книги из ГПНТБ / Брук М.А. Инженерные основы эксплуатации корабельных дизелей учебник

леи. Эти данные являются первоосновой для контроля за уровнем технической надежности двигателей, разра­ боткой мер повышения надежности и проверкой эффек­ тивности этих мер.

Чем полнее информация об отказах, чем большее количество объектов ею охватывается и чем шире диа­ пазон исследуемых условий появления отказов, тем бо­ лее достоверны показатели надежности, рассчитанные на основании этой информации.

Учет и контроль надежности па кораблях чрезвы­ чайно важны и должны быть обязанностью и заботой инжепера-мехапика. На основании данных анализа ста­ тистической информации по надежности можно совер­ шенствовать приемы и методы эксплуатации; определять и уточнять межремонтные сроки службы; устанавливать объем ремонта и потребное количество запасных частей; выявлять причины, решающим образом влияющие на надежность двигателя; определять, какие из эксплуа­ тационных параметров должны быть наиболее устой­ чивыми для обеспечения безотказной работы, какие элементы двигателя лимитируют надежность и какие меры необходимо предпринять для предупреждения вне­ запных отказов; устанавливать, какие отказы вызваны недостатками самого двигателя и какие отказы опреде­ ляются ошибками людей и несовершенством методов эксплуатации; обоснованно корректировать и совершен­ ствовать эксплуатационную документацию.

При сборе и анализе статистической информации п при сравнительной оценке надежности необходимо клас­ сифицировать двигатели по степени их напряженности, быстроходности с учетом числа пусков, реверсов, пере­ грузок и других особенностей эксплуатации.

§ 5. СРОКИ СЛУЖБЫ

Основные положения

При оценке допустимой продолжительности работы двигателя нужно учитывать:

—гарантированную непрерывность надежной рабо­ ты двигателя до первой переборки;

—периодичность промежуточных плановых ремон­

тов и продолжительность межремонтных сроков работы двигателя;

30

— уровень основных эксплуатационных показателен двигателя в течение установленного срока службы.

Точно так же, как надежность связывается с опре­ деленной продолжительностью работы, срок службы двигателя должен предопределяться обусловленным уровнем надежности.

Двигатель может иметь большой моторесурс, кото­ рый обеспечивается не высокой надежностью всех эле­ ментов в течение всего срока эксплуатации вплоть до капитального ремонта, а частыми и длительными про­ межуточными ремонтами, необходимость которых обу­ словлена низкой надежностью.

Суммарный срок службы до капитального ремонта, обычно называемый моторесурсом, не может служить убедительным показателем качества двигателя. Точно так же, как гарантийный срок службы, устанавливаемый заводом-изготовителем, как правило, не отражает дейст­ вительных возможностей двигателя.

Более существенным эксплуатационным показателем является продолжительность работы двигателя до пер­ вого ремонта, так как эта величина определяет собой тактико-технические свойства двигателя, связанные с допустимым временем непрерывного действия энергети­ ческой установки.

Сроки службы корабельных двигателей целесообраз­ но оценивать следующими показателями.

Ср о к с лужбы до п е р в о г о р е м о н т а (пер­ вой переборки) представляет собой продолжительность работы двигателя, в течение которой сохраняются на обусловленном уровне надежность, мощность, расход топлива и другие основные показатели двигателя.

Срок службы до первого ремонта зависит от техни­ ческого состояния основных деталей и узлов двигателя и, как правило, лимитируется состоянием наиболее на­ пряженной в современных форсированных дизелях поршневой группы.

Для некоторых двигателей срок службы могут лими­ тировать выпускные клапаны, втулки цилиндров или другие детали, узлы и механизмы.

Срок службы до первого ремонта, который для крат­ кости будем называть «срок службы», является основ­ ным показателем для оценки допустимой непрерывной продолжительности эксплуатации двигателя.

31

м е ж р е м о н т н ы е с р о к и с л у ж б ы представ­ ляют собой продолжительность работы двигателя с обу­ словленным уровнем надежности между первым и вто­ рым и последующими ремонтами, вплоть до капиталь­ ного ремонта.

между регламентированными плановыми ремонтами от начала эксплуатации до капитального ремонта, связан­ ного с полной разборкой двигателя, укладкой коленчато­ го вала в новые подшипники, калибровкой шеек, заме­ ной дефектных деталей и узлов, выполнением необхо­ димых работ для восстановления эксплуатационных показателен в пределах, предусмотренных техническими условиями:

i = 1

где М — моторесурс двигателя; 7\ — срок службы до первого ремонта;

Т2 — срок службы от первого до второго ремонта; Т и — срок службы после последнего промежуточно­

го ремонта до капитального ремонта.

Ср е д п и й м е ж р е м о н т и ы й с р о к с л у ж б ы представляет собой отношение моторесурса к числу ре­ монтов нр от начала эксплуатации до капитального ре­ монта:

ляется термин «долговечность двигателя», который

вследствие морального или физического износа дальней­ шая его эксплуатация становится невозможной или не­ целесообразной. Долговечность может ограничиваться не техническими, а экономическими соображениями, на­ пример, в том случае, когда затраты средств на реМоит и замену узлов и деталей двигателя становятся невы­ годными и неэффективными.

большая долговечность Двигателя при миогбкратных капитальных ремонтах не характеризует высокие каче­ ства двигателя.

Оценивая эксплуатационные качества двигателя, в частности сроки службы, следует учитывать относитель­ ные затраты средств на ремонт.

Оценка срока службы

Было бы сравнительно легко оценить допустимый срок службы двигателя, если бы продолжительность на­ дежной работы его основных элементов совпадала или по крайней мере имела близкие значения.

В действительности сроки службы различных дета­ лей, узлов, механизмов и систем любого двигателя от­ личаются значительной пестротой. Так, например, ори­ ентировочные сроки службы деталей двигателя 37Д

[9]составляют:

—верхние поршневые кольца— 1500—2000 ч;

—нижние компрессионные и маслосъемные порш­ невые кольца — 5000 ч;

—поршни — 7000 — 10 000 ч;

—втулки цилиндров — 7000 ч;

—распылители насос-форсунок — 2500—3000 ч;

—плунжеры насос-форсунок — 4000—5000 ч;

—головные подшипники — 3000—3500 ч;

—коренные подшипники — 20 000 ч;

—коленчатый вал — 25 000 ч.

С учетом такого распределения времени допустимой работы деталей срок службы двигателя до первой пере­ борки не может превышать 1500—2000 ч и лимитируется необходимостью замены верхних поршневых колец при достижении предельного зазора в замке.

Обоснованное планирование ремонта возможно лишь тогда, когда уже в процессе проектирования и производ­ ства двигателей решаются вопросы обеспечения целесо­ образных сроков службы деталей и узлов. Такое реше­ ние должно исключать беспорядочный и случайный ха­ рактер распределения сроков службы деталей и столь же беспорядочный выход из строя этих деталей во вре­ мя эксплуатации, что пока еще характерно для .боль­ шинства двигателей.

При условии, когда не обеспечивается равнократность сроков службы деталей двигателя, трудно установить

единые критерии для определения межремонтных сроков службы двигателя. Поэтому важно не только иметь как можно большие сроки службы основных элементов дви­ гателя, но и обеспечивать возможность группировки этих элементов по равнократным срокам службы, позво­ ляющим планировать первый и последующий ремонт, вплоть до капитального, исходя из необходимости заме­ ны определенных групп деталей, имеющих одинаковый или близкий срок службы.

Все детали двигателя в этом случае могут быть под­ разделены по срокам службы на несколько групп:

—детали, определяющие срок службы до первой пе­ реборки двигателя (поршневые кольца, поршни, подшип­ ники турбонагнетателей и др.);

—детали, срок службы которых составляет два или три срока службы до первой переборки; замена этих де­ талей может производиться соответственно при втором

итретьем промежуточном ремонте одновременно с заме­ ной деталей первой группы;

—детали, .срок службы которых определяет необхо­

димость проведения капитального ремонта (коленчатый вал, блоки и крышки цилиндров, шатуны, коренные и мотылевые подшипники и др.);

— детали, срок службы которых не лимитирует рабо­ тоспособность двигателя и которые могут быть легко и быстро заменены (фильтры, распылители форсунок

и др.).

Должно быть установлено число замен деталей каж­ дой группы в течение срока службы двигателя.

Многообразие факторов, влияющих на срок службы, затрудняет его оценку по эмпирическим или полуэмпи-

рическим формулам.

Обычно формулы для оценки срока службы имеют факториальную структуру. Возможность их использова­ ния ограничена трудностью, а часто невозможностью опытного определения ряда коэффициентов.

Разновидности таких формул можно представить в

где D — диаметр цилиндра, м;

Ст — средняя скорость поршня;

34

одинаковые размеры цилиндра. Точки 4, 5, 6 нанесены по данным о сроках службы быстроходных двигателей типа МВ820, которые имеют одинаковые размеры цилин­ дра и быстроходность (Ст =10,2 м/сек), но различную форсировку по среднему эффективному давлению

Ре^т

Если сгруппировать различные двигатели по призна­ ку peCm=idern, как это сделано на рис. 5, то изменение

Рис. 5. Зависимость срока службы от диаметра цилиндра:

/ р е С fli — 3 0 ; 2 pg С ^ — 6 0 ; 3 р е С — 100

срока службы будет подчиняться степенной зависимости от диаметра цилиндра:

где b и m — коэффициенты, учитывающие влияние сте­ пени форсировки, конструктивных и эксплуатационных факторов.

36

Приведенные выше формулы лишь качественно уста­ навливают тот факт, что двигатели, форсированные по оборотам и нагрузке, при прочих равных условиях будут иметь меньший срок службы по сравнению с двигателя­ ми тихоходными с умеренными значениями ре.

Если этот вывод бесспорен при сравнении различных двигателей, то столь же бесспорным является необходи­ мость учета действительных режимов работы для оцен­ ки срока службы данного конкретного двигателя.

Корабельные двигатели большую часть времени ра­ ботают на частичных режимах, когда нагрузка и число оборотов меньше номинальных значений. Но если Дей­ ствительные значения рс и Ст в течение длительного времени меньше номинальных, то действительный срок службы с учетом режимов работы двигателя соответст­ венно больше, чем срок службы, определяемый исходя из учета работы двигателя только на номинальном ре­ жиме. Для того чтобы установленный срок службы не был заниженным и соответствовал реальным возможно­ стям двигателя, определение его должно производиться с учетом продолжительности работы на различных ре­ жимах.

Срок службы в связи с этим должен задаваться не однозначно, а как функция режимов эксплуатации в ви­ де номограммы.

У главных корабельных двигателей изменение числа оборотов и мощности взаимосвязано и регламентируется винтовой характеристикой, поэтому изменение срока службы для них может рассматриваться в зависимости от величины мощности. Примером учета влияния режи­ мов работы двигателя на срок службы является методи­ ка А. А. Рихтера [1].

_ Относительное увеличение срока службы до_ремонта Тх при относительном изменении мощности Nx может быть выражено формулой, полученной на основании систематизации данных испытаний быстроходных дви­ гателей:

(38)

где

37-

Тх — срок службы двигателя до ремонта при его работе на частичной мощности Nx, т. е. при снижении нагрузки по сравнению с полной в Nx раз;

Та — условный срок службы двигателя в случае его работы только на полной мощности;

а, Ь, с — коэффициенты, которые могут быть определе­ ны для каждого типа двигателей на некото­ рых исходных-режимах.

Так, например, для высокофорсированных двигателей с

Р е ~ 10-4-12 кгс/см2 и Ст = 104-13 м/сек с условным сро­

гателя замедляется по мере снижения нагрузки._После достижения некоторого критического значения Nx при дальнейшем уменьшении нагрузки срок службы будет уменьшаться.

Критическая величина относительного уменьшения нагрузки, при дальнейшем снижении которой_иачинает уменьшаться срок службы, соответствует ,ЛД = б4 - 10 . При достижении таких значений Nx происходит резкое ухудшение качества смесеобразования, процесс сгорания

38