ЦИЛИНДРО-ПОРШНЕВАЯ ГРУППА СУДОВОГО КРЕЙЦКОПФНОГО МАЛООБОРОТНОГО ДВИГАТЕЛЯ
CYLINDER-PISTON GROUP OF SHIPBOARD CRANK LOW-SPEED ENGINE

Изобретение относится к судовому дизелестроению, в частности к малооборотным двигателям (МОД) большой мощности, и может быть использовано при ремонте цилиндро-поршневой группы (ЦПГ) указанных МОД, в частности, при замене поршневых колец.
Малооборотные двухтактные двигатели устанавливаются на подавляющем большинстве морских транспортных судов с мощностью пропульсивной установки более 6000 кВт, т.е. на многих тысячах судов.
Наиболее близким аналогом являются ЦПГ судового крейцкопфного МОД, описанная в учебном пособии И.В. Возницкого «Современные малооборотные двухтактные двигатели» Учебное пособие по специальности 2405 Санкт-Петербург, 2006, Серия «Библиотека судового механика». Двигатели этого типа всегда крейцкопфные, т.е. движение поршня передается коленчатому валу с помощью трехзвенного соединения: штока, крейцкопфа и шатуна. Двигатели такого типа, например S50MC-C, выпускает компания MAN B&W. Аналогичные двигатели производит Вяртсиля по лицензии компании Зульцер.
Цилиндро-поршневая группа судового крейцкопфного малооборотного двигателя содержит цилиндровую втулку, поршень, в соответствующих канавках которого расположены поршневые кольца, шток, который соединяет поршень с крейцкопфом. Шток проходит через сальник в центральном отверстии горизонтальной перегородки, которая расположена ниже цилиндровой втулки. Перегородка отделяет пространство под поршнем от пространства картера МОД. Сверху цилиндровая втулка закрывается крышкой, с выпускным клапаном.
Ц
Ц
ЦПГ двигателя этого типа характеризуются большой длиной хода поршня. В настоящее время ход поршня превышает его диаметр более чем в 4 раза. Высота поршня небольшая и у МОД с диаметром цилиндровой втулки d=800 мм составляет около 460 мм. Шток поршня внизу крепится непосредственно к крейцкопфу (к его поперечине). Цилиндровая втулка отстоит от перегородки на небольшом расстоянии и для d=800 мм это расстояние составляет около 260 мм. Это расстояние определяется конструктивными особенностями верхней части штока и способа крепления штока к поршню. Перегородка отливается вместе с блоком цилиндров, а соосность отверстия (с размещенным в нем сальником) и цилиндровой втулки достигается станочной обработкой отверстий. Доступ в полость под поршнем в известных МОД справа возможен после снятия крышки лаза, а слева доступ открыт из ресивера продувочного воздуха постоянно, достаточно удалить крышку ресивера, расположенную, как правило, на его верхней поверхности. Диаметр ресивера продувочного воздуха при диаметре цилиндра более 500 мм, как правило, достаточен для работы в нем человека. Выхлопные газы в двухтактном МОД с прямоточно-клапанной продувкой выходят из цилиндра через выпускной клапан.
Для замены изношенных или сломавшихся поршневых колец, в соответствии с действующими в настоящее время инструкциями (см. И.В. Возницкий MAN B&W «Двигатели модельного ряда МС 50-98. Конструкция, эксплуатация и техническое обслуживание» Моркнига 2008 г. Серия «Библиотека судового механика»), необходимо демонтировать выпускной клапан, снять крышку цилиндровой втулки, отсоединить шток поршня от крейцкопфа, отсоединить сальник штока от перегородки, вытянуть поршень вместе со штоком из цилиндровой втулки и заменить кольца. Затем в обратном порядке необходимо все установить на место. Здесь перечислены только основные этапы работы. В целом объем работы может быть оценен в 16 часов при участи в ней всей машинной команды и иногда с привлечением палубной команды. Это достаточно дорогая работа, так как стоимость судосуток, например, для танкера, оборудованного двигателем мощностью 25-30 тысяч лошадиных сил (диаметр цилиндра 800 мм), составляет 60 тысяч долларов USA. Кроме того, при такой технологии заменяются все прокладки, что заметно увеличивает стоимость ремонта и всегда есть вероятность непредвиденных осложнений или поломок при выполнении таких сложных и объемных работ.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое решение, является увеличение ремонтопригодности, а также снижение трудоемкости и стоимости ремонтных работ по замене поршневых колец ЦПГ судового крейцкопфного МОД, а также снижение вероятности непредвиденных осложнений или поломок при ремонте.
Указанная задача решается тем, что, как и в наиболее близком аналоге, цилиндро-поршневая группа, судового крейцкопфного малооборотного двигателя, содержит цилиндровую втулку с поршнем, в соответствующих канавках которого расположены поршневые кольца, шток, который соединяет поршень с крейцкопфом и расположен с возможностью перемещения в отверстии горизонтальной перегородки, размещенной ниже цилиндровой втулки.
Отличие состоит в том, что шток состоит из двух соединенных с возможностью разборки частей, причем, длина нижней части штока, которой он соединен с крейцкопфом МОД, больше высоты поршня на высоту поршневого кольца, а на внутренней поверхности перегородки выполнены выступы, размещенные по окружности, диаметр которой равен внутреннему диаметру цилиндровой втулки.
На фиг. 1 изображен МОД в разрезе, на фиг. 2 предлагаемый шток, вид спереди, на фиг. 3 то же, вид сбоку, на фиг. 4 сечение по А-А. На фиг. 5 - изображен разрез нижней части цилиндровой втулки в процессе замены поршневых колец, на фиг. 6 вид Б-Б.
Ц
ЦПГ судового крейцкопфного МОД состоит из цилиндровой втулки 1 с поршнем 2, по окружности которого в соответствующих канавках расположены поршневые кольца 3, а нижняя часть поршня соединена со штоком 4. Шток 4 состоит из верхней 5 и нижней 6 частей, соединенных между собой с помощью равнопрочного разъемного соединения, например, фланцевого. Верхняя часть 5 штока 4 соединена с поршнем 2, а нижняя часть 6 штока 4 предназначена для соединения с крейцкопфом 7 МОД. Фланцевое соединение частей и штока 4 желательно выполнить аналогично фланцевому соединению нижней части 6 штока 4 с крейцкопфом 7. Нижняя часть 6 штока 4 крепится внизу к поперечине крейцкопфа 7 как обычно. Высота Н нижней части 6 штока 4 должна быть не менее суммы высоты поршня 4 и технологического зазора h (фиг. 5), который соответствует высоте поршневого кольца 3. Цилиндровая втулка 1 установлена в блоке цилиндров 8 над горизонтальной перегородкой 9, которая является частью блока цилиндров 8. Шток 4 движется в отверстии с сальником перегородки 9. Цилиндровая втулка 1 отстоит от перегородки на некоторое расстояние и для d=800 мм это расстояние составляет около 260 мм. Это расстояние определяется конструктивными особенностями верхней части штока и способа крепления штока к поршню 2. Перегородка 9 отливается вместе с блоком цилиндров 8, а соосность отверстия в перегородке 9 и цилиндровой втулки 1 достигается станочной обработкой отверстий. На внутренней поверхности перегородки 9 выполнены выступы 10, размещенные по окружности, диаметр которой равен внутреннему диаметру цилиндровой втулки 1. Количество и размер выступов 10 определяются условиями технологического обслуживания (чистки) подпоршневого пространства и устойчивостью поршня при его опускания на выступы 10. Выступы 10 могут иметь вертикальные упоры для более точной фиксации поршня 2 по высоте. Поверхность выступов 10, обращенная к оси цилиндровой втулки 1, обрабатывается также как и отверстия в перегородке 9.
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.
В случае необходимости замены поршневых колец на неработающем двигателе после остановки масляного насоса обеспечивают доступ к ЦПГ известным способом - снимают крышку люка картера 11 и крышку лаза 12 в подпоршневую полость. С помощью валоповоротного устройства поршень 2 устанавливают в среднее по высоте цилиндровой втулки 1 положение и после этого фиксируют его положение. Например, с помощью стропов и рым-болтов, устанавливаемых на внутренней стороне верхней части картера и на нижнем фланце верхней части 5 штока 4. Затем удаляют болты, соединяющие фланцевое соединение между частями штока и удаляют нижнюю часть 6 штока 4. После этого крейцкопф 7 поднимают до контакта с верхней частью 5 штока 4 и соединяют эти части. Затем поршень 2 опускают в нижнюю точку, в результате чего поршень 2 полностью выходит из цилиндровой втулки 1 и занимает положение как показано на фиг. 5 на выступах 10 перегородки 9. Замена поршневых колец 3, проверка размеров и все другие процедуры, предусмотренные регламентом технического обслуживания ЦПГ, выполняются по обычным технологиям с применением специальных приспособлений и инструмента. После выполнения необходимых работ поршень 2 валоповоротным устройством и с помощью специального приспособления вводят в цилиндровую втулку 1 и устанавливают в положение, удобное для установки нижней части 6 штока 4 Установка этой части не представляет сложности.
Выполнение ЦПГ предлагаемым образом позволяет установить поршень 2 под нижней кромкой цилиндровой втулки 1, т.е. поршень 2 оказывается целиком вне цилиндровой втулки. В результате появляется возможность заменить поршневое кольцо 3, действуя из подпоршневого пространства, и исключить все сложные и трудоемкие работы по разборке верхней части МОД. Достаточно открыть все крышки доступа в подпоршневое пространство и картер. Эти крышки необходимо открывать и при обычной технологии замены колец