Los motores diésel marinos tienen alta eficiencia térmica, buena economía, fácil arranque y gran adaptabilidad a diversos tipos de barcos. Después de su introducción, rápidamente se utilizaron como potencia de propulsión para barcos. En la década de 1950, los motores diésel habían reemplazado casi por completo a los motores de vapor en los barcos de nueva construcción. Los motores diésel marinos se han convertido en la principal fuente de energía para buques civiles, embarcaciones pequeñas y medianas y submarinos convencionales. Los motores diésel marinos se pueden dividir en motores principales y motores auxiliares según sus funciones en los barcos. El motor principal se utiliza como propulsión de barcos, mientras que el motor auxiliar se utiliza para impulsar generadores, compresores de aire o bombas de agua.
Los motores diésel marinos generalmente se dividen en motores diésel de alta velocidad, velocidad media y baja velocidad, y los principales indicadores de rendimiento de los tres tipos de motores diésel se enumeran en la tabla.
Introducción y aplicación
La mayoría de las veces, los motores marinos funcionan a plena carga y, a veces, funcionan en condiciones de carga variable. Los barcos suelen navegar en terrenos accidentados, por lo que los motores diésel marinos deben poder funcionar de forma fiable en condiciones de inclinación longitudinal de 15 grados -25 grados y de inclinación transversal de 15 grados -35 grados. La mayoría de los barcos utilizan motores diésel turboalimentados (ver turbocompresor de motores de combustión interna), y los motores diésel no turboalimentados de baja potencia solo se utilizan en embarcaciones pequeñas. La mayoría de los motores diésel de baja velocidad son motores de dos tiempos, la mayoría de los motores diésel de velocidad media son motores de cuatro tiempos y los motores diésel de alta velocidad tienen ambos. Las formas de eliminación de gases de los motores diésel marinos de dos tiempos incluyen la eliminación de reflujo, la eliminación de CC de la válvula de puerto y la eliminación de puertos de pistón opuesto. Los motores diésel de alta potencia, media y baja velocidad utilizan ampliamente petróleo pesado como combustible, mientras que los motores diésel de alta velocidad todavía utilizan principalmente diésel ligero.
motor diesel de baja velocidad
Accionar directamente la hélice requiere una velocidad de rotación más baja para lograr una alta eficiencia de propulsión. Los motores diésel de velocidad media y alta impulsan la hélice a través de una caja de cambios, que suele estar equipada con un mecanismo de inversión para lograr la inversión de la hélice. Sin embargo, los motores diésel de baja velocidad y algunos motores diésel de velocidad media pueden revertirse. Los motores diésel de velocidad media y alta también son impulsados eléctricamente a través de un sistema de hélice de motor generador. Cuando se requiere alta potencia, también se pueden usar varias máquinas en paralelo y solo se puede usar un motor principal para la navegación a baja velocidad, mejorando así la eficiencia operativa y la confiabilidad. Cuando se instalan dos motores principales en el mismo barco, se dividen en motor izquierdo y motor derecho según la posición de instalación y la dirección de la hélice.
Principio de funcionamiento
motor diesel de dos tiempos
Un motor diésel que completa un ciclo de trabajo mediante dos carreras del pistón se denomina motor diésel de dos tiempos. Un motor de aceite completa un ciclo de trabajo con sólo una revolución del cigüeñal. En comparación con un motor diésel de cuatro tiempos, mejora la potencia de salida y tiene diferencias significativas en la estructura específica y los principios de funcionamiento.
La estructura básica de un motor diésel de dos tiempos es la misma que la de un motor diésel de cuatro tiempos, con la principal diferencia en el tren de válvulas. Los motores diésel de dos tiempos no tienen válvulas de admisión y algunos ni siquiera tienen válvulas de escape. En cambio, se proporcionan puertos de evacuación y escape en la parte inferior del cilindro; O instale un puerto de eliminación y un mecanismo de válvula de escape. Y se instala una bomba de barrido dedicada impulsada por piezas móviles y una caja de barrido para almacenar aire a presión, lo que simplifica la estructura del motor diésel al utilizar la coordinación entre el pistón y el puerto de aire para completar la distribución del aire. El diagrama muestra el principio de funcionamiento de un motor diésel de dos tiempos. La bomba de barrido está montada en un lado del motor diésel y su rotor es accionado por el motor diésel. El aire se aspira desde la bomba, se comprime, se descarga y se almacena en una caja de eliminación de gran volumen, donde se mantiene una cierta presión.
4-motor diésel de carrera
El trabajo de un motor diésel se completa mediante cuatro procesos: admisión, compresión, generación de energía y escape, que forman un ciclo de trabajo. Un motor diésel en el que el pistón completa un ciclo de trabajo a través de cuatro procesos se denomina motor diésel de cuatro tiempos. Ahora compárelo con la animación anterior para explicar su principio de funcionamiento.
El primer golpe es la succión, su tarea es llenar el cilindro con aire fresco. Cuando comienza la carrera de succión, el pistón está en el punto muerto superior y todavía queda algo de gas de escape en la cámara de combustión del cilindro.
Cuando el cigüeñal gira el codo, la biela mueve el pistón desde el punto muerto superior al punto muerto inferior y, al mismo tiempo, utiliza el mecanismo de transmisión conectado al cigüeñal para abrir la válvula de admisión.
A medida que el pistón se mueve hacia abajo, el volumen sobre el pistón en el cilindro aumenta gradualmente: lo que hace que la presión del aire dentro del cilindro sea menor que la presión dentro del tubo de admisión, por lo que el aire exterior llena continuamente el cilindro.
En la animación se muestra la variación de la presión del gas en el cilindro con el volumen del cilindro durante el proceso de admisión. El eje vertical de la figura representa la presión del gas P y el eje horizontal representa el volumen del cilindro Vh (o impulso del pistón S). Este gráfico se llama diagrama de indicadores. La curva de presión en la figura representa la ley de variación de la presión del gas dentro del cilindro cuando el motor diesel está en funcionamiento. Podemos ver en el suelo que comienza la admisión, y debido a la presencia de gases de escape residuales, es ligeramente superior a la presión atmosférica P{{0}}. Durante el proceso de admisión, debido a la resistencia al flujo generada por el aire que pasa a través del tubo de admisión y la válvula de admisión, la presión del gas durante la carrera de admisión es menor que la presión atmosférica, oscilando entre 0.085 y 0,095 MPa. Durante todo el proceso de admisión, la presión del gas dentro del cilindro permanece aproximadamente constante.
Cuando el pistón se mueve hacia abajo y se acerca al punto muerto inferior, el flujo de aire que ingresa al cilindro todavía tiene una alta velocidad y una gran inercia. Para utilizar la inercia del flujo de aire para aumentar la tasa de inflación, la válvula de admisión se cierra solo después de que el pistón haya pasado el punto muerto inferior. Aunque el pistón se mueve hacia arriba en este momento, debido a la inercia del flujo de aire, el gas aún puede llenar el cilindro.
Segundo golpe: compresión. Durante la compresión, el pistón se mueve desde el punto muerto inferior al punto muerto superior. Este golpe tiene dos funciones: en primer lugar, aumentar la temperatura del aire y preparar el autoencendido del combustible; en segundo lugar, crear las condiciones para la expansión y el funcionamiento del gas. Cuando el pistón se mueve hacia arriba y la válvula de admisión se cierra, el aire en el cilindro se comprime. A medida que el volumen disminuye, la presión y la temperatura del aire continúan aumentando. La presión y la humedad al final de la compresión están relacionadas con el grado de compresión del aire, es decir, con la relación de compresión. Generalmente, la presión y temperatura al final de la compresión son Pc=4-8MPa, Tc=750-950K.
La temperatura de autoignición del diésel es de aproximadamente 543-563K, y la temperatura al final de la compresión es mucho más alta que la temperatura de autoignición del diésel, que es suficiente para garantizar que el combustible inyectado en el cilindro se encienda y queme. el suyo.
El diésel inyectado en el cilindro no se enciende inmediatamente, sino que sólo se enciende después de sufrir cambios físicos y químicos. Este período de tiempo es de aproximadamente 0.001-0.005 segundos, conocido como período de retardo de encendido. Por lo tanto, es necesario comenzar a rociar combustible atomizado dentro del cilindro en un ángulo del cigüeñal de 10-35 grados antes de que el cigüeñal alcance el punto muerto superior, y lograr la presión de combustión más alta en la cámara de combustión cuando el cigüeñal alcance {{ 4}} grados después del punto muerto superior, lo que obliga al pistón a moverse hacia abajo.
Tercer golpe: hacer trabajo. Al inicio de esta carrera, se quema la mayor parte del combustible inyectado en la cámara de combustión. Durante la combustión se libera una gran cantidad de calor, lo que provoca un fuerte aumento de la presión y la temperatura del gas. El pistón se mueve hacia abajo bajo la acción del gas a alta temperatura y alta presión y hace girar el cigüeñal a través de la biela para realizar un trabajo externo. Por eso, este golpe también se llama golpe de potencia o de trabajo.
A medida que el pistón desciende, el volumen del cilindro aumenta y la presión del gas disminuye. La carrera de trabajo finaliza cuando el pistón alcanza el punto muerto inferior y se abre la válvula de escape.
En la animación, la parte ascendente de la línea de cambio de presión durante la carrera de trabajo representa el fuerte aumento de presión cuando se quema combustible en el cilindro, y el punto más alto representa la presión de combustión más alta Pz. La presión y la temperatura en este punto son:
Pz=6-15MPa, Tz=1800-2200K
La relación entre la presión de combustión más alta y la presión del punto final de compresión (Pz/Pc) se denomina relación de aumento de presión durante la combustión, expresada como λ. Según los distintos tipos de motores diésel, el rango del valor de λ a máxima potencia es el siguiente: λ=Pz/Pc=1.2-2.5.
Cuarto tiempo: escape. La función de la carrera de escape es descargar los gases de escape expandidos para llenarlos con aire fresco y prepararlos para la admisión del siguiente ciclo. Cuando el pistón de carrera de trabajo se mueve cerca del punto muerto inferior, la válvula de escape se abre y el pistón se mueve desde el punto muerto inferior hasta el punto muerto superior bajo el impulso del cigüeñal y la biela, y descarga los gases de escape fuera del cilindro. Debido a la resistencia en el sistema de escape, al inicio de la carrera de escape, la presión del gas dentro del cilindro es 0.025-0.035MPa mayor que la presión atmosférica, con una temperatura Tb de {{4 }}K. Para reducir la resistencia del movimiento del pistón durante el escape, la válvula de escape se abre antes del punto muerto inferior. Tan pronto como se abre la válvula de escape, el gas con una cierta presión sale inmediatamente del cilindro y la presión dentro del cilindro cae rápidamente. De esta manera, cuando el pistón se mueve hacia arriba, los gases de escape dentro del cilindro se descargan mediante el movimiento ascendente del pistón. Para utilizar la inercia del flujo de aire durante el escape y garantizar que los gases de escape se descarguen limpiamente, la válvula de escape se cierra solo después del punto muerto superior.
En la animación, la curva de la carrera de escape representa que la presión del gas dentro del cilindro es casi constante durante el proceso de escape, pero ligeramente superior a la presión atmosférica. La presión Pr al final de la carrera de escape es aproximadamente 0.105-0.115MPa, y la temperatura Pr del gas de escape residual es aproximadamente 850-960K.
Debido al hecho de que las válvulas de admisión y escape se abren temprano y se cierran tarde; Entonces, al final de la carrera de escape y al comienzo de la carrera de admisión, cuando el pistón está cerca del punto muerto superior, hay un período de tiempo en el que las válvulas de admisión y escape se abren simultáneamente, lo cual está representado por el ángulo del cigüeñal y se llama el ángulo de superposición de la válvula.
Una vez finalizada la carrera de escape, la carrera de admisión comienza nuevamente y todo el ciclo de trabajo se repite de acuerdo con el proceso anterior. Debido a que el ciclo de trabajo de este motor diésel se completa con cuatro carreras del pistón, es decir, dos revoluciones del cigüeñal, se le llama motor diésel de cuatro tiempos.
En los cuatro tiempos de un motor diésel de cuatro tiempos, sólo el tercer tiempo, que es el impulso de trabajo, genera energía para realizar el trabajo externo, mientras que los otros tres tiempos son el proceso de preparación para el trabajo consumidor. Para lograr esto, se debe instalar un volante en un motor diesel de un solo cilindro, utilizando la inercia rotacional del volante para asegurar el funcionamiento continuo y uniforme del cigüeñal a lo largo de los cuatro tiempos.
Ventajas estructurales
1. Estructura de soporte principal tipo bastidor única, alta rigidez del cuerpo, pequeña amplitud de vibración y bajos decibeles de ruido.
2. Un cilindro, una tapa, facilita el mantenimiento del vehículo y reduce los costes de mantenimiento.
3. Los componentes principales se compran constantemente a nivel mundial, logrando una alta configuración del motor.
4. Los accesorios del motor diesel están completamente instalados, con enfriadores de aire, intercambiadores de calor de agua de mar y agua dulce, etc. instalados en el motor diesel para facilitar el diseño del compartimiento del motor.
5. El sistema de enfriamiento del motor diesel adopta un método de enfriamiento de agua de doble circulación interna y externa. La circulación interna utiliza agua dulce para enfriar el motor diésel, mientras que la circulación externa utiliza agua de mar para enfriar el agua dulce a través de un intercambiador de calor de agua dulce de mar, lo que mejora la vida útil del motor diésel.
6. Un sistema integral de protección y control, equipado con un instrumento de monitoreo funcional del motor diesel, puede medir y mostrar automáticamente la velocidad, la temperatura del agua, la temperatura del aceite y la presión del motor diesel. Cuando los parámetros del motor diésel exceden el límite, puede emitir una alarma y apagarse automáticamente, y opcionalmente se puede equipar un instrumento de control remoto.
7. Excelente diseño, que utiliza un tubo de escape con camisa de agua para mantener baja la temperatura de la cabina.
8. Tiene buena adaptabilidad y es compatible con volantes de motor diésel de las series WD615C y WD618C, carcasas de volante, instrumentos de monitoreo de motores diésel, tubos de escape con camisa de agua, bombas de agua de mar y otros componentes. Las dimensiones de instalación del motor diésel, el volante y la carcasa del volante también son las mismas, lo que facilita la combinación y el mantenimiento.
9. La polea del extremo delantero del cigüeñal está reservada con una ranura para polea y una brida de conexión para dispositivos de salida de energía exteriores.
