VI. ZAGADNIENIA:

1.Funkcje kadłubów tłokowych silników spalinowych

2.Warunki pracy i wymagania stawiane kadłubom.

3.Materiały i sposoby wytwarzania.

4.Typowe rozwiązania konstrukcyjne kadłubów silników okrętowych.

LITERATURA : J.A. Wajand - „SILNIKI O ZAPŁONIE SAMOCZYNNYM”

S. Ciesielski - „OKRĘTOWE SILNIKI SPALINOWE” cz. I

ZAGADNIENIA :

1.FUNKCJE KADŁUBÓW TŁOKOWYCH SILNIKÓW SPALINOWYCH

Kadłub silnika stanowi konstrukcję nośną (szkielet silnika) służącą do mocowania wszystkich

pozostałych układów silnika a ponadto :

⇒

równoważy siły ciśnienia gazów w przestrzeni roboczej cylindra

⇒

przenosi niezrównoważone siły masowe i ich momenty na fundament

⇒

równoważy obciążenia wywołane napięciem wstępnym elementów łączonych

⇒

umożliwia zamocowanie silnika na fundamencie

⇒

tworzy olejoszczelne zamknięcie przestrzeni, w której umieszczone są ruchome elementy

mechanizmu korbowego i rozrządu

2.WARUNKI PRACY I WYMAGANIA STAWIANE KADŁUBOM SILNIKÓW.

Kadłub przenosi znaczne obciążenia, wywołane ciśnieniem gazów w przestrzeni roboczej

cylindrów, oddziaływaniem sił masowych (bezwładności elementów ruchomych) oraz napięciem

wstępnym elementów łączonych. Często występują w nim również duże obciążenie spowodowane

różnicą temperatur w różnych jego elementach składowych. Jego konstrukcji poświęca się więc

dużą uwagę uwzględniając przede wszystkim sztywność. Jest to bowiem najistotniejsza cecha

konstrukcyjna tej części. Wiotki kadłub traci w czasie swej pracy - pod wpływem różnych

zmiennych i względnie dużych obciążeń - swoją geometrię, co prowadzi do utraty założonej

niezawodności i trwałości.

Kadłub jest zwykle największym i najcięższym elementem silnika (w silnikach

szybkobieżnych około 20 - 30 % masy silnika) stąd też postulat ograniczania jego masy poprzez

staranne opracowanie konstrukcyjne (zapewniające dodatkowo łatwość i prostotę wykonania) oraz

stosowanie odpowiednich materiałów.

3.MATERIAŁY I SPOSOBY WYTWARZANIA KADŁUBÓW .

Kadłuby silników okrętowych wykonywane są głównie z żeliwa, a także (w niektórych

silnikach szybkobieżnych ) ze stopów lekkich aluminiowo-krzemowych, tzw. siluminów. Niekiedy

w przypadku dużych silników napędu głównego stosuje się kadłuby spawane z blach stalowych.

Ż

eliwo stosowane do budowy kadłubów musi mieć tak dobrany skład, aby umożliwiał

odlewanie cienkich ścianek i złożonych kształtów, zapewniał łatwą obrabialność, dostateczną

wytrzymałość oraz odporność na korozję. W porównaniu do innych kadłubów kadłuby żeliwne są

sztywniejsze, tańsze, dobrze tłumią drgania, jednak mają większy ciężar.

Ze względu na mniejszą wytrzymałość siluminów, w porównaniu z żeliwem, kadłuby

siluminowe mają znacznie grubsze ścianki, jednak mimo tego są one znacznie lżejsze. Dalsze zalety

siluminu to: możliwość odlewania w kokilach, łatwa i czysta obróbka oraz to iż kadłuby te nie

wymagają malowania wewnętrznych ścian skrzyni korbowej. Kadłuby lekkie są jednak

kosztowniejsze niż żeliwne a ponadto mniej sztywne.

Kadłuby spawane z blach stalowych są znacznie lżejsze (o ok. 15 - 25 %).Pod względem

trudności technologicznych wykonanie takiego kadłuba jest nieco łatwiejsze od odlewanych, jednak

ogólny koszt kadłuba spawanego jest wyższy. Istotną trudność stanowią również naprężenia

wewnętrzne powstające przy spawaniu.

4.

TYPOWE ROZWIĄZANIA KONSTRUKCYJNE KADŁUBÓW SILNIKÓW OKRĘTOWYCH.

4.1 Ogólne uwagi o systematyce konstrukcyjnej kadłubów.

O wymiarach kadłuba decydują pewne charakterystyczne proporcje, do których zaliczyć

można :

•

stosunek skoku tłoka do średnicy cylindra S/D

•

długość korbowodu

•

obrys ruchu stopy korbowodu

•

odległość między cylindrami

Wśród kadłubów silników okrętowych istnieje bardzo duża różnorodność poszczególnych

rozwiązań konstrukcyjnych, w związku z tym trudno również mówić o jakiejkolwiek jednoznacznej

systematyce ujmującej całościowo zagadnienie. Mimo tego, zakładając pewien stopień uproszczenia

można wyróżnić pewne wspólne cechy budowy kadłubów, którymi będzie się charakteryzowała

większość tłokowych silników okrętowych.

Typowe rozwiązania konstrukcyjne kadłubów należy rozpatrywać w dwóch umownych

grupach silników, które mogą być zarówno silnikami napędu głównego jak i silnikami

mechanizmów pomocniczych.

4.2 Kadłuby wolnoobrotowych silników wodzikowych.

Typowym rozwiązaniem kadłuba dwusuwowego okrętowego silnika wodzikowego wielkiej

mocy jest konstrukcja przedstawiona na poniższym rysunku :

Rysunek 1 Kadłub dwusuwowego silnika okrętowego wielkiej mocy.

Kadłub w tym przypadku składa się z :

a.

ramy (podstawy) fundamentowej - stanowi konstrukcję nośną silnika, na której bezpośrednio

mocowane są stojaki i wsparty jest na łożyskach głównych wał korbowy; podstawa

Rama
fundamentow
a

Misa olejowa

Stojak

Przelotnia

Blok
cylindrowy

fundamentowa umożliwia ponadto mocowanie silnika do fundamentu. Rozwiązania ram

fundamentowych różnią się w zależnożności od mocy silnika. Ramy fundamentowe silników

małych i średnich mocy odlewa się z żeliwa lub ze stopów lekkich w całości. Ramy

fundamentowe silników dużych i wielkich mocy są wyłącznie spawane, dodatkowo mogą

być wykonane jako wieloczęściowe (ze względów technologicznych lub montażowych)

łączone śrubami pasowanymi dla zapewnienia sztywności konstrukcji. Konstrukcję nośną

ramy stanowią belki wzdłużne (wzdłużnice) i poprzeczne (poprzecznice), w których znajdują

się gniazda łożysk głównych. Rama fundamentowa może być wykonana jako konstrucyjnie

zamknięta od dołu (silniki małej i średniej mocy) tzw. wanną olejową, która spełnia rolę

zbiornika oleju smarnego, lub też jako konstrukcja od dołu otwarta. Stosuje się w tym

przypadku dokręcane, blaszane osłony w postaci tzw. misy olejowej spełniającej podobną

rolę jak wanna olejowa.

b.

stojaka - wraz z ramą fundamentową tworzy skrzynię korbową silnika; wsparte są nim

przelotnie powietrza lub bezpośrednio bloki cylindrowe. Stojaki wykonuje się jako

konstrukcje spawane z blach stalowych, w których kolumny stojakowe ustawione na

poprzecznicach ramy fundamentowej i połączone ze sobą usztywniającymi blachami, tworzą

łącznie z ramą fundamentową i blokiem cylindrowym sztywny kadłub silnika, odporny na

zginanie i skręcanie. Do celów kontrolnych i konserwacyjno - remontowych po obu stronach

stojaka znajdują się otwory i włazy zamknięte pyło - i olejoszczelnymi pokrywami,

wyposażanymi czasami w małe pokrywy wziernikowe (duże silniki). W obudowie stojaków,

na pokrywach lub włazach instaluje się klapy przeciwwybuchowe, zabezpiaczające silnik

przed skutkami wybuchu par oleju w skrzyni korbowej. Są to zawory zwrotne o dużym

przekroju, otwierające się przy nadmiernym wzroście ciśnienia w skrzyni korbowej

(nadciśnienie ok. 5 kPa)

c.

przelotni powietrza

d.

bloku cylindrowego

4.3 Kadłuby silników szybkoobrotowych.