🔧ВВЕДЕНИЕ
Малыши... МАН серии 35МС выпускается с 1982-го года и от начальных параметров в 500 кВт/цилиндр и средним индикаторным давлением 14.8 бар на 200 оборотах в минуту, претерпев ряд изменений и модификаций имеет на сегодняшний день имеет мощность 650 кВт/цилиндр и среднее индикаторное давление 18.4 бара на 210 оборотах в минуту. К слову, изменений было достаточно, потому как последняя модификация имеет индекс "МАРК 6".
Но рыночек на месте не стоял и, для того, чтобы ему соответствовать, в 1993-м году в серию пошла длинноходная версия S35MC с мощностью 700 кВт/цилиндр, средним эффективным давлением 18.4 бара на 173 оборотах в минуту. Смотри Рисунок 2.
Чего такого особенного требовал рынок в 1993-м? Да ничего особенного. Уже тогда отпала необходимость доставлять грузы быстро, уступив место экономичности этой самой доставки. Поэтому потенциальные покупатели двигателей для новых судов требовали повышенной мощности для того, чтобы можно было вращать винт большего диаметра, но с меньшей частотой и чтобы на это уходило меньше топлива, чем раньше.
MAN S35MC хорошо себя зарекомендовал и широко использовался на судах дедвейтом от 5000 до 25000 тонн. Но рыночек на этом не остановился...
Требования к мощности двигателей продолжали расти и последующая модификация МАН серии МС уже выдавала 740 кВт/цилиндр при среднем эффективном давлении 19.1 бар на 173-х оборотах в минуту.
В том, что рынок ненасытен, мы уже убедились... Что на этот раз? Теперь рынок диктует условия, что заставляют конструкторов использовать прямое подключение двигателя к винту безо всяких редукторов и муфт в погоне за повышением эффективности установки. При этом, для сохранения ходкости и маневренности на приемлемом уровне нужна возможность регулировать мощность в пределах от 5000 до 10000 кВт прямо на винт.
И вот конструкторы, прильнув к своим кульманам и как следует попотев, выдают S42MC с мощностью 995 кВт/цилиндр на 136 оборотах в минуту при среднем эффективным давлении 18.5 бар.
Буквально через несколько лет новенький S42MC подвергается модификации и теперь может выдавать 1060 кВт/цилиндр на 136 оборотах при среднем эффективном давлении 19.5 бар. Та-дам! Порог в 1 МегаВатт на цилиндр преодолен и дальше рост мощности на цилиндр продолжится.
Итак, с 1982-го по сегодняшний день мировой флот получил более 1000 двигателей L35MC, более 500 S35MC, более 200 L42MC и более 250 S42MC. Эти двигатели служат десятилетиями и являются неоспоримыми лидерами в мировой индустрии. Но рыночек никогда не спит 😏...
Чтобы лучше понимать рынок уважающие себя компании на постоянной основе производят его мониторинг. Этим занимается и компания МАН. На Рисунке 3 видно, что существующие малооборотные ДВС с маленьким диаметром цилиндра перекрывают все запросы рынка в пределах от 2000 до 16000 кВт и от 99 до 167 оборотов в минуту. МАН проделал хорошую и довольно тяжелую работу, но полностью покрыл запросы судостроителей в двигателях.
Можно успокоиться и пожинать плоды собственных разработок прошлых лет? Нет! Нужно двигаться вперед или быть подвинутым кем-то более смекалистым и трудолюбивым. Вспоминаем компанию Blackberry и историю её краха...
Дело в том, что даже существующие корпуса судов могут быть оснащены винтами бОльшего диаметра, что приведет к повышению эффективности движителя при условии снижения частоты его вращения. Но чем больше винт, тем больше должна быть мощность двигателя, приводящего его во вращение, а для поддержания ходкости и маневренности минимально устойчивая частота вращения должна быть еще ниже.... Дела-а-а-а-а...
Так и появился S50ME-B. Это уже проект "МАРК9" со средним эффективным давлением 21 бар на 117-то оборотах в минуту.
🔧СРАВНИМ ДВИГАТЕЛИ
Давай-ка теперь посмотрим на характеристики старого 7S35MC и нового 6S35ME-B для того, чтобы понять, что причина перейти на новую модификацию весьма существенна.
Может показаться некорректным сравнение двигателей с одинаковыми диаметрами цилиндров, но разным их количеством, но так результат сравнения будет нагляднее.
Новый ME-B имеет бОльшую мощность, меньший вес и меньший удельный расход топлива. Естественно, что и места он будет занимать меньше.
Номинальная частота вращения ниже, что благоприятно сказывается на условиях работы винта. Снижение частоты вращения становится возможным благодаря повышению коэффициента длинноходности (соотношения хода поршня к его диаметру). Если модель 7S35MC имеет коэффициент длинноходности 4:1, то модель 6S35ME-B уже 4,4:1.
В общем и целом, новая модификация кругом хороша, так что давай теперь углубимся в её описание.
🔧СИСТЕМА ВПРЫСКА ТОПЛИВА
На Рисунке 5: Dual cylinder HCU - двойной гидравлический актуатор, Cam activated exhaust valve - управление выпускным клапаном распредвальное, Hydraulic oil line in containment - гидравлическая труба внутри корпуса распредвала, Bearings only near cams - опорные подшипники распределительного вала только около кулаков, Reduced camshaft diameter - уменьшенный диаметр распределительного вала.
Если в "двух словах", то МЕ-В - это своеобразная химера классических МЕ и МС. Выпускной клапан по прежнему управляется дискретным гидравлическим актуатором от кулаков распределительного вала. Но ТНВД уже имеют электронное управление. Они приводятся в действие гидравлической системой, работающей под давлением 300 бар, а один гидравлический блок (актуатор) управляет двумя ТНВД, то есть двумя цилиндрами.
Давление в гидравлический системе поднимают два насоса с независимыми приводами (электродвигатели). При этом, если одни из двух насосов выйдет из строя, то на втором двигатель может работать на режимах вплоть до 50% от максимальной длительной мощности и будет способен поддерживать скорость судна до 80% от номинальной.
Заметил разницу в процентных соотношениях между мощностью ГД и скоростью? Да, после определенного порога разгонять судно экономически совсем нецелесообразно.
Электронное управление впрыском топлива позволяет очень точно контролировать этот процесс. Система управления позволяет изменять и скорость поднятия давления в трубопроводе и изменять "профиль впрыска", что открывает широкие возможности в поиске оптимального решения между эффективностью (имеется ввиду удельный расход топлива) и экологичностью (выброс соединений NOx).
🔧СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ
На Рисунке 7: MPC-Multi purpose controller - многофункциональный модуль управления (контроллер), EICU - Engine interface control unit - модуль управления двигателем, CCU - Cylinder control unit - модуль управления цилиндром, MOP - Main operating panel - главная панель управления, HPS - Hydraulic power supply - гидравлическая станция, CPS - Crankshaft position sensors - датчики положения коленчатого вала, ESC - Engine sede console - местный пост управления двигателем, ALS - Alpha lubricator system - система цилиндровой смазки "Альфа лубрикатор".
Возможно, стоило бы для начала ознакомиться с системой управления двигателя серии МЕ, но я постараюсь изложить суть кратко.
Система управления МЕ-В упрощена в связи с как минимум классическим "аналоговым" управлением выпускным клапаном.
Многофункциональные контроллеры.
Универсальные платы с адаптивным "поведением". Куда поставил - так и работает. Технология "воткнул и забыл" (Plug and play) осуществлена при помощи специального ключа, уникального для каждого узла. При установке платы на определенный узел в нее устанавливается специальный ключ (физический), что и "говорит" плате - куда она попала и что ей нужно делать.
Все алгоритмы на ней уже прописаны, а ключ фактически выбирает нужный. То есть, одна и та-же плата может управлять как вспомогательной воздоходуйкой, так и цилиндром двигателя или станцией гидравлики.
С двигателями серии МЕ-В все проще. Одна плата может контролировать два цилиндра одновременно, а плата MPC на позиции EICU может одновременно обеспечивать работу всего двигателя и контролировать пост управления на навигационном мосту или станцию гидравлики.
Наглядный пример. 6-ти цилиндровый двигатель серии МЕ-С требует 13 плат МРС для работы, а 6-ти цилиндровый МЕ-В всего 4. Платы, кстати, в 2023-м году стоили по 2000 европейских рублей за штуку.
🔧ДИЗАЙН
Фундаментная рама, корпус картера и блок цилиндра... все это в двигателе серии МЕ-В было пересмотрено и модифицировано с целью соответствовать новым гораздо более высоким нагрузкам.
Фундаментная рама сварная. Опорные шейки рамовых подшипников для небольших двигателей обычно изготавливают из отливок. В серии МЕ-В отливки уступили место катанной листовой стали. Прокат имеет более гомогенную структуру и практически избавлен от внутренних изъянов, что могут проявиться уже на финальной стадии обработки заготовки.
По корпусу картера особых изменений нет, так как форма осталась прежней с, возможно, внутренними малозаметными модификациями.
А вот блок цилиндров предлагалось изготавливать в двух вариациях: чугунная составная отливка или сварная конструкция с интегрированным продувочным ресивером. Но остановились на чугунном литом варианте по причине относительной дешевизны, хороших показателях прочности и вибростойкости.
Все элементы стянуты между собой парой анкерных связей между каждым цилиндром. Ну, это классика двигателестроения; конструкция должна быть преднагружена и тогда она прослужит долго.
В качестве результата поиска новых технических решений имеем очень хорошую "базу", по своим характеристикам не уступающую имеющимся, но легче и дешевле. Посмотри на Рисунок 12, на нем симуляция приложения рабочей нагрузки на двигатель в новом корпусе.
🔧КОЛЕНЧАТЫЙ ВАЛ
Вал полу-составной, что связано со сложностью изготовления детали монолитной. Вал отливается и обрабатывается в нескольких частях, что соединяются воедино методом горячей пресс посадки. Сталь для коленчатого вала используется качественная, прочная и дорогая: лигированная хромом и никелем.
Посмотри на Рисунок 13, обрати внимание на удаление мотылевых шеек от опорных. Повышение длинноходности на лицо. Но, не смотря на это в длину двигатель не увеличился. Есть небольшое увеличение продольного габарита двигателя в модели "МАРК 9".
🔧ШАТУН
Дизайн шатуна для МЕ-В базируется на"рабочей лошадке" серии МС-С с небольшими изменениями. Новый шатун (слева на Рисунке 14) утонченный и облегченный. Естественно, что все утоньшения не в ущерб прочности.
А еще инженеры МАН поработали над конструкцией крейцкопфного подшипника, избавив его от масляного канала с нагруженной стороны. Видимо, нашли другое техническое решение по вклиниванию масла в этот узел. Напомню, что крейцкопфный подшипник, а именно опорная его шейка работает как головной подшипник двухтактного тронкового ДВС. То есть, всегда положительно нагружен и не совершает полный оборот.
🔧ВКЛАДЫШИ ПОДШИПНИКОВ
Тут разработчики "велосипед не изобретали", а решили использовать существующие наработки. На двигатели серии МЕ-В устанавливаются тонкостенные вкладыши из сплава олова и алюминия Sn40Al. На Рисунке 15 есть наглядная инфографика, демонстрирующая распределение нагрузки в процентном соотношении между подшипниками и между моделями S35MC, S42MC, S35ME-B, S40ME-B.
🔧КАМЕРА СГОРАНИЯ
Над камерой сгорания пришлось поработать и внести кое-какие изменения, чтобы соответствовать новым повышенным нагрузкам. Вспоминаем, что среднее индикаторное давление подросло.
Коротко по камере сгорания:
- Форсуночки остались слайдерами, это классика МАН
- Камера сгорания расположена в цилиндровой крышке колпачкового типа, то есть поршень частично заходит в цилиндровую крышку
- Цилиндровая втулка тонкостенная
- Между втулкой и крышкой установлено кольцо PC. Колечко это работает как шпатель и не дает заносить нагар в цилиндровую крышку и предотвращает полирование
- Цилиндровые кольца с покрытием Alu-coat. Это приработочное покрытие и пока оно новое, то больше похоже на абразив, но на самом деле довольно мягкое
- На юбке поршня (а она есть, хоть и маленькая) имеется бронзовый поясок, что может поглощать твердые частицы, предотвращая серьезные задиры цилиндровой втулки
🔧ПОРШЕНЬ
Охлаждаемый системным маслом поршень, как и другие элементы камеры сгорания должен соответствовать новым реалиям работы. Нагрузка но донышко поршня возросла вместе с ростом среднего индикаторного давления. Результаты симуляции приложения нагрузки на Рисунке 18.
Комплект поршневых колец такой-же как и на других двигателях маленького диаметра. Первое кольцо с газоплотным кольцом и хромо-керамическим покрытием. Второе, третье и четверное кольца с наклонным замком и покрытием Alu-coat.
Если заказчик требует повысить интервалы между выемками поршней, то поршень может быть оснащен специальным пакетом износостойких колец.
🔧СМАЗКА, ВТУЛКА, ТЕМПЕРАТУРА
Система смазки классическая, давно принятая - "Альфа лубрикатор" с технологией адаптивной подачи в зависимости от нагрузки. Температуры умеренные, а самый теплонапряженный пояс находится в цилиндровой крышке далеко от концентраторов напряжений.
🔧ВЫПУСКНОЙ КЛАПАН
Выпускной клапан работает по упрощенной ( в сравнении с МЕ) схеме. Клапан управляется распределительным валом, приводимым от коленчатого вала посредством цепи; это классическое техническое решение МАН, его можно проследить сквозь все двигатели всех моделей и модификаций.
Седло клапана имеет форму W, что положительно сказывается на работе на разных режимах. При запуске и в первые минуты клапан уплотняется по внутреннему поясу, а после прогрева - по внешнему. При такой компоновке удается избежать неприятных моментов, когда клапан закрыт не полностью и подвергается сильному эрозионному износу.
Клапаны, к слову, взяты полностью из модельных рядов S-MC, что повышает ремонтопригодность оборудования. С таким клапанами мы работаем давно, хорошо их знаем и запасных частей на рынке много.
🔧СИСТЕМА ВПРЫСКА ТОПЛИВА
Как я и писал выше, система впрыска топлива на МЕ-В - электронная. То есть, имеется гидравлический блок, контролируемый электроникой, что и создает высокое давление в топливной системе. На одном блоке установлены два комплекта оборудования, так как один блок обслуживает два цилиндра. Такая компоновка включает всего один гидравлический аккумулятор на два цилиндра, что гораздо более привлекательно в сравнении с серией МЕ с двумя аккумуляторами на один цилиндр.
Гидравлическая система получает масло под высоким давлением от специальной гидравлической станции, расположенной с торца двигателя, имеющей автономные электрические приводы. Смотри Рисунок 22.
Почему гидравлическая станция висит на двигателе в условиях повышенной вибрации? А для того, чтобы иметь как можно меньшую длину трубопроводов высокого давления.
Масло в гидравлике системное, никаких дополнительных ёмкостей нет, но это вносит в конструкцию фильтр тонкой очистки с ячейкой 6 микрон, что тоже установлен в непосредственной близости от двигателя либо на нём.
Кстати, с целью снижения габаритов всей гидравлической системы рабочее давление было поднято с привычных 250 бар до 300. Это позволило снизить диаметры гидравлических плунжеров, а, следовательно и общий вес установки.
🔧УПОРНЫЙ ПОДШИПНИК
Конструкция упорного подшипника заимствована у серии МС-С (компактной). С увеличением мощности двигателей растет и упор винта, что передается на упорный подшипник.
Для более равномерного распределения упора на подшипник была разработана новая конструкция упора, позволяющая этому элементу "жить своей жизнью", что положительно сказывается на распределении силы упора по подшипнику.
🔧ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Выход на рынок двигателей серии МЕ-В упрочняет позицию компании МАН на рынке судовых главных двигателей. Потенциальные покупатели на сегодняшний день имеют возможность выбрать машину удовлетворяющую любым требованиям.
Оригинал статьи - https://t.me/c/1536125753/571
Чтобы получить доступ к книгам, нужно подписаться - https://t.me/+QV9wgiG-9O8xNmQy