла во втулке цилиндра во всех режимах работы. Масло подаётся через шатун в охлаждающее пространство поршня. Поршень охлаждается по принципу коктейльного шейкера. Канавки поршневого кольца в верхней части поршня подвергаются закалке для лучшей сопротивляемости износу.

Поршневые кольца

Набор поршневых колец состоит из двух направленных компрессионных колец и одного соответственно подпружиненного маслосъемного кольца. Все кольца хромированы, находятся в головке поршня.

Цилиндровая крышка

Цилиндровая крышка выполнена из чугуна; основной критерий проектирования – высокая надежность и простота обслуживания.

Механическая нагрузка поглощается прочной промежуточной составляющей, которая, вместе с верхней составляющей, и боковыми сторонами образуют замкнутую область, в четырёх углах которой расположены гидравлически затягиваемые болты крепления цилиндровой втулки.

В цилиндровой крышке имеются два впускных и два выпускных клапана на цилиндр. Все клапаны оборудованы ротокапами. Клетки клапанов не применяются, что обеспечивает очень хорошую газодинамику. Основной критерий проектирования выпускных клапанов – поддержание правильной температуры путем точно контролируемого водяного охлаждения седла выпускного клапана.

Подверженная нагреву поверхность эффективно охлаждается охлаждающей водой, радиально подводимой от периферии к центру цилиндровой крышки. Соединения между охлаждающими каналами клапанов просверлены для наиболее лучшего теплообмена.

Распределительный вал и клапанный механизм

На каждый цилиндр приходится по кулачку, они разделены между собой отдельными подшипниками. Кулачки и шейки распредвала крепятся друг к другу фланцевыми соединениями. Эта конструкция позволяет снимать детали распредвала в горизонтальном направлении. Штампованные, полностью закаленные части распредвала имеют неподвижные кулачки. Корпуса подшипников интегрированы в отливке блока цилиндров, поэтому практически закрыты. Монтаж и демонтаж подшипников выполняется гидравлическим приспособлением. Крышки распредвала (одна на каждый цилиндр) уплотнены по отношению к блоку цилиндра замкнутым уплотнителем круглого сечения. Направляющие привода клапанов интегрированы в блок двигателя. Толкатели клапана – поршневого типа, с саморегулирующимся роликом по отношению к кулачку для равномерного распределения контактного напряжения. Сдвоенные пружины клапана обеспечивают динамическую устойчивость механизма клапана.

Привод распределительного вала

Привод распредвала осуществляется через зубчатую передачу от коленвала. Передаточная шестерня крепится к коленвалу на фланцевом соединении. Внутренние зубчатые колеса закреплены в узле при помощи гидравлически затянутых центральных болтов.

Топливная система

Двигатель Wärtsilä 34DF рассчитан на длительную работу на газовом топливе (природный газ) или морском дизельном топливе (MDF). Также возможна работа двигателя на тяжелом топливе (HFO). Для работы многотопливного двигателя требуется внешняя система подачи газового топлива и подачи жидкого топлива. Более подробное описание системы см. в главе «Топливная система».

Система газового топлива

Система газового топлива на двигателе состоит из следующих навешенных компонентов:

• Магистраль низкого давления (common rail) газового топлива
• Впускной газовый клапан для каждого цилиндра
• Предохранительные фильтры на каждом впускном газовом клапане
• Вентиляционный клапан магистрали (Common rail)
• Двустенные газовые трубки

По магистрали газовое топливо подается к каждому впускному клапану. Магистраль представляет собой сварную двустенную трубу увеличенного диаметра, которая одновременно служит аккумулятором давления. По газовым трубкам газовое топливо из магистрали подводится к впускным клапанам, установленным в каждом цилиндре.

Впускные газовые клапаны (по одному на цилиндр) имеют электронное управление; они раскрываются для подачи в каждый отдельный цилиндр правильного количества газа. Впускные газовые клапаны управляются системой управления двигателя, регулирующей частоту вращения и мощность двигателя. Клапаны установлены в цилиндровых крышках (на V-образных двигателях) во впускных патрубках цилиндровых крышек (на рядных двигателях).

Впускной клапан представляет собой соленоидный клапан с прямым приводом. Клапан закрывается пружиной (положительное уплотнение) при отсутствии электрического сигнала. Система управления двигателя может регулировать количество газа, подаваемого в каждый отдельный цилиндр при работе двигателя для выравнивания его нагрузки. Впускной газовый клапан также оборудован предохранительными фильтрами (90 микрон).

Вентиляционный клапан трубы газовой магистрали используется для сбрасывания давления в магистрали при переходе из газового в дизельный режим работы. Клапан имеет пневматический привод и управляется системой управления двигателя.

Система впрыска основного дизельного топлива

Система впрыска основного дизельного топлива используется при работе двигателя в дизельном режиме. Когда двигатель работает в газовом режиме, происходит постоянная циркуляция в системе основного дизельного топлива, постоянно обеспечивающая возможность мгновенного переключения в дизельный режим.

Внутренняя система впрыска основного дизельного топлива состоит из следующего оборудования, на каждый цилиндр:

• ТНВД
• Трубка высокого давления
• Сдвоенная форсунка (для впрыска основного и запального топлива)

Конструкция топливного насоса – монокомпонентного типа; насос рассчитан на давление впрыска до 150 МПа. Топливные насосы имеют встроенные эксцентрики; они также оборудованы пневматическими стоп-цилиндрами, подключенными к системе защиты от заброса оборотов.

Впрыскная трубка высокого давления соединяет насос впрыска с форсункой. Трубки двустенные, экранированные, располагаются в хорошо защищающем их хот-боксе двигателя.

Форсунка представляет собой комбинированную форсунку впрыска основного и запального топлива. Форсунка впрыска основного топлива установлена в центре цилиндровой крышки. Форсунка впрыска основного топлива имеет традиционную конструкцию с пружинным игольчатым клапаном.

В хот-боксе установлена вся топливная аппаратура основного топлива и системные трубопроводы, что обеспечивает максимальную надежность и безопасность. Сторона высокого давления системы основного дизельного топлива, таким образом, полностью отделена от выхлопной системы и полостей смазочного масла двигателя. Любые протечки внутри хот-бокса отводятся для предотвращения смешивания топлива со смазочным маслом. По той же причине насосы впрыска полностью изолированы от полости распредвала.

Система впрыска запального топлива

Система впрыска запального топлива используется для зажигания воздушно-газовой смеси в цилиндре при работе двигателя в газовом режиме. Для системы запального топлива используется та же самая внешняя топливная система, что и для системы основного топлива. Система запального топлива состоит из следующих навешенных компонентов:

• Фильтр запального топлива
• Насос высокого давления топливной магистрали (common rail)
• Трубопровод топливной магистрали (common rail)
• Сдвоенная форсунка на каждый цилиндр

Фильтр запального топлива представляет собой полнопроточный сдвоенный блок, не допускающий попадания загрязнений в систему запального топлива. Размер ячейки фильтра – 10 микрон.

Насос запального топлива высокого давления радиального поршневого типа имеет привод от двигателя и устанавливается на неприводной стороне двигателя. Система управления двигателя отслеживает и контролирует давление топлива, которое составляет около 10 МПа.

Запальное топливо под давлением подается от насоса к трубопроводу топливной магистрали (common rail) малого диаметра. По магистрали запальное топливо поступает в каждую форсунку; магистраль также выполняет функцию аккумулятора давления для предотвращения колебаний давления. Трубки высокого давления двустенные, экранированные, располагаются в хорошо защищающем их хот-боксе двигателя. По этим трубкам топливо от магистрали поступает к форсункам.

Блок запального топлива сдвоенной форсунки оборудован игольчатым распылителем с приводом от соленоида, управляемого системой управления двигателя. Запальное топливо подается по соединениям высокого давления, ввинченным в корпус распылителя. Когда двигатель работает в дизельном режиме, впрыск запального топлива продолжается для содержания в чистоте иглы распылителя.

Выпускные патрубки

Патрубки выпускного коллектора выполнены из специального жароустойчивого литого шарового чугуна. Соединения на цилиндровых крышках – типа обжимного кольца. Вся система отвода отработавшего газа размещена в изолированной коробке, состоящей из легко убираемых панелей. В качестве изоляционного материала используется минеральная вата.

Система смазочного масла

Внутренняя система смазочного масла двигателя состоит из насоса смазочного масла с приводом от двигателя, насоса предварительной прокачки с электроприводом, термостата, фильтров и масляного холодильника. Насосы смазочного масла расположены на свободной стороне двигателя, тогда как автоматический фильтр, холодильник и термостат интегрированы в единый блок.

Система охлаждения

Система водяного охлаждения разделена на высокотемпературный (ВТ) и низкотемпературный (НТ) контуры.

Вода ВТ контура охлаждает втулки цилиндра, крышку цилиндра и первую ступень холодильника наддувочного воздуха. Вода НТ контура охлаждает вторую ступень холодильника наддувочного воздуха и смазочное масло.

Турбонаддув и охлаждение наддувочного воздуха

Система турбонаддува SPEX (Single Pipe Exhaust system) сочетает в себе преимущества как импульсной системы, так и системы постоянного давления. Выхлопной коллектор полностью помещается в теплоизоляционном кожухе, что обеспечивает низкую температуру поверхности двигателя.

Рядные двигатели имеют один ГТН, а V-образные – по одному ГТН на каждый ряд цилиндров. ГТН расположен в поперечном направлении со свободного конца двигателя. Выхлопной патрубок может быть вертикальным, горизонтальным или наклоненным в продольном направлении.

Для оптимизации системы турбонаддува для работы на высоких и низких нагрузках, а также для работы в дизельном и газовом режиме со стороны выхлопного газа в системе предусмотрен разгрузочный клапан (waste gate). Этот разгрузочный клапан используется на высоких нагрузках.

В качестве стандартного используется двухступенчатый холодильник наддувочного воздуха с ВТ и НТ ступенями. В обоих контурах используется пресная вода.

Для промывки ГТН во время работы двигатель в стандартном исполнении оборудован водяным промывочным устройством, как с воздушной стороны, так и с выхлопной стороны.

ГТН поставляется с втулочными подшипниками, что обеспечивает простоту обслуживания блока со стороны компрессора. Смазка ГТН осуществляется смазочным маслом двигателя по интегрированным масляным каналам.

Система автоматики

Двигатель Wärtsilä 34DF оборудован модульной встроенной системой автоматики Wärtsilä Unified Controls - UNIC.

Система UNIC имеет аппаратно реализованный интерфейс функций управления и программируемый шинный интерфейс АПС и контроля параметров. Блок защиты двигателя и местная панель управления установлены на двигателе. Модуль защиты двигателя отрабатывает основные функции защиты, например автоматическую остановку по забросу оборотов и низкому давлению смазочного масла. Блок защиты также выполняет обнаружение неисправностей по критическим сигналам и оповещает систему АПС об обнаруженных неисправностях. Местная панель управления оборудована кнопками местного пуска/остановки и перезагрузки автоматической остановки, а также дисплеем, на который выводятся наиболее важные рабочие параметры. Управление частотой вращения входит в объем системы автоматики на двигателе.

Все необходимые функции управления двигателем, обмен данными по интерфейсной шине с внешними системами, подключение более сложного блока местного дисплея и управление впрыском топлива отрабатываются навешенным на двигателе оборудованием.

На двигателе применяются стандартные промышленные кабели; количество подключений сведено к минимуму.

Питание, связь по шине обмена данными и критические функции защиты дублируются на двигателе. Все кабели к/от внешних систем подключаются к клеммам в главной панели на двигателе.

Двигатель в разрезе

Интервалы между капитальными ремонтами и расчетный срок службы

Приведённые интервалы между капитальными ремонтами и сроки службы приведены в качестве рекомендаций. Действительные значения будут отличаться в зависимости от условий эксплуатации, средней нагрузки двигателя, качества используемого топлива, системы топливоподготовки, качества ТО и т.д. Расчетные сроки службы компонентов откорректированы для соответствия интервалам ТО.

Технические данные

Примечания:

Примечание 1 - При низшей теплотворной способности газа 49620 кДж/кг

Примечание 2 - При окружающих условиях в соответствии с ISO 3046-1 (температуре окружающего воздуха 25°C, температура воды НТ контура 25ºС) и 100% нагрузке. Допуск по расходу 5% и допуск по температуре 10°C в газовом режиме. Допуск по расходу 8% и допуск по температуре 15°C в дизельном режиме.

Примечание 3 - При 100% нагрузке и номинальной частоте вращения. Величины действительны при окружающих условиях в соответствии с ISO 3046-1, за исключением температуры воды НТ контура, которая соответствует температуре в ресивере наддувочного воздуха 45°С при работе в газовом режиме. С учетом масляного и охлаждающих насосов с приводом от двигателя. Допуск по теплу от охлаждающей воды 10%, допуск по тепловому излучению 30%. Коэффициент загрязнения и резерв по производительности должны приниматься во внимание при расчете теплообменников.

Примечание 4 - При окружающих условиях в соответствии с ISO 3046/1, наименьшая теплотворная способность топлива 42 700 кДж/кг, с учетом насосов с приводом от двигателя (один масляный и два охлаждающих). Допуск 5%.

Примечание 5 - Давление топливного газа приведено при низшей теплотворной способности = 36 МДж/м³Н. Необходимое давление газового топлива зависит от его теплотворной способности и должно увеличиваться при более низкой теплотворной способности. Необходимо принимать во внимание перепад давления во внешней системе. См. подробную информацию в главе «Топливная система».

ГД = Двигатель привода гребного винта на переменной частоте вращения

ВД = Вспомогательный двигатель привода генератора

ДЭ = Двигатель дизель-электрической установки привода генератора

Возможна корректировка без уведомления.

Примечания:

Примечание 1 - При низшей теплотворной способности газа 49620 кДж/кг

Примечание 2 - При окружающих условиях в соответствии с ISO 3046-1 (температуре окружающего воздуха 25°C, температура воды НТ контура 25ºС) и 100% нагрузке. Допуск по расходу 5% и допуск по температуре 10°C в газовом режиме. Допуск по расходу 8% и допуск по температуре 15°C в дизельном режиме.

Примечание 3 - При 100% нагрузке и номинальной частоте вращения. Величины действительны при окружающих условиях в соответствии с ISO 3046-1, за исключением температуры воды НТ контура, которая соответствует температуре в ресивере наддувочного воздуха 45°С при работе в газовом режиме. С учетом масляного и охлаждающих насосов с приводом от двигателя. Допуск по теплу от охлаждающей воды 10%, допуск по тепловому излучению 30%. Коэффициент загрязнения и резерв по производительности должны приниматься во внимание при расчете теплообменников.

Примечание 4 - При окружающих условиях в соответствии с ISO 3046/1, наименьшая теплотворная способность топлива 42 700 кДж/кг, с учетом насосов с приводом от двигателя (один масляный и два охлаждающих). Допуск 5%.

Примечание 5 - Давление топливного газа приведено при низшей теплотворной способности = 36 МДж/м³Н. Необходимое давление газового топлива зависит от его теплотворной способности и должно увеличиваться при более низкой теплотворной способности. Необходимо принимать во внимание перепад давления во внешней системе. См. подробную информацию в главе «Топливная система».

ГД = Двигатель привода гребного винта на переменной частоте вращения

ВД = Вспомогательный двигатель привода генератора

ДЭ = Двигатель дизель-электрической установки привода генератора

Возможна корректировка без уведомления.

Примечания:

Примечание 1 - При низшей теплотворной способности газа 49620 кДж/кг

Примечание 2 - При окружающих условиях в соответствии с ISO 3046-1 (температуре окружающего воздуха 25°C, температура воды НТ контура 25ºС) и 100% нагрузке. Допуск по расходу 5% и допуск по температуре 10°C в газовом режиме. Допуск по расходу 8% и допуск по температуре 15°C в дизельном режиме.

Примечание 3 При 100% нагрузке и номинальной частоте вращения. Величины действительны при окружающих условиях в соответствии с ISO 3046-1, за исключением температуры воды НТ контура, которая соответствует температуре в ресивере наддувочного воздуха 45°С при работе в газовом режиме. С учетом масляного и охлаждающих насосов с приводом от двигателя. Допуск по теплу от охлаждающей воды 10%, допуск по тепловому излучению 30%. Коэффициент загрязнения и резерв по производительности должны приниматься во внимание при расчете теплообменников.

Примечание 4 - При окружающих условиях в соответствии с ISO 3046/1, наименьшая теплотворная способность топлива 42 700 кДж/кг, с учетом насосов с приводом от двигателя (один масляный и два охлаждающих). Допуск 5%.

Примечание 5 - Давление топливного газа приведено при низшей теплотворной способности = 36 МДж/м³Н. Необходимое давление газового топлива зависит от его теплотворной способности и должно увеличиваться при более низкой теплотворной способности. Необходимо принимать во внимание перепад давления во внешней системе. См. подробную информацию в главе «Топливная система».

ГД = Двигатель привода гребного винта на переменной частоте вращения

ВД = Вспомогательный двигатель привода генератора

ДЭ = Двигатель дизель-электрической установки привода генератора

Возможна корректировка без уведомления.

Примечания:

Примечание 1 - При низшей теплотворной способности газа 49620 кДж/кг

Примечание 2 - При окружающих условиях в соответствии с ISO 3046-1 (температуре окружающего воздуха 25°C, температура воды НТ контура 25ºС) и 100% нагрузке. Допуск по расходу 5% и допуск по температуре 10°C в газовом режиме. Допуск по расходу 8% и допуск по температуре 15°C в дизельном режиме.

Примечание 3 - При 100% нагрузке и номинальной частоте вращения. Величины действительны при окружающих условиях в соответствии с ISO 3046-1, за исключением температуры воды НТ контура, которая соответствует температуре в ресивере наддувочного воздуха 45°С при работе в газовом режиме. С учетом масляного и охлаждающих насосов с приводом от двигателя. Допуск по теплу от охлаждающей воды 10%, допуск по тепловому излучению 30%. Коэффициент загрязнения и резерв по производительности должны приниматься во внимание при расчете теплообменников.

Примечание 4 - При окружающих условиях в соответствии с ISO 3046/1, наименьшая теплотворная способность топлива 42 700 кДж/кг, с учетом насосов с приводом от двигателя (один масляный и два охлаждающих). Допуск 5%.

Примечание 5 - Давление топливного газа приведено при низшей теплотворной способности = 36 МДж/м³Н. Необходимое давление газового топлива зависит от его теплотворной способности и должно увеличиваться при более низкой теплотворной способности. Необходимо принимать во внимание перепад давления во внешней системе. См. подробную информацию в главе «Топливная система».

ГД = Двигатель привода гребного винта на переменной частоте вращения

ВД = Вспомогательный двигатель привода генератора

ДЭ = Двигатель дизель-электрической установки привода генератора

Возможна корректировка без уведомления.

Литература

Двухтопливные двигатели WÄRTSILÄ 34DF проектное руководство

• Wärtsilä 34DF - Система смазочного масла
• Wärtsilä 34DF - Топливная система
• Wärtsilä 34DF - Разработка, обработка и установка трубопроводов
• Wärtsilä 34DF - рабочие диапазоны
• Wärtsilä 34DF - Основные данные и мощность