Budowa, wykonanie i materiały podstawowych elementów układu korbowego – temat. 10.

a)

tłoki,

b)

sworznie tłoka,

c)

pierścienie tłokowe,

d)

trzon tłoka,

e)

wodzik, korbowód,

f)

wał korbowy,

g)

łożyska układu korbowego,

h)

chłodzenie tłoków – wpływ intensyfikacji chłodzenia na budowę konstrukcyjną podzespołów.

Wiadomości wstępne.

W zależności od sposobu równoważenia siły PN ( siła wywołująca nacisk tłoka na gładź tulei cylindrowej lub nacisk wodzika na prowadnicę, wpływa na wartość siły tarcia miedzy tymi elementami, a tym samym na ich zużycie cierne – rys 4,7; 4,8) rozróżnia się dwa rodzaje układów korbowych:

• Układ korbowo-tłokowy silnika bezwodzikowego – rys.6.1 (tłok, korbowód, wał korbowy, łożyska główne, korbowe i sworzniowe, koło zamachowe),

• Układ korbowo-tłokowy silnika wodzikowego – rys. 6.2 (tłok, trzon tłokowy, wodzik, sworznie wodzika, prowadnica wodzika, korbowód, wał korbowy, łożyska główne, korbowe, koło zamachowe)

Wszystkie części układu znajdują się w zamkniętej skrzyni korbowej, uniemożliwiającej ich

bezpośrednią obserwację podczas ruchu silnika.

Ad.A/

Tłoki silników okrętowych

Zadania i warunki pracy. Rodzaje tłoków.

Głównym zadaniem tłoka jest:

• szczelne, suwliwe zamknięcie przestrzeni roboczej cylindra,

1

• przeniesienie za pośrednictwem pozostałych elementów układu tłokowo-korbowego sił gazowych na wał korbowy,

• przenoszenie siły nacisków bocznych PN na ściany tulei cylindrowej – silnik bezwodzikowy,

• sterowanie rozrzadem powietrza i spalin (wymiana czynnika roboczego),

• spełnianie przez dolna część tłoka roli spręzarki powietrza ładującego

Najbardziej narażone na obciążenie cieplne i mechaniczne są:

• denko tłoka (rozkład temperatur rys.6.3; 6,4; 6,5; 6,6 zależny od konstrukcji, materiału tłoka sposobu chłodzenia i stopnia obciążenia silnika – najniższe temperatury maja tłoki wykonane ze stopów lekkich),

• rowki pierścieni tłokowych,

• mostki między rowkami,

• piasta sworznia tłokowego.

Rodzaje tłoków – rys 6.7;

• ze względu na sposób prowadzenia tłoka -tłoki silników wodzikowych i bezwodzikowych;

• ze względu na stosowane materiały – żeliwne, ze stopów aluminium (jednoczęściowe) staliwno-

żeliwne, stalowo-żeliwne ( składane),

• wg kryterium konstrukcyjnego – jednoczęściowe, składane wieloczęściowe, krótkie, długie, ze sworzniem cylindrycznym i ze sworzniem kulistym.

Materiały

Wybór materiału na tłok oraz rozwiązanie i kształt konstrukcyjny zależą od:

• rodzaju i wielkości silnika,

• od mocy jednostkowej i prędkości obrotowej,

• sposobu równoważenia siły poprzecznej PN,

• oraz od żądań dodatkowych, jakie spełnia tłok.

Wymagania stawiane materiałom na tłoki:

• duża wytrzymałość – również w wysokich temperaturach,

2

• duża odporność na powstawanie pęknięć pod wpływem obciążeń cieplnych,

• dobre własności cierne,

• mała rozszerzalność, duża przewodność,

• mały ciężar właściwy,

• dobre własności technologiczne (lejność, obrabialność).

Zasadnicze materiały stosowane na tłoki to:

• żeliwo – tłoki silników średnio i wolnoobrotowych jednoczęściowych lub składanych,

• staliwa i stale – (głowice) denka tłoków składanych,

• stopy aluminium – stopy lekkie stosowane na tłoki silników średnio i szybkoobrotowych małej i średniej mocy oraz na części prowadzące tłoków składanych.

Materiały wiązane i sposoby ulepszania własności materiałów.

• miejscowe hartowanie, chromowanie, wtapianie wkładek podpierścieniowych,

• stopy kute zamiast lanych,

• miejscowe przetapianie,

• naspawanie stopami o dużej wytrzymałości miejsc szczególnie obciążonych,

• materiały wzmacnine włóknami – specjalne druty i nitki metalowe z boru, krzemu, tlenku glinu i grafitu (wadą są wysokie koszty wytwarzania, trudna technologia wykonania).

Tłoki silników bezwodzikowych – rys.6.8; 6.9; 6.10; 6.11; 6.12; 6.13; 6.14; 6.39; 6.37; 6.40;

• Geometria tłoka – podczas pracy tłok a zwłaszcza jego górna cześć ulega odkształceniom cieplnym i

mechanicznym. Kształt tłoka w stanie zimnym musi być tak dobrany, aby w czasie pracy po nagrzaniu

się i odkształceniu osiągnął wymiary regularnego walca.

• Denka tłoków – odprowadzają ciepło do pierścieni tłokowych, tłoki silników średnich i dużych są użebrowane od strony wewnętrznej, kształt zależy od rodzaju silnika ( 2- czy 4- suwowy).

• Rowki pierścieniowe – wytłoczone w części pierścieniowej, służą do osadzenia i prowadzenia pierścieni uszczelniających i olejowych, przekroje rowków ry.6.14.

3

• Piasty sworznia – służą do ułożyskowania sworznia tłokowego łączącego tłok z korbowodem.

• Chłodzenie - chłodzone olejem z obiegu smarnego silnika, kanałem wydrążonym w korbowodzie lub

rurami teleskopowymi ( silniki 4-suwowe średnice większe od 250-300mm; silniki 2-suwowe średnice

większe od 200-300mm).

Tłoki silników wodzikowych – rys.6.16; 6.41; 6.42;

Wykonywane jako składane w części uszczelniającej i prowadzącej połączone przez trzon tłokowy.

W części prowadzącej tłoka montowane są pierścienie prowadzące – rys 6.16a;

Chłodzone wodą (woda doprowadzana rurami teleskopowymi) lub olejem z obiegu silnika za pomocą

wahaczy.

Ad.B) Sworznie tłokowe.

Sworzeń tłokowy łączy przegubowo tłok silnika bezwodzikowego z korbowodem.

Przenosi znaczne obciążenia gnące, ścinające i naciski jednostkowe, pracuje w wysokich temperaturach.

Z jednej strony ma duże wymiary z uwagi na przenoszenie dużych nacisków, z drugiej powinien mieć

możliwie małą masę z uwagi na ruch posuwisto zwrotny z tłokiem. W celu zmniejszenia ciężaru nadaje

się sworzniom kształt belki o jednakowej wytrzymałosci, dlatego sworznie wewnątrz są dwustronnie

wydrążone w formie stożka – rys.6.32.

W zależności od sposobu ustalenia swobody ruchu sworznia w piaście tłoka rozróżnia się ( rys.6.33; 6.34; 6.35);

• sworznie osadzone nieruchomo w tłoku,

• sworznie osadzone nieruchomo w korbowodzie,

• sworznie pływające – nie mocowane w piaście tłoka i w korbowodzie.

• sworznie kuliste – rys.6.36; 6.40, przez co uzyskuje się zmniejszenie nacisków, lepsze

warunki pracy łożyska, zapobiega się przegrzaniom tłoka i tulei cylindrowej, symetryczne

4

prowadzenie tłoka w tulei, co polepsza prace cylindra w zimnym stanie i podczas częściowego obciążenia, zmniejszone zużycie oleju cylindrowego.

Ad.C) Pierścienie tłokowe.

Tłoki silników okrętowych wyposażone są w trzy rodzaje pierścieni:

1. Uszczelniające- zakładane w górnej części tłoka w liczbie 3-8 sztuk (silniki współczesne 3-5 szt.), podstawowe zadanie to uszczelnienie komory spalania, odprowadzenie ciepła do tulei cylindrowej.

Podstawą prawidłowego działania jest ścisłe przyleganie do tulei cylindrowej.

Siły gazowe działające na pierścień – rys.6.17.

O wartości docisku pierścienia do tulei cylindrowej decydują:

• siła sprężystości własnej pierścienia Ps,

• wypadkowa sił nacisku gazu w kierunku promieniowym Prg,

• siła tarcia Prµ

Siły działające w kierunku osiowym – dociskające pierścień do dolnej powierzchni rowka:

• wypadkowa sił nacisku gazu w kierunku osiowym Pzg,

• siła bezwładności ( masowa) pierścienia,

• siła tarcia.

Rzeczywiste warunki pracy pierścienia są inne, spowodowane błędami geometrii kształtu i

powierzchni tulei, pierścienia i tłoka ( rowka) a przede wszystkim ich termicznymi i

mechanicznymi odkształceniami.

Wszelkie odstępstwa od założeń konstrukcyjnych jak:

• nieprawidłowy luz,

• wypracowane rowki,

• zabrudzone nagarem pierścienie i rowki,

pogarszają w praktyce warunki działania układu pierścieni uszczelniających.

Deformacja pierścienia – przyczynia się do usunięcia lub powiększenia nieszczelności pierścienia

(nieszczelności, przegrzania, uszkodzenia wzdłużne tulei cylindrowej) rys.6.22; 6.23;

Korekcja pierścieni – przykłady pierścieni korygowanych rys.6.24.

5

Materiały pierścieni uszczelniających:

• materiał podstawowy – żeliwo szare perlityczne z zawartości C i Si oraz dodatków

stopowych jak Mn, P, Cu, Ni, Mo.

• żeliwo sferoidalne,

• pokrywanie warstwą chromu, rowkowanie i miedziowanie dla polepszenia własności

ciernych.

Kształty pierścieni – rys.6.25; 6.26; rodzaje zamków – rys.6.27;

2. Olejowe – stosowane w silnikach:

• wodzikowych - rozprowadzenie oleju po gładzi tulei cylindrowej,

• bezwodzikowych – jako pierścień zgarniający, zgarnianie oleju ( mgły olejowej) do skrzyni

korbowej.

Zasada działania i budowa pierścieni olejowych – rys.6.28; 6.29.

Materiały: żeliwo stopowe.

3. Prowadzące – brązowe pierścienie ( brązy cynowe z dodatkiem ołowiu) z ilosci 2-4 sztuk

najczęściej w silnika wodzikowych, zapewniają dodatkowe prowadzenie tłoka w tulei cylindrowej.

Mocowane na tłoku, w obwodowym rowku o trapezowym przekroju i zakuwane- młotkowane –

rys.6.30.

Dobór pierścieni do danego silnika i warunków pracy pierścieni dokonuje się na podstawie wniosków i

spostrzeżeń zebranych w trakcie eksploatacji. Obsługa silnika powinna ściśle przestrzegać instrukcji

producenta w zakresie prac remontowo-konserwacyjnych bez wprowadzania własnych ulepszeń.

Ad.D) Trzony tłokowe. Dławice trzonów tłokowych.

Trzon tłokowy- wykonany ze stali węglowej lub stopowej jest elementem układu korbowo-tłokowego silnika wodzikowego i służy do połączenia tłoka z wodzikiem.

6

Ma przekrój kołowy stały na całej długości.

Część górna zakończona kołnierzem służy do mocowania tłoka, część dolna o kształcie czopa lub stopy

służy do połączenia trzona ze sworzniem wodzika (rys.6.44.).

Czynnik chłodzący tłok doprowadzany jest kanałem w trzonie ( chłodzenie olejem) lub wciśniętymi

rurami teleskopowymi wykonanymi ze stali nierdzewnej.

Rozwiazania konstrukcyjne – rys.6.44.

Prawidłowe osadzenie stopy trzonu tłokowego uzyskuje się przez osadzenie trzona w odpowiednim

miejscu i zapewnienie miedzy elementami właściwego docisku. Do łączenia trzonu tłokowego z

wodzikiem stosuje się prasy hydrauliczne (rozciągnięcie stopy trzonu tłokowego i ręczne dokręcenie

luźnej nakrętki) lub dokręcanie mechaniczne nakrętki ( kluczem) przez obrót nakrętki o odpowiedni kąt.

Dławica trzona tłokowego – stanowi ruchome uszczelnienie trzonu tłokowego w przeponie

oddzielającej przestrzeń podtłokową od skrzyni korbowej ( rys.6.45), co zapobiega przedostawaniu się do skrzyni korbowej resztek oleju cylindrowego zanieczyszczonego produktami spalania.

Zespól pierścieni uszczelniających - zapobiega przedostawaniu się powietrza ładującego do skrzyni korbowej ( rys.6.45), składa się trzech zestawów z trójdzielnych pierścieni ściskanych spiralną sprężyną (rys.6.46). Wykonane z żeliwa lub brązu.

Zespół pierścieni zgarniających – zapobiega przedostawaniu się oleju ze skrzyni korbowej do

przestrzeni podtłokowej i zużytego oleju z przestrzeni podtłokowej do skrzyni korbowej.

Wykonywane z żeliwa lub różnego rodzaju brązu ( rodzaje wykonania – rys.6.45; 6.46).

W nowych rozwiązaniach stosowane są dławice z pierścieniami teflonowymi i brązowymi.

Ad.E). Wodziki i prowadnice wodzików. Korbowody.

7

Zadania, rodzaje i budowa wodzików.

Na rys. 6.47 –schemat układu tłokowo-korbowego silnika wodzikowego (wodzik przenosi siłę tłokową Pt z trzonu tłokowego na korbowód i siłę poprzeczna PN na prowadnice wodzika).

Na rys. 6.48 – schematy stosowanych konstrukcji wodzików (jednostronny – starsze rozwiazania i dwustronny – obecnie stosowane – rys.6.49; 6.50; 6.51).

Łyżwy wodzika wykonuje się ze stali lub staliwa. Elementami zasadniczymi łyżwy wodzika są

powierzchnie ślizgowe główne i boczne pokryte białym metalem (stopem łożyskowym).

Wodziki dwustronne – umożliwiają łatwy dostęp do układu korbowo-tłokowego oraz ze względu na

symetryczność powierzchni ślizgowych – także możliwość długotrwałego obciążenia silnika podczas

biegu wstecznego – rys.6.49.

Smarowanie wodzików.

Przy chłodzeniu olejowym tłoka – smarowanie wodzika i prowadnic z instalacji chłodzenia tłoka.

Przy chłodzeniu wodnym tłoka – smarowanie wodzika i prowadnic olejem doprowadzanym do wodzika

wahaczami podobnie jak olej chłodzący tłoki.

Prowadnice wodzików – konstrukcja zależy od konstrukcji wodzika z którym prowadnica współpracuje

Prowadnica jednostronna rys. 6.48 – użebrowana płyta, listwy, podkładki kompensacyjne.

Prowadnica dwustronna – ry.6.52; 6.49.

Prowadnice wodzika silników dużej mocy są chłodzone olejem z obiegu smarowania łozysk.

Korbowody.

8

Korbowód – łącząc tłok (wodzik) w wałem korbowym, przenosi siłę tłokową na wał korbowy. Podczas pracy jest ściskany i rozciągany siłą PK oraz zginany siłą Pmk (wzór 4.23).

W korbowodzie można wyróżnić: łeb, trzon i stopę ( rys.6.53 – schematy korbowodów).

We łbie znajduje się łożysko sworznia tłokowego lub wodzikowego lub stopa, do której montuje się

sworzeń.

Stopę korbowodu stanowi łożysko obejmujące czop wału korbowego.

Konstrukcja korbowodu zależy od:

• Sposobu prowadzenia tłoka - silniki wodzikowe i bezwodzikowe.

• Układu cylindrów – rzędowy lub widlasty.

• Sposobu osadzenia sworznia tłokowego.

Korbowody różnią się między sobą konstrukcją:

• łba korbowodu – zależna od budowy łożyska sworzniowego lub wodzikowego.

• stopy korbowodu – w której mieści się łożysko korbowe.

Budowa korbowodu – materiał stal węglowa.

1. Łby korbowodu – rys. 6.54; 6.55; 6.56; 6.57; 6.58;

2. Trzony korbowodu – rys.6.57.

• przekrój kołowy, dwuteowy-silniki małej mocy,

• kanał wywiercony w osi trzonu (zmniejszenie ciężaru, doprowadzenie oleju),

• długość korbowodu 3.5-4,5 długości ramienia wykorbienia, regulacja

długości trzona za pomocą podkładki kompensacyjnej.

3. Stopy korbowodu rys.6.57– obudowa łożyska korbowego- dzielone w

jednej lub w dwóch płaszczyznach (umożliwiające wyjęcie stopy przez tuleję

cylindrową), skręcane śrubami pasowanymi,

9

Ad.F/ Wały korbowe. Koła zamachowe.

Wał korbowy

Zadania, warunki pracy, rodzaje wałów korbowych rys.6.59.

Wał korbowy obracając się przekazuje moment obrotowy silnika na:

• odbiornik mocy (śrubę napędową lub prądnicę),

• napędza również wszystkie mechanizmy (pompy wtryskowe, zawory rozrządu, pompy).

Wał korbowy jest obciążony:

• Siłami ciśnienia gazów,

• Momentami, siłami bezwładności ( masowymi).

• Siły i momenty zginają i skręcają wał a ich okresowa zmienność powoduje drgania skrętne i

poprzeczne,

• Przy napędzie śruby dochodzą drgania wzdłużne wywołane przez śrubę napędową.

• Szczególnie niebezpieczne są rezonansowe drania skrętne.

• Wskutek procesów ciernych – zużycie łożysk głównych i korbowych (czystość oleju,

częstotliwość rozruchów, warunki smarowania),

Elementy zasadnicze wału korbowego to:

• Wykorbienia składające się z dwóch ramion.

• Ramiona.

• Czopy korbowe.

• Czop główny.

• Przeciwciężary – do zrównoważenia sił masowych (przykręcane lub odlewane wraz

ramionami).

Budowa wałów korbowych.

Wały korbowe są odpowiednio dobrane do charakteru obciążenia i warunków pracy i powinny się

odznaczać wytrzymałością na rozerwanie, udarnością (odpornością na zmęczenie i ścieranie),

10

zdolnością tłumienia drgań.

Materiały:

• stal węglowa ( C= 0,35 – 0,45%),

• stale stopowe (C=0.3-07%) głównie z dodatkiem Mn, Cr, Si;

• staliwo ( C= 1,36 – 1,6%) z dodatkiem Mn, Cr, Si, Cu.

• żeliwo ciągliwe.

Technologia wykonania:

• Silniki małe – odkuwane w całości lub w dwóch trzech częściach, łączone śrubami

– rys. 6.60; 6.61. ( okuwanie metodą TR – autor prof. Tadeusz Rut, spęczenie z

jednoczesnym wyginaniem)

• Silniki dużej mocy – jako składane, poszczególne elementy lane lub odkute ( rys.6.62),

łączone skurczowo bez dodatkowych łączeń skurczowych lub spawane.

Rozstawienie korb – zależne od sposobu pracy silnika ( 2- lub 4-suwowy) oraz od kolejności zapłonu.

Kąt rozstawienia korb – przy założeniu równych odstępów czasu między poszczególnymi zapłonami

wynosi dla:

• 2-suwowych

360 / i;

• 4-suwowych

720 / i;

gdzie: i – ilość cylindrów;

Przy ustalaniu kolejności zapłonu pod uwagę bierze się:

• obciążenie łożysk i śrub ściągowych, powodowane cisnieniem z dwóch przyległych cylindrów,

• obciążenia i drgania kadłuba, powodowane momentami sił masowych pierwszego i drugiego

rzędu,

• naprężenie skręcające wał korbowy i śrubowy, wywołane drgania skrętnymi,

• drgania poprzeczne silnika,

• drgania wzdłużne wału korbowego.

11

Konstrukcja.

Wykonanie - rys.6.63, rodzaje kanałów smarnych – rys.6.64

Koła zamachowe.

Nierównomierność prędkości obrotowej silnika w czasie jednego cyklu roboczego, określoną stopniem

nierówności biegu silnika, można zmniejszyć przez podzielenie pracy silnika na kilka cylindrów lub

przez osadzenie na wale ciężkich mas obrotowych, zwanych kołami zamachowymi lub przez pierwsze i

drugie jednocześnie.

Koła zamachowe wraz z całym układem korbowym akumulują nadwyżki energii w okresie, gdy

moment obrotowy silnika jest większy od momentu odbiornika i oddają, kiedy jest odwrotnie.

Rodzaje wykonania – rys.6.65; 6.66. – konstrukcje tarczowe lub wieńcowe.

Wielkość koła zależną od stopnia nierównomierności silnika określa się momentem bezwładności koła

zamachowego Io

Io = m ( D/2)2 = mD2/4

gdzie: m – masa koła zamachowego odniesiona do środka ciężkości wieńca.

D – średnica odpowiadająca środkowi ciężkości wieńca.

Charakterystycznym parametrem koła zamachowego jest iloczyn mD2 zwany także momentem

zamachowym koła zamachowego.

Koło zamachowe osadzone na końcu wału korbowego od strony odbiornika mocy, ma na zewnętrznej

powierzchni wieńca nacięte zęby, stanowiące wraz z kołem zębatym, obracarki jednostopniową

przekładnie zębatą, służącą do obrotu silnika.

Odcinek wału z kołem zamachowym jest dwustronnie łożyskowany.

12

Ad.G/ Łożyska układu tłokowo-korbowego.

1. Wiadomości wstępne.

Najważniejsze łożyska układu korbowo- tłokowego:

• łożyska sworzni tłokowych,

• łożyska sworzni wodzikowych,

• łożyska korbowe,

• łożyska główne,

• łożyska oporowe.

Są to łożyska ślizgowe – lepiej znoszą obciążenia dynamiczne od łożysk tocznych nie stosowanych w silnikach okrętowych.

Zasadnicze elementy łożyska ( rys.6.67) to:

• czop,

• smar,

• panew.

Rodzaje tarcia ( rys. 6.70):

• suche,

• mieszane – wystepuje podczas rozruchu i zatrzymania silnika,

• płynne – grubośc warstwy płynnej jest grubsza niż suma nierównosci, ciśnienie ca 10-30MPa powstałe w wynika tzw. efektu wyciskania – rys.6.73, który wraz z działaniem klina smarnego wytwarza dynamiczne cisnienie w warstwie smaru.

Położenie czopa w panwi – rys.6.75

Wykres ciśnień w szczelinie smarnej – rys.6.80.

Obciążenie łożysk układu korbowo-tłokowego.

Siły obciążające łożyska układu korbowego – rys. 6.83.

13

Niezawodność ruchowa łożysk ślizgowych – pewność ruchowa – jest uzalezniona od:

• zaniku tarcia płynnego

• przekroczenia granicznej temperatury łożyska – grubość szczeliny smarnej maleje wraz temperaturą, ponieważ maleje lepkośc smaru,

• przeciążenia mechanicznego materiału panwi (nagłe i częste zmiany prędkości obrotowej lub średniego ciśnienia efektywnego, nieprawidłowe spalanie, zmęczenie stopu łożyskowego), prowadzi do

uszkodzenia panwi w wyniku przekroczenia granicy plastyczności (odkształcenie panwi lub czopa) stopu łożyskowego lub jego zmęczenia,

• uszkodzeń kawitacyjnych – powstają w wyniku zmian kierunku przepływu smaru) powierzchniowe pękanie i ubytek materiału w pobliżu otworów rowków smarowych, zapobieganie polega na

zaokrągleniu krawędzi otworów i rowków smarowych, odpowiedni dobór luzu łożyskowego i ciśnienia

oleju smarnego na dopływie do łożyska.

Konstrukcja łożysk układu korbowo-tłokowego.

Na prawidłową pracę łożyska mają wpływ: konstrukcja panwi i własności stopu łożyskowego.

Popularnym najdawniej stosowanym typem są panwie dwuwarstwowe składające się z:

• Dwuwarstwowe (dwumetalowe) rys.6.86a - stalowej skorupy (łuski) wylanej stopem łożyskowym (materiałem łożyskowym) stanowiącym warstwę nośną – biały metal, brąz lub stop aluminiowo-cynowy grubość warstwy do kilku mm stosowany w nowszych konstrukcjach.

Wada – mała wytrzymałość zmęczeniowa, dla zwiększenia wytrzymałości zwłaszcza łożysk

wodzikowych warstwę białego metalu pokrywa się powłoką ołowiowo-cynową lub ołowiową o

grubości 0,01-0,03mm.

• Trójwarstwowe –rys.6.86b; stalowa skorupa, stop łożyskowy nośny i stop łożyskowy ślizgowy.

• Wielowarstwowe – wykonywane zwykle jako wiotkie a w silnikach nowej konstrukcji jako cienkościenne (rys.6.89): stalowa skorupa, brązowa warstwa ślizgowa oraz powłoka ślizgowa z miękkiego metalu lub stopu z nałożona miedzy powłokami µm warstwą zaporową.

Zaletą tych panwi jest duża wytrzymałość zmęczeniowa na naciski i zdolność dopasowywania się panwi do czopa.

14

Materiał łożyskowy – stop miękki cyny, aluminium lub brązu – rys.6.86.

Własności:

• Dobra podatność plastyczna (odkształcalność),

• Odpowiednią strukturę zdolną pochłonąć twarde zanieczyszczenia smaru,

• Dobre własności ślizgowe i odporność na zatarcie,

• Duża wytrzymałość mechaniczna – zmęczeniowa, mała rozszerzalność cieplna, odporność na zużycie

cierne, korozje oraz uszkodzenia kawitacyjne.

Stopy łożyskowe:

• Stopy na osnowie cyny -Sn lub ołowiu-Pb (tzw. białe metale) - zależność wytrzymałosci względnej łożyska ślizgowego od grubości stopu cynowego – ryr. 6.87.

• Miedzi – Cu (tzw. brązy) – stopy na osnowie miedzi i cyny, mieszaniny miedzi z ołowiem, trójskładnikowe. Brązy stosuje się na łożyska sworznia tłokowego jak również na łożyska korbowe i główne.

• Aluminium – Al.

Czopy współpracujące z panwiami.

O prawidłowej pracy łożyska decyduje materiał i struktura powierzchni czopa, która niekiedy poddaje się obróbce cieplno-chemicznej, aby uzyskać twardość powierzchni większą 4-5 razy od twardości warstwy ślizgowej.

Smar (olej smarowy) – jest również materiałem decydującym o prawidłowym działaniu łożyska.

Panwie łożyskowe = stanowi ją stalowa skorupa pokryta materiałem łożyskowym.

Cechy charakterystyczne panwi to:

• względna grubość g/ dc,

• rodzaj warstwy ślizgowej.

W zależności o stosunku łącznej grubości panwi g do średnicy czopa dc rozróżnia się ( rys.6.88) 15

• panwie sztywne (samonośne), gdy g/dc >1/10 – silniki wolnoobrotowe starszej konstrukcji;

• panwie wiotkie, gdy 1/70 < g/dc <1/10 – silniki średnio i szybkoobrotowe oraz wolnoobrotowe; całkowita wymienność bez potrzeby dopasowywania;

w tym: grubościenne, gdy g/dc = 1/10 – 1/25;

średniościenne, gdy g/dc = 1/25 – 1/40

cienkościenne, gdy g/dc = 1/40 - 1/70,

a zależnie od rodzaju warstwy ślizgowej:

• panwie dwuwarstwowe,

• panwie wielowarstwowe.

Rowki olejowe – w celu zapewnienia prawidłowego smarowania we wszystkich fazach pracy oraz podczas rozruchu i zatrzymania silnika.

Właściwe rozprowadzenie oleju w kierunku osiowym i promieniowym oraz zwiększenie przepływu a tym samych chłodzenie łożyska zapewnia kieszeń olejowa ( rys. 6.91).

Przekładki regulacyjne – z blachy mosiężnej wkładane pomiędzy panwie służą do ustalenia i regulacji luzu łożyskowego określonego w instrukcji technicznej.

Śruby łożyskowe ( dwie lub cztery), zakładane w odpowiednie otwory pokryw łączą poszczególne elementy łożyska – pokrywy, panwie, podkładki w jedną całość ( rys. 6.93).

Łożyska główne i korbowe – konstrukcja podobna (rys. 6.49; 6.95)

Łożysko sworznia tłokowego i wodzikowego – rys. 6.54; 6.96).

Łożyska oporowe – zadania i zasada działania.

Zamontowane na wyjściu wału korbowego przed kołem zamachowym, służy do przenoszenia nacisku osiowego

śruby napędowej na kadłub statku – hydrodynamiczne typu osiowego (rys.6.98) typ. Michella.

Ad.H). Chłodzenie tłoków – wpływ intensyfikacji chłodzenia na budowę konstrukcyjną podzespołów.

16

Ze względów wytrzymałościowych i wypalania materiału denek wszystkie tłoki współczesnych silników okrętowych o średnicy powyżej 250-300 mm są prawie zawsze chłodzone.

Celem chłodzenia jest ograniczenie temperatury denek do wartości gwarantującej wytrzymałość materiału.

Tłoki niechłodzone przekazują ciepło wodzie chłodzącej w obiegu chłodzenia tulei i głowic przez pierścienie tłokowe, płaszcz tłoka i tuleję cylindrową.

Tłoki chłodzone cześć tego ciepła oddają bezpośrednio czynnikowi chłodzącemu.

Efektywność chłodzenia powinna wynikać z zamierzonego celu.

Zbyt intensywne chłodzenie może powodować:

• nadmierne duże różnice temperatur i dodatkowe naprężenia w ściankach tłoka,

• dodatkowe straty ciepła, a w rezultacie spadek sprawności efektywnej i wzrost jednostkowego zużycia paliwa,

• obniżenie temperatury denka poniżej temperatury punktu rosy spalin, zwłaszcza przy obciążeniach częściowych.

Czynniki chłodzące tłok:

• olej smarowy – używany do chłodzenia tłoków silników wodzikowych i bezwodzikowych(rys.11.14) Zaletą jest prostota rozwiązania układu doprowadzenia oleju do przestrzeni chłodzącej.

Wadą jest tworzenie się osadów, przyspieszenie się starzenia oleju obiegowego i mały skutek chłodzenia 3,5- 4 razy mniejszy niż wody.

• woda słodka

Zalety: duży skutek chłodzenia, brak osadów w przestrzeniach wodnych tłoka umożliwia znaczne obniżenie temperatury tłoków, zapobiegając wypalaniu się denek i wpływa na zmniejszenie temperatury

górnych partii tulei cylindrowej. Obniża koszty inwestycyjne – zmniejszenie wymiarów pomp w 17

stosunku do pomp olejowych i chłodnic oleju oraz umożliwia zastąpienie pomp olejowych (drogich i skomplikowanych) pompami odśrodkowymi.

Wada – możliwość awaryjnego zanieczyszczenia oleju obiegowego wodą oraz erozja chłodzonej

powierzchni tłoka spowodowana uderzeniami strugi wody.

Sposoby chłodzenia – chłodzenie natryskowe (rys.11.15) i przepływowe ( rys.11.16)

Sposoby doprowadzania czynnika chłodzącego do tłoków:

• kanałami w wale korbowym i korbowodzie- rys. 11.23 ab, ciśnienie oleju 0,4 – 0,6 MPa,

• rurami teleskopowymi – rys. 11.17; 11,18;11.19 – doprowadza się zarówno olej jak i wodę chłodzącą,

• układem rur połączonych przegubowo- rys. 11.22 – olej chłodzący z instalacji smarowania łozysk.

Przykłady rozwiązań konstrukcyjnych – rys. 11.23; 11.24; 11.25; 11.26; 11.27;

Instalacja chłodzenia tłoków:

• instalacja olejowa – olej z instalacji smarowania silnika doprowadzany przegubami lub teleskopami oraz przez łożyska układu korbowo-tłokowego, ciśnienie 0,35 – 0,5 MPa.

• instalacja wodna – rys. 11.28; 11,29:

–

obieg niezależny od obiegu chłodzenia tulei cylindrowych i głowic,

–

wspólny z tymi obiegami.

18