Цилиндро-поршневая группа судового малооборотного крейцкопфного двигателя
CYLINDER-PISTON GROUP OF SHIP LOW-SPEED CROSSHEAD 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.
На большинстве морских судов с мощными энергетическими установками в качестве главных двигателей используют малооборотные крейцкопфные двухтактные двигатели, т.е. двигатели с частотой вращения около 115 об/мин и прямой передачей на винт. В процессе развития конструкция таких двигателей, достигла совершенства. Теперь это двухтактные крейцкопфные двигатели с прямоточно-клапанной продувкой, мощность которых достигает 90 тысяч кВт. Типичная конструкция судового МОД этого типа представлена на фиг. 1. За последние десятилетия в результате увеличения длины хода поршня и других мер заметно повысилась экономичность таких двигателей, достигнув 52% и даже более. Такие двигатели имеют высокую удельную мощность и достаточно высокую надежность. Подробное описание МОД приведено во многих учебниках, инструкциях и пособиях, например, в учебном пособии И.В. Возницкого «Современные малооборотные двухтактные двигатели». Двигатели этого типа всегда крейцкопфные.
Подпоршневое пространство, охватывающее внутренний объем цилиндровой втулки под поршнем и соединяющееся через продувочные окна и открытый конец цилиндровой втулки с продувочным ресивером, отделяется от картера, в котором в котором располагается и работает кривошипно-шатунный механизм, перегородкой, являющейся частью блока цилиндров. Обычно эта перегородка отливается вместе с блоком цилиндров. Необходимость разделения этих объемов очевидна. В подпоршневой полости находится продувочный воздух с давлением до 4-х бар и в процессе работы двигателя в ней появляется значительное количество загрязнений - отработавшее цилиндровое масло, отложения с цилиндровой втулки и т.п., тогда как в пространстве картера работает кривошипно-шатунный механизм, обслуживаемый системой смазки и давление практически не отличается от атмосферного. Перегородка герметична, поэтому в месте прохода штока поршня через перегородку установлен сальник. Доступ к перегородке возможен только на неработающем двигателе со стороны подпоршневой полости через лючок на ресивере продувочного воздуха и лючка с другой стороны. Со стороны картера возможен доступ после открытия лючка картера.
В процессе эксплуатации таких судовых МОД достаточно часто судовому экипажу приходится контролировать состояние поршней, поршневых колец, и в случае предельного износа или поломки колец приходится их заменять силами судового экипажа без привлечения береговых служб. В соответствии с заводскими инструкциями для выполнения подобных ремонтных и регламентных работ приходится разбирать всю верхнюю часть конкретного цилиндра: демонтировать выпускной клапан, форсунки, крышку цилиндра и т.д. Большой объем работы необходимо проделать в картере, включая разборку сальника перегородки и верхнего подшипника шатуна. Такая работа очень трудоемка и сложна, а также связана с риском ухудшения работы ответственных соединений, особенно при проведении работ в судовых условиях и силами судового экипажа.
Известно решение, которое во многом решает эту проблему - патент №2711471 (заявка №2019115358/06). Согласно этому решению цилиндро-поршневая группа судового крейцкопфного малооборотного двигателя, содержащая 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, расположенной ниже цилиндровой втулки, причем, шток состоит из двух соединенных с возможностью разборки частей, причем, длина нижней части штока, которой он соединяется 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. Это устройство предполагает увеличение расстояния между нижней кромкой цилиндровой втулки и перегородкой на величину равную сумме высоты поршня и высоты поршневого кольца, а также использование разборного штока поршня. Для замены поршневого кольца поршень полностью выводят из цилиндровой втулки и устанавливают на подготовленное место на перегородке. Это возможно, так как шток поршня разборный, и после удаления его части высотой, равной упомянутой сумме высот, поршень может полностью выходит из цилиндровой втулки, причем между нижней кромкой цилиндровой втулки и поршнем образуется зазор, достаточный для установки нового кольца. Это изобретение выбрано в качестве наиболее близкого аналога.
Недостатком известного решения можно считать увеличение высоты двигателя на величину приблизительно равную сумме высоты поршня и высоты поршневого кольца.
Абсолютная величина невелика, но в некоторых условиях это увеличение высоты может стать критичным. Кроме того, при полном выдвижении поршня из цилиндровой втулки появляется вероятность сдвига поршня, что может усложнить обратную сборку ЦПГ.
Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи уменьшения рисков, связанных с полным выведением поршня из цилиндровой втулки, уменьшению расстояния от нижней кромки цилиндровой втулки до перегородки и еще большему сокращению объема работ.
Поставленная задача достигается тем, что, как и в ближайшем аналоге, цилиндро-поршневая группа судового малооборотного крейцкопфного двигателя, содержит цилиндровую втулку с поршнем, в соответствующих канавках которого расположены поршневые кольца, а также перегородку, расположенную ниже цилиндровой втулки.
Отличие состоит в том, что перегородка имеет сквозной винтовой канал со съемными крышками, устанавливаемыми на концах винтового канала, диаметр навивки которого соизмерим с диаметром поршневого кольца, шаг равен расстоянию, на которое допустимо разведение замка поршневого по оси, а поперечное сечение винтового канала не менее поперечного сечения поршневого кольца.
Такое выполнение перегородки позволяет вывести вниз только части поршня из цилиндровой втулки, чтобы удалить и поставить любое поршневое кольцо.
На фиг. 1 показан схема МОД, на фиг. 2 - разрез нижней части цилиндровой втулки с поршнем и перегородкой при проведении работ по замене поршневого кольца.
ЦПГ МОД содержит цилиндровую втулку 1 с поршнем 2, в соответствующих канавках которого расположены поршневые кольца 3. Ниже цилиндровой втулки 1 расположена перегородка 4, которая является частью блока цилиндров 5. Перегородка 4 имеет сквозной винтовой канал 6 со съемными крышками 7 снизу и сверху. Диаметр навивки винтового канала 6 соизмерим с диаметром поршневого кольца 3, шаг которого равен расстоянию, на которое допустимо разведение Замка поршневого кольца 3 по оси, (справочная величина) а поперечное сечение винтового канала 6 не менее поперечного сечения поршневого кольца 3. Перегородка 4 может быть удалена от нижней кромки цилиндровой втулки 1 не менее чем на расстояние от нижней кромки цилиндровой втулки 1 до верхнего поршневого кольца 3.
Шток 8 поршня 2 размещен с возможностью вертикального перемещения в сальнике 9, который установлен в перегородке 4 строго соосно с цилиндровой втулкой 1. Нижняя часть штока 8 поршня 2 находится под перегородкой 4, т.е. в пространстве картера и крепится к поперечине крейцкопфа 10 как обычно. Крейцкопф имеет обычную конструкцию. Внутри перегородки 4 предусмотрен сквозной винтовой канал 6, сечение, размеры и форма которого достаточны для продвижения по нему поршневого кольца 3. Диаметр навивки сквозного винтового канала 6 равен диаметру поршневого кольца 3. Шаг сквозного винтового канала 6 равен расстоянию между концами поршневого кольца 3 в замке, на которое они могут быть разведены в осевом направлении h (фиг. 2) без какой-либо опасности повреждения кольца. В местах выхода сквозного винтового канала в сторону подпоршневого пространства и в сторону картера установлены съемные герметичные крышки 7 для исключения соединения этих полостей между собой и удаляемые в процессе работ по замене поршневого кольца. Цилиндровая втулка 1 отстоит от перегородки 4 на некоторое расстояние Н (фиг. 2), чтобы обеспечить доступ к любому поршневому кольцу.
Работа предлагаемого устройства происходит в следующем порядке. На неработающем двигателе открывают лючок картера 11, крышку люка 12 на блоке цилиндров 5 и крышку на воздушном ресивере для доступа в подпоршневую полость для последующей работы с поршнем 2. Валоповоротным устройством, поворачивая коленчатый вал 13, устанавливают шатун 14 в положение, удобное для работы с крейцкопфом. Затем отсоединяют шток 8 поршня 2 от поперечины крейцкопфа 10 и поворотом коленчатого вала 13 создают зазор между крейцкопфом и нижним концом штока 2, больше высоты поршневого кольца. Через лючок 11 и этот зазор новое поршневое кольцо 15 перемещают под перегородку 4. Затем опускают поршень 2 в положение, когда заменяемое кольцо выйдет из цилиндровой втулки. Для этого понадобится разобрать нижний подшипник шатуна 14 и отвести шатун 14 в сторону. Длины направляющих крейцкопфа достаточно чтобы опустить поршень 2 в положение, показанное на фиг. 2. Концы нового поршневого кольца 15 следует развести по оси на допустимое расстояние h и провести с вращением через перегородку 4 по винтовому каналу 6 в подпоршневое пространство. Затем надеть новое поршневое кольцо 15 на поршень 2 снизу и переместить в канавку, используя обычные для такой работы приспособления.
Использование перегородки с внутренним винтовым каналом позволяет заменить любое поршневое кольцо без дорогостоящих и очень трудоемких работ, связанных с разборкой верхней части МОД.