Лекція №13 Тема: Причини та наслідки небезпечного управління силовою енергетичною установкою
План лекції
1. Вихід головного дизеля з ладу у зв’язку з неправильним управлінням та технічною експлуатацією.
2. Недотримання правил безпечного управління головної енергетичної установки.
3. Надійність суднової енергетичної установки та вплив на неї різкої зміни режимів роботи.
4. Правила безпечного керування та експлуатації силової енергетичної установки.
Подряпини циліндро-поршневої групи.
Подряпини робочої втулки й поршня виникають внаслідок будь-яких причин, що приводять до зникнення зазору між їхніми тертьовими поверхнями, порушенню режиму змащення цих поверхонь або до появи між ними твердих механічних часток. Такими причинами можуть бути:
- недостатній монтажний зазор між поршнем і втулкою, між кільцями й опорними площинами поршневих канавок, у посадкових поясах блоку й втулки;
- недостатній тепловий зазор у замках поршневих кілець;
- надмірне зношування або поломка поршневих кілець;
- нерівномірне зношування втулки й тронка поршня;
- збільшений діаметр ущільнювальних кілець між втулкою й блоком;
- неякісне складання деталей руху;
- використання невідповідного сорту циліндрового масла;
- перегрів головки поршня;
- влучення води, нагару й твердих механічних часток на дзеркало циліндра;
- порушення програми обкатування двигуна після установки нових поршнів і втулки.
- перевантаження двигуна або робочого циліндра.
В 4-тактных двигунів різних потужностей і чисел обертів випадки подряпин відбуваються дуже рідко й тільки при явному порушенні правил технічного обслуговування. Найчастіше подряпини трапляються в 2-тактных двигунах або новій конструкції, або після установки в них нових пар втулка - поршень. При цьому в районі випускних вікон втулки мають підвищену температуру, район «висушується» високошвидкісним потоком гарячих випускних газів, зазнає термічної деформації й працює в умовах абразивного зношування, пов'язаного з більшою кількістю нагару на поверхності тертя й при будь-якому відхиленні від правильного технічного обслуговування можуть привести до подряпин.
Правила монтажу деталей кріплення й наслідку їх порушення.
Аварії суднових двигунів часто відбуваються в результаті неправильного монтажу деталей кріплення, а також через відсутність контролю над їхнім станом під час експлуатації двигуна й при профілактичних оглядах його вузлів.
Деталі кріплення основних вузлів завжди працюють в умовах більших змінних навантажень. У процесі експлуатації двигуна, з багаторазовими розбираннями вузлів, деталі кріплення зношуються й витягаються, втрачають свої механічні якості через утомленість структурних зміни в поверхневому шарі матеріалу й виникнення утомлених тріщин. Крім того, від постійної вібрації можуть відвертатися гайки, руйнуватися стопорні пристрої.
При поганому пригоні опорних поверхонь звичайно виникає значна вібрація в місцях нещільного з'єднання, що може привести до обриву болтів і появі тріщин у сполучних фланцях. Для надійності з'єднання не можна встановлювати прокладки під опорні поверхні таких відповідальних деталей кістяка, як блоки циліндрів, картери, стійки, окремі циліндри. Щільність з'єднання цих деталей досягається шабровкой опорних поверхонь за допомогою плити й фарби. Опорні поверхні повинні бути пригнані так, щоб по всій довжині з'єднання зібраних у стик, але не скріплених болтами поверхонь, не входив щуп товщиною 0,05 мм. Зазор в 0,05 мм і вище повинен бути усунутий.
Для ущільнення місць з'єднання частин кістяка допускається покривати опорні поверхні тонким шаром оліфи або лаку. Ущільнювальні прокладки дозволяється ставити тільки в тих з'єднаннях деталі, що де скріплюються, не зазнають навантаженням від тиску газів, а тільки на кришки картерів, кожух привода розподільного вала, вихлопний і усмоктувальний колектори й ін.
Під дією змінних навантажень, навіть якщо вони не перевищують межу пружності, сполучні болти витягаються, тобто в початковий період експлуатації двигуна щільність з'єднання порушується й з'являється зазор, при якому виникають динамічні сили, що навантажують болти. За певних умов і якщо немає контролю над твердістю з'єднання, частина болтів може відірватися. Додаткові навантаження на сполучні болти також можуть збільшитися при нерівномірному їхнім затягуванні, що приводить до їхньої витяжки й обриву.
Для попередження обриву, особливо в перший період експлуатації двигуна, необхідний ретельний контроль над станом деталей кріплення. При контрольних обтисненнях болтів проріз у коронці гайки може не збігатися з отвором під шплінт, і гайку прийде трохи доповернути або послабити. Болтові з'єднання кістяка двигуна звичайно не стопорять і можна вчасно виявити й усунути їхнє ослаблення.
Ослаблені гайки кріплення фундаментної рами, установленої на клинах (великі двигуни) до суднового фундаменту треба обжимати, тільки перевіривши щільність посадки ослабленого ділянки рами на клинах. При контрольних обтисненнях необхідно ретельно перевіряти стан кріпильних деталей. Зовнішньою ознакою прогресуючої витяжки є систематичне ослаблення гайок, які необхідно заміняти.
Надмірне затягування шпильок кріплення кришок циліндрів і наслідку їх порушення.
До характерних аварій суднових двигунів ставляться обриви опорних фланців втулок циліндрів, а іноді й поява тріщин у циліндрових блоках через надмірну або нерівномірного затягування шпильок кріплення кришок циліндрів (Рис.1).
Момент затягування можна визначити по вираженню:
,
де i - кількість шпильок;
d - зовнішній діаметр різьблення шпильок;
D - середній діаметр опорної поверхні бортика кришки;
ДО = 1,2 - 2- коефіцієнт затягування.
Тріщини в опорних фланцях втулок або їх обриви пояснюються тим, що в більшості конструкцій осі симетрії опорного бортика робочої кришки й посадкової поверхні блоку не збігаються.
|
Рис.1 Схема сил, що діють в опорному фланці втулки робочого циліндра: а – типова конструкція; б – конструкція для двигуна NVD -36 і NVD -48. |
При кріпленні кришок особлива увага приділяється порядку обтиснення гайок, що необхідно для їхнього рівномірного затягування. Гайки необхідно обжимати за три - чотири приймання й попарно по діагоналі. Для контролю слід вимірювати відстань між нижньою площиною циліндрової кришки й верхньою площиною циліндра. Мідну прокладку перед постановкою на місце відпалюють. Ущільнювальний бортик кришки й мідна прокладка повинні лежати в канавці вільно, з деяким зазором.
Найбільш важкі наслідки викликає обрив опорного фланця втулки, що приводить до руйнування блоку, фундаментної рами й деталей руху. Надзвичайно важливо вчасно виявити процес, що почався, обриву.
Ознаками появи водостічної тріщини є: вступ води в робочу порожнину циліндра, обводнювання масла, а також прорив гарячих газів в охолодну воду. У цьому випадку дефектний циліндр необхідно розкрити й перевірити стан втулки й блоку в районі посадкового бурту.
Тріщини в опорному фланці втулки й у сорочці циліндра з'являються не тільки внаслідок надмірного затягування кришечних шпильок або невдалої конструкції цього вузла, але й при різкому переохолодженні циліндрів і швидкому збільшенні навантаження на непрогрітий двигун.
Обриви шатунних болтів і їх попередження.
При оглядах і ремонтах особлива увага слід обертати на стан шатунних болтів, обривши яких пов'язаний з важкими аваріями двигунів.
До основних причинам обриву шатунних болтів ставляться: більші зазори в мотилевих підшипниках, перегрівши нижньої головки шатуна внаслідок підплавки підшипника, недостатня або надмірне затягування гайки шатунного болта, ослаблення гайки болта в працюючому двигуні, нерівномірне прилягання гайки або головки болта до опорної поверхні головки шатуна (перекіс), нещільна посадка болта в отворі, надмірна овальність мотилевої шейки, заїдання поршня, рознос двигуна.
Перегрів нижньої головки шатуна, надмірне затягування, рознос двигуна або заїдання поршня викликають у шатунних болтах залишкову деформацію (витяжку). У результаті порушується щільність стику половинок нижньої головки шатуна й з'являються ударні навантаження. Останні виникають також при більших зазорах у мотилевому підшипнику, надмірній овальності мотилевої шейки й недостатньому затягуванню шатунного болта. Ударне навантаження на шатунні болти різко збільшує в них напруги розтягання, що приводить до обриву болта.
При нерівномірному (однобічному) приляганні гайки або головки шатунного болта сила, що діє на стрижень, прагне його зігнути, напруги в матеріалі болта значно зростають, перевищуючи припустимі. Перекоси виходять при незадовільній обробці опорних поверхонь болтів і шатуна або через неправильний розподіл прокладок у розніманні нижньої головки шатуна, перекіс буває через нещільну посадку болта в отворі.
Для попередження обриву шатунних болтів необхідно:
- при кожному огляді порожнини картера перевіряти стан стопорних пристроїв і затягування гайок шатунних болтів, виявлені дефекти негайно усунути;
якщо гайка затягнута недостатньо або частково відвернулася, перевірити, не чи витягнувся шатунний болт, ослаблений шатунний болт зняти й перевірити його стан;
при кожному розбиранні мотилевого підшипника ретельно перевіряти шатунні болти: стан різьблення, витяжку стрижня, наявність у різьбленні й на стрижні тріщин, забоїн, надривів і ін. дефектів.
Для виявлення тріщин, надривів і ін. дефектів ретельно оглядають промитий шатунний болт, особливо його різьблення й гантелі через лупу з 5 - 6 кратним збільшенням при сильному висвітленні або за допомогою магнітної дефектоскопії. При складанні мотилевого підшипника перевіряється щільність прилягання поверхонь головки шатуна й щільність посадки стрижня болта в отвори й необхідно забезпечити рівномірне затягування гайок. Болти в отвори повинні входити туго, але без сильних ударів. У кожному комплекті прокладок рознімання шатуна повинне бути однакова кількість прокладок.
Шатунний болт разом з гайкою повинен бути замінений при наступних дефектах: витяжка або ушкодження різьблення болта або гайки, залишкова деформація стрижня болта, що перевищує припустимий межу або дорівнює йому, тріщини, забоїни, заїдання поршнів, їх значні подряпини, сильна підплавка мотилевого підшипника, робота двигуна у рознос.
При обриві болта його нижня частина прагне випасти в картер. Навантаження повністю передається на другий болт, нижня кришка мотилевого підшипника відходить, а другий болт звивається й розривається, потім відбувається заклинювання шатуна між валом і фундаментною рамою або станиною, що приводить до скручування й вигину вала, руйнуванню станини або фундаментної рами, вигину або розриву шатуна, руйнуванню втулки, поршня.
Порушення правил стопоріння кріпильних деталей.
Кріпильні деталі, застосовувані для з'єднання деталей і вузлів двигуна, стопорять пристроями різної конструкції: контргайки, стопорні фігурні шайби, що пружинять шайби, в'язальний дріт, стопорні гвинти, шплінти. Особливо важливо добре стопорити нарізні сполучення рухливих деталей, у першу чергу шатунних болтів. Гайки шатунних болтів звичайно стопорять шплінтами, надійність якого забезпечується, якщо шплінт по діаметру дорівнює отвору у шплинтуємої різьбовій парі. У корончатих гайок ширина пазів повинна бути дорівнює діаметру шплінта. При порушенні цих вимог створюються умови для перетирання й зрізання шплінта, а потім і роз’єднання деталей під впливом вібрації двигуна.
Такі ж вимоги пред'являються до в'язального дроту при стопорінні болтів кріплення маховика, шестірні, фланцевих з'єднань і ін.
Контргайки й стопорні шайби використовують для мало відповідальних з'єднань нерухливих деталей, тому що не забезпечують надійного стопоріння при постійній сильній вібрації деталей.
Усі стопорні деталі, за винятком контргайок, можна використовувати тільки один раз, тому що внаслідок пластичної деформації втрачають свої механічні якості.
Вибухи пар масла в картерах двигуна.
Вибухи пар масла в картерах і ресиверах продувного повітря двигунів по своїх наслідках і величині руйнувань ставляться до найбільш важких і нерідко трагічно випадкам, що закінчуються, і аварійним ушкодженням двигунів. За даними іноземної печатки за 20 років зареєстровано 180 випадків вибухів, загинуло більш 200 людей.
Поряд з людськими жертвами вибухи приносять великий матеріальний збиток, крім двигунів руйнуються механізми й трубопроводи МО й відбуваються пожежі.
Розвитку вибухів пар у картері двигуна завжди передує поява там « гарячої крапки» (загальний або місцевий перегрів через ненормальну роботу поршня, головного або мотилевого підшипників, втулки робочого циліндра, сальника й штока поршня, рамового підшипника, підшипників розподільного вала й валів привода навішаних механізмів і ін).
У картері працюючого двигуна постійно перебуває суміш повітря й дрібно розпилених часток масла й при влученні цих часток на гарячу поверхню відбувається їхній інтенсивний випар з розкладанням вуглеводнів масла на легко займисті продукти окиснення - перекису й альдегіди. У результаті навколо гарячої крапки створюється масляний туман, що поширюється по всьому обсягу картера. Концентрація масла в повітрі збільшується й може досягти вибухонебезпечної межі (50 мг масла на 1 л повітря).
Другою необхідною умовою для запалення суміші є досягнення нею температури від 270 до 400 гр.С. Якщо концентрація масла в повітрі досить висока (багата суміш), те тепловиділення йде з великою швидкістю, тиск газів миттєво збільшується до декількох атмосфер.
Прорив газів назовні відбувається на ділянках кістяка двигуна, що мають найменшу міцність (закриття лючків картера, торцевих стінок двигуна). За хвилею тиску випливає часткове розрідження й через зруйновану поверхню в картер уривається атмосферне повітря, знову утворюється вибухонебезпечна суміш і відбувається другий і, як правило, значно могутніший вибух.
Для запобігання вибухів треба дотримувати наступних вимог:
містити двигун у гарному технічному стані, особливо ЦПГ і групи руху, не допускати роботи двигуна із гранично зношеними циліндрами й ущільнювальними кільцями, із тріщинами в поршнях та ін.;
стежити за регулюванням двигуна, станом паливної апаратури, системи змащення й охолодження;
не допускати перевантаження двигуна й окремих його циліндрів;
не допускати надмірного нагрівання масла і його розрідження паливом;
при виявленні перегріву деталей руху, а також появи диму в картері знизити число обертів і навантаження, а якщо дефект не усувається - двигун зупинити;
розкривати картер не раніше, чим через 15-20 хв. після його зупинки.
Засіб попередження - установка приладів сигналізації масляного туману, які спрацьовують при досягненні концентрації в 1,25 - 2 мг масла на 1 л повітря. При вступі сигналу двигун необхідно зупинити й дати йому охолонути. Регістр і інші класифікаційні суспільства вимагають установлювати на картерах двигунів на лючках запобіжні клапани.
Перевірочні питання
1. Прийоми безпечного управління судновим дизелем.
2. Заходи безпеки при обслуговуванні вантажопідємних механізмів.
3. Забезпечення безпеки енергетичної установки при перевезеннях газів LPG газовозах.
4. Нагляд за безпечною роботою двигуна, маневрування, зупинка двигуна.
5. Положення безпеки, які визначають зв'язок між управлінням дизелем та його надійністю.
6. Заходи безпеки при обслуговуванні механізмів, систем та обладнання , які знаходяться під тиском.
7. Зміст документів, що вахтовий механік при вступі на посаду зобов'язаний вивчити і заповнити.