Czym jest skrzynka uszczelniająca silnika?
W silniku dwusuwowym z poprzecznikiem typu diesel morski, skrzynka uszczelniająca zapewnia uszczelnienie między przestrzenią przepłukującą silnika a skrzynią korbową. Skrzynki uszczelniające są niezbędne do zmniejszenia ryzyka pożaru w przestrzeni przepłukującej, eksplozji skrzyni korbowej i/lub zanieczyszczenia olejem. Silniki typu trunk nie posiadają skrzynki uszczelniającej.
Skrzynka uszczelniająca składa się z trzech głównych sekcji:
- Górna sekcja – zapobiega przedostawaniu się oleju smarującego cylindry i gazów do skrzyni korbowej.
- Środkowa sekcja – umożliwia odprowadzanie oleju, jeśli nastąpi przeniesienie z górnych lub dolnych części.
- Dolna sekcja – zapobiega przedostawaniu się oleju smarującego skrzyni korbowej do przestrzeni przepłukującej.
„Górna sekcja” jest również nazywana „sekcją uszczelniającą”. „Środkowa sekcja” jest również nazywana „sekcją drenażową”. „Dolna sekcja” jest również nazywana „sekcją skrobiącą”. Każda nazwa odzwierciedla funkcję sekcji. Sekcja uszczelniająca tworzy uszczelnienie gazowe, sekcja drenażowa umożliwia odprowadzanie oleju, podczas gdy sekcja skrobiąca odpowiada za skrobanie oleju smarującego skrzyni korbowej.
Skrzynka uszczelniająca silnika dwusuwowego morskiego
Ten artykuł koncentruje się na skrzynkach uszczelniających stosowanych w dwusuwowych silnikach diesla o niskiej prędkości. Tego typu silniki mają mały stosunek średnicy do skoku, co oznacza, że konieczne jest użycie poprzecznika, aby ograniczyć rozmiar skrzyni korbowej. Bez poprzecznika skrzynia korbowa byłaby nieekonomicznie szeroka, a uszczelnienie między pierścieniami tłokowymi a tuleją cylindra byłoby trudne.
Warto wiedzieć – przestrzeń przepłukująca znajduje się pod każdym tłokiem silnika, umożliwia dopływ świeżego powietrza do cylindrów silnika, co powoduje wydalenie gazów spalinowych z przestrzeni spalania. Skrzynia korbowa silnika znajduje się bezpośrednio pod skrzynką uszczelniającą.
Warto wiedzieć – silniki trunk używają korbowodu (con rod) do połączenia tłoka z wałem korbowym. Silniki z poprzecznikiem łączą tłok z wałem korbowym za pomocą pręta tłokowego, poprzecznika i korbowodu.
Porównanie silników trunk i z poprzecznikiem
Jaki jest cel skrzynki uszczelniającej silnika?
Główne funkcje skrzynki uszczelniającej silnika to:
- Zapobieganie przedostawaniu się oleju smarującego skrzyni korbowej do przestrzeni przepłukującej, gdy pręt tłokowy porusza się w górę.
- Zapobieganie przedostawaniu się powietrza przepłukującego do skrzyni korbowej, gdy tłok porusza się w górę lub w dół.
- Zapobieganie przedostawaniu się oleju smarującego cylindry do skrzyni korbowej, gdy pręt tłokowy porusza się w dół.
- Zapobieganie przedostawaniu się zanieczyszczeń do skrzyni korbowej, gdy pręt tłokowy porusza się w dół.
- Zapobieganie przedostawaniu się gazów spalinowych do skrzyni korbowej (jeśli pierścienie tłokowe nie uszczelniają prawidłowo) podczas ruchu tłoka w górę lub w dół.
Należy zauważyć, że kierunek ruchu pręta tłokowego określa, jaką funkcję pełni skrzynka uszczelniająca w danym momencie.
Warto wiedzieć - możesz odwiedzić naszą stronę kursów jeśli chcesz dowiedzieć się więcej na temat inżynierii morskiej. Nasze kursy wideo online obejmują tematy takie jak duże morskie silniki dwusuwowe, pompy paliwowe, tratwy ratunkowe, terminologia morska, urządzenia sterowe, pompy, zawory, kotły i wiele innych tematów.
Jakie są główne części skrzynki uszczelniającej silnika?
Główne części skrzynki uszczelniającej są wymienione poniżej.
Obudowa skrzynki uszczelniającej
Obudowa skrzynki uszczelniającej tworzy zewnętrzną obudowę, która zamyka pierścienie uszczelniające i pierścienie skrobiące. Zazwyczaj jest wykonana z żeliwa lub stali i zmontowana z dwóch części.
Warto wiedzieć – „obudowa skrzynki uszczelniającej” jest również nazywana „przeponą”, „obudową przepony” lub „głowicą przepony”.
Skrzynka uszczelniająca z oznaczonymi częściami
Pierścienie uszczelniające
Pierścienie uszczelniające są głównie odpowiedzialne za zapobieganie przedostawaniu się powietrza przepłukującego do skrzyni korbowej. Jeśli pierścienie tłokowe przepuszczają (pozwalając gazom przechodzić z przestrzeni spalania do przestrzeni przepłukującej), pierścienie uszczelniające również zapobiegną przedostawaniu się tych gazów do skrzyni korbowej. Pierścienie uszczelniające pasują do rowków w obudowie skrzynki uszczelniającej i są zazwyczaj wykonane z brązu. Ponieważ nie jest możliwe zmontowanie pierścieni w skrzynce uszczelniającej jako jednego elementu, każdy pierścień jest formowany z trzech lub czterech różnych sekcji, które łączą się, tworząc okrąg.
Pierścień uszczelniający podzielony na cztery sekcje
Warto wiedzieć – przepuszczające pierścienie tłokowe mogą powodować eksplozje skrzyni korbowej i/lub pożary w przestrzeni przepłukującej. Z tego powodu konieczne jest jak najszybsze wymienienie uszkodzonych pierścieni tłokowych. Przepuszczające pierścienie tłokowe często są odkrywane z powodu spadku mocy silnika w uszkodzonym cylindrze.
Warto wiedzieć – zawory bezpieczeństwa eksplozji skrzyni korbowej są używane do łagodzenia skutków eksplozji skrzyni korbowej, jeśli do niej dojdzie.
Górne i dolne pierścienie skrobiące
Pierścienie skrobiące znajdują się powyżej i poniżej pierścieni uszczelniających. Ich zadaniem jest usuwanie nadmiaru oleju smarującego z pręta tłokowego podczas jego ruchu w górę oraz usuwanie nadmiaru oleju smarującego cylindry i zanieczyszczeń z pręta tłokowego podczas jego ruchu w dół. Podobnie jak pierścienie uszczelniające, pierścienie skrobiące pasują do rowków w obudowie skrzynki uszczelniającej. W przeszłości cały pierścień skrobiący był wykonany z miękkiego materiału, takiego jak żeliwo lub brąz, ale nowoczesne konstrukcje używają cienkich lameli, podczas gdy części niezużywające się są wykonane ze stali; jest to spowodowane tym, że tylko lamelle wymagają wymiany, a nie cały pierścień, co zmniejsza odpady i koszty. Pierścienie skrobiące składają się z trzech lub czterech indywidualnych sekcji, które tworzą okrąg po złożeniu (podobnie jak pierścienie uszczelniające).
%20Installed%20Within%20Scraper%20Rings%20(grey).png)
Lamelle (czarne) zainstalowane w pierścieniach skrobiących (szare)
Sprężyna napinająca
Sprężyna napinająca jest zainstalowana za każdym pierścieniem uszczelniającym i skrobiącym. Sprężyny służą do dociskania pierścieni do pręta tłokowego, zapewniając tym samym dobre uszczelnienie. Jeśli napięcie sprężyny jest zbyt wysokie, może to prowadzić do nadmiernego zużycia pręta tłokowego, pierścieni uszczelniających i skrobiących. Jeśli napięcie sprężyny jest zbyt niskie, uszczelnienie będzie niewystarczające.
Odpływ
Między górnymi pierścieniami uszczelniającymi a dolnymi pierścieniami skrobiącymi znajduje się odpływ. Odpływ umożliwia powrót oleju smarującego skrzyni korbowej, który przeszedł przez dolne pierścienie skrobiące, do zbiornika na zużyty olej smarujący; olej ten może być następnie przetworzony i ponownie użyty. Odpływ umożliwia również powrót oleju cylindrowego, który przeszedł przez górny pierścień skrobiący, do tego samego zbiornika do przetworzenia.
Jak działa skrzynka uszczelniająca silnika?
Skrzynka uszczelniająca jest przykręcona do głównej ramy silnika A. Gdy tłok porusza się w górę i w dół przy każdym skoku, pręt tłokowy porusza się w górę i w dół przez skrzynkę uszczelniającą.
Gdy tłok porusza się w górę…
Każdy olej smarujący ze skrzyni korbowej, który miał kontakt z prętem tłokowym, jest usuwany przez dolny zestaw pierścieni skrobiących; zeskrobany olej wraca do skrzyni korbowej. Pierścienie skrobiące są dociskane do pręta tłokowego przez swoje sprężyny napinające.
Gdy tłok porusza się w dół…
Każdy olej cylindrowy obecny na pręcie tłokowym jest usuwany przez górny pierścień skrobiący, gdy tłok porusza się w dół. Pierścienie uszczelniające zapobiegają przedostawaniu się gazów (powietrza lub gazów spalinowych) z przestrzeni przepłukującej do skrzyni korbowej. Pierścienie skrobiące i uszczelniające są dociskane do pręta tłokowego przez swoje sprężyny napinające.
Warto wiedzieć – jeśli pierścienie skrobiące lub uszczelniające są zainstalowane zbyt ciasno, nastąpi zużycie pierścieni i pręta tłokowego (co nie jest pożądane).
Warto wiedzieć – niewielka ilość oleju smarującego jest wymagana do smarowania pierścieni skrobiących i uszczelniających. Pierścienie nie powinny mieć fizycznego kontaktu z prętem tłokowym; cienka warstwa oleju oddziela pręt tłokowy od pierścieni, co zmniejsza zużycie wszystkich części.
Warto wiedzieć – gazy spalinowe będą obecne tylko w przypadku awarii lub nadmiernego zużycia pierścieni tłokowych lub tulei cylindra; pęknięty tłok może również umożliwić wyciek gazów spalinowych.
Czy skrzynki uszczelniające nadają się do wszystkich typów silników?
Skrzynki uszczelniające nadają się tylko do silników dwusuwowych z poprzecznikiem. Istnieją dwa główne typy dwusuwowych silników spalinowych: typu trunk i typu z poprzecznikiem.
Silnik z poprzecznikiem
W silniku z poprzecznikiem, poprzecznik przekształca ruch obrotowy wału korbowego w ruch liniowy tłoka. Oznacza to, że pręt tłokowy porusza się w górę i w dół liniowo, podczas gdy wał korbowy obraca się wokół osi obrotu.
Silnik trunk
Dwusuwowy silnik trunk nie ma poprzecznika, co oznacza, że pręt tłokowy porusza się zarówno w pionie, jak i w poziomie przy każdym skoku. Te dwa stopnie swobody/ruchu oznaczają, że skrzynka uszczelniająca nie może być użyta do zapewnienia uszczelnienia w dwusuwowym silniku typu trunk. Brak uszczelnienia oznacza, że olej smarujący może przedostać się do przestrzeni przepłukującej dwusuwowego silnika typu trunk; jest to wrodzona słabość konstrukcyjna tego typu silnika.
Warto wiedzieć – silniki czterosuwowe nie są wystarczająco duże, aby wymagały poprzecznika, tj. ich stosunek średnicy do skoku jest zbyt duży, dlatego nie mogą korzystać ze skrzynki uszczelniającej.
Cechy skrzynki uszczelniającej
Następujące cechy sprawiają, że skrzynki uszczelniające są używane w morskich silnikach dwusuwowych z poprzecznikiem o niskiej prędkości:
Prostota i niezawodność
Skrzynki uszczelniające to proste urządzenia o wysokiej niezawodności. Są stosunkowo łatwe w utrzymaniu i naprawie, a także mniej podatne na awarie niż inne typy uszczelnień.
Możliwość dostosowania do dużych szczelin
Szczelina między prętem tłokowym a ramą A w dwusuwowym silniku morskim może być dość duża; skrzynki uszczelniające są w stanie dostosować się do tej dużej szczeliny, jednocześnie uzyskując dobre uszczelnienie.
Niski koszt
Skrzynki uszczelniające są stosunkowo tanie w produkcji i montażu; to sprawia, że są opłacalne.
Sprawdzona konstrukcja
Postępy w nauce o materiałach pozwoliły na ciągłe doskonalenie konstrukcji skrzynek uszczelniających. Ulepszenia konstrukcyjne doprowadziły do zmniejszenia wskaźników zużycia, lepszego uszczelnienia i dłuższych przerw między interwencjami konserwacyjnymi.
Dodatkowe zasoby
https://marineinbox.com/marine-exams/stuffing-box/
https://journals.sagepub.com/doi/10.1177/1468087418796615