Шхуна «Чава». Эволюция судовой машины. 2004—2018

Андрей Попович

Эта книга продолжает серию «Шхуна „Чава“» и описывает развитие конструкции судовой машины и связанных с ней систем в течение двенадцати лет эксплуатации. Рассмотрен смежный вопрос электрохимической коррозии узлов.В книге более 50 иллюстраций, схем и чертежей.

Судовая машина

Первый подход

(2004—2005)

2001 год. Прообраз машинного отделения

Я написал тогда: «Вопрос о выборе двигателя даже не стоял. Имея некоторый опыт эксплуатации и ремонта российских 4ча и зная цену на „янмары“ и прочие „волвопенты“ не остается никакого варианта, кроме использования „родного“ японского автомобильного дизеля. Мне по случаю достался 2,5 литровый „Мицубиси“ со свежеперевернутого микроавтобуса. Зато редуктор ждал своего часа много лет. Запасной „нулевый“ агрегат с польского дизеля „Рекен“, здоровенный и тяжелый, но простой и с гидравлическим управлением, упорным подшипником и водяным охлаждением. Потом к этому всему понадобятся — вал, винт, подшипники и сальник, система охлаждения, питания, выхлоп и прочие ужасы.»

Оглядываясь назад, в 2001 — 2004, годы строительства, когда одновременно решалась задача достройки корпуса, оснащения, пошива парусов, с постоянным цейтнотом и волевым распределением ресурсов и средств, текст этот выглядит наивным, тем интересней, что результат можно в целом считать успешным.

Первый эксперимент с двигателем окончился довольно быстро — дизель Mitsubishi 4D56 с японской «разборки» «умер» после пары сезонов эксплуатации. В результате был сделан вывод, что основной причиной аварии был выбор неподходящего двигателя — автомобильного, с «резиновым» ремнем газораспределения, и эксплуатация в нехарактерных для него режимах. Было наделано много ошибок при проектировании и монтаже сопутствующих систем и узлов. Тем не менее, задачи, поставленные перед ним, он выполнил — лодка успешно сходила в дальний поход на Цусиму, и, что не менее важно, был получен опыт конвертации и использования автомобильного дизеля в море, который удалось применить при строительстве версии 2 — на основе индустриального двигателя.

Версия 2. Дизель Mitsubishi L3E

(2005 — 2012)

Его удалось приобрести в течение пары месяцев с момента постановки задачи.

Поиски подходящего индустриального (тракторного) двигателя объемом 1,2 — 1,5 л успехом не увенчались, а вот двигатели в районе литра и чуть меньше широко используются в рисоуборщиках, минитракторах, электростанциях и сварочных аппаратах японского производства. Двигатель с рисоуборочного комбайна и был приобретен для конвертации.

Дизель сделан с применением самых простых, и поэтому надежных конструкторских решений и рассчитан на длительную работу в условиях максимальной мощности.

У него механизм газораспределения на шестернях и рядный ТНВД, традиционно и удобно регулируемые зазоры клапанов.

Если верить табличке, двигатель этой серии предназначен для работы с постоянным креном-дифферентом 25 градусов, а на полчаса, при необходимости, его можно наклонить и на 30 градусов. Сухой вес 75 кг.

Общие характеристики двигателей L2 и L3

Характеристики мощности L3E в цифрах:

Максимум крутящего момента на 2—2,5 тыс. об. мин. Экономичный режим — от 2,2 до 2,7 тыс. об. мин. с потреблением топлива около 190 г/л.с. в час, при нагрузке от 13,7 до 15,6 л.с.

Двигатели этой серии выпускались для различных применений, и с разными спецификациями, которые, судя по сервисной инструкции, отличались максимальными рабочими оборотами, материалами, применяемыми для изготовления ответственных узлов, дополнительными деталями уплотнений.

Мне достался двигатель со спецификацией 3 тыс. об. мин, что означало максимальную мощность 20 л. с. Это выяснилось уже после сборки машины на лодке и проверки максимальных оборотов тахометром.

Система охлаждения двигателя

Для работы двухконтурной системы охлаждения по типовой схеме, необходимо вместо штатного радиатора установить водо-водяной холодильник (далее ВВХ), оставив на месте термостат. Это сформирует внутренний контур охлаждения, в котором под действием штатной помпы циркулирует тосол. Для внешнего контура охлаждения понадобится кингстон, фильтр морской воды, помпа внешнего контура, прокачивающая морскую воду через ВВХ, охлаждаемый выхлопной коллектор. После этого вода сбрасывается назад в море через выпускной тракт.

Помпа морской воды

Здесь не обойтись без минимальных расчетов. По надежной информации (Ю. Н. Мухин, Б. Е. Синильщиков. Автомобильный двигатель на катере) необходимо обеспечить не менее 40—50л. в час на 1 л.с. = 50*20=1000 л. ч. = 17 литров в минуту. В качестве помпы внешнего контура была использована стандартная CWP46.

Это помпа с резиновой крыльчаткой, она есть в каталогах Jabsco и Vetus, обеспечивает перекачку 46 литров в минуту при 2000 об. мин. на валу. Соответственно, для нормальной работы системы охлаждения на максимальных оборотах двигателя необходимо обеспечить не менее 1000 об. мин. вала помпы (23 литра в минуту). Передача вращения с двигателя — шкив на коленвале и ременная передача (см. чертеж).

Забор воды происходит через кингстон в днище, снабженный вентилем, отрезок вертикального трубопровода, который поднимается выше уровня ватерлинии и заканчивается фильтром морской воды.

Шкив на оси коленвала двигателя

Помпа морской воды

Фильтр нужно подобрать по максимальному потоку воды, который обеспечивает помпа (не менее 23 литров в минуту) и расположить в удобном для быстрого доступа месте.

Он должен легко открываться для очистки без применения инструментов. Не стоит использовать различные сетки и обтекатели на водозаборе, уменьшающие входное сечение. Они будут забиваться в первую очередь, отнимая работу у фильтра, в них образуются колонии морской флоры и фауны, а для чистки такой сеточки придется изрядно понырять под корпус.

Все эти мероприятия позволят максимально быстро, без перекрытия кингстона, очистить фильтр от морской травы, полиэтилена, другого плавающего мусора, и за несколько секунд восстановить работоспособность двигательной установки в море.

1 — кингстон охлаждения, 2 — фильтр морской воды, 3 — водо-водяной холодильник, 4 — крышка первого контура охлаждения

Водо-водяной холодильник (ВВХ)

В качестве ВВХ использован подвернувшийся холодильник для масла от польского дизеля «Рекен». Морская вода внешнего контура проходит по медным трубкам-теплообменникам. Вместо масла вполне можно пустить тосол внутреннего контура. Чтобы понять, подходит ли холодильник, нужно снять его крышку, посчитать количество трубок-теплообменников, измерить их длину и внутренний диаметр. У «нашего» оказалось 58 трубок с Ф внутр. 6мм длина 275 мм, в результате поверхность теплообмена S = 3005 см2. Рекомендуемая поверхность теплообмена не менее 45—55 см2 на 1 л.с. мощности двигателя (Ю. Н. Мухин, Б. Е. Синильщиков. Автомобильный двигатель на катере), 3005/55=55л. с.

Холодильник оказался с хорошим запасом по теплообмену, который полезен при эксплуатации, и увеличивает надежность системы. Корпус ВВХ потребовал небольшой доработки. Рекомендованный диаметр трубопровода внутреннего контура не меньше d=3,5*корень из (мощность в л.с.) = 20мм. Поскольку штатные патрубки, предназначенные для масла, были меньшего диаметра, они были срезаны, диаметры отверстий увеличены, и приварены новые патрубки с внешним диаметром Ф28, таким же, как и у патрубков охлаждения двигателя.

Охлаждение выпускного коллектора

Выхлопной коллектор двигателя в штатном режиме (на комбайне) охлаждался потоком воздуха от вентилятора. Поскольку вентилятор в конвертированном варианте отсутствует, коллектор придется охлаждать принудительно.

Охлаждаемый морской водой выпускной коллектор (светлый). Ниже — выхлопной тракт с врезанной в него под острым углом трубой «мокрого» выхлопа.

Для этого достаточно напаять на него твердым припоем кусок медной трубки внутренним диаметром около 15 мм, и пустить через нее поток воды внешнего контура. Теплообмена по месту пайки достаточно, чтобы снизить температуру коллектора до 70—90 С. Охлаждение коллектора необходимо еще и по следующей причине — после коллектора проходит неохлаждаемый участок выпускного тракта, условия работы которого очень желательно смягчить.

1 — «водяной замок» (ватерлок), 2 — расширительный бачок первого контура охлаждения, 3 — воздушный фильтр впускного тракта. После охлаждения выпускного коллектора морская вода поднимается петлей шланга до подволока машинного отделения (столешницы мойки), чтобы исключить возможность заполнения двигателя водой через выпускной коллектор, затем под углом впрыскивается в выхлопной тракт, формируя «мокрый» выхлоп.

Выпускная система

Яхтенный двигатель, как правило, оборудуют «мокрой» системой выпуска. При этом в выпускной тракт впрыскивается вода внешнего контура, выполнившая свою задачу по охлаждению двигателя. Выхлопные газы, смешиваясь с водой, охлаждаются и уменьшают свой объем, за счет чего эффективно глушится шум выхлопа. Выхлопные газы, проходя по выпускному тракту, увлекают за собой воду охлаждения, и выбрасывают ее наружу. И хотя особенности внутренней компоновки парусной яхты часто заставляют располагать выпускную трубу с «неправильным», обратным уклоном, подобное исполнение выпуска, как оказалось, успешно справляется со своей задачей. Однако такое решение порождает новые проблемы, первая из которых — опасность повреждения двигателя морской водой. Дизель на яхте обычно расположен ниже ватерлинии, при его остановке и охлаждении, он будет втягивать воду, оставшуюся в выпускном тракте. При определенных условиях, за счет «сифонного» эффекта, цилиндры дизеля могут быть полностью заполнены морской водой через открытые выпускные клапана. Особенно неприятно, когда эти «определенные условия» складываются в море, вдали от цивилизации и подходящих инструментов для ремонта. Рассмотрим, как это может происходить, и способы борьбы с такой опасностью.

Вода может заполнить выхлопной тракт через изношенную или разрушенную крыльчатку помпы морской воды, пропускающую воду. Чтобы предотвратить это, один из участков внешнего контура охлаждения между помпой и выпускным трактом нужно поднять выше уровня ватерлинии. Конечно, нужно сделать запас — использовать уровень ватерлинии при максимальной загрузке лодки и добавить еще 20—30 см. Наиболее подходящий для формирования колена участок внешнего контура — непосредственно перед местом впрыска воды в выпускной тракт.

Опасность «сифонного» эффекта можно предотвратить, врезав в верхней точке колена клапан или тройник, соединяющий трубопровод с атмосферой, однако без него в реальных условиях можно обойтись — при типичных диаметрах трубопровода 15—20 мм и сопротивлении, создаваемом на входе фильтром, крыльчаткой, холодильником, «сифон» не образуется.

Второй путь, доступный для воды, ищущей дорогу к двигателю — со стороны выпускного тракта. В выпускной трубе после остановки двигателя всегда остается какое-то количество воды, которая собирается в ее нижней точке. Если труба длинная, воды будет довольно много. В условиях длительного движения с попутным штормом, вода будет попадать в выпускной тракт через выходное отверстие в транце, постепенно заполняя его. Опасность заливания двигателя со стороны выхлопа может быть снижена путем установки в нижней точке выпускного тракта ватерлока — буферной емкости для воды специальной формы, подъемом выпускной трубы на 40 — 50 см выше ватерлинии, и установкой на выходе лепестковых клапанов.

Конец ознакомительного фрагмента.