ВТУЛКА ЦИЛИНДРА СУДОВОГО ДИЗЕЛЯ Российский патент 1997 года по МПК F02F1/14 F02F1/18 F01P3/02 

Изобретение относится к судовому дизелестроению, в частности к конструкции цилиндровых втулок (ЦВ) судовых малооборотных дизелей (МОД).

ЦВ современных МОД выполняются как цельными, так и составными. В качестве аналога выбрана ЦВ, состоящая из трех частей (Шишкин В.А. Анализ неисправностей и предотвращение повреждений судовых дизелей. М. Транспорт, 1986, рис. 54^а). Верх ЦВ выполнен из двух частей внешней, отлитой из стали и запрессованной в нее внутренней, отлитой из износостойкого чугуна. Нижняя часть ЦВ также отлита из чугуна.

Недостатком как выбранного аналога, так и известных цельных и составных ЦВ судовых дизелей является низкая долговечность верхней части ЦВ в районе камеры сгорания из-за трудности выполнения во многом противоречивых требований одновременного обеспечения высоких антифрикционных и прочностных качеств чугунных ЦВ.

В качестве прототипа выбрана составная ЦВ судового дизеля с каналом для прохода охлаждающей воды выполнения из связанных между собой наружной стальной и внутренней чугунной частей (заявка Великобритании N 1399366, кл. F 1/14 (Н. кл. F 1 B).

В выполненных цельных ЦВ современных МОД дизелестроительные заводы, решая проблему улучшения теплоотвода изменяют конструкцию верхней части ЦВ (Шишкин В. А. рис. 5, 14, 20, 23, 26). При этом возникают трудности, связанные с проблемой сохранения прочностных и антифрикционных качеств материала верхней части ЦВ, обеспечивающих заданную долговечность ( обзоры по эксплуатации современных длинноходовых МОД, проведенные в 1990 91 фирмами MAN BLW, New Sulzer "Marine propulsion in the 90'S", стр. 4, 5 "Service Experience of the MC Engines", стр. 4, 7 и рис. 10^oC13, "Service Experience from Sulzer RTH Series engines", B y W. Muller стр. 5, 16, разделы а, b, рис. 23 и 25.

На т/х "Кисловодск" (а/о Балтийское морское пароходство) в течение 1991
92 на дизеле Зульцер типа 6 РТА были заменены 4 из 6 ЦВ после наработки всего 6500 9500 ч (при обычной норме 30000 50000 ч) из-за трещин сверленых отверстий в верхней части ЦВ, аналогичных трещинам, показанным на рис. 13 (Д) вышеприведенного обзора фирмы MAN BLW. Таким образом для выбранного прототипа характерны те же недостатки, что и для других известных конструкций ЦВ, а именно низкая долговечность цилиндровых втулок.

Целью изобретения является повышение долговечности ЦВ за счет уменьшения трещинообразования, а в случае возникновения трещин возможности восстановления верхней, наиболее напряженной части ЦВ.

Поставленная цель достигается тем, что верхняя часть ЦВ, образующая вместе с днищем крышки цилиндра и днищем поршня камеру сгорания изготавливается из стали, а нижняя часть ЦВ, образующая зону трения с поршневыми кольцами из чугуна.

Предлагаемая конструкция существенно отличается от выбранного прототипа и других известных решений и обладает новыми свойствами по сравнению с ними. Хотя в прототипе и других технических решениях имеются признаки, сходные с признаками предлагаемого решения изготовление наружной верхней части ЦВ из стали, у предлагаемого изобретения появляются новые свойства, несовпадающие со свойствами известных решений. Так у прототипа и аналога верхняя внутренняя часть ЦВ изготовлена из чугуна. У изобретения верхняя часть ЦВ изготовлена из стали, что гораздо более благоприятно с точки зрения восприятия механических и тепловых нагрузок. Кроме того, за счет более высоких прочностных характеристик стали по сравнению с чугуном имеется возможность улучшения теплоотвода от наиболее нагруженной верхней части как путем приближения каналов охлаждения к огневой поверхности, так и увеличения их количества и сечения.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображен поперечный разрез предлагаемой ЦВ.

Верхняя часть 1, находящаяся в зоне максимальной температуры и давления, выполнена из стали, сорт которой аналогичен материалу огневого днища цилиндровой крышки и днища поршня. Нижняя часть ЦВ 2, находящаяся в зоне трения с поршневыми кольцами (на чертеже показано положение верхнего поршневого кольца 3 при положении поршня в В.М.Т.) и воспринимающая значительно меньшее количество тепла, выполнена из чугуна с высокими антифрикционными свойствами. Уплотнение между частями 1 и 2 в плоскости а а обеспечивается обжатием прокладки 4 (или плотным прилеганием притертых поверхностей верхней и нижней ЦВ в плоскости а а).

Соединение частей 1 и 2 по образующей высотой S производится заданным натягом, обеспечивающим при работе дизеля уменьшение напряжений растяжения чугунной части ЦВ по высоте S и допускающим разборку при равной температуре обеих частей без повреждений.

На чертеже показаны также каналы для прохода охлаждающей воды 5 и места посадки поверхности 6 нижней части ЦВ на цилиндровой блок и крышки цилиндра на прокладку 7 на верхнем торце ЦВ.

Плотность соединений обеспечивается по всем сопрягаемым поверхностям. При монтаже крышки цилиндра усилием затяга гаек крепежных шпилек обеспечивается плотность в соединениях цилиндровой крышки и верхней части ЦВ (прокладка 4, нижней части ЦВ 2 и цилиндрового блока (притертая поверхность 6). Плотность в плоскости а а обеспечивается обжатием прокладки при посадке верхней части ЦВ 1 на нижнюю 2 (контроль обжатия по величине зазора ΔS); при работе дизеля плотность сохраняется даже при распрессовке соединения по высоте S за счет усилия вышеуказанного затяга крепежных шпилек крышки цилиндра.

При работе дизеля четко разделяются основные функции верхней и нижней частей ЦВ.

Верхняя стальная часть ЦВ 1 вместе с днищем цилиндровой крышки и донышком поршня воспринимает максимальные механические и тепловые нагрузки и отводит тепло через каналы охлаждения 5 непосредственно из зоны интенсивного сгорания топлива в цилиндре.

Нижняя чугунная часть ЦВ 2 воспринимает усилия трения от поршневых колец 3 и передает тепло от рабочих тел (сжатого воздуха и продуктов горения) в охлаждающую воду, омывающую наружную поверхность нижней части ЦВ (не показано).

Марка чугуна для нижней части ЦВ подбирается из условий обеспечения минимальных износов ЦВ в зоне трения.

Технические преимущества изобретения по сравнению с прототипом очевидны, так как долговечность ЦВ, в основном, ограничивается трещинообразованием в верхней части. Вероятность трещинообразования в стальной части ЦВ значительно меньше, чем в чугунных прототипах.

Экономическая эффективность от использования представленной ЦВ складывается за счет увеличения наработки до ремонта верхней части ЦВ, возможности ремонта стальной части при повреждениях (образование трещин) ее замена при отказе и увеличения общей наработки ЦВ до предельного износа.

Сущность изобретения: втулка цилиндра судового дизеля содержит связанные между собой стальную 1 и чугунную 2 части. Стальная часть 1 выполнена в виде кольцевой накладки со ступенчатой торцевой поверхностью со стороны чугунной части. Ответная поверхность чугунной части также выполнена ступенчатой. Внутренняя поверхность стальной накладки размещена выше верхнего поршневого кольца 3 при положении поршня в В.М.Т. Во втулке выполнены каналы для прохода охлаждающей воды. При таком выполнении втулки верхняя стальная кольцевая накладка воспринимает максимальные и тепловые нагрузки и отводит максимальное количество тепла. 1 ил.

Втулка цилиндра судового дизеля с каналами для прохода охлаждающей воды, содержащая связанные между собой стальную и чугунную части, отличающаяся тем, что стальная часть втулки выполнена в виде кольцевой накладки со ступенчатой торцевой поверхностью со стороны чугунной части, а ответная поверхность чугунной части также выполнена ступенчатой, при этом внутренняя поверхность зеркала цилиндра стальной накладки размещена выше верхнего поршневого кольца при положении поршня в верхней мертвой точке.