Установка стационарного двигателя с водометом вместо ПМ

Стационарный двигатель 1 , изготовленный на базе автомобильного, по сравнению с подвесным обладает целым рядом преимуществ: хорошо защищен от атмосферных воздействий и заливания водой в свежую погоду, имеет меньший удельный расход топлива, оснащен удобным пуском электростартером, развивает большую мощность, обладает большим моторесурсом, надежен в эксплуатации и прост в обслуживании. На первый взгляд, может показаться, что увеличение веса судна в результате установки тяжелого стационарного двигателя несущественно по сравнению с возросшей мощностью. Однако это не так. Например, катер длиной 5 м при ширине 1,8 м и общей массе 1000 кг под двумя «Нептунами-23» развивает скорость 36 км/ч. При установке стационарного двигателя с длительной мощностью 60 л. с. его вес возрастет на 250 кг, т. е. на 25%, а мощность всего в 1,5 раза. Ощутимого прироста скорости и экономичности не будет потому, что, кроме увеличения общей массы судна, происходит уменьшение гидродинамического качества в основном за счет изменения центровки, особенно если стационарный двигатель установлен у транца.

Уменьшение гидродинамического качества столь существенно, что переоборудованный катер, несмотря на большую мощность двигательной установки, не выходит на глиссирование. Теоретически в этом может убедить простейший расчет с использованием экспериментальных данных. Из графиков, приведенных в статье В. Вейнберга «Глубокое V, за и против» (см. «КЯ» №44), величину гидродинамического качества можно получить в зависимости от т — величины. характеризующей центровку, и Св — коэффициента удельной нагрузки.

где D — вес судна; ρ — плотность воды; V — скорость судна; В_ск — ширина скулы.

Для нашего примера в случае использования ПМ гидродинамическое качество корпуса составит 7—7,2 при угле килеватости β=12°, m=1,2—1,4 и В_ск=1,6 м. При этом сопротивление корпуса составит

140 кг, а мощность, необходимая для движения со скоростью 36 км/ч, — менее 50 л. с.

Тот же корпус, но с установленным стационарным двигателем, будет иметь качество, равное 6,5 при С_В=0,095 и m=0,8—1,0. Уменьшение m произошло из-за смещения центра тяжести в корму в результате установки у транца более тяжелого двигателя. В этом случае сопротивление корпуса достигнет 192—200 кг. При пропульсивном КПД установки 0,5 потребная мощность составит 53 л. с. Можно предположить, что катер будет двигаться с той же скоростью. Однако, если определить сопротивление корпуса в момент выхода на глиссирование, т. е. при скорости 22 км/ч, то С_В увеличится до 0,25, что при m=1 дает величину гидродинамического качества, не превышающую 3,5—4. При значении качества, равном 4, сопротивление корпуса превысит 320 кг. Таким образом, катер на глиссирование не выйдет.

Чтобы катер вышел на глиссирование, следует принять m=2,5. В этом случае качество возрастет до 5, а сопротивление снизится до 250 кг — катер легко выйдет на глиссирование. Но величина m=2,5 соответствует смещению центра тяжести в нос на расстояние до 4 м от кормы, что для 5-метрового судна нельзя получить никакими разумными конструктивными способами. Если же корпус удлинить до 7 м, то все встанет на свои места. Правда, при этом форма днища исказится, мореходность ухудшится, общая прочность корпуса уменьшится, вес судна существенно возрастет. Таким образом, небольшое судно нецелесообразно оборудовать стационарным двигателем.

Несколько иной эффект получается при замене двигательной установки более крупного судна. Например, комфортабельный мореходный катер длиной 5,8 м, шириной по скуле 2,2 м, с полной массой 1450 кг под двумя «Нептунами-23» развивает 26 км/ч. При этом С_В=0,113, m=1,2. Гидродинамическое качество, определяемое из тех же графиков, равно 6,3, что соответствует сопротивлению корпуса 230 кг. По фактическим же замерам сопротивление корпуса составляет 220 кг, что соответствует качеству 6,6.

Предполагалось два ПМ заменить двигателем «ГАЗ-21» или «ГАЗ-24», у которых длительная мощность 60 л. с., но при несколько меньшем пропульсивном КПД, так как планировалось использование водомета. В этом случае масса судна увеличивается на 250 кг за счет реверс-редуктора, аккумулятора и другого оборудования, С_В становится равным 0,112, центровка смещается в корму и становится близкой к 1, гидродинамическое качество уменьшается с 6,5 до 5,7, а сопротивление возрастает с 220 кг до 300 кг. При пропульсивном КПД 40% потребная мощность составит 75 л. с., что неприемлемо из-за резкого снижения срока службы двигателя.

Для уменьшения потребной мощности двигателя было решено перенести в носовые отсеки катера топливные баки и аккумуляторную батарею, тем самым сместить центровку в нос. Все эти меры позволили довести т до 1,2 и получить гидродинамическое качество 6,1, что соответствует сопротивлению

280 кг и мощности 70 л. с.

Следующая конструктивная мера — удлинение корпуса при помощи установки пустотелых транцевых плит большого объема размером 1,0X0,8X0,3 м. За счет плит общий вес возрастет на 40 кг. Центровка, качество, величина сопротивления и мощность, соответственно, составят 1,6, 6,7, 260 кг и 65 л. с. Это было принято в качестве рабочего варианта.

Теперь требовалось выбрать передачу и тип движителя. Прямая передача на винт, несмотря на простоту изготовления и высокий КПД, обладает большой уязвимостью при столкновении с подводными препятствиями. Угловая колонка обладает и высоким пропульсивным КПД, и защищенностью, но очень сложна для изготовления в условиях единичного производства. Был принят вариант с водометным движителем, который ненамного сложнее прямой передачи. Осталось лишь разработать конструкцию с максимально возможным пропульсивным КПД.

Для этого необходимо выявить основные факторы, снижающие КПД водометной установки. К ним относятся потери на входе в водовод, потери на повороты потока и потери на трение по длине; кроме того, на КПД насоса водометной установки существенное влияние оказывает степень разгона потока перед диском ротора. При частоте вращения ротора 2800 об/мин увеличение скорости потока перед ним существенно повышает КПД насоса, но одновременно с этим увеличивается вероятность кавитации. Еще большее значение имеет давление в потоке воды на срезе сопла водомета. Оно должно быть равно атмосферному. Отклонение величины этого давления на 0,1 кг/см2 в ту или иную сторону приводило к потере тяги на 60 кгс, что эквивалентно потере мощности двигателя на 14 л. с.

Какие-либо работы с лопастной системой насоса нецелесообразны, так как ее конструкция уже хорошо изучена на моделях гидротурбин и доведена до высокой степени совершенства.

Наибольшим КПД обладает так называемый торцевой водомет, т. е. не имеющий водовода. Однако конструктивное выполнение его достаточно сложно. Поэтому после длительного изучения водоводов фирм «Гамильтон», «Беркли» и др. было принято решение разработать «полуторцевой» водомет, т. е. выступающий под днище катера. При диаметре ротора 300 мм центр ротора лежит выше уровня днища всего на 50 мм. Это , позволяет существенно сократить длину водовода, уменьшить углы поворота потока, улучшить подвод воды к ротору за счет «полуторцевого» исполнения и понизить высоту подъема воды. Ширина входного окна равна 450 мм, длина — 600 мм. В нем установлена защитная решетка, состоящая из четырех стальных полос шириной 40 мм, толщиной 3 мм и расстоянием между ними 70 мм. Решетка защищает выступающую под днище часть насоса от ударов о подводные препятствия и не пропускает крупные предметы в лопастную систему.

Немаловажным достоинством «полуторцевого» водомета является уменьшение чувствительности входного окна водовода к изменению режима обтекания, следовательно, и к возможным ошибкам при проектировании. Сопло выполнено коротким с диаметром выхода 267 мм. Внутри сопла расположен подшипниковый узел в корпусе диаметром 103 мм. Корпус подшипников крепится к соплу при помощи четырех лопаток спрямляющего аппарата. Лопатки имеют тупые задние кромки, совпадающие со Срезом сопла, что позволяет подвести атмосферное давление к заднему торцу подшипникового узла и свести до минимума разрежение за ним.

В подшипниковом узле, воспринимающем тягу ротора, установлен короткий гребной вал, на переднем конце которого размещен трехлопастной ротор диаметром 298 мм, с шагом 280 мм и дисковым отношением 0,8. Ротор вынесен за пределы сопла вперед и вращается в специальном кольце, заформованном в корпусе водомета. На кольце имеется фланец, к которому крепится сопло с подшипниковым узлом и ротором. Впереди ротора на конце короткого гребного вала размещена шлицевая полумуфта. Она входит в сопрягаемую часть, закрепленную на заднем конце основного гребного вала, который передним концом соединен с реверс-редуктором через предохранительную муфту с шарниром Кардана. Такая конструкция валовой линии позволяет компенсировать все монтажные погрешности. Для более точной установки шага лопасти ротора сделаны поворотными.

Следует отметить, что из-за больших габаритов осевого насоса водомета не удалось сделать сколько-нибудь изящный гидрореверс. Поэтому на катере был установлен обычный угловой реверс-редуктор, который позволяет осуществить движение задним ходом за счет изменения направления вращения ротора. Благодаря тому, что водомет полностью погружен в воду, подсос воздуха на заднем ходу происходит лишь в начале движения при большей частоте вращения. Понижение частоты вращения в полтора раза позволяет несколько повысить КПД лопастной системы.

Наличие реверс-редуктора позволило разместить двигатель у самого транца под небольшим капотом, что очень удобно, с точки зрения обитаемости.

Все перечисленные меры позволили повысить пропульсивный КПД установки до 40—45% при скорости движения катера 26—28 км/ч. Судно прошло испытания в навигации 1983—1984 гг. Полное водоизмещение составило 1800 кг, максимальная скорость — 28 км/ч, крейсерская скорость — 25—26 км/ч, расход топлива — 70—75 л на каждые 100 км пути. Для дальнейшего снижения расхода топлива и повышения скорости планируется установить транцевые плиты длиной до 1 м, что позволит улучшить центровку, понизить сопротивление корпуса и потребляемую мощность и повысит моторесурс двигателя.

Устройство стационарного двигателя катера

Пособие для водителей катеров, яхт, лодок, судов, водного транспорта

31.05.2015 09:30
дата обновления страницы

Стационарные катерные двигатели Дата создания сайта:
1 6 / 04 /20 07

История изменения сайта

Читать стати: Триста практических советов по катерам, яхтам, лодкам, водным судам. Найдете все советы, самоделки, доработки, рекомендации.

Отличие от автомобильных двигателей

Условия работы двигателя, установленного на катере, существенно отличаются от работы двигателя на автомобиле. На катере двигатель все время находится под большой и постоянной нагрузкой, в тяжелых температурных условиях — из-за малого объема помещения машинного отделения. Поэтому все автотранспортные двигатели, устанавливаемые на катерах, подвергаются конверсии (преобразованию, приспособлению) для работы на судах, которая заключается в следующем:

1. Коробка передач заменяется на реверсивно-редукторную передачу, изменяющую направление вращения гребного вала судна для получения переднего и заднего хода и уменьшающую число оборотов винта для увеличения его эффективности. При сохранении автомобильной или тракторной коробки перемены передач, ее переделка заключается в том, что из работы исключаются ненужные на катере промежуточные скорости и число оборотов гребного вала на заднем ходу увеличивается до числа оборотов на прямой передаче и числа оборотов, близкого к ней.

2. Изменение системы охлаждения с установкой самовсасывающего насоса для забортной воды при открытой системе охлаждения или с дополнительной к этому установкой водо, водяного теплообменника и расширительного бачка с термостатом для циркуляционной воды при замкнутой системе охлаждения.

3. Установка водо, масляного теплообменника для охлаждения масла вместо радиатора, обдуваемого воздухом. Переустановка маслофильтра в связи с необходимостью направить поток масла из двигателя для охлаждения в водо, масляном теплообменнике.

4. Замена всасывающего и выхлопного коллектора на новый с охлаждением водой для удобства обслуживания и обеспечения пожарной безопасности.

5. Замена воздухоочистителя на пламегаситель.

6. Изготовление щитка приборов, обеспечивающих контроль за работой двигателя.

7. Установка датчика для тахометра, показывающего число оборотов коленчатого вала.

8. Изменение крепления двигателя применительно к установке его на фундамент в катере.

Стационарный катерный двигатель

Отечественной промышленностью выпускаются судовые конверсии серийных автотранспортных двигателей: ЗИЛ-120 с различными передаточными числами редукторов, ГАЗ-51 с прямым или угловым реверс-редуктором и МЗМА-407 с прямым редуктором или вертикальной колонкой.

Кроме судовой конверсии двигателей в заводских условиях, возможно проведение и «малой конверсии», доступной для спортивных коллективов, строящих мотосуда. Устанавливается какая-либо самовсасывающая помпа с приводом от коленчатого вала двигателя, подающая забортную воду в рубашку блока цилиндров; всасывающий и выхлопной коллектор оставляется автомобильный, в том виде, как его изготовил завод, но на выхлопной патрубок надевается сварной водяной кожух-чехол, в котором протекает охлаждающая двигатель вода. Кожух защищает от ожогов при прикосновении к коллектору.

Для охлаждения масла на днище картера наваривается второе дно (поддон), и в образовавшуюся рубашку пропускают охлаждающую двигатель воду. Но на поддоне не всегда хорошо охлаждается масло, поскольку на дне образуется холодный густой слой масла, а над ним остается жидкое и горячее масло, которое не смешивается с охлажденным. Чтобы этого не было, в картер вставляют змеевик, выполненный в виде трубки, по которой течет охлаждающая двигатель вода, и обтекающее змеевик масло лучше остывает. Змеевик устанавливается в картере двигателя так, чтобы трубка была на высоте половины уровня масла и во время работы двигателя за трубку не задевали нижние головки шатунов. Концы трубок привариваются к стенкам картера и заканчиваются штуцерами для подвода воды.

Коробка перемены передач устанавливается только от легкового автомобиля. Коробки передач от грузовых автомобилей не годятся, так как не обеспечивают заднего хода катера.

Фильтр карбюратора заменяется на пламегаситель. Для этого на входное отверстие смесительной камеры карбюратора устанавливают трехрядный сетчатый цилиндр, который не допускает выброса пламени из смесительной камеры карбюратора при работе двигателя на бедной смеси.

«Малая конверсия», хотя и обеспечивает бесперебойную работу автомобильного двигателя на катере, все же сокращает возможную долговечность двигателя.

Средства для чистки катеров