1

System rozruchu i sterowania pracą silnika – temat nr 15( 2).

a/ zasady tworzenia momentu napędowego w czasie rozruchu pneumatycznego (obieg cieplny

rozruchu pneumatycznego), działanie elementów w pneumatycznej instalacji rozruchu,

działanie rozdzielacza i zaworu rozruchowego.

b/ zasady przesterowania wału korbowego w czasie rozruchu w dwóch kierunkach obrotów

silnika (nawrotność).

c/ omówienie zabezpieczeń wbudowanych w systemie sterowania silnikiem.

d/ opis współdziałania układu sterowania podczas manewrowania silnikiem.

Zasadniczym zadaniem układu rozruchowo-nawrotnego jest nadanie silnikowi prędkości obrotowej zapoczątkującej proces

roboczy( wykonanie pracy sprężenia ładunku i pokonanie oporów tarcia i bezwładności).

Zadaniem pomocniczym jest szybkie wyhamowanie silnika okrętowego w razie konieczności nadania statkowi wstecznego

napędu.

Rozruch silnika okrętowego odbywa się sprężonym powietrzem o ciśnieniu 2,5 – 3,0 MPa.

Silniki pomocnicze czterosuwowe do 5 cylindrów uruchamia się rozrusznikami pneumatycznymi a mniejsze rozrusznikiem

elektrycznym.

Silniki okrętowe dużej i średniej mocy budowane są jako nawrotne przy napędzie statku śrubą napędową o stałym skoku.

Silniki napędzające śrubę o zmiennym skoku mogą być silnikami nienawrotnymi.

Momenty rozrządu czynnika roboczego, paliwa i powietrza rozruchowego ogólnie nie są symetryczne względem GMP i

DMP i z tego powodu krzywki biegu naprzód nie zapewniają prawidłowego rozrządu czynnika roboczego, paliwa i powietrza

rozruchowego podczas biegu wstecz.

Prawidłowy rozrząd tych czynników dla obu kierunków prędkości obrotowej uzyskuje się:

•

przez stosowanie dwóch kompletów krzywek, oddzielnie dla biegu wstecz i biegu naprzód – w tym

przypadku krzywki wraz z wałem rozrządu przestawiane są osiowo, w drugim kątowo.

2

•

p

rzez obrót symetrycznych krzywek o określony kąt - wykonywane jest to przez kątowe przesterowanie elementu

napędzanego przez krzywkę ( rolki), czyli względne, przesterowanie kątowe krzywki-przesterowanie kątowe.

Układ rozruchowy i nawrotny spełniają wprawdzie różne zadania, jednak ich działanie jest wzajemnie zależne przez blokady

i zabezpieczenia uniemożliwiające rozruch silnika nie przesterowanego lub przesterowanego w niewłaściwym kierunku.

Powietrze potrzebne do rozruchu silników głównych i zespołów prądotwórczych gromadzi się w zbiornikach stalowych o

pojemności określonej przepisami klasyfikacyjnymi dla danego silnika.

Pojemność jednego zbiornika powinna wystarczyć, bez uzupełniania zbiornika, na co najmniej sześć rozruchów silnika

nienawrotnego ( od stanu zimnego) i dwanaście dla silnika nawrotnego.

Ilość zużywanego powietrza zależy od:

•

właściwości konstrukcyjnych silnika ( rodzaju wtrysku, stosunku sprężania, itp.,

•

jego temperatury,

•

oraz przy rozruchu ręcznym od umiejętności manewrującego.

Zespól urządzeń i mechanizmów układu rozruchowo nawrotnego można podzielić na:

•

podstawowy układ rozruchowy – zespół urządzeń i mechanizmów służących do rozruchu silnika bez urządzeń

pomocniczych, awaryjnych, kontrolnych i automatycznego sterowania,

•

podstawowy układ nawrotny.

Podstawowy układ rozruchowy silników głównych.

Schemat (rys.8.3) – układ zawiera:

•

samoczynny zawór manewrowy,

•

kolektor powietrza rozruchowego,

•

zawory rozruchowe,

•

zawór wstępnego sterowania,

•

rozdzielacz powietrza, zbiornik sprężonego powietrza,

•

przewody łączące poszczególne urządzenia.

3

Wymienione elementy tworzą następujące zespoły funkcjonalne(rys.8.3):

•

instalację roboczego powietrza rozruchowego,

•

instalację powietrza sterowania wstępnego,

•

instalację powietrza sterowania zaworem rozruchowym.

Uproszczone układy rozruchowe ( rys.8.4).

Urządzenia i mechanizmy podstawowego układu rozruchowego:

1.

samoczynne zawory manewrowe ( rys. 8.5; 8.6; 8.7; 8.8) – sterowane pneumatycznie lub awaryjnie ręcznie.

2.

zawory rozruchowe – sterowane pneumatycznie powietrzem z oddzielnego obiegu (silniki główne i pomocnicze)

lub bezpośrednio powietrzem roboczym (czasami silniki pomocnicze oraz główne małej mocy).

Wykonywane w dwóch odmianach:

a/

otwierane powietrzem i zamykane sprężyną (jednostronnie pneumatyczne) :

•

rys.8.9 - odlotem i dolotem powietrza sterującego steruje rozdzielacz powietrza rozruchowego;

•

rys.8.10 – zawory silników pomocniczych, bezpośrednio osadzone w głowicy,

•

rys.8.13 – zawór rozruchowy firmy B&W.

b/

otwierane i zamykane powietrzem sterującym ( dwustronnie pneumatycznie sterowane):

•

rys.8.11 – zasada działania zaworu sterowanego dwustronnie,

•

rys.8.12 – przekrój poprzeczny.

3. rozdzielacze powietrza – zadaniem rozdzielacza jest sterowanie otwarciem i zamknięciem zaworów rozruchowych

w okresie rozruchu / hamowania silnika w odpowiednich katach OWK / pozycjach tłoka w tulei cylindrowej.

Schematy uproszczone – rys.8.14.

3.

zawory wstępnego sterowania – znajdują się na stanowisku manewrowym lub pulpicie sterowniczym w CMK.

4

Początek rozruchu

α

PR

= 5-0

o

przed GMP

α

KR

= 75-100

o

po GMP

Początek hamowania

α

PR

= 100-75

o

przed GMP

α

KR

= 0

o

przed GMP

Pod względem konstrukcyjnym rozdzielacze dzielimy na:

•

zaworowe – rys.8.14.a; 8.15;

•

suwakowe – rys.8.14b; 8.16

•

tarczowe-rys. 8.14c; 8.17;

Podział pod względem konstrukcyjnym:

1.

suwakowe (rys.8.18a)

2.

grzybkowe (rys 8.18b) – zawór sterowany zdalnie lub automatycznie ( jako zawór wstepny oraz

samoczynny zawór manewrowy).

Układ powietrza rozruchowego do pracy automatycznej – rys.8.19.

Układ rozruchowy z siłownikiem pneumatycznym – rys.8.20.

Hamowanie układu napędowego powietrzem rozruchowym – rys.8.21.

Hamowanie układu napędowego powietrzem rozruchowym może być konieczne podczas manewrów zmiany kierunku biegu

układu napędowego z silnikiem bezpośrednio nawrotnym.

Wykonanie takiego zadania wymaga zatrzymania wszystkich ruchomych mas układu napędowego i rozruchu silnika w

przeciwnym dotychczas kierunku.

Czas wykonania takiego manewru zależy w decydującym stopniu od czasu potrzebnego na zatrzymanie układu napędowego,

mierzonego od chwili wyłączenia dawki paliwa do silnika.

Decydują o tym:

•

energia kinetyczna układu napędowego i prędkość statku,

5

•

możliwości hamowania układu napędowego wynikające z zastosowanych rozwiązań konstrukcyjnych ( hamulce

wałowe, hamowanie sprężonym powietrzem, samohamownie samego układu napędowego)

W wolnoobrotowych silnikach dwusuwowych najczęściej stosowane jest hamowanie silnika sprężonym powietrzem.

Hamowanie układu napędowego sprężonym powietrzem, doprowadzanym do cylindrów przez układ rozruchowy, jest

najczęściej stosowanym sposobem skrócenia czasu zatrzymania silnika podczas manewru zmiany jego kierunku obrotu,

jeżeli manewr ten należy wykonać bardzo szybko, a silnik ma dużą prędkość obrotowa.

Manewr ten wykonuje się w sytuacjach uzasadnionych względami bezpieczeństwa żeglugi.

Proces ten polega na:

•

odcięciu dopływu paliwa ( po zmniejszeniu prędkosci obrotowej ( 0,4 -0,5n

n

)

•

przesterowaniu układu rozrzadu powietrza rozruchowego.

Wykres rozrzadu powietrza rozruchowego oraz położenia tłoka i krzywek rozruchowych podczas manewrów – rys.8.21.

Układy nawrotne.

Aby silnik mógł obracać się w obu kierunkach, momenty i okresy rozrzadu czynnika roboczego paliwa i powietrza

rozruchowego musza być dostosowane do obu kierunków obrotu.

Powyższe realizuje się prze zastosowanie rozrzadu podwójnego kompletu krzywek tzn.:

•

oddzielnych krzywek dla biegu naprzód i oddzielnych krzywek dla biegu wstecz,

•

przez kątowe przestawienie symetrycznych krzywek o określony kąt,

•

przez kątowe przesterowanie rolki mechanizmu napędowego względem krzywki (stosowane do przesterowania

pomp wtryskowych).

Sposób przesterowania dzieli układy nawrotne silników okresowych na:

•

układy osiowego przesterowania wału rozrzadu,

•

układy kątowego przesterowania wału rozrzadu.

Układ nawrotny silnika składa się z zespołu mechanizmów wykonujących zasadnicze i pomocnicze zadania w procesie

przesterowania i nosi nazwę podstawowego układu nawrotnego.

6

Mechanizmami wykonującymi zasadnicze są urzadzenia przesterowujące wały rozrzadu:

•

silniki i sprzęgła nawrotne,

•

urządzenie nimi sterujące.

Pozostałe, aczkolwiek niezbędne w procesie przesterowania to urzadzenia pomocnicze zapewniające właściwą sekwencje

działania oraz bezpieczeństwo manewru i kontrole prawidłowości jego wykonania.

Urządzeniami pomocniczymi są:

•

blokady członów sterowania rozruchem i wtryskiem paliwa,

•

urzadzenia zapewniające prawidłowy kierunek rozruchu,

•

siłowniki wyłączające układ wtryskowy na czas rozruchu oraz ich urzadzenia sterujące,

•

blokady w obracarce.

Układy nawrotne osiowego przesterowania wału rozrzadu – rys. 8.22; 8.23; 8.24; 8.28 – schemat układu silnika

Sulzer Z40/48.

Osiowe przesterowanie polega na podstawieniu ( osiowym przesunięciu wału rozrzadu na odległość rozstawu krzywek)

właściwego dla żądanego kierunku obrotów kompletu krzywek pod popychacze”

•

zaworów,

•

pomp wtryskowych,

•

rozdzielaczy powietrza.

Prac przesterowania wykonuje tłokowy siłownik hydrauliczny sterowany olejem z instalacji smarowania silnika.

Układ nawrotny kątowego przesterowania wału rozrzadu – rys.8.25; 8.26; 8.27; 8.29 – schemat układu silnika

Sulzer RD.

Kątowe przesterowanie wału następuje przed lub w trakcie rozruchu silnika – są to urządzenia zaliczane konstrukcyjnie do

sprzęgieł kłowych z luzem międzyzębnym odpowiadającym kątowi przesterowania.