Глава 6. Контроль технического состояния элементов судовых энергетических установок при эксплуатации

6.1. Главные и вспомогательные дизели

Основными элементами главных и вспомогательных дизелей яв­ляются: детали ЦПГ, топливная аппаратура, всасывающие и выпуск­ные клапана.

ДЕТАЛИ ЦИЛИНДРОПОРШНЕВОЙ ГРУППЫ. Уровень (втулки, поршни, кольца) их ТС определяется наличием повреждения или чрезмерным загрязнением.

При работе дизелей плотность цилиндров может быть проконт­ролирована путем измерения давления конца сжатия (Р_с). Для этой цели используются максиметры, механические или электрон­ные индикаторы. Контроль плотности осуществляется при провора­чивании валоповоротным устройством. Однако возможен и тестовый контроль утечек из цилиндра. Учитывая, что давление конца сжа­тия зависит от частоты вращения, поэтому для повышения точности диапазона рекомендуется измерять давление сжатия на режиме мало­го хода для ГД и на режиме холостого хода с пониженной часто­той для ВД, но после прогрева двигателя не менее 1 ч. В качестве критерия неудовлетворительной плотности цилиндра может быть принято снижение отношения Р_с /P_int ( P_int давление наддувочного воздуха после охладителя) или к_с на 6...8 % по сравнению с эталонным значением [4]. Более точным и чувствительным по сравнению с определением параметра к_с явля­ется метод проверки плотности с использованием пневмоиндакатора ПИ - 2М.

Методика определения плотности цилиндра приведена в работе [10]. Нормы плотности цилиндра дизелей представлены на рис.6.1.

Нормы плотности цилиндра дизеля при использовании пневмоиндакатора ПИ-2М для перепада давления воздуха на расходомерном устройстве ΔР = 0,15 мПа в зависимости от диаметра цилиндра

Рис. 6.1. (ΔР =Р₁ - Р₂ = 0,15 мПа; I - хорошее состояние; II- удовлетворительное; III - неудовлетвори­тельное; d_ш - диаметр диафрагмы-шайбы).

В процессе определения плотности цилиндра следует учитывать следующие обстоятельства: показания прибора в значительной степе­ни зависят от состояния индикаторного канала, поэтому перед вы­полнением измерений он должен быть чистым и полностью открыт, утечки через неплотности прибора и индикаторного клапана должны отсутствовать.

Определение плотности цилиндров дизелей (например, диамет­ром более 500 мм) осуществляется с помощью мановакуумметра или пневмоиндакатора ПИ-2М. Они устанавливаются на индикаторном кра­не. В качестве показателя плотности используется величина максимального давления. Проверка производится в процессе провора­чивания валоповоротного устройства, для определения значения норм максимального давления Р_мах в зависимости от категорий ТС могут быть использованы выражения [10] :

- категория ТС "хорошо"

Р_мах ≥ 41,1V_р^0,478τ ^-2,22 ; (6.1)

-категория ТС "удовлетворительно"

Р_мах ≥21,76 V_р^0,923 τ ^{-2,3Vр 0,23} ; (6.2)

где V_р = (πD²/4)*S - рабочий объем цилиндра; м³

D и S - соответственно диаметр цилиндра и ход поршня, м; V - объем цилиндра; τ - время полного оборота вала. Выражения (6.1.) и (6.2.) пригодны для цилиндров с рабочим объемом 0,1...0,9 м³ и максимальным диаметральным износом втулки не более 1 мм. В случае большего износа полученные значения Р_мах должны быть умножены на поправочный коэффициент к (табл. 3.1. [10]).

Для обнаружения повреждений цилиндровой втулки и поршня могут быть использованы продувочные и выпускные окна, а также отверстия для форсунки. Степень их ТС может быть определена визуально или с помощью эндоскопа.

Исходя из оценки ТС, в соответствии с категориями, принятыми в работах [4, 10] признаками хорошего состояния явля­ются: для втулок (гладкость рабочей поверхности, наличие легкого слоя масла, отсутствие следов задиров и натиров); поршней (отсутствие следов выгорания металла на головке поршня); поршне­вых колец (хорошая приработанность, отсутствие продольных ри­сок, подвижность в канавках).

К признакам неудовлетворительного ТС относят: для поршне­вых колец (поломка, наличие многочисленных рисок, перекрывающих всю высоту кольца, потеря подвижности или "залегание"); втулка (сухая темная поверхность - следствие пропусков газа следы натиров и задиров); поршней (значительное выгорание металла или на­личие следов попадания воды).

Для контроля ТО поршневых колец используются стационарные индуктивные датчики И 70 с устройством К 766, которое позволяет фиксировать полноту прилегания колец и давать информацию о их поломке или "залегании".

Контроль ТС деталей ЦПГ производят путем прямых и косвен­ных измерений с использованием модели теплового состояния. По прямым измерениям определяется температура втулки и поршня. По изменению температуры втулки судят о прорыве газа из-за износа или поломки колец.

Температура поршня может быть измерена с помощью пирометра Thermopoint 80, с использованием специального устройства.

Для контроля-износа втулки используются пленочные резисторные датчики, например фирмы ASEA с пределами измерения от 0 до 3000 мКм.

Контроль по моделям теплового состояния заключается в оп­ределении температур втулки, поршня и критического значения по регрессионным уравнениям [10].

Для контроля износа деталей ЦПГ может быть использована величина содержания металла в масле. Рекомендуемые нормы приведены в работе [10] . Там же изложена и сущность методов такого контроля.

ТОПЛИВНАЯ АППАРАТУРА. При контроле её ТС рекомендуется раз­личать два случая [10]:

- общее ухудшение ТС, связанное с износом плунжерных пар и форсунок и разрегулировкой двигателя;

- появление неисправности одного из элементов топливной аппаратуры (ТНВД, форсунки) на отдельном цилиндре двигателя.

В качестве интегрального показателя ухудшения ТС топливной аппаратуры используют увеличение приведенного удельного расхода топлива. К сопутствующим признакам относят: появление или увеличение дымности выпускных газов; снижение отношения максималь­ного давления рабочего цикла к давлению сжатия по всем цилиндрам; увеличенное показание указателя нагрузки или ИТН.

Признаками неудовлетворительного ТС топливной аппаратуры являются: увеличение приведенного удельного расхода топлива бо­лее, чем на 10 %; выход температуры выпускных газов при работе на полной нагрузке за максимальное допустимое значение, установ­ленное инструкцией по эксплуатации (более чем на 20 %).

Перечисленные признаки являются результатом недостаточного воздухоснабжения двигателя из-за неисправности турбонагнетателя, заноса проточных частей или неблагоприятных атмосферных условий, а также при низкокачественном топливе.

В качестве контролируемых параметров используют: давление, температуру газов и ИТН, давление топлива в зависимости от угла поворота вала; ударные импульсы на форсунках и ТНВД при работе двигателя; геометрические углы подачи топлива.

В процессе контроля ТС топливной аппаратуры по температу­ре выпускных газов на выходе из цилиндра, максимальному давле­нию газов в цилиндре и ИТН характерными признаками неисправностей могут быть:

• перегрузка цилиндра (возможные ситуации: повышенная температура газов, давление в норме или повышено, ИТН уве­личен);

• поздняя или ранняя подача топлива (возможные ситуации: по­вышена температура газов или понижена, давление понижено или повышено, ИТН в норме);

• неисправность форсунки (возможные ситуации: температура газов повышена, давление в норме или снижено, ИТН в норме):

• закоксовывание отверстий распылителя форсунки (возможные ситуации: температура и давление повышены, сильные удары в топливном трубопроводе высокого давления, нагрев топлив­ного насоса). Повышение температуры газов и снижение максимального дав­ления могут быть следствием недостаточной плотности цилиндра из-за износа ЦПГ или неплотности клапанов.

В качестве дополнительных признаков в процессе контроля ТС топливной аппаратуры с помощью приборов К - 748, КРД или УПДС могут быть [10]:

• перегрузка цилиндра (возможные ситуации: среднее индика­торное давление увеличено, ИТН увеличен);

• неисправность топливной аппаратуры (возможные ситуации: среднее индикаторное давление уменьшено, ИТН в норме);

• ранее или позднее начало впрыска топлива (возможные ситуа­ции: отношение максимального давления к давлению сжатия увеличено или уменьшено);

- возросла продолжительность подачи топлива из-за закоксовывания распылителя или износа плунжерной пары ТНВД (возможные ситуации: давление на линии расширения увеличено, ИТН в норме или увеличен);

- позднее или раннее начало подачи топлива (возможные ситуа­ции: угол максимального давления увеличен или уменьшен).

При контроле ТС топливной аппаратуры по кривой давления топ­лива после ТНВД о использованием прибора NК - 5 могут быть вы­явлены следующие неисправности: затяжка пружины форсунки (пони­женное давление в момент открытия иглы); ранняя или поздняя по­дача топлива (отклонение от нормы угла первого максимума кривой давления топлива [10]; закоксовывание распылителя форсунки (увеличение максимального давления топлива в сочетании с увеличением продолжительности подачи); износ плунжерной пары при пары игла - направляющая (снижение максимального давления топлива, увеличе­ние продолжительности подачи и уменьшение скорости нарастания давления на участке кривой до подъема иглы); неисправность наг­нетательного клапана ТНВД (отсутствие остаточного давления, большие волны давления после отсечки топлива); износ отверстий распылителя форсунки (пониженное максимальное давление, сокраще­ние продолжительности подачи топлива); зависание иглы форсунки (отсутствие выраженного первого максимума, пониженное максималь­ное давление).

В процессе контроля ТС топливной аппаратуры по уровню удар­ных импульсов с использованием приборов ИСП -1, SРM-43A могут быть определены следующие неисправности [4, 10]: неисправ­ность нагнетательного клапана ТНВД, закоксовывание отверстий рас­пылителя форсунки и зависание иглы форсунки. Мерой неисправности является отклонение величины dB_N , измеренной на насосе или форсунке от среднего значения по всему двигателю более чем на ±10 ед.

ВСАСЫВАЮЩИЕ И ВЫПУСКНЫЕ КЛАПАНЫ. Оценка их ТС в процессе эксплуатации может быть произведена по ряду признаков. Например, признаками неисправного состояния, связанного с пропусканием га­зов, являются повышенные температуры выпускных газов при однов­ременном снижении максимального давления и давления сжатия в ра­бочем цилиндре. В случае неисправности всасывающего клапана наб­людается нагрев всасывающего патрубка крышки цилиндра на 5-8°С по сравнению с другими цилиндрами. Это может быть зафиксировано с помощью контактного цифрового термометра или пирометра.

В качестве критерия, определяющего работоспособность клапанов, используют состояние посадочных поверхностей их отдельных элементов, в частности тарелки и седла. При этом возникают три вида ТС: хорошее, удовлетворительное и неудовлетворительное. Пер­вые два случая соответствуют герметичности клапана. Категории хо­рошего ТС соответствует чистота посадочных поверхностей тарелки и седла и их матовый оттенок, а также наличие небольшого чис­ла мелких не соединенных между собой пятен. Значительное число пятен и мелких повреждений свидетельствует об удовлетворительном ТС на посадочных поверхностях, не выходящих на края поверхности.

В последнем случае клапан в закрытом состоянии пропускает воздух или газы. Здесь характерной особенностью являются наличие соединенных между собой пятна и мелких повреждений, полностью пересекающих посадочную поверхность, частичного или полного прога­ра посадочной поверхности, а также крупных раковин и повреждений.

Контроль ТС клапанов осуществляется с помощью жесткого или гибкого эндоскопа с использованием форсуночного или другого от­верстия в крышке цилиндра.

Тепловое состояние клапана оценивается путем измерения термометром температуры головки клапана или района посадочного мес­та на крышке цилиндра.

6.2. Газотурбокомпрессоры

Для контроля ТС газотурбокомпрессора (ГТК) в целом и его отдельных элементов могут быть использованы различные пути. Напри­мер, контроль ТС проточной части может осуществляться по пара­метрам дизеля на основе сравнения измеренных значений параметров со значениями, полученными на соответствующем режиме испы­таний. В качестве режимных параметров используются: мощность двигателя, температуры газов и давление перед турбиной; давле­ние наддува.

Оценка степени загрязнения ГТК может быть произведена по: повышению температуры газов перед турбиной; снижению давления наддува и увеличению частоты вращения. В качестве дополнительных признаков загрязнения ГПК, в частности турбины, могут быть использованы снижение перепада температуры и увеличение давления на входе. Признаками загряз­нения компрессора может служить увеличение температуры воздуха за ним.

Следует отметить, что при оценке загрязнения ГТК по пара­метрам необходимо учитывать ТС топливной аппаратуры и ЦПГ.

Основным критерием неудовлетворительного ТС проточной части ГТК является увеличение температуры выпускных газов до предельного значения, установленного инструкцией, при работе на полной нагрузке.

Для оценки состояния ГТК в целом рекомендуется использовать характеристику [10]:

n²/πk = ψ₁ (T_г1/Т_int), (6.3)

где T_г1 - температура газа перед ГТК;

T_int - температура продувочного воздуха. Она позволяет установить узел заноса ГТК. Комплекс n²/πk представляет собой обратную величину коэффициента напора комп­рессора, который практически не зависит от частоты вращения компрессора.

Сущность способа оценки заноса с использованием характеристики n²/πk состоит в следующем. При n²/πk ≈ const увеличение температуры газа T_г1 свидетельствует о заносе проточной части турбины. Если при увеличении температуры газа T_г1 растет значение комплекса n²/πk , то это свидетельствует о заносе проточной части компрессора.

Для оценки ТС подшипников ГТК используется величина уров­ня ударных импульсов, измеряемая с помощью приборов SРМ- 43А или ИСП-1. В процессе проведения измерений необходимо учитывать, что подшипники качения ГТК располагаются в демпферных устройст­вах. Поэтому к измеренному значению dB_N следует добавлять 10-12 ДБ и полученное значение сравнивать с соответствующими нормами хорошего, удовлетворительного и неудовлетворительного состояний. Место измерения ударных импульсов выбирают таким об­разом, чтобы оно было ближе к демпферному устройству подшипни­ка и не имело на пути распространения сигнала перехода на другие детали.

Нормы вибрации ГТК приведены на рис. 6.2.[10].