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.

Żeliwo 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.

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.

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 :

1. ramy (podstawy) fundamentowej - stanowi konstrukcję nośną silnika, na której bezpośrednio mocowane są stojaki i wsparty jest na łożyskach głównych wał korbowy; podstawa 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.

2. 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)

3. przelotni powietrza

4. bloku cylindrowego

3. Kadłuby silników szybkoobrotowych.

Rama fundamentowa

Misa olejowa

Stojak

Przelotnia

Blok cylindrowy

---