Міністерство Освіти України
Український Державний Морський Технічний Університет
з прочитаною німецькою мовою літератури за спеціальностью 050805 “Суднові енергетичні установки”
по темі “Підвищення ефективності процесу згорання шляхом оптимізації роботи двигуна на паливі широкого фракційного складу”
Тимошевський Б.Г.
Аспірант:
Нейман О.А.
Викладач:
Єганова Л.Л.
Миколаїв 2002г.
Содержание
Die wissenschaftliche Arbeit 3
Der kleine MaK-SchweröImotor M 332 C. 5
Малый двигатель MaK М332 C на тяжелом топливе. 13
Das Wörterbuch 23
Литература 27
Seit 2001 studiere ich in der Aspirantur, nachdem ich die Aufnahmeprüfung im Spezialfach in der (Fremdsprache und Philosophie) abgelegt habe.
Der WissenschaftlicheRat hat das Dissertationsthema: ”Die Erhöhung der Effektivität des Verbrennprozesses durch die Optimisation des Motorbetriebs mit Treibstoff von der breiten Fraktionzusammensetzung” bestätigt.
Ich besuche Lehrgänge in einer Fremdsprache und Philosophie, und sammele auch das wissenschafliche Material.
Mein wissenschaftlicher Betreuer ist der Leiter des Lehrstuhls für Schiffverbrennungsmotore Professor Timoschewskij B.G..
Der Zweck meiner wissenschaftlichen Arbeit besteht im ausführlichen Studium des Prozeßes der Verbrennung im Diselmotor und in der Bestimmung der optimalen Parameter für den Brennstoff mit der breiten Fraktionzusammensetzung. Diese Aufgabe lösen viele Konstruktionsbüros im weltumfassenden Maschinenbau. Man braucht einen Motor mit guten leistungsfähigen und ökonomischen Kennziffern auf Kosten von Optimierung nicht der Bauteile des Motores, sondern seiner Prozeβe. Das Studium des Prozeßes der Verbrennung in den Diselmotoren für Treibstoff von der breiten Fraktionzusammensetzung ermöglicht, die optimale Zusammensetzung der Mischung zu bestimmen.
Diese Arbeit ist auf die Bestimmung des mathematischen Modells des Prozeßes der Verbrennung und die Methodik der Rechnung für den Brennstoff der breiten Fraktionzusammensetzung gerichtet. Nach dem Erhalten der Methodik prüft man sie auf dem speziell entwickelten Stand. Er stellt einen Motor mit der zu ihm angeschlossenen Apparatur für die Abnahme der Anzeigekennziffern von der Ecke der Wendung des Kurbelwalles, solcher wie der Druck und die Temperatur dar.Für meine Versuch möchte ich den Diselmotor 6ЧН12/14 und die Diagnostikaparatur “Sapphir” ausnutzen. Die Elektronenrechenmaschine wird die Ergebnisse fixieren und bearbeiten. Das Zusammenfallen der experimentalen Kennziffern mit den Kennziffern, die bei der Rechnung nach der Methodik bekommen sind, werden die Bestätigung .
In meiner wissenschaftlichen Arbeit bemühe ich mich , die Möglichkeiten für die Forschung auf diesem Gebiet am breitesten zu benutzen. Es wird die Literatur der zahlreichen Methodiken über das Thema der Optimierung der Prozeße der Arbeit des Motores durchstudiert, es geht die Suche nach der neuen Artikeln und der Publikationen im Iternet, es werden verschiedene mathematische Modelle studiert.
Die Ganze wissenschaftliche Literatur, auf die ich mich in der eigenen Arbeit stütze, gehört im Grunde der fundamentalen Literatur . Und nur ein kleiner Teil beschreibt die neuen Erarbeitungen auf dem Gebiet des Diselmotorenbaus.
Dank des Studiums der Fremdsprache im Programm der Vorbereitung der Aspiranten , kann man in einer Reihe von den ausländischen Publikationen die fehlende Information finden. Besonders helfen die Kenntnisse der Sprachen bei der Arbeit in dem Internet.
Der deutsche Motorenbau ist gegenwärtig ein anerkannter weltumfassender Führer . Die führenden deutschen Hersteller der Diselmotoren verbrauchen Millionen DM für die Forschung der Motoren. Deshalb ist die Literatur der deutschen wissenschaftlichen Verlage am heutigen Tag jener Grund auf dem zahlreichen wissenschaftlichen Arbeiten vieler Gelehrten gebaut werden.
Ich hoffe , daß die Kenntnisse, die ich bei dem Studium der deutschen Sprache erwerben hat, in der Suche nach den Quellen für meine Arbeit wesentlich helfen werden. Sowie für den möglichen Austausch von der Erfahrung mit den ausländischen Kollegen mit Hilfe der Korrespondenz.
Der kleine MaK-SchweröImotor M 332 C.
Die Krupp MaK-Bauserie M 332 blickt auf eine längere Entwicklungsgeschichte zurück. Sie entstand Mitte der 70er Jahre als Langhubversion der Krupp MaK-Bauserie M 282 und übernahm gleichzeitig den Erfahrungsstand der damals auslaufenden Bauserie M 351.
Die Bauserie M 332 konnte sich in all den Jahren in dem wichtigen Drehzahlbereich 720-900 U/min gut konsolidieren und läuft in großen Stückgutzahlen sowohl im Schiffshauptantrieb als auch im stationären bzw. bordgebundenen Generatorantrieb.
Entsprechend der Zielsetzung des Krupp MaK-C-Motorenkonzeptes wurde die M 332-Bauserie komplett überarbeitet und auf einen neuen technischen Stand gebracht.
Das Ergebnis sind 6- und 8-Zylinder-Schwerölmotoren im Leistungsbereich 1000-1600 kW, die in jeder Beziehung auf geringsten Finanzmittelverbrauch optimiert sind.
1. Konzept
Krupp Mak hat durch eine schwerölgerechte Brennraumgestaltung — in Verbindung mit einer optimal angepaßten Einspritzung — ein Brenngesetz erreicht, das der sogenannten Gleichdruckverbrennung des idealen Dieselprozesses sehr nahe kommt. Die weitgehende Annäherung an den Gleichdruckprozeß bedeutet für den Dieselmotor den besten ther-modynamischen Wirkungsgrad bei gleichzeitig niedrigster Bauteilbelastung durch Zünddruck. Durch eine Vielzahl von Kreisprozeßrechnungen war es möglich, die Verbrennungsparameter auf dieses Ziel auszurichten. Der Erfolg wurde in der Praxis nachgewiesen.
Trotz des hohen thermodynamischen Wirkungsgrades konnte der Zünddruck des Motors in abgesicherten Grenzen gehalten werden. Auch die Erregung für diverse Schwingungen und Vibrationen konnte verringert werden.
Der Verbrennungsablauf ist aufgrund der geringen Druckanstiegsgeschwindigkeit von ca. 3 bar/Grad Kurbelwinkel weicher geworden.
Nachteile dieses weichen Verbrennungsverfahrens haben sich in der Praxis nicht ergeben. Im Gegenteil, der geringe Kraftstoffverbrauch in Verbindung mit der sehr sauberen Verbrennung wird belohnt durch rauchfreien Auspuff und geringe Schmierölverschmutzung.
2. Grundlage
Der Pionier dieses Entwicklungskonzeptes ist der M 453 C, der 1987 in den Markt eingeführt wurde und seitdem in Schiffahrt und stationärem Betrieb arbeitet. Insgesamt konnten von diesem Motor bereits über 100 Maschinen verkauft werden. Zeitlich gestaffelt wurde der M 552 C nach den gleichen Gesetzmäßigkeiten umkonstruiert und erwies sich schon im frühen Versuchsstadium in seinen Reaktionen im Verbrennungsablauf, den Druckanstiegsgeschwindigkeiten und in der Abgasqualität dem M 453 C als sehr ähnlich. Im Zuge der Weiterentwicklung wurden deshalb alle Erkenntnisse auf den M 332 C übertragen.
3. Verbrennung
Da der M 332 C-Motor über einen Zylinderkopf mit zwei tangential einblasenden Einlaßkanälen verfügt, konnte ein definierter Luftdrall ohne schädliche innere Turbulenzen während der Einspritzung und Verbrennung abgestimmt werden.
Da der M 332-Motor mit 240 Kolbendurchmesser der kleinste und somit kostengünstigste Motor in der Familie der Krupp MaK-Mo-toren ist, wurden an diesem Motor die meisten Grundsatzuntersuchungen für die Weiterentwicklung der Brennraumgestaltung, der Einspritzung, der Schwerölverbrennung sowie der Aufladung vorgenommen.
Die Realisierungskonzepte der Gleichdruckverbrennung sollen hier nicht veröffentlicht werden; sie können bei erfolgter Abstimmung des Motors und Optimierung der Motorenparameter praktisch kaum verändert werden. Sie müssen somit vom Betreiber auch nicht gepflegt werden, denn die Grenzbereiche im Betriebsverhalten wurden sorgfältig analysiert. Eigens zu diesem Zweck wurden Versuchseinrichtungen mit mechanisch sowie elektronisch verstellbaren Einspritzausrüstungen, mit elektronisch gesteuerten Druckspeichereinspritzungen, mit extrem verstellbaren Abgasrohrgeometrien, mit variablen Turbineneintritten, mit Abblase- und Umblaseventilen, mit teilweise isolierten Kolben und teilweise extrem gekühlten Brennraumteilen entwickelt und in den Versuchsmotoren gefahren.
Zusätzlich wurden Meßreihen mit verschiedenen Brennräumen, Zylinderköpfen mit variablem Drall und natürlich eine große Anzahl Düsenvarianten gefahren, um das jeweilige Optimum abzutasten und um ein breitmögliches Optimum im Zusammenwirken der Einzelkomponente für die endgültige Serienausführung zu erarbeiten.
Da der Motor M 332 gleichzeitig über einen langen Kolbenhub verfügt, wurden grundsätzliche Parameterstudien in Abhängigkeit von Brennraumhöhe und Verdichtungsverhältnis gefahren.
Das Optimum aus Brennraumform und Verdichtungsverhältnis zu ertasten, stellt eine kostenintensive, aber thermodynamisch lohnende Arbeit dar. Dabei wurde besonders darauf geachtet, daß jedwedes Überspritzen des Kraftstoffes über den Kolbenrand auch bei Einspritzende vermieden wird. Die Versuche hatten wieder bestätigt, daß für einen sauberen Kolbenlauf im Feuersteg- und Ringbereich eine vollständige Abschirmung sichergestellt sein muß.
4. Kolben
Der Kolben wurde in seinem Brennraum- und Kolbenringbereich modifiziert, besteht aber nach wie vor aus einem Stahloberteil und einem Aluminiumunterteil. Der Kolbenkopf wird intensiv stark gekühlt; eigens zu diesem Zweck wurden die Ölwege im Motor — beginnend mit der Verteilerleitung über die Grundlageranschlüsse, Nutenwege in Lagerschalen, Bohrungen und Übertritten bis hin zum Kolbenbolzen — mittels größerer Querschnitte intensiv entdrosselt. Die Wirkung dieser Gesamtmaßnahme äußert sich in der angehängten Schmierölpumpe, deren Menge bei gleichem Druck um 30 % erhöht werden konnte.
Der Kolben erhält gehärtete Ringnuten. Obwohl nach langen Laufzeiten die Ringnuten durch Nachverchromen wieder auf Originalmaß aufgearbeitet werden können (Krupp MaK hat beste Erfahrungen mit diesem Verfahren), gestatten die reichlich dimensionierten Ringsteghöhen auch die Möglichkeit, Übermaßringe zu verwenden.
Des weiteren sind die Abmessungen von Kolbenringen und Ringstegen auf stabiles Druckverhalten im Ringpaket für den Neu-und den Verschleißzustand abgestimmt worden. Es ist bekannt, daß hier eine der wesentlichsten Ursachen für den Schmierölverbrauch liegt, und daß Druckverlaufsmessungen hinter den einzelnen Ringen unverzichtbar für die fachgerechte Abstimmung sind.
5. Zylinderkopf
Der Brennraumbereich des Zylinderkopfes wurde nach C-Erkenntnissen modifiziert und im konstruktiven und modelltechnischen Aufbau überarbeitet. Das Lastenheft sah eine Umstellung auf Sphäroguß GGG 60 — in Verbindung mit einer gießgerechten Umgestaltung vor. Bei dieser Gelegenheit wurden die Kühlwasserumgüsse im Bereich der Ventilsitzringe, aber auch im Bereich der Ventilführungsbuchsen, für geringste Warmverformung umgestaltet, um eine bestmögliche Anpassung der Ventilsitze bei Warm- und Kaltverformung im Betrieb zu erhalten. Die Ventile wurden aus der direkten Beheizung durch die Kraftstoffkeulen nach oben in den Bereich des Deckelbodens verlegt; ein Verfahren, das auch beim M 453 C und M 552 C Temperaturabsenkungen von 40°C am Ventil bewirkte. Die Dichtringe sind aus einem eindringfesten, aber bedingt verschleißbereitem Material gefertigt, welches einen guten Anpassungsverschleiß zum Ventil und besten Wärmedurchgang garantiert. Für eine gute Formbeständigkeit der Ventile sorgen „unten liegende" Krupp MaK-Drehvorrichtungen, deren Lage unter den Ventilfedern einen vibrationsarmen, störungsfreien Lauf sicherstellen.
Das C-Konzept beinhaltet generell eine tiefgreifende Überarbeitung der Wartungsfreundlichkeit. Dazu gehören Steckverbindungen und gut zugängliche, leicht lösbare Verschlüsse. Die Zugänglichkeit zu den vier Schrauben der Abgasrohrflansche würde deshalb durch Umkonstruktion der Abgasrohrverkleidung verbessert. Im übrigen sind alle Schrauben, einschließlich Pleuel und Zy-linderkopfschrauben, auf einfachste Weise mechanisch montierbar; zeitaufwendige Hydraulikmontagen können dank des 8-Schrau-ben-Zylinderkopfes vermieden werden. Alle Rohrleitungen, die die Montage des Zylinderkopfes stören, sind in verfügbare Freiräume verlegt worden.
6. Kastengestell
Das Material im Gestellbereich des Motors M 332 C ist von Grauguß auf Sphäroguß umgestellt worden. Diese Maßnahme erhöht die Betriebsfestigkeit des Bauteils auf das dreifache gegenüber Grauguß und reduziert die Sprödbrüchigkeit des Graugusses um den Faktor 10. Durch den Einsatz von Sphäroguß im Bereich hochbelasteter Bauteile wird die Lebensdauer des Motors wesentlich verlängert. Dies führt u. a. auch zu besseren Wiederverkaufswerten bei SecondhandSchiffen. Das Kastengestell ist für eine stabile, radiale Führung der Laufbuchse im oberen Bundbereich bei gleichzeitiger intensiver Kühlung dieser Partie neukonstruiert worden.
7. Kurbelwelle
Die Kurbelwelle ist gesenkgeschmiedet aus einem hochwertigen Vergütungsstahl. Die Abmessungen wurden — entsprechend den neuen Richtlinien der Klassifikationsgesellschaften — überarbeitet. Zum Schutz vor hohen Lagerbelastungen wurde der volle Gegengewichtsbesatz vergrößert, Maßnahmen, die eine hohe Unempfindlichkeit gegen Lagerschäden garantieren. Die Verbesserung des Massenausgleiches reduziert zusätzlich die Krafteinleitungen im Bereich des Fundamentes.
8. Pleuelstange
Das Pleuel wird übernommen; es hat sich in der Vergangenheit 100% bewährt, ist einfach und leicht zu handhaben. Zur Verbesserung des Haftsitzes der Lagerschalen und Kolbenbolzenbuchse hat Krupp MaK eine spezielle Oberflächenstruktur entwickelt.
9. Lagerschalen
Bei den Lagerschalen ist Zinngalvanik heute Stand der Technik. Die tückischen Begleiterscheinungen der Korrosion in Bleigalvaniklagern sind damit als Problemkreis verschwunden. Des weiteren hat die Verwendung von zusätzlichen und schwereren Gegengewichten die Reibarbeiten in Grundlagern deutlich abgesenkt und die Betriebssicherheit der Kurbelwellenlagerung in einen Stand mit guten technischen Reserven versetzt. Besondere Freude bereiten in diesem Zusammenhang die Betriebserfahrungen mit den Rillenlagern, die offensichtlich eine zusätzliche Tragfähigkeit der Schmierfilme dadurch gewinnen, daß ihre Labyrinthdichtwirkung die Schmierölverdrängung aus dem Lager behindern. Die Ergebnisse sind hervorragend.
10. Laufbuchse
Wie bereits beim Kastengestell erwähnt, wird die Laufbuchse im oberen Bundbereich im Kastengestell geführt und intensiv mit Kühlwasser gekühlt. Die Führung der Buchse im Sphäroguß-Kastengestell ist viel unproblematischer als im Grauguß. Zum einen sind die Verformungen im Sphäroguß um den Faktor 1,6 geringer, weil der E-Modul von GGG 50 soviel höher ist, zum anderen ist ein hochfestes Sphärogußgestell mit seiner hohen Belastbarkeit eine bessere Stütze für die Laufbuchse. Die Laufbuchse ist nitriergehärtet. Krupp MaK hat dieses Verfahren seit Jahrzehnten in der Anwendung und es in Richtung auf größere Eindringtiefen weiterentwickelt.
Die homogene Härtung der Laufbuchse im Bereich des Kolbenringlaufes ohne jedwede Welligkeiten in der Folge von Teilhärtungen sichert den Ölverbrauch langfristig.