Рыболовное судно подошло к месту происшествия с утечкой компрессии в одном цилиндре вспомогательного двигателя. Головка блока цилиндров выходит из строя уже через сутки, и главный инженер оказывается перед привычным выбором: отремонтировать литье или заменить его. В четырехтактном судовом двигателе это решение обычно сводится к трем вещам: состоянию седел клапанов, плоскостности противопожарной палубы и результату испытания под давлением охлаждающих каналов. Все, что происходит после этого, — это проблема снабжения, а не инженерная проблема.
Четырехтактные судовые двигатели выполняют очень широкий спектр задач: от небольших генераторных установок на прибрежных судах до среднеоборотных главных двигателей на паромах, буксирах и рыболовных судах. Их объединяет цикл зажигания, для завершения которого требуется два оборота коленчатого вала, и головка блока цилиндров, которая должна герметизировать сгорание, направлять клапаны, нести форсунку и одновременно пропускать охлаждающую жидкость. В этой статье объясняется, как работает цикл, где находится головка блока цилиндров внутри этого цикла и как покупать запасные части, не создавая второго отказа.
Что на самом деле происходит во время четырех ударов
Название происходит от количества движений поршня, необходимых для завершения одного силового цикла. Впуск, сжатие, мощность и выпуск; четыре хода поршня, два оборота коленчатого вала, один впрыск на цилиндр.
- Индукционный ход. Впускной клапан открывается, и поршень движется вниз, втягивая воздух, который обычно уже прошел через турбокомпрессор и промежуточный охладитель.
- Ход сжатия. Оба клапана закрыты, и поршень движется вверх, сжимая заряд примерно до 30–55 бар и нагревая его значительно выше температуры воспламенения дизельного топлива.
- Силовой удар. Топливо впрыскивается незадолго до верхней мертвой точки, оно сгорает, и расширяющийся газ толкает поршень вниз. Это единственный ход, производящий полезную работу.
- Выхлопной ход. Выпускной клапан открывается, и поднимающийся поршень выталкивает сгоревший газ в коллектор и турбокомпрессор.
Из-за этой последовательности четырехтактная головка блока цилиндров должна иметь по крайней мере один впускной клапан и один выпускной клапан, часто по два каждого, а также форсунку, направляющие втулки клапана, вставки седла клапана и охлаждающие каналы, которые разделяют их. Распределительный вал и толкатели или коромысла, которые приводят в движение эти клапаны, синхронизированы с коленчатым валом, так что каждое событие происходит под правильным углом.
Вместо этого двухтактный двигатель срабатывает при каждом обороте коленчатого вала, используя продувочные каналы и один выпускной клапан или порт. Это единственное различие объясняет, почему два типа двигателей оказались на разных должностях на борту.
Почему корабли до сих пор используют четырехтактные двигатели
Двухтактный двигатель производит рабочий ход при каждом обороте, и именно поэтому крупнейшие океанские суда используют тихоходные двухтактные двигатели в качестве основной силовой установки: меньшее количество деталей, устойчивость к тяжелому мазуту и очень низкий расход топлива на киловатт-час. Четырехтактные двигатели выигрывают по другим пунктам, которые важны для владельцев и операторов: меньший вес при той же мощности, меньшая занимаемая площадь, лучший контроль выбросов и более высокие скорости, которые позволяют генератору с прямым соединением производить мощность 50 Гц или 60 Гц без коробки передач.
На практике большинство четырехтактных судовых двигателей являются вспомогательными или главными двигателями на небольших судах. Частота вращения генератора обычно составляет 750, 1000, 1200, 1500 или 1800 об/мин в зависимости от количества полюсов и частоты сети, тогда как среднескоростные силовые установки обычно работают со скоростью от 400 до 1000 об/мин.
| Особенность | Двухтактный | Четырехтактный |
|---|---|---|
| Обороты коленвала за цикл | Один | Два |
| Газообмен | Продувочные отверстия и выпускной клапан | Впускной клапан и выпускной клапан |
| Типичное использование на борту | Главная двигательная установка на больших кораблях | Вспомогательные двигатели, главные двигатели на паромах и буксирах |
| Типичный диапазон скоростей | от 60 до 250 об/мин | от 400 до 1800 об/мин |
| Клапанов на головку блока цилиндров | Обычно один выпускной клапан | Два or four valves |
| Сложность головки блока цилиндров | Нижний | Высшее |
Почему выходят из строя четырехтактные головки цилиндров
Четырехтактная головка блока цилиндров представляет собой цельную отливку, которая должна содержать противопожарную крышку, два или четыре отверстия для клапанов, отверстие для форсунки и сеть каналов охлаждения. Для общего взгляда на деталь и поверхности, имеющие значение во время проверки, данное объяснение что такое головка блока цилиндров охватывает основы.
В процессе эксплуатации температура металла на пожарной палубе может достигать трех-четырехсот градусов по Цельсию, а на водной стороне – около девяноста градусов. Каждое изменение нагрузки заставляет отливку преодолевать этот градиент, и через несколько тысяч часов работы последствия проявляются в предсказуемых местах:
- Седла клапанов погружаются в головку, поэтому клапан садится глубже, а зазор толкателя закрывается.
- Трещины появляются между двумя седлами или между седлом и втулкой форсунки.
- Каналы охлаждения изнашиваются и подвергаются коррозии, чаще всего рядом с выпускным клапаном.
- Уплотнения форсунок выходят из строя, в результате чего топливо попадает в охлаждающую воду или вода в цилиндр.
- Пожарная палуба деформируется, что приводит к нарушению уплотнения прокладки.
- Резьба болтов головки растягивается или срывается в блоке.
Ни одна из этих проблем не заявляет о себе тихо. Обычными первыми сигналами являются падение компрессии, повышение температуры выхлопных газов в одном цилиндре, пузырьки в расширительном бачке или небольшое падение уровня охлаждающей жидкости.
Ремонт или замена головки блока цилиндров
Первый вывод: если четырехтактная морская головка блока цилиндров имеет трещины между седлами клапанов или требует замены более двух вставок седла из-за сильной рецессии седла, замена обычно дешевле, чем сварка и повторная обработка, и гораздо менее рискованна. Если это плановый ремонт, при котором клапана, направляющие и седла просто нуждаются в замене, ремонт все равно имеет смысл.
Для отдельной головки эти условия обычно склоняют чашу весов в сторону замены:
- Плоскостность пожарной палубы выходит за пределы ограничений производителя, которые часто измеряются долями миллиметра.
- Утечка из полости охлаждения во время испытания гидростатическим давлением.
- Трещины между седлами или рядом с выпускным клапаном.
- Отверстие форсунки больше не круглое или повреждена резьба.
- Литье, которое уже ремонтировали два-три раза.
Риск источника включается в тот же расчет. Переработанная головка означает дополнительное время обработки, второй комплект прокладок и еще один подъем краном, а судно, ожидающее рядом, обходится дороже, чем новая сменная отливка.
Заказ сменной головки блока цилиндров для четырехтактного двигателя
Запасная головка блока цилиндров — это совместимая деталь, изготовленная по оригинальным размерам, а не деталь оригинального оборудования. На практике это означает, что модели двигателя, указанной на паспортной табличке, недостаточно. Прежде чем что-либо будет вырезано или отправлено, для заказа требуется набор размеров и идентификаторов.
- Марка, модель и серийный номер двигателя.
- Режим работы, генератор или силовая установка, поскольку внутри одного семейства двигателей расположение клапанов может различаться.
- Количество клапанов, диаметр головки клапана и диаметр стержня клапана.
- Тип форсунки и размеры втулки форсунки.
- Расположение и расположение отверстий для охлаждающей воды.
- Толщина пожарной части и общая высота головы.
Документация и время выполнения заказа имеют не меньшее значение. Попросите сертификат на материал, отчет об испытаниях под давлением и протокол проверки размеров, а также подтвердите, как упакована деталь, поскольку незащищенная пожарная палуба не выдержит долгой морской перевозки. Ассортимент поставок, организованный по маркам двигателей, см. каталог запчастей для замены головки блока цилиндров .
Соответствие головок цилиндров по марке двигателя
Головки цилиндров редко взаимозаменяемы в разных брендах. Отливка для одного производителя и отливка для другого имеют общие отверстия для болтов и многое другое, поэтому практичным способом является заказ по марке и модели.
Среднеоборотные двигатели MAN распространены на паромах и буксирах, а их головки обычно имеют четыре клапана с плотно расположенными охлаждающими каналами, поэтому геометрию водной стороны труднее всего воспроизвести правильно.
DONGFANG Головка блока цилиндров | Запасные части, совместимые с судовыми дизельными двигателями MAN Совместимые модели: L16/24, L23/30, L23/30H, L28/32A, S26MC, L31, L35MC, S35MC, L50MC-C I. Обзор продукта Головки цилиндров DONGFANG являются совместимыми сменными головками сторонних производителей. Посмотреть продукт → Двигатели Yanmar используются повсюду на рыбацких и небольших прибрежных судах мощностью от нескольких десятков киловатт до нескольких тысяч, а их головки цилиндров часто заменяются во время капитального ремонта, а не при полной реконструкции.
DONGFANG Головка блока цилиндров | Запасные части, совместимые с Yanmar Marine Diesel Engi Совместимые модели: NY160, N165, N180, EY180, N210, EY220, N260, EY260, N280A, N330, S165, S185, M200L, M220L, RAL170, MAL220, UAL200UT, T240, T260, З280ДТ, З280ЭТ, МФ2... Посмотреть продукт → Среднескоростные агрегаты Daihatsu широко используются в качестве вспомогательных агрегатов, и несоответствующая головка здесь быстро проявляется в виде неравномерной температуры выхлопных газов по цилиндрам.
DONGFANG Головка блока цилиндров | Запасные части, совместимые с Daihatsu Marine Diesel Ru Совместимые модели: DL-20, DL-22, DL-26, DL-28, DL-32, 5DK-20, 6DK-20, DK-28, DS-26, PS-26H (D), DC-17, DE-18. Посмотреть продукт → Аналогичные сменные головки поставляются для других семейств судовых двигателей, включая модели Akasaka, Kobe, MaK, Makita, Wartsila, Hanshin и Niigata, а также для отечественных китайских дизельных двигателей, используемых в генераторных и насосных целях.
Установка и ходовые испытания
Правильная установка головки определяет, прослужит ли замена так же долго, как оригинал. Выполните эти шаги по порядку:
- Прежде чем что-либо чистить, сравните новую отливку со старой головкой или чертежом, проверив расположение отверстий для воды, толщину деки и отверстие форсунки.
- Очистите резьбу блока, проверьте болты головки на растяжение и замените любой поддавшийся болт.
- Правильно установите новую прокладку, проверив каналы для масла и воды, и избегайте использования герметика, если это не указано производителем.
- Затяните болты головки в указанной последовательности и этапах, используя калиброванный динамометрический ключ и, если указано, угловой калибр.
- Установите зазоры клапанов в холодном состоянии и запишите значения, чтобы их можно было перепроверить в горячем состоянии.
- Заполните и удалите воздух из системы охлаждения, затем проверьте отсутствие утечек в соединениях головки и вокруг гильз форсунок.
- Сначала запустите двигатель без нагрузки, затем под нагрузкой, наблюдая за температурой выхлопных газов, температурой воды на выходе из рубашки охлаждения и давлением в картере для каждого цилиндра, который ведет себя иначе, чем остальные.
Повторная затяжка после первых нескольких часов работы по-прежнему является стандартной практикой для многих среднеоборотных двигателей, даже если этого не требует руководство. Это стоит часа и предотвращает гораздо более дорогостоящий сбой в дальнейшем.
Четырехтактный цикл не изменился за столетие, и причины выхода из строя головок блока цилиндров тоже не изменились. Что меняется, так это то, насколько легко найти замену, соответствующую исходным размерам, оригинальным водоотводам и оригинальному материалу. Перед заказом сопоставьте марку, модель и данные измерений, потратьте время на подтверждение размеров пожарной палубы и геометрии охлаждения, и судно будет следовать графику.
