7. Основные причины гд, не запускающегося или останавливающегося после перевода на топливо, при частоте вращения ниже заданной и увеличивающейся в процессе эксплуатации. Способы устранения.

Двигатель не запускается или останавливается после перевода на топливо. Основными причинами могут быть: попадание воздуха в топливную систему или сильное обводнение топлива;

- повышенная вязкость топлива;

- неисправность отдельных топливных насосов, механизма регу­лятора, форсунок,

неправильное газораспределение;

- двигатель недостаточно прогрет;

- рычаг управления заедает при переводе в положение "РАБОТА".

Частота вращения ниже заданной. Возможный вариант-ГД не развивает частоту вращения полного хода при нормальном положе­нии топливорегулирующих органов. Это может быть следствием та­ких причин:

плохое распыливание топлива из-за неисправностей топлив­ных насосов, форсунок или его повышенной вязкости;

образование в системе большого количества паров топлива (топливо перегрето);

повышено сопротивление газовыпускного тракта или низкое давление наддувочного воздуха;

увеличилось сопротивление движению судна из-за изменив­шихся условий плавания (встречный ветер, волнение, мел­ководье, обрастание корпуса).

Другой вариант-частота вращения ГД постепенно падает. Это может быть при наличии воды в топливе, заклинивании плунжеров или зависании клапанов части топливных насосов если в процессе работы ГД появились стуки при перемене хода поршня, то это оз­начает, что в одном из цилиндров начался задир_. Внезапная остановка ГД может быть следствием попадания в топливо воды или воздуха, неисправности регулятора, срабатывания системы защиты при пониженном давлении масла или охлаждающей воды.

Частота вращения двигателя увеличивается. Одним из возможных случаев может быть резкое повышение частоты вращения. Причинами такого явления может быть внезапный сброс нагрузки, неисправность регулятора или его привода (например, в случае потери винта, ос­лабления его посадки на гребном валу, потери лопасти, оголении при килевой качке). В подобной ситуации следует уменьшить частоту вращения в ручную или остановить ГД.

8. Основные причины отклонения температуры и ненормальности цвета выпускных газов ГД, повышение температуры охлаждающей воды ::а выходе из ГД, повышение температуры отходящего масла. Способы устранения.

Отклонения температуры и ненормальность цвета выпускных газов.

При повышении температуры газов одного из цилиндров необ­ходимо уменьшить подачу топлива на него.

Причинами таких неполадок могут быть:

перегрузка цилиндра;

плохое распыливание топлива или поздняя подача его в в цилиндр;

-чрезмерная закоксованность выпускных и продувочных окон.

При повышении температуры выпускных газов по всем цилинд­рам (газы могут быть окрашены в темный цвет) необходимо умень­шить подачу топлива на ГД,. Причинами такого явления, кроме ука­занных выше, могут быть повышенная температура или пониженное давление продувочного воздуха, а также воспламенение масла в подшипниковом пространстве.

О качестве работы ГД можно судить по окраске отработавших газов. Например, газы имеют голубоватый цвет. Это свидетельст­вует о попадании большого количества масла в цилиндры ГД. Белая окраска газов имеет место при пропусках вспышек в отдельных цилиндрах, когда топливо не сгорает, а только испаряется, и при попадании воды в топливо или камеру сгорания.

Повышенная температура охлаждающей воды на выходе из двигателя.

Это является следствием перегрузки и наличие неисправностей в системе охлаждения. В последнем случае причинами могут ока­заться засорение фильтров, кингстонов, водоохладителей, Повышение температуры отходящего масла.

Чаще всего это наблюдается при перегрузке и перегреве ГД. В такой ситуации рекомендуется произвести разгрузку и постепенное увеличение подачи охлаждающей воды на маслоохладитель.

В процессе работы ГД при его нормальной нагрузке повышение температуры масла может произойти вследствие: заедания в подшип­никах и других трущихся частях, недостаточного количества масла в системе, повышенной вязкости, загрязнения маслоохладителей, недостаточного количества охлаждающей воды, неисправностей терморегуляторов, а также различных неполадок в масляной системе.

При попадании в циркуляционное масло воды оно приобретает мутновато-серый цвет.

9. Особенности работы многомашинных установок. Типы муфт. Состав гидродинамической муфты. Выражения для определения мощности н; валу отдельных элементов и КПД муфты. Понятие величины скольжения. Значение частоты вращения турбины и КПД муфты при заклинивании гребного винта.

Особенности работы много машинных установок.

В таких ДЭУ нагрузка и частота вращения ГД, работающих че­рез муфты и редуктор на гребной винт, на номинальном ходовом режиме назначаются также как и для ДЭУ с прямой передачей.

Н аличие соединительной муфты в составе ПК практически не вызывает изменения передаваемого момен­та и частоты вращения. Это означает, что моменты на входном и выходном валах равны между собой, а незначительное различие в частотах вращения вызывается потерями в муфте. В дизель-редукторных установках наибольшее распространение получили механичес­кие и гидродинамические муфты, а электродинамические встречаются сравнительно редко. Все типы муфт используются как муфты сцепления.В состав гидродинамической муфты входят ротор насоса и ротор гидравлической турбины. В этом случае моменты, потребляемые насосом и развиваемые турбиной, одинаковы и равны эффективному крутящему моменту дизеля, т.е. М_н=М_т=М_е.

Значения мощности на валу насоса и турбины могут быть определены в соответствии с выражениями:

N_н=Н_нQp/ _н N_т=Н_тQ_{p т}где Н_н=Н_т -теоретический напор, создаваемый насосом и равный напору,

срабатываемому тур­биной;

Q - подача насоса;

P - плотность масла;

_{н, т} – КПД насоса и турбины.

Исходя из этого, общий КПД будет определяться:

(1.9.)

При этом потери в соединительной муфте будут определяться величиной скольжения

(1.10)

Возможные варианты работы элементов ПК (например_, ГД –гребной винт) при наличии гидродинамической соединительной муфты. При застопоренном гребном винте (ситуация его заклинивания). В этом случае n_т= 0,S_м= 100%,η_гм = 0. Учитывая, что частота вращения дизеля не равна нулю (n_ГД≠0), поэтому вся подводимая мощность будет поглощаться внутренним сопротивлением муфты.

При этом муфты находятся в состоянии постоянного заполнения. В такой си­туации в многомашинных ДЭУ управление несколькими дизелями производится с центрального пульта фиксированными вариантами положения муфт: "ВКЛЮЧЕНО"_, "ВЫКЛЮЧЕНО". В первом случае (включенное рабочее состояние муфты) золотник подвода масла открывается полностью. Масло из напорной цистерны по осевому каналу в вале поступает на всасывание насоса в муфты. Энергия движения масла по кругу циркуляции используется в турбине и часть масла через зазоры в прикрытых сливных отверстиях на наружном кожухе сливается в сточную цистерну. Отсюда масло забирается насосом и через фильтры и маслоохладитель перекачивается в напорную цистерну. Опорожнение муфты достигается одновременным открытием сливных отверстий и закрытием золотника подвода масла.

Характеристика гидродинамической муфты.

Анализ приведенных зависимостей показывает следующее.При постоянной частоте вращения вала дизеля момент муфты возрас­тает во всем диапазоне частот вращения винта вплоть до его полно остановки (точки n_в =0,S_м=100%,η_гм=0 ).При условии поддержания номинальной частоты вращения в различных ситуациях и полном заклинивании винта муфта может передать максимальный момент, равный восьмикратному номинальному моменту дизеля. Это говорит о tom,что гидромуфта весьма надеж­ное устройство с точки зрения сцепления вала дизеля с винтом. При любых скольжениях, возникающих при подключении муфты к ра­ботающему дизелю, момент его полностью передается винту, что обеспечивает тяговые и маневренные качества ДЭУ. С увеличением скольжения мощность, отдаваемая винту N_т, сначала возрас­тает, а затем уменьшается. Её максимальное значение равное че­тырехкратной величине номинальной мощности дизеля, достигает­ся при n_в=0,66n_ном В случае сохранения полного крутящего момента (P_е= =const) частота вращения дизеля ко времени заклинивания винта (n_в=0) снизилась бы на 40%. Такой скоростной режим не допускается из-за перегрева муфты. Поэтому с переходом на "тяжелый" винт требуется уменьшить частоту вращения, а в случае заклинивания винта - остановить дизель. Типичным примером утяжеления винта является остановка или отключение одного из дизелей.

10. Особенности работы ДЭУ на ВРШ. Основные элементы системы ДАУ, из назначение. Сущность работы систем ДАУ с ВРШ. Назначение регулятора нагрузки. Задачи, решаемые с помощью регулятора. Способы управления ДЭУ.

При работе ДЭУ с ВРШ имеется возможность дополнитель­ного изменения нагрузки путем воздействия на шаг винта. При этом наряду с положительными качествами, которые отмечались ранее_, представляется возможность компенсировать влияние внешних факторов на характеристику винта и исключить режимы работы в области "тяжелого" винта. В то же время при работе на ВРШ усло­вия для перегрузки дизеля значительно, более вероятны, чем при работе на ВФШ. Эти обстоятельства выдвигают ряд специфических требований к системам управления, защиты и к назначению режимов.

Наиболее полно этим требованиям удовлетворяет система дистанционного автоматизированного управления (рис_. 1.5),[9].

Схема дистанционного управления ДЭУ с ВРШ (дизель Пилстик 6РС2-3 )

Рис.1.5. (I - комбинатор; 2,7,8 -элементы механизма изменения шага; 3 - регулятор нагрузки; 4 - всережимный регулятор; 5 - рейка топлив­ных насосов; 6 - датчик частоты вращения винта; 9 - рукоятка телеграфа в ЦПУ; 10 - рукоятка телеграфа на ходовом мостике).

Представленная схема включает устройство комбинированно­го программного изменения шага и частоты вращения (поз.1) и регулятор нагрузки (поз.3). В многомашинных ДЭУ предусматри­вается также и автоматическое распределение нагрузки между дизелями. Комбинатор воздействует на всережимный регулятор (поз.4) и элементы механизма изменения шага (поз.2,7,8). Регулятор нагрузки работает во взаимодействии с регулятором ша­га 2 и датчиками входных сигналов по положению рейки топливных насосов (поз.5) и частоты вращения винта (поз.6). Командные сигналы на задание частоты вращения n и шага винта вводят­ся рукоятками телеграфов на ходовом мостике или из ЦПУ.

Особенности работы дизеля на ВРШ прослеживаются на всех стадиях задания режимов. Пуск и прогревание дизеля производит­ся только из ЦПУ или с местного пульта управления. Дизель ра­ботает в режиме холостого хода при конструктивном нулевом упо­ре винта. Только после прогревания и проверки рабочих парамет­ров управление передается на мостик и сообщается о готовности дизеля.

Последующие изменения режимов работы дизеля и хода судна осуществляются переключением рукоятки телеграфа на мостике. Командный сигнал поступает в комбинатор и разделяется на сигнал заданного шага Н/D и частоты вращения n в соответствии с комбинаторной диаграммой [9]. Она охватывает все возможные режимы работы ДЭУ при маневрировании и эксплуатационных ходах судна. С её помощью можно определить характерные сочетания Н/D и n, при которых обеспечиваются максимальный упор винта на швартовах и режимы длительной эксплуатационной и максимальной мощности.

К другим особенностям работы дизеля относится действие регулятора нагрузки. В процессе маневрирования из-за инерции судна и на установившихся режимах вследствие влияния внешних факторов на сопротивление движению судна возможны перегрузки дизеля или, наоборот, недоиспользование мощности. Благодаря ре­гулятору нагрузки такие условия автоматически устраняются кор­ректированием шага винта. С использованием регулятора нагрузки решаются и другие важные за­дачи по оптимизации управления дизелем в частности:

- оптимизируется подача топлива во всем диапазоне ско­ростных режимов независимо от обрастания, глубины под килем, мертвой зыби, встречного ветра;

- улучшаются маневренные качества судна и сокращается тормозной путь при экстренной остановке;

- осуществляется автоматическая защита дизеля от перег­рузки при выходе из строя ТНВД,

- обеспечивается лучшее использование ресурса дизеля путем переключения программ и приведения их в соответствие с состоянием дизеля, сортом применяемого топлива;

- стабилизируется частота вращения на режимах работы с валогенератором при переменных внешних условиях, а при колебаниях тока в цепи валогенератора поддерживается полная загрузка главных дизелей.

Способ управления ДЭУ

Основной режим работы

С постоян-ной частотой враще¬ния

Неисправность регулятора нагрузки.

11. Экономичность работы ДЭУ. Основная доля эксплуатационных затрат. Показатель экономичности элементов ДЭУ. Полезная энергия, потери. Способы повышения экономичности, определяющие факторы. Выражение КПД установки, его анализ

Доля расходов на топливо в общих эксплуатационных затратах на судно составляет 25-30% и возрастает с увеличением грузоподъемности и скорости хода судна, агрегатной мощности главных и вспомогательных дизелей. Поэтому снижение расхода топлива является одной из главных задач, решаемых на этапах проектирования и эксплуата­ции теплоходов.

Экономичность каждого из элементов ДЭУ оценивается его КПД и в различной степени отражается на экономичности ДЭУ в целом.

Для транспортного судна энергия, используемая по прямому назначению на перевозку, сохранение грузов и обслуживание пассажиров, относится к полезной, а энергия, затрачиваемая на обслужи­вание главных и вспомогательных дизелей, экипажа и судна в це­лом - к потерям. Развитие современных ДЭУ идет по пути умень­шения расходов энергии на вспомогательное потребление [9].

Современные ДЭУ оборудуются турбогенераторами, работающими на паре от УК, вакуумными BOУ, использующими тепло воды, охлаж­дающей дизели, валогенераторами, гидроприводом ВМ. При этом не только уменьшаются расходы топлива, масла, но повышается ресурс вспомогательных дизелей, котлов.

Экономичность ДЭУ во многом зависит от согласования режимов работы механизмов, их технического состояния, использования средств утилизации, рационального распределения расходов топлива на главные и вспомогательные потребители. Все это отражается на КПД установки. Исхода из этого, под КПД установки понимается от­ношение полезной энергии, потребляемой на транспортные расходы (перевозка, подготовка и сохранение груза и обслуживание пасса­жиров), ко всей энергии, затрачиваемой на установку [9]:

η_DЭу= , (1.11.)

где Е_в - энергия, подводимая к гребным винтам;

Е_г - энергия, расходуемая на подогрев груза (танкеры) или его охлаждение (рефрижераторные теплоходы),сюда же относятся расходы на вентиляцию и подогрев в трюмах сухогрузных теплоходов;

Е_п – энергия, затрачиваемая на обслуживание пассажиров;

G_у – расход топлива на установку;

Q_у – теплота сгорания смеси топлива, расходуемого на всю установку.

Для конкретных типов судов, например, транспортных тепло­ходов (при отсутствии затрат энергии на сохранение груза Е_г=0 и отсутствии пассажиров Е_п=0) КПД установки определяется по формуле:

η_дэу=η_е^гд ·η_п^гд ·х, (1.12)

где η_е^гд – эффективный КПД главных дизелей;

η _п^гд – КПД главной передачи;

Х – доля расходуемого топлива на главные дизели.

Значения η_п^гд могут быть приняты в зависимости от типа передачи: прямая 0.97-0.99, гидрозубчатая 0.95-0.97, электрическая на постоянном токе 0.80-0.87.

З начения η_дэу , η_е^гд и Х могут изменяться в зависимости от режима работы установки. Их количественные значения приведены на рис.1.7. [ 9 ]

Изменение η_дэу, η_е^гд и Х от частоты вращения

Рис.1.1 (сухогруз типа т/х "Архангельск")

К возможным путям увеличения η_дэу относят повышение КПД главных дизелей и снижение потерь энергии в передаче. Однако экономичность главных дизелей оказывает решающее влияние на η_дэу, так как доля расхода топлива на этот потребитель является наи­большей. В то же время режим работы с максимальным КПД главных дизелей не обязательно соответствует максимуму КПД (рис_. 1.7.). При увеличении частоты вращения η_ДЭУ растет до тех пор, пока приращение доли расхода топлива на главные дизели преобладает над уменьшением η_е^ГД. Максимум η_ДЭУ достигается

12. Решающие факторы повышения КПД ГД. Схемы утилизации в зависимости от системы охлаждения газов и способа использования пара. Состав, сущность, достоинства и недостатки. Принцип работы вал о генератора, его достоинства.

Решающими факторами повышения ηeГД являются [25]:

- дальнейшее Форсирование дизелей на основе совершенствова­ния систем газообмена и наддува и повышение КПД турбокомп­рессоров;

- использование конструкций, допускающих организацию рабо­чего цикла с высоким значением максимального давления сго­рания Pz;

- применение длинноходовых и сверхдлинноходовых дизелей с прямоточно-клапанной продувкой (отношениеS/D)=2,5…3,85);

- согласование эксплуатационных режимов с характеристиками

удельного расхода топлива Ве=ƒ(n)

- применение керамики и композитных материалов, ограничивающих теплообмен между газом и стенками цилиндра;

- использование энергии выпускных газов в силовых турби­нах комбинированных дизелей.

Дальнейшее повышение экономичности на 2-3% путем согласования эксплуатационных режимов с характеристикой Ве=ƒ(n) является результатом совместного действия конструктивных и экс­плуатационных факторов (рис. 1.8.) [9].

Одним из средств повышения КПД судовых дизелей и ДЭУ в целом, как отмечалось выше, является применение силовой тур­бины. При КПД турбокомпрессора ηтк›0,65 ,необходимые парамет­ры наддува (давление и расход воздуха) можно получить, направ­ляя в турбину не весь поток газов, а только его часть (90% и более). Остальной газ параллельным потоком отводится в силовую турбину, связанную через муфту и редуктор с валом дизеля (рис. 1.9.) [9].

Изменение удельного расхода топлива на различных режимах.

Дальнейшее повышение КПД установок после мероприятий, свя­занных с увеличением КПД главных дизелей и передач, может быть осуществлено путем глубокой утилизации тепловых потерь и применяемых способов привода ВМ.

Утилизация тепловых потерь в главных, а в некоторых случаях и вспомогательных дизелей, позволяет существенно уменьшить расходы топлива на вспомогательные потребители. На теплоходах часть энергии выпускных газов традиционно используется в утилизационных котлах для получения водяного пара. В зависимости от системы охлаждения газов и способа использования пара возможны различные схемы утилизации [9]:

I). Пар от УК во время хода направляется в систему подогрева топлива, воды, воздуха и на другие нужды, т.е. происходит замещение ВК утилизационными, в которых из-за ограниченной производительности срабатывается 1/3-1/2 часть располагаемой теплоты газов (в этом случае такие системы называют системами частич­ной утилизации).

2). Основная часть пара используется в утилизационной ПТУ, работающей по циклу Ренкина (утилизационный турбогенератор вырабатывает электроэнергию, идущую на привод ВМ, освещение и другие потребители); в этом случае утилизационная установка во время хода полностью или частично замещает вспомогательные дизели и в связи с повышенной производительностью котлов ути­лизируется большая часть (2/3 - 3/4) располагаемой теплоты га­зов и такие системы называются системами глубокой утилизации.

3). Излишки пара не сбрасываются в конденсатор, а в виде избыточной энергии на режимах полного хода (NеГД>50%) переда­ются на винт. В этом случае совместная работа главного дизеля и утилизационного турбогенератора на винт осуществляется через механизм отбора избыточной мощности турбогенератора на редуктор главной передачи. При этом автоматически обеспечивается ста­билизация частоты вращения генератора в рабочем диапазоне час­тот вращения главного дизеля. В такой схеме кроме утилизации части теплоты наддувочного воздуха, предусматривается возможность дополнительного отбора теплоты выпускных газов путем генерирования пара низкого давления, направленного в последнюю ступень турбины.

4). Утилизация энергии выпускных газов силовой турбины, работающей совместно с валогенератором главного дизеля на заме­щение вспомогательных дизелей. В высокоэкономичных судовых дизелях с низкой температурой газов за турбиной (220…240°С) такая схема позволяет рационально сочетать простые схемы утилизации с высокой топливной экономичностью, низкой стоимостью, малыми затратами на обслуживание установки. В этом случае энерге­тический КПД установки повышается вследствие совместного воздей­ствия на эффективный КПД главного дизеля и снижения расхода энергии на вспомогательное потребление.

Принципиальная схема глубокой утилизации тепловых потерь с валотурбогенератором приведена на рис. 1.13 [9].

С хема глубокой утилизации с валогенератором.

Рис.1.13. (I - главный дизель; 2 - редуктор; 3 - гидроме­ханический редуктор; 4,5 - турбогенератор; 6 -утилизационный котел; 7 - сепаратор пара низкого давления для последней ступени УТГ; 8 - сепаратор пара среднего давления для общих нужд; 9 - вспо­могательный котел; 10 - воздушный экономайзер в воздухоохладителе главного дизеля; А - вход газа; Б -вход воздуха).

Реализация такой схемы возможна при использования высоко-форсированных четырехтактных дизелей, которые имеют повышенную температуру выпускных газов. При условии полного замещения вспо­могательных дизелей и ВК избыточная мощность утилизационного турбогенератора на режимах полного хода (Nегд>50%) может превы­шать потребности судна в электроэнергии в 2-3 раза (рис 1.14. [9]).

К вопросу оценки избыточной мощности утилизационного тур­богенератора

Рис. 1.14. (-- по схеме глубокой утилизации с валогенератором (рис. 1.13.); — • — • — без использования воздушного экономайзера и пара низкого давления).

В современных ДЭУ используются и схемы утилизации второй основной потери тепла главных дизелей- теплаохлаждающей воды.

В ода, вышедшая из дизелей, может использоваться как греющая среда в различных ТА (подогревателей воды, топлива, масла) в испарителях котловой и питьевой воды, а иногда и для отопления. Однако достаточно широкое применение на теплоходах нашли пока только вакуумные BOУ, которые дают возможность "срабатывать" значительный теплоперепад и достигать существенного экономичес­кого эффекта. Расчеты и опыт показывают целесообразность при­готовления пресной воды в рейсе из забортной для увеличения грузоподъемности судна и повышения КПД установки. Расход теп­ла на ВОУ для сухогрузного теплохода составляет 1,7 - 2,8 % расхода тепла на главный дизель и возрастает до 2 - 3,4% для танкера в связи с большими расходами пресной воды на питание котлов. Выход пресной воды для установки Nегд=7500 квт мог бы составлять 50 - 60 т/сут, что в нормальных условиях плавания значительно превосходит с уточный расход пресной воды. Поэтому в BOУ транспортных судов ограничиваются приготовлением пресной во­ды 15 - 20 т/сут.

Наиболее экономичными являются вакуумные В0У поверхностного типа,

приведенные на рис. 1.15. [9].

Схема включения испарительной установки типа "Атлас" в систему охлаждения дизеля

Учитывая, что КПД вспомога­тельных дизелей ниже КПД главных, поэтому становится ясным про­явление практического интереса к схемам привода механизмов от валогенератора. Чаще всего использование валогенераторов отме­чается в многомашинных ДЭУ с ВРШ. Через муфту сцепления и повы­шающий редуктор они связываются с главной редукторной передачей и на режимах n=const полностью обеспечивают установку электроэнергией (коэффициет замещения вспомогательных дизелей Кп = 1). Анализ количественных данных показывает, что использо­вание валогенератора дает экономию топлива, соизмеримую с эко­номией, получаемой от утилизации тепла выпускных газов.

Паротурбинные энергетические установки