Тема 5. Види та схеми то і ремонту суднового обладнання. Організація заводського ремонту.
Лекція 9. Діагностування суднових дизелів по концентрації продуктів зносу в маслі, по віброакустичним параметрам і по індикаторним діаграмам.
§ Діагностування суднових дизелів по концентрації продуктів зносу в маслі
Для правильной оценки влияния условий эксплуатации двигателя концентрация элементов износа должна быть приведена к эталонной эксплуатационной нагрузке. Это обусловлено тем, что в процессе эксплуатации возможны случаи, когда при малой средней нагрузке наблюдается форсированное изнашивание (хотя результирующая концентрация продуктов износа и не превышает допустимых значений), и, таким образом, форсированное изнашивание может быть не выявлено.
В производственных условиях с достотачной для практики точностью (при изменении нагрузки в пределах 60—95 % от номинальной) приведенная концентрация продуктов износа может быть определена по некоторым формулам.
Диагностирование двигателя по концентрации продуктов износа в масле желательно производить после длительной работы на выполнении определенной операции.
Технология диагностирования включает следующие этапы: отбор и доставку проб масла в лабораторию; подготовку проб к анализу; анализ проб и обработку результатов; составление заключения о техническом состоянии двигателя и передачу его руководителю инженерной службы хозяйства.
Главные факторы, определяющие пригодность смазочного масла для СЭУ. Увеличение водосодержания в масле оказывает сильное влияние на износ подшипников. Воду в масле можно обнаружить разными способами.
При добавлении соответствующих химикатов эта неисправность появляется либо через тепловыделение, т.е. через переход химической энергии в тепловую, либо через газовыделение. Удобно введение химикатов, реагирующих с водой с образованием газа, у которого измеряют объем и давление. Такими хи-микатами могут быть карбид кальция, щелочные и щелочно-земельные метал-лы, солеподобные гидриды. Опробованным в условиях судна является введение в масло гидрида кальция. Используется хорошо измельченный гидрид кальция, нерастворимый в воде. Растворимость гидрида в масле ведёт к его реагирова-нию с водой, находящейся в масле, и образованию вследствие этого газов. Воз-никшее давление измеряется манометром. Можно использовать автоматически работающую установку для контроля диэлектрических свойств масла.
Диэлектрическая постоянная воды близка к 80, а для масла 3-5. Недостаток – точность измерений сильно зависит от наличия в масле загрязнений.
Для определения вязкости масла в условиях судна применяют много относительно простых методов, таких, как стекание масла со стеклянной палочки; с помощью шарикового сравнительного вискозиметра и т.д. Шариковый вискозиметр в судовых условиях – две параллельно установленные мензурки. В одной исследуемое масло, в другой жидкость с известной вязкостью. Объём и температура масла и жидкости равны.
Способ измерения состоит в сравнении высот падения шарика в масле и жидкости за одно и то же время. Другой способ, с использованием секундоме-ра, для измерения различных обрезкой времени при равных высотах столбов падения и жидкости.
Для определения загрязнённости смазочного масла используют метод масляного пятна.
Зависимость характера пятна масла от вида загрязнения.
1. Сажа и другие твердые продукты сгорания – отдельные участки пятна разной степени черноты.
2. Вода в масле – краевая зона пятна с зазубринами, лучеподобные обра-зования.
3. Дизельное топливо – увеличенная скорость растекания пятна по срав-нению с чистым маслом.
4. Продукты сгорания – желтая и коричневая окраска пятна.
5. Твердые частицы в масле – через лупу видны частицы, например, бле-стящие, металлические.
Возможно фотометрическое определение помутнения исследуемого мас-ляного слоя.
§ Діагностування суднових дизелів по віброакустичним параметрам
Измерение расхода с помощью ультразвука основано на взаимодействии скоростей потока и звуковых волн. Этот известный принцип частотного расходомера поясняется с помощью рис. 2.56. Пьезопреобразователи S1, E1 и S2, E2 образуют в плоскости расходомера два сектора распространения звука длиной l, которые наклонены к оси трубопровода под углом 9.
Чтобы обеспечить акустический контакт пьезопреобразователей со средой, можно вмонтировать их в наделки, приваренные к трубопроводу. Оба преобразователя-передатчика возбуждаются от генератора высокочастотных колебаний (1— 10 МГц) и излучают остронаправленные ультразвуковые волны S1 к E1, а S2 к E2.. Время распространения акустических волн составляет
); (2,1)
). (2,2)
Управление передатчиком с помощью электронного блока осуществляется таким образом, что излучение звука прерывается, когда акустические волны достигают приемника, и вновь излучаются, если на приемник не попадают звуковые волны. Благодаря этому в каждой системе передатчик—приемник образуется последовательность высокочастотных импульсов с отношением длительности импульса и паузы как 1:1, причем продолжительность импульса для S1, E1 равна t1, а для S2, E2 равна t2 (см. рис. 2.56). Частоты последовательностей импульсов, соответственно будут:
)/2 (2.3)
)/2 (2.4)
Разность частот составляет
)/ (2,5)
и не зависит от скорости звука в среде. При этом влияние свойств проходящего по трубопроводу вещества на результат измерения исключается.
В выражениях (2.3)—(2.5) скорость v представляет собой скорость потока в направлении оси трубопровода, усредненную вдоль отрезка S1E1=S2E2. Эта величина пропорциональна расходу и, следовательно, соответствует среднему значению скорости в поперечном сечении трубы. Для использования этого свойства во всех сечениях областей секторов распространения звука необходимо обеспечить одинаковый профиль потока. Поэтому датчик нельзя устанавливать непосредственно за изогнутым участком трубопровода, вентиля и т.п., в таких случаях необходим участок для успокоения потока.
При соответствующем способе переключения преобразователей скорость жидкости можно измерять лишь с помощью одного из двух показанных на рис. 2.56 каналов для передачи ультразвука. При этом оба пьезопреобразователя попеременно исполняют роли передатчика и приемника, так что звук распространяется сначала по потоку, а затем—против потока. В подобного рода ультразвуковом измерителе количества прошедшей жидкости, имеющем электронный счетчик, вместо указанных выше прямоугольных импульсов можно применять узкие треугольные импульсы.
Вследствие независимости результатов измерения скорости жидкости от ее свойств акустический частотный расходомер вполне пригоден для измерения расхода топлива. Расходомер, основанный на принципе отрыва пограничного слоя, работает с помощью возмущающего тела соответствующей формы, за которым во время его обтекания потоком жидкости при определенных числах Рейнольдса возникает кармановская вихревая дорожка. Частота вихревой дорожки ƒ=υSh/ν где υ—скорость потока; Sh—число Струхаля; d-линейный размер возмущающего тела.
Для возмущающих тел определенной формы (рис. 2.57) число Струхаля мало зависит от числа Рейнольдса Re=νd/ν.
Частота отрыва вихрей ƒ может определяться путем размещения на передней стороне возмущающего тела термоанемометров (теплочувствительный пленочный резистор, термистор), которые работают в области стабильного потока или температуры. Отрыв вихрей воздействует на поток в месте расположения этих датчиков в форме колебаний скорости, так что изменение теплоотвода и связанное с ним электрическое сопротивление или ток в термисторе меняются с той же самой частотой. Частота возникших электрических сигналов может быть измерена известными методами.
Другой вариант определения частоты отрыва вихрей – измерение деформаций с помощью тензометров. При этом возмущающее тело может содержать подвижные части, которые колеблются относительно оси в ритме отрыва вихрей. На эту подвижную часть устанавливается постоянный магнит, который возбуждает в индукционной катушке, находящейся вне трубопровода, электрическое напряжение с частотой вихревой дорожки.
Этих недостатков лишен простой быстросъемный расходомер, работающий по принципу изгибающейся балки (рис. 2.58). Расходомер соединяется с трубопроводом с помощью штуцера, причем давление в трубопроводе в это время должно быть снято. В поток выдвигается плохообтекаемое тело, навинченное на изгибающуюся балку, представляющую собой круглый стержень с лысками для размещения тензометров, которые защищены от попадания воды пластиковым рукавом, заполненным трансформаторным маслом. Для защиты от механической перегрузки и повреждений служит отрезок трубы вокруг балки, который ограничивает максимальные смещения свободного конца балки. Поскольку одно плохообтекаемое тело легко заменяется любым другим, это устройство можно применять в самых разнообразных случаях.
При установке датчика в трубопроводе нужно ориентировать плохообтекаемое тело перпендикулярно направлению потока, что сделать не сложно, так как погрешность при изменении угла в пределах ±5° меньше 1 %.
Главный недостаток датчика — влияние на тензометры статического давления и температуры среды. Для диагностирования судовых машин и механизмов и особенно агрегатов охлаждения этот недостаток можно устранить, обеспечив дрейф нуля менее 0,5 % от верхнего предела измерений при давлении 0—0,5 МПа и температуре 0—70 °С. На рис. 2.59 показаны калибровочные кривые ƒ(V)и ƒ(V2) для рассмотренного расходомера.
Виброакустические методы измерений
Неисправности, которые, влияя на процесс горения, изменяют вибрацию двигателя, можно выявить виброакустическими методами измерений. При этом необходимо учитывать зависимость сигнала от частоты вращения. На рис. 21 показано влияние состояния кольца на вид характеристики вибросигнала.
Рис. 21. Влияние состояния кольца на вид характеристики вибросигнала: а) нормальная работа; б) неисправное кольцо (сигнал смещается к ВМТ)
Степень влияния различных неисправностей на интенсивность шума в камере сгорания приведена в табл. 5.
Состояния системы подачи топлива |
Начало шума в градусах до ВМТ |
Конец шума в граду-сах п. КВ после ВМТ |
Нормальная работа |
12 |
3,5 |
Коксование сопла |
17 |
6 |
Давление открывания сопла понизилось |
13 |
2,2 |
Ход впускного клапана увеличился |
13 |
3,5 |
Рис. 16. Зависимость спектра частот вибрации от неисправности первого поршневого кольца: 1 − нормальное состояние; 2 − неисправное кольцо
Виброакустические методы измерений. Сломанное или изношенное поршневое кольцо изменяет спектр звука, излучаемого корпусом.
Виброакустические измерения дают пригодную для диагностики зависи-мость спектра от состояния кольца. Место измерения на блоке цилиндров − уро-вень ВМТ. Выбор других точек измерения (вблизи выпускного клапана, на нижней кромке втулки цилиндра) для рассматриваемой неисправности мало-информативны.
Лекція 10. Визначення технічного стану паливної апаратури ДВЗ, проточних частин турбокомпресорів і допоміжних елементів СЕУ.
§ Проверка и регулировка топливной аппаратуры на дизеле
Исправная и отрегулированная топливная аппаратура должна обеспечивать подачу мелкораспыленного топлива в одинаковых порциях и в определенное время в камеры сгорания всех цилиндров. Топливо должно поступать в таком количестве, которое необходимо для получения нужной мощности двигателя на заданных числах оборотов коленчатого вала. Несоблюдение этих требований приводит к перерасходу топлива, снижению мощности и срока службы дизеля.
В процессе эксплуатации вследствие износа деталей нормальная работа топливной аппаратуры нарушается. Чтобы вновь наладить ее, необходима проверка и регулировка в лабораторных условиях на специальных стендах.
Некоторые неисправности топливной аппаратуры могут быть обнаружены и устранены непосредственно на работающем дизеле.
Ниже дана примерная последовательность, способы выявления и устранения неисправностей дизеля в условиях работы.
Снижение мощности, дымный выпуск, трудный запуск, работа с перебоями — вот характерные и часто встречающиеся признаки неисправной работы системы питания дизеля.
Снижение мощности при бездымной работе дизеля свидетельствует об уменьшении подачи топлива в цилиндры из-за загрязнения фильтрующих элементов, неисправностей подкачивающего и перепускного клапанов насоса, износа и повреждения плунжерных пар. В этих случаях мотористы увеличивают подачу, отвинчивая на несколько оборотов винт, ограничивающий максимальную подачу, но это не всегда компенсирует неисправность и является неправильным подходом к ее устранению. Вместо этого необходимо в первую очередь проверить всю систему низкого давления, начав с проверки величины давления топлива в магистралях.
Так, например, для некоторых двигателей, нормальное давление по манометру (на щитке контрольных приборов) равно 0,6—1 ат. При падении давления до 0,4 ат двигатель останавливают, тщательно промывают корпуса фильтров и элемент грубой очистки топлива, а элементы тонкой очистки в случае их сильного загрязнения заменяют новыми.
Износ рабочих деталей подкачивающего насоса приводит к снижению давления топлива в системе. Износ можно обнаружить внешним осмотром трущихся деталей, и у некоторых насосов по вытеканию топлива из нижнего дренажного отверстия корпуса.
Причиной снижения мощности дизеля при нормальном давлении топлива и бездымном выпуске может быть износ плунжерных пар насоса, так как при этом в момент нагнетательного хода плунжера уменьшается количество топлива, подаваемого в цилиндры, из-за перетекания части топлива из падплунжерного пространства в полость низкого давления.
Снижение номинальных оборотов дизеля из-за неверной работы регулятора может также быть причиной уменьшения мощности двигателя при бездымном выпуске и нормальном давлении топлива.
Дымный выпуск, сопровождающийся падением мощности двигателя, может произойти при загрязнении воздухоочистителя или при нарушении качества распыла топлива форсункой.
При загрязнении воздухоочистителя снижается степень наполнения цилиндров свежим воздухом, кислород которого необходим для сгорания топлива. Из-за недостатка воздуха смесь становится переобогащенной и часть топлива в цилиндрах не сгорает. Поэтому моторист обязан внимательно следить прежде всего за состоянием воздухоочистителя и по потребности проводить технический уходза ним.
Причиной трудного запуска и перебоев в работе может послужить ухудшение качества распыла топлива форсункой. Часто это наблюдается при работе дизеля на малых оборотах и нагрузках. Качество распыла зависит от изменения общего технического состояния форсунки: нарушения нормальных регулировок давления впрыска и подъема иглы, закоксовывания и износа соплового отверстия распылителя и штифта, загрязнения распылителя.
Нормальное качество распыла характеризуется дроблением частичек топлива до туманообразного состояния, отсутствием струй и капель нераспыленного топлива, правильным конусом распыла, направлением его по оси форсунки, а также четким прекращением (отсечкой) впрыска. По окончании работы форсунки на торцовой поверхности ее распылителя не должно быть капель топлива (допускается незначительное увлажнение). При неисправной работе форсунку разбирают, промывают в бензине, тщательно очищают, а затем промывают в дизельном топливе и вновь собирают и регулируют.
Трудность запуска, перебои, дымление, снижение мощности дизеля при исправных форсунках могут быть также вызваны попаданием воздуха в систему питания. Поэтому надо тщательно следить за герметичностью соединений топливопроводов, не допускать подтекания топлива, регулярно проверять и подтягивать крепления соединительных штуцеров и гаек.
Для удаления попавшего в систему воздуха надо повернуть коленчатый вал дизеля пусковым устройством и привести в действие подкачивающий насос.