Czterosuwowy silnik okrętowy: jak działają głowice cylindrów i części zamienne

Na statku rybackim pojawia się nieszczelność kompresji na jednym cylindrze silnika pomocniczego. Głowica cylindra wyłącza się w ciągu jednego dnia, a główny inżynier staje przed znanym wyborem: naprawić odlew lub go wymienić. W przypadku czterosuwowego silnika morskiego decyzja ta zwykle sprowadza się do trzech czynników: stanu gniazd zaworów, płaskości pokładu ogniowego oraz wyniku próby ciśnieniowej kanałów chłodzących. Wszystko później jest problemem związanym z zaopatrzeniem, a nie inżynierią.

Czterosuwowe silniki morskie mają bardzo szeroki zakres zastosowań, od małych agregatów prądotwórczych na statkach przybrzeżnych po silniki główne średniej prędkości na promach, holownikach i łodziach rybackich. Łączy je cykl zapłonu, który wymaga dwóch obrotów wału korbowego, oraz głowica cylindrów, która musi uszczelnić spalanie, prowadzić zawory, przenosić wtryskiwacz i jednocześnie przepuszczać płyn chłodzący. W tym artykule wyjaśniono, jak działa cykl, gdzie znajduje się głowica cylindrów w ramach tego cyklu oraz jak kupić części zamienne bez powodowania drugiej awarii.

Co właściwie dzieje się podczas czterech uderzeń

Nazwa pochodzi od liczby ruchów tłoka potrzebnych do zakończenia jednego cyklu zasilania. Dolot, kompresja, moc i wydech; cztery skoki tłoka, dwa obroty wału korbowego, jeden wtrysk na cylinder.

• Udar indukcyjny. Zawór wlotowy otwiera się, a tłok przesuwa się w dół, zasysając powietrze, które zwykle przeszło już przez turbosprężarkę i chłodnicę końcową.
• Udar kompresyjny. Obydwa zawory są zamknięte, a tłok porusza się w górę, ściskając ładunek do około 30–55 barów i podgrzewając go znacznie powyżej temperatury zapłonu oleju napędowego.
• Skok mocy. Paliwo wtryskiwane jest tuż przed górnym martwym punktem, spala się, a rozprężający się gaz przesuwa tłok w dół. Jest to jedyny ruch, który powoduje użyteczną pracę.
• Skok wydechu. Zawór wydechowy otwiera się, a unoszący się tłok wypycha spalone gazy do kolektora i turbosprężarki.

Z powodu tej kolejności czterosuwowa głowica cylindrów musi być wyposażona w co najmniej jeden zawór dolotowy i jeden zawór wydechowy, często po dwa z każdego, a także wtryskiwacz, prowadnice zaworów, wkładki gniazd zaworowych i oddzielające je kanały chłodzące. Wałek rozrządu oraz popychacze lub wahacze napędzające te zawory są zestrojone z wałem korbowym, dzięki czemu każde zdarzenie zachodzi pod właściwym kątem.

Zamiast tego silnik dwusuwowy uruchamia się przy każdym obrocie wału korbowego, wykorzystując otwory przepłukujące i jeden zawór lub otwór wydechowy. Ta pojedyncza różnica wyjaśnia, dlaczego oba typy silników miały różne zadania na pokładzie.

Dlaczego statki nadal mają silniki czterosuwowe

Silnik dwusuwowy wytwarza suw mocy przy każdym obrocie i właśnie dlatego największe statki oceaniczne wykorzystują wolnoobrotowe silniki dwusuwowe jako główny napęd: mniej części, tolerancja na ciężki olej opałowy i bardzo niskie zużycie paliwa na kilowatogodzinę. Silniki czterosuwowe wygrywają w innych kwestiach ważnych dla właścicieli i operatorów: mniejsza masa przy tej samej mocy, mniejsza powierzchnia zajmowana przez silnik, lepsza kontrola emisji i wyższe prędkości, które pozwalają bezpośrednio sprzężonemu generatorowi wytwarzać moc 50 Hz lub 60 Hz bez skrzyni biegów.

W praktyce większość czterosuwowych silników okrętowych to silniki pomocnicze lub silniki główne na mniejszych statkach. Obowiązki generatora zwykle wynoszą 750, 1000, 1200, 1500 lub 1800 obr./min, w zależności od liczby biegunów i częstotliwości sieci, podczas gdy jednostki napędowe średniej prędkości zwykle pracują w zakresie od 400 do 1000 obr./min.

Dlaczego głowice cylindrów czterosuwowych ulegają awarii

Czterosuwowa głowica cylindrów to pojedynczy odlew, który musi zawierać pokład ogniowy, dwa lub cztery otwory zaworowe, otwór wtryskiwacza i sieć kanałów chłodzących. Aby uzyskać ogólny pogląd na część i powierzchnie istotne podczas kontroli, należy zapoznać się z tym wyjaśnieniem co to jest głowica cylindrów obejmuje podstawy.

W trakcie eksploatacji metal po stronie pokładu ogniowego może osiągnąć trzysta do czterystu stopni Celsjusza, podczas gdy po stronie wody utrzymuje się na poziomie blisko dziewięćdziesięciu stopni. Każda zmiana obciążenia powoduje popychanie odlewu przez ten gradient, a po kilku tysiącach godzin pracy konsekwencje pojawiają się w przewidywalnych miejscach:

• Gniazda zaworów zagłębiają się w głowicy, dzięki czemu zawór jest osadzony głębiej, a luz popychacza zmniejsza się.
• Pęknięcia pojawiają się pomiędzy dwoma gniazdami lub pomiędzy gniazdem a tuleją wtryskiwacza.
• Kanały chłodzące ulegają korozji, najczęściej obok zaworu wydechowego.
• Uszczelki wtryskiwaczy ulegają uszkodzeniu, przez co paliwo przedostaje się do wody chłodzącej lub woda do cylindra.
• Pokład ogniowy odkształca się, co powoduje uszkodzenie uszczelki.
• Gwinty śrub głowicy rozciągają się lub zrywają w bloku.

Żaden z tych problemów nie ogłasza się po cichu. Zwykle pierwszymi sygnałami są spadający odczyt kompresji, rosnąca temperatura spalin na jednym cylindrze, pęcherzyki w zbiorniku wyrównawczym lub niewielki spadek poziomu płynu chłodzącego.

Napraw lub wymień głowicę cylindrów

Wniosek pierwszy: jeśli czterosuwowa głowica cylindrów do zastosowań morskich ma pęknięcia pomiędzy gniazdami zaworów lub wymaga wymiany więcej niż dwóch wkładek gniazd ze względu na duże zagłębienie w gnieździe, wymiana jest zwykle tańsza niż spawanie i ponowna obróbka oraz znacznie mniej ryzykowna. Jeśli jest to rutynowy przegląd, podczas którego wystarczy wymienić zawory, prowadnice i gniazda, naprawa nadal ma sens.

W przypadku pojedynczej głowy warunki te zwykle przechylają szalę ku wymianie:

• Płaskość pokładu ogniowego poza granicą producenta, którą często mierzy się w ułamkach milimetra.
• Wyciek z wnęki chłodzącej podczas próby ciśnienia hydrostatycznego.
• Pęknięcia pomiędzy gniazdami lub w sąsiedztwie zaworu wydechowego.
• Otwór wtryskiwacza, który nie jest już okrągły, lub uszkodzone gwinty.
• Odlew, który był już naprawiany dwa lub trzy razy.

Ryzyko zaopatrzenia należy do tej samej kalkulacji. Przerobiona głowica oznacza dodatkowy czas obróbki, drugi zestaw uszczelek i kolejny podnośnik dźwigiem, a statek oczekujący na burcie kosztuje więcej dziennie niż nowy odlew zastępczy.

Zamawianie zamiennej głowicy cylindrów do silnika czterosuwowego

Zamienna głowica cylindrów jest kompatybilną częścią wykonaną według oryginalnych wymiarów, a nie częścią oryginalnego wyposażenia. W praktyce oznacza to, że model silnika na tabliczce znamionowej nie wystarczy. Zamówienie wymaga zestawu wymiarów i identyfikatorów, zanim cokolwiek zostanie wycięte lub wysłane.

• Marka silnika, model i numer seryjny.
• Praca, generator czy napęd, ponieważ rozmieszczenie zaworów może różnić się w obrębie jednej rodziny silników.
• Liczba zaworów, średnica grzybka zaworu i średnica trzpienia zaworu.
• Typ wtryskiwacza i wymiary tulei wtryskiwacza.
• Położenie i układ otworów na wodę chłodzącą.
• Grubość pokładu ogniowego i całkowita wysokość głowicy.

Dokumentacja i czas realizacji są równie ważne. Poproś o certyfikat materiałowy, raport z próby ciśnieniowej i protokół kontroli wymiarowej oraz potwierdź sposób pakowania części, ponieważ niezabezpieczony pokład przeciwpożarowy nie przetrwa długiego transportu morskiego. Aby zapoznać się z asortymentem dostaw zorganizowanym według marki silnika, zobacz katalog części zamiennych do głowicy cylindrów .

Pasujące głowice cylindrów według marki silnika

Głowice cylindrów rzadko są wymienne w przypadku różnych marek. Odlew dla jednego producenta i odlew dla innego, wspólne otwory na śruby i niewiele więcej, dlatego zamawianie według marki i modelu jest praktyczną drogą.

Silniki średnioobrotowe firmy MAN są powszechnie stosowane na promach i holownikach, a ich głowice są zwykle wyposażone w cztery zawory z gęsto upakowanymi kanałami chłodzącymi, dlatego najtrudniej jest poprawnie odtworzyć geometrię strony wodnej.

DONGFANG Głowica cylindra | Zamienne części zamienne kompatybilne z morskimi silnikami wysokoprężnymi MAN Kompatybilne modele: L16/24, L23/30, L23/30H, L28/32A, S26MC, L31, L35MC, S35MC, L50MC-C I. Przegląd produktów Głowice cylindrów DONGFANG są kompatybilnymi zamiennikami innych firm... Zobacz produkt →

Silniki Yanmar pojawiają się wszędzie na łodziach rybackich i małych statkach przybrzeżnych, o mocy od kilkudziesięciu kilowatów do kilku tysięcy, a ich głowice cylindrów są często wymieniane podczas remontów kapitalnych, a nie podczas całkowitej przebudowy.

DONGFANG Głowica cylindra | Zamienne części zamienne kompatybilne z Yanmar Marine Diesel Engi Kompatybilne modele: NY160, N165, N180, EY180, N210, EY220, N260, EY260, N280A, N330, S165, S185, M200L, M220L, RAL170, MAL220, UAL200UT, T240, T260, Z280DT, Z280ET, MF2... Zobacz produkt →

Jednostki średnioobrotowe Daihatsu są szeroko stosowane do zasilania pomocniczego, a niedopasowana głowica szybko objawia się nierówną temperaturą spalin w cylindrach.

DONGFANG Głowica cylindra | Zamienne części zamienne kompatybilne z Daihatsu Marine Diesel En Kompatybilne modele: DL-20, DL-22, DL-26, DL-28, DL-32, 5DK-20, 6DK-20, DK-28, DS-26, PS-26H (D), DC-17, DE-18 Zobacz produkt →

Podobne głowice zamienne są dostarczane do innych rodzin silników okrętowych, w tym modeli Akasaka, Kobe, MaK, Makita, Wartsila, Hanshin i Niigata, a także do krajowych chińskich silników wysokoprężnych stosowanych w generatorach i pompach.

Kontrole instalacji i próby morskiej

Prawidłowe dopasowanie głowicy decyduje o tym, czy zamiennik wytrzyma tak długo, jak oryginał. Wykonaj poniższe kroki w podanej kolejności:

1. Przed czyszczeniem czegokolwiek porównaj nowy odlew ze starą głowicą lub rysunkiem, sprawdzając położenie otworów wodnych, grubość pokładu i średnicę wtryskiwacza.
2. Oczyść gwinty bloku, sprawdź śruby głowicy pod kątem rozciągnięcia i wymień każdą ugiętą śrubę.
3. Zamontuj nową uszczelkę we właściwej kolejności, sprawdzając kanały oleju i wody i unikaj stosowania uszczelniacza, chyba że producent tak zaleca.
4. Dokręcić śruby głowicy w podanej kolejności i etapach, używając skalibrowanego klucza dynamometrycznego i, jeśli jest to określone, kątomierza.
5. Ustaw luzy zaworowe na zimno i zanotuj wartości, aby móc je ponownie sprawdzić na gorąco.
6. Napełnij i odpowietrz układ chłodzenia, następnie sprawdź szczelność na złączach głowicy i wokół tulei wtryskiwaczy.
7. Uruchom silnik najpierw bez obciążenia, a następnie pod obciążeniem, obserwując temperaturę spalin, temperaturę wylotową wody w płaszczu i ciśnienie w skrzyni korbowej dla każdego cylindra, który zachowuje się inaczej niż pozostałe.

Dokręcanie po pierwszych kilku godzinach pracy jest nadal standardową praktyką w wielu silnikach średnioobrotowych, nawet jeśli instrukcja tego nie wymaga. Kosztuje godzinę i zapobiega późniejszej znacznie droższej awarii.

Cykl czterosuwowy nie zmienił się od stulecia, nie zmieniły się również przyczyny awarii głowic cylindrów. Zmienia się to, jak łatwo jest znaleźć zamiennik pasujący do oryginalnych wymiarów, oryginalnych kanałów wodnych i oryginalnego materiału. Przed złożeniem zamówienia połącz markę, model i dane pomiarowe, poświęć czas na potwierdzenie wymiarów pokładu ogniowego i geometrii chłodzenia, a statek dotrzyma swojego harmonogramu.