5.2.Характерные причины нарушения режима работы элементов гд и обслуживающих систем и возможные меры по их устранению.

Основными элементами, определяющими работоспособности (например, дизелей) являются: топливная аппаратура (ТНВД, форсунки), ЦПГ (крышки, втулки, поршни), подшипники и клапаны, ТНВД.

Одной из причин их отказов износового происхождения являются эрозионные разрушения. Таким разрушениям в основном подвергаются: плунжеры, окна втулок, клапаны и их седла, а также корпусная часть. Наиболее распространенный случай разрушение рабочей части (головки) золотниковых плунжеров вследствие кавитационной эрозии. Чаше всего износ проявляется в виде точек, затем переходит в сыпь и далее в сплошное поражение участка поверхности-раковины. Эрозионный износ существенно снижает моторесурс элементов ТНВД, например, золотниковых пар. По опыту эксплуатации ТНВД в Балтийском пароходстве, средняя продолжительность работы пары соответствует 1-2 годам. Срок службы плунжерных пар в Северном пароходстве на серийных судах типа "Дорогобуж" составляет 5-10 тыс.ч.

Основной причиной отказов отдельных улов и элементов ТНВД в среднем для всех эксплуатационных зон являются трещины (60 – 75%). Второе место по значимости занимают поломки (11 – 12%). Отказы износового происхождения составляют от 7% до 12%, хотя в области приработки они имеют преобладающее значение.

Основными узлами, определяющими уровень эксплуатационной надежности ТНВД, являются плунжерная пара (27% отказов), всасывающие (25%) и нагнетательные (21%) клапаны. Наименее надежным элементом плунжерной пары являются втулки (50%), На долю плунжера приходится 21%. В процессе эксплуатации этого узла и его элементов имеют место задиры, деформация плоскости трения, заклинивание, выкрашивание и трещины вследствие усталостных явлений в металле наличия температурных напряжений, неоднородности металла, некачественной сборки в процессе монтажа, дефектов технического характера.

Выработка контактных поверхностей вероятнее всего происходит вследствие комплексного воздействия диспергирования (размельчения) отдельных участков контакта, абразивного и окислительного износа.

Уровень эксплуатационной надежности клапанов определяется ТС следующих элементов: седла, перемычки, корпуса, хвостовики. При этом их доля отказов для клапанов различного функционального назначения неодинаковы. Так, отказы нагнетательных клапанов по причине выхода из строя седла составляют 45%, а всасывающих- 30%, по причине выхода из строя корпусов отказы составляют от 20% до 38%. В процессе работы этих узлов и их элементов имеют место поломки посадочных мест, обрывы головки, заклинивание, коррозионное разъедание и трещины. Отказы узлов ТНВД вследствие трещин в среднем для судов типа т/х "Академик Сеченов" составляют: клапаны – 24%, плунжерная пара 17%, головка – 12%, корпус (блок) – 47%.

Основными дефектами, лимитирующими ресурс плунжерных пар судовых дизелей, являются износы прецизионных поверхностей золотниковой части плунжера и втулки. В среднем около 80% плунжерных пар бракуется по причине износа этих поверхностей и потери гидравлической плотности ниже допустимого уровня. Средний износ золотниковой части плунжера втулки за 1 тыс.ч. работы дизелей составляет 0,35-0,5 мкм, а фактический ресурс находится в среднем в пределах (6-13) 103 ч.

Форсунки

Их наиболее уязвимым элементом являются распылители. К характерным дефектам распылителя относят повреждения уплотнительного торца, зависание иглы, потеря плотности, повреждения торцевой поверхности иглы, распрессовка сопел, а также износ сопловых отверстий по диаметру. Из указанных дефектов примерно половина приходится на повреждение уплотнительного торца. Износ сопловых отверстий по диаметру на 1000 часов эксплуатации составляет порядка 10-20 мкм.

При этом общий ресурс распылителей с учетом проведения ремонтов составляет (8-10) 103 ч. К дефектам, определяющим ресурс распылителей, относятся изнашивание потеря герметичности запорного конуса, а также коксование отверстий распылителя и направляющей иглы. По данным зарубежных специалистов применительно к дизелям фирмы "Зульцер" примерно 75% распылителей бракуется вследствие чрезмерного изнашивания распыливающих отверстий, а – 25% приходится на изнашивание запорного конуса распылителя. Топливная аппаратура относится к наиболее ответственным узлам ГД и ВД. Их отказы вследствие рассмотренных выше причин могут привести к внезапному выходу из строя двигателя. Поэтому в процессе эксплуатации топливной аппаратуры необходимо вести постоянный контроль ТС ее отдельных элементов.

Крышки цилиндров

Анализ информации показывает, что основная причина отказов крышек –трещины сварных швов (67%). В процессе эксплуатации имели место свищеобразования (5%), пропуски газов (19%) и водотечность (9%).

Крышки цилиндров во многом определяют надежность работы ГД. В зависимости от типа ГД их наработка на отказ различна. Например, средняя наработка на отказ для ГД типа "Зульцер" составляет от 3,7 тыс.ч. до 5,5 тыс. ч., а для ГД типа "Бурмейстер и Вайн" 1,68 тыс.ч. Очевидно, это связано со спецификой работы и особенностями конструкции. В период работы ГД крышки воспринимают значительные тепловые потоки и большие давления горячих газов, что приводит к возникновению существенных тепловых и механических напряжений. Кроме того, крышки испытывают и большие монтажные напряжения от затяжки шпилек. Совокупное воздействие этих причин способствует образованию трещин в крышках. Количество отказов, связанных с трещинообразованием может составлять порядка 40%.

Основной причиной водотечности вставок являются частные перегрузки ГД. Например, применительно к ГД МАН K7Z 70/120 трещины в крышках цилиндров появлялись в районе отверстия пускового воздуха или форсунки. Очевидно, это связано с резкими изменениями температуры стенок крышки при пусках и реверсах ГД. После пуска ГД температура отдельных мест крышки в течение 2 мин. может возрасти на 190 °С, при остановке за тот же период снизится на такую же величину. Образование трещин, например, в местах перехода цилиндрической поверхности крышки к донышку может явиться следствием нарушения режима охлаждения из-за загрязнения. В процессе отложения различных примесей, которые поступают с водой, происходит ухудшение теплоотдачи от стенок крышки, а это может привести к деформации поверхности донышка. Поэтому в целях поддержания необходимой работоспособности крышки требуется тщательный контроль качества воды и ТС охлаждающих поверхностей.

Предпосылками к образованию трещин могут быть: несоблюдение установленных зазоров; выкрашивание контактных поверхностей между верхней и нижней частями крышки, попадание грязи, раковины на сопрягаемых поверхностях. Не исключается и такая причина, как высокий уровень температурных напряжений в огневой частя днища.

Втулки

В процессе работы этого элемента ЦПГ, например, применительно к судам типа т/х "Академик Сеченов", по данным статистических исследований наибольшее количество отказов приходится на второй (11 отказов), третий (11 отказов) и четвертый (14 отказов) год эксплуатации. Причинами отказов цилиндровых втулок (т/х "И. Тевосян") явились натиры (26% отказов), наработок (39%), наличие лаковой пленки (10%), износ (25%). Для ГД (т/х "Академик Сеченов") цилиндровые втулки выходили из строя вследствие натиров (15%), наработок (38%), наличие лаковой пленки (11%), износа (31%), задиров (3%) и язв (2%).

Наличие задиров, а также повышенного и неравномерного износа являются следствием воздействия горячих газов и трения поршневых колец. Коррозионные, эрозионные и разрушения кавитационного происхождения могут возникнуть из-за смывания охлаждаемой водой наружной поверхности втулок. Наличие трещин в цилиндровых втулках является следствием больших температурных напряжений из-за значительного перепада температур между огневой поверхностью втулки и поверхностью охлаждения.

Чаще всего трещины появляются на верхнем посадочном бурте. Были случаи, когда трещины образовывались через 30 тыс.ч., а в некоторых случаях и через 100 тыс.ч. Материалы, опубликованные в различных литературных источниках, показывают, что трещины в буртах втулок практически образуются на судовых дизелях всех типов. Трещины могут привести к попаданию воды в цилиндр, а также к обрыву втулки по фланцу в процессе работы ГД. Анализ литературных источников показывает, что образование трещин под опорными фланцами втулок являются следствием ряда причин, но главная – это недостаточная жесткость остова ГД. В качестве предполагаемых причин трещин и задиров втулок могут быть отмечены нарушения температурного режима цилиндра, малое количество подаваемого масла, отклонение геометрических параметров втулок. Предпосылками для интенсивного изнашивания втулок могут быть поломка или повышенный износ поршневых колец, чрезмерная подача цилиндровой смазки. Считается, что опасность задира возникает при температуре – 240 °С Возможными причинами задиров могут быть несоответствие структуры металла колец и втулки, нарушение режима смазки, неисправность топливной аппаратуры и др. Задиры деталей ЦПГ и их повышенный износ это характерные дефекты практически всех судовых дизелей. В их основе лежит микрозадир, представляющийся как разрыв масляной пленки на малой площади зеркала цилиндра, которая не восстанавливается в течение нескольких ходов поршня.

Чрезмерная подача цилиндровой смазки приводит к образованию нагара на поршне в районе масляных штуцеров. Из-за трения слоя нагара о стенки втулки происходит ее местная выработка, прорыв газов под кольца, перегрев втулки со всеми вытекающими последствиями. Необходимо постоянно контролировать дозировку цилиндровой смазки, при каждом подъеме крышки или выпускного клапана устранять нагар, следить за состоянием маслоразводящих канавок, "разделывать" полосы местной выработки втулки с помощью камня.

Поршни

Анализ отказной информации в период эксплуатации судов типа "Академик Сеченов" с 1982 по 1986г. показывает, что наибольшее количество отказов применительно к т/х «Насер» приходится на первые три года (15 отказов). Для поршней ГД т/х "И. Тевосян" наибольшее количество отказов приходится на второй (10 отказов), третий (10 отказов) и четвертый (13 отказов) годы эксплуатации. Основными причинами отказов (т/х "Академик Сеченов") являются: обрыв фланца, отвода масла и головки (23%), прогорание донышка, поломка поршневых колец (18%), язвы на поверхности головки (11%), трещины (19%) с глубиной от 5 мм до 10 мм. Применительно к т/х "И. Тевосян" – это прогорание (46%), трещины (29%), нагар (18%), вымывание металла (7%), полоса поршневых колец (54%), износ поршневых колец (46%). Для т/х "Т.А. Насер" характерными причинами являются: сгорание (7%), обрыв фланца маслопровода (26%), трещины. Для т/х "Победа" – это обрыв фланца маслопровода, задиры (4%), трещины (38%), язвы (5%), прогорание донышка (4%).

- наибольшее количество отказов поршней цилиндров ГД танкеров в основном связано с прогоранием (от 29 до 48 %);

- второе место по значимости занимают отказы, связанные с трещинами (от 19 до 67 %);

- далее в порядке значимости идут отказы, связанные с обрывами фланцев маслопроводов и отказы язвенного происхождения;

Такая картина объясняется тем, что поршни судовых дизелей работают в наиболее напряженных условиях. Днище поршней представляет собой часть камеры сгорания и, таким образом, подвергается с одной стороны воздействию высоких температур, а с другой – давлений со стороны газов.

Рассматривая детали ЦПГ двигателей в целом, необходимо отметить, что отказы поршней являются наиболее опасными, так как могут привести к тяжелым авариям.

В различных литературных источниках отмечается, что основными дефектами двигателей являются выгорание и растрескивание металла, днища; повреждение, а также износ компрессорных колец и их канавок; отложение нагара и кокса в поршневых канавках; а также на поверхности головки поршня; износы и задиры тронка. К причинам прогорания донышка поршня можно отнести не совершенствование конструкции, некачественный распыл, отложения нагара, а возможно и накипи с охлаждающей стороны. Обычно выгорание сопровождается появлением трещин. Чаще всего трещины возникают в районе отверстий для прохода масла к центру днища во втулкообразном приливе. Сквозные трещины возникают по первой кольцевой канавке длиной порядка 150-400 мм. Анализ литературных источников показывает, что в ряде поршней в районе выхлопных окон вследствие высоких температурных напряжений, различных перепадов температур и низкого качества металла происходит ографичивание этого металла, появляются микротрещины, происходит выдувание и унос части металла под действием струи газов, обладающих высокой скоростью и давлением, в систему выпуска. В качестве одной из причин выгорания можно отметить износ сопловых отверстий или неправильную установку сопел. Сюда можно отнести и превышение допустимого уровня тепловой напряженности головки поршня при перегрузке двигателя или ухудшении распыла топлива (3,4).

Что касается мер предупреждения отказов, своевременное техническое обслуживание, качественная эксплуатация с соблюдением всех необходимых мер, недопущение перегрузки двигателя, правильный пуск и остановка ГД, постоянный контроль за параметрами и немедленное принятие мер при их отклонении от нормы – залог уменьшения количества отказов и продления срока службы узлов дизельной установки.