Silnik główny (4-suwowy, tłok wodzący)

Co tworzy ten typ

Średnioobrotowy czterosuwowy silnik z tłokiem wodzącym zamyka cykl spalania w czterech suwach tłoka (ssanie, sprężanie, praca, wydech) na dwa obroty wału korbowego i pracuje typowo przy 400 do 1000 rpm, zależnie od wielkości. Ponieważ śruba dla dobrej sprawności musi kręcić się o wiele wolniej, silniki te zawsze napędzają przez przekładnię redukcyjną — i często śrubę nastawną, by pełną moc silnika dało się wykorzystać w zakresie prędkości statku bez dławienia silnika. To zasadnicza granica wobec wolnoobrotowych dwusuwowych silników wodzikowych, które kręcą się wprost z prędkością śruby, bez przekładni i bez kontaktu części prowadzącej tłoka ze ścianką cylindra. Silniki z tłokiem wodzącym to standardowy wybór dla promów, jednostek offshore, wycieczkowców i coraz częściej maszynowni spalinowo-elektrycznych, gdzie kilka średnioobrotowych zespołów napędza prądnice (a nie bezpośrednio wał) — dając nadmiarowość i elastyczne obciążanie, których pojedynczy wielki dwusuw nie zaoferuje.

Główne elementy

Blok cylindrów i tłoki wodzące

Inaczej niż w silniku wodzikowym sam tłok przejmuje siłę boczną od korbowodu (stąd tłok wodzący, z wydłużoną częścią prowadzącą na to obciążenie) — dlatego smarowanie cylindrów i konstrukcja pierścieni różnią się zasadniczo od dwusuwowej konstrukcji wodzikowej.

Wał rozrządu i mechanizm zaworowy

Wał rozrządu napędzany kołami zębatymi lub łańcuchem steruje zaworami dolotowymi i wylotowymi oraz, na silnikach z wtryskiem mechanicznym, pompami wtryskowymi; wiele nowoczesnych jednostek używa zamiast tego elektronicznego wtrysku common rail.

Turbosprężarka i układ powietrza doładowania

Niezbędne dla gęstości mocy tych silników; chłodnice powietrza doładowania panują nad temperaturą dolotu, która wprost wpływa i na moc, i na tworzenie NOx.

Przekładnia redukcyjna

Redukuje obroty silnika do obrotów śruby, a w maszynowniach wielosilnikowych łączy moc dwóch lub więcej silników na jednym wale — ze sprzęgłami pozwalającymi wysprzęglić pojedyncze silniki do obsługi, gdy statek płynie na pozostałych.

Dobór / wymiarowanie

Moc wybiera się względem wymaganej prędkości statku i krzywej śrubowej, ale praktyczna decyzja brzmi zwykle: jeden duży silnik czy kilka mniejszych równolegle przez przekładnię sumującą. To drugie kosztuje więcej złożoności przekładni, ale daje nadmiarowość (utrata jednego z czterech silników wciąż zostawia napęd) i lepszą sprawność częściową, bo niepotrzebne silniki można wyłączyć, zamiast trzymać wszystkie w niedociążeniu. Rodzaj paliwa (MDO, HFO z właściwymi układami pomocniczymi albo warianty dwupaliwowe gazowe) to główna oś doboru — zmienia układ wtryskowy, reżim smarowania cylindrów i potrzeby oczyszczania spalin.

Przepisy / klasa

Limity NOx Tier II lub Tier III z Załącznika VI konwencji MARPOL obowiązują według daty położenia stępki i wzorca pływania statku po obszarach kontroli emisji; Tier III osiąga się w tej klasie silników zwykle przez recyrkulację spalin lub selektywną redukcję katalityczną, a nie same środki wewnątrzcylindrowe. Każdy silnik wymaga certyfikacji EIAPP. Przepisy klasy wymagają analizy drgań skrętnych całej linii wałów łącznie z przekładnią, a przy wielosilnikowych przekładniach sumujących — odrębnego zatwierdzenia sprzęgła i układu sumowania. Wymagania nadmiarowości SOLAS dla niektórych typów statków (np. części jednostek offshore i pasażerskich) wprost sprzyjają układowi wielosilnikowemu z tłokami wodzącymi zamiast pojedynczego silnika.

Typowe usterki

• Zużycie tulei od niedopasowanego smarowania — zła alkaliczność oleju cylindrowego względem zawartości siarki w paliwie przyspiesza zużycie tulei i pierścieni.
• Zabrudzenie turbosprężarki — spadające doładowanie, rosnące temperatury spalin i malejąca moc, zwykle z za rzadkiego czyszczenia strony sprężarkowej.
• Zużycie sprzęgieł przekładni sumujących — poślizg przy dołączaniu i odłączaniu silników, często najpierw zauważany jako nietypowa wibracja przy przekazywaniu obciążenia między silnikami.
• Zanieczyszczenie wtryskiwaczy na jednostkach palących HFO — nierówne obciążenia cylindrów i rosnący dym, do wyśledzenia w jakości paliwa lub obsuniętych interwałach obsługi wtryskiwaczy.
• Problemy drgań skrętnych po naprawie przekładni lub sprzęgła — jeśli osiowanie lub sztywność sprzęgła zmienią się bez ponownego sprawdzenia analizy skrętnej, rezonans może pojawić się przy obrotach, które wcześniej były czyste.

Na co zwrócić uwagę u dostawcy

• Ścieżka zgodności NOx (Tier II lub Tier III z wymaganym przez nią oczyszczaniem), dopasowana do rzeczywistego rejonu pływania statku, nie do minimum na odbiór.
• Konstrukcja przekładni sumującej i sprzęgła sprawdzona w dokładnie zamierzonej konfiguracji wielosilnikowej — bo to tutaj nadmiarowość działa albo nie.
• Dokumentacja smarowania cylindrów i elastyczności paliwowej, jeśli statek może przechodzić między MDO a HFO albo pracować dwupaliwowo.
• Pokrycie siecią serwisową wzorca pływania — silniki średnioobrotowe mają częstsze remonty niż wolnoobrotowe dwusuwy, a koszt postoju bez lokalnego wsparcia rośnie szybko.

Alkaliczność oleju cylindrowego dobierajcie do rzeczywistej zawartości siarki w paliwie, nie do liczby z kwitu bunkrowego sprzed sześciu miesięcy — jakość paliwa dryfuje między bunkrowaniami, a tuleje płacą za to po cichu, aż przegląd znajdzie zużycie.