Топливоподающая аппаратура
С течением времени изнашиваются прецизионные де тали топливных насосов, что приводит к изменению угла опережения подачи топлива, повышенным утечкам топ лива через зазоры, росту неравномерности подачи топли ва по цилиндрам, нарушению закона подачи топлива по времени, снижению давления распиливания, повышению удельного расхода топлива, ухудшению пусковых ка честв, падению мощности и нарушению устойчивой работы двигателя на малых оборотах.
Опыты, проведенные на Коломенском заводе
им. В. В. Куйбышева, показали, что к исходу 1000 ч ра боты насос-форсунок давление начала впрыска топлива упало на 35 кгс/см2\ плотность насосных пар изменилась с 11,8 до 7,6 сек; люфт реек привода насос-форсунок увеличился с 0,36 до 0,51 мм\ перепад давления, при котором открывается игольчатый клапан форсунки, сни зился со 120 до 104 кгс/см2.
Повышенный и неравномерный износ сопловых от верстий происходит главным образом из-за плохого ка чества фильтрации топлива. Нарушение подачи топлива может стать следствием закоксовывания сопловых от верстий.
В результате динамических воздействий могут про изойти деформация седла игольчатого клапана, ослаб ление, перекос или поломка пружин, трещины в деталях топливной аппаратуры.
При зависании иглы форсунки в открытом положе нии резко ухудшается качество распыливания.
Задиры плунжеров, заедание игольчатых клапанов, поломки пружин происходят в результате попадания воды и загрязнения топлива механическими примесями.
Поэтому предотвратить эти неисправности можно при условии качественной фильтрации топлива и предохра нения его от обводнения.
Если в топливную систему попала вода, ее нужно немедленно удалить и, проворачивая вал двигателя, тщательно прокачать систему чистым топливом.
Признаками неисправной работы форсунок являются:
— затрудненный пуск и неустойчивая работа двига теля после пуска;
—снижение оборотов и увеличение дымности вы пуска при работе с нагрузкой;
. . — нагрев нагнетательной трубки, соединяющей топ ливный насос высокого давления с форсункой;
—снижение температуры выпускных газов в одном из цилиндров;
—резкие стуки в отдельных цилиндрах. Неисправную форсунку можно обнаружить последо
вательным выключением подачи топлива в цилиндры. Нарушение подачи топлива иногда связано с неис
правностями регулятора скорости (слабины в соедине ниях от муфты регулятора к рейке топливного насоса, повреждение сервомотора, заедание муфты пружинных весов, направляющего стакана или золотника и т. д.).
О неисправности регулятора можно судить по сле дующим признакам:
—при неизменной нагрузке отмечается неустойчи вость числа оборотов;
—в случае сброса нагрузки происходит значитель ное увеличение числа оборотов;
—двигатель работает неустойчиво;
—невозможно достигнуть номинального числа обо ротов и работать на минимально устойчивых оборотах.
Турбокомпрессор
Современные корабельные двигатели оборудованы турбокомпрессорами, работающими в весьма напряжен ных условиях под воздействием высокой температуры выпускных газов.
К наиболее типичным повреждениям турбокомпрес соров относятся следующие.
1. Трещины и поломка рабочих лопаток и лопато соплового аппарата в результате недостаточной жаро прочности при длительной работе, дефектов технологии
и конструкции, сильных вибраций турбокомпрессора, превышения допустимой скорости вращения ротора.
Вибрации |
турбокомпрессора дизеля |
40Д при |
п = 750 об/мин достигают ускорений в 2,5 g |
при частоте |
290 гц. При |
этом развиваются столь значительные на |
грузки, что с течением времени могут появиться уста лостные трещины, которые вызовут поломку лопаток, крепления корпуса и других элементов турбокомпрес сора.
Деформация рабочего колеса может быть результа том повышения температуры газов при перегрузке или неправильной регулировке двигателя и при неудовлет ворительной балансировке ротора.
2. Выход из строя подшипников в результате умень шения или прекращения подачи смазочного масла, пло хого качества масла и неудовлетворительной его филь трации, попадания в подшипники даже мельчайших твердых включений, перегрузки подшипников при превы шении допустимого числа оборотов, неудовлетворитель ной балансировки ротора, неправильной сборки и уста новки подшипников.
В случае обнаружения при осмотрах шариков цвета побежалости, являющихся следствием перегрева подшип
ников, необходимо заменить такой подшипник новым.
Внешним признаком выхода из строя подшипников является резкое усиление вибраций и шумности работы турбокомпрессора, сопровождающееся падением давле ния наддува и числа оборотов двигателя.
Об исправности подшипников можно судить по вре мени вращения ротора турбокомпрессора после останов ки двигателя, которое составляет обычно 2—2,5 мин.
В случае повреждения подшипника остановка ротора происходит быстрее с заметным шумом.
3. Турбокомпрессор может оказаться поврежденным при попадании в него посторонних предметов, например обломков поршневых колец, что наблюдалось в прак тике эксплуатации различных двигателей, а также при нарушении уплотнения между газовой и воздушной по лостями.
4. Нарушение нормальной работы турбокомпрессо ров происходит при значительных отложениях кокса и нагара в сопловом аппарате и на рабочих лопатках тур бины.
В случае загрязненности воздуха пылью и продукта ми неполного сгорания топлива происходит засорение проточной части компрессора.
Это обстоятельство следует иметь в виду не только во время испытаний двигателей на заводских стендах, но и во время эксплуатации на корабле при стоянке у у пирсов, на рейдах, в базах со значительной степенью задымленности и запыленности воздуха.
Приводной компрессор
Распространенным повреждением приводных ком прессоров, в частности на дизелях 37Д, являлась полом ка торсионного валика привода под действием резонан сных крутильных колебаний. Часто перед поломкой тор сионного валика наблюдаются сильные вибрации рейки насос-форсунок и колебание числа оборотов.
Поломки торсионных валиков наблюдаются также в момент пуска двигателя, когда в приводе развиваются напряжения до 3000 кгс/см2.
В случае самопроизвольного прекращения подачи топлива в один из цилиндров двигателя по причине повреждения топливного насоса или форсунки смещает ся область резонансных колебаний и возрастает амплиту да крутильных колебаний, что может привести к полом ке торсионного валика.
Известен случай, когда на дизеле 37Д пять раз под ряд ломались торсионные валики, последовательно за менявшиеся новыми.
Оказалось, что в один из цилиндров не подавалось топливо из-за неисправности насос-форсунки. После то го как была восстановлена подача топлива, поломки валиков более не повторялись.
Из других неисправностей приводных объемных ком прессоров следует назвать задиры роторов, разрушение подшипников, перегрев и смещение роторов, повышен ные зазоры в синхронизирующих шестернях, определяю щих положение роторов относительно стенок корпуса и зазоры между роторами.
Всякий перегрев роторов независимо от причин, ко торыми он вызывается, может привести к задиру рото ров между собой и о поверхности корпуса компрессора, оплавлению металла в местах задира и наволакиванию металла одной детали на другую.
О задире роторов можно судить по резкому шуму, повышению температуры корпуса компрессора и появле нию дыма.
Перегрев роторов происходит, когда нарушена нор мальная регулировка зазоров, повышается число оборо тов двигателя и противодавление на выпуске сверх до пустимых пределов.
Вероятными неисправностями центробежных привод ных компрессоров могут быть повреждения роторов, вы ход из строя подшипников и загрязнение проточной части.
В условиях подводной лодки выход из строя привод ного компрессора приводит к внезапной самопроизволь ной остановке двухтактного дизеля, заливанию цилинд ров водой, в результате чего может произойти гидравли ческий удар.
§ 48. П Р И Ч И Н Ы И М Е Р Ы П Р Е Д О Т В Р А Щ Е Н И Я А В А Р И Й
Д И З Е Л Е Й
Неисправности деталей и механизмов могут вызвать аварийное разрушение двигателя, если не предпринять необходимые меры по своевременному их устранению.
Нельзя говорить о характерных или типичных ава риях, так как любая авария чаще всего является ре зультатом нарушения правил эксплуатации, плохого знания устройства двигателя и его систем, неудовлетво рительной выучки и натренированности личного состава.
Разумеется, не исключена вероятность аварии двига теля в результате конструктивных недостатков, недоста точной прочности или пороков материалов, из которых изготовлены детали, но статистика указывает на сравни тельно малый процент аварий по таким причинам.
Длительный опыт эксплуатации дизелей на кораблях и судах позволил выявить ограниченный перечень повто ряющихся и вместе с тем наиболее разрушительных по своим последствиям аварий. К числу таких аварий мож но отнести гидравлические удары, взрывы в картере и воздушном ресивере, разнос двигателя, а также рассмот ренные в предыдущем параграфе случаи задиров втулок
цилиндров и поршней, обрывов шатунов и поломок коленчатых валов.
Гидравлические удары
Причиной гидравлических ударов является поступле ние воды или масла в надпоршневое пространство ци линдра.
Если вода или масло поступает в количестве, доста точном для заполнения объема камеры сжатия, то при
движении поршня вверх происходит резкое увеличение давления, ударное воздействие которого вызывает раз рушение или повреждение деталей двигателя и сопро вождается сильными стуками.
Гидравлический удар обычно производит неоднократ ное воздействие в зависимости от количества оборотов, которое успевает сделать коленчатый вал до полной остановки.
Очевидно, что последствия этого воздействия будут разными при различных скоростях перемещения поршня.
Чем больше число оборотов вала, количество посту пившей в цилиндр воды и число цилиндров, в которое
одновременно попала вода или масло, тем более разру шительно воздействие гидравлического удара.
Характерными последствиями гидравлического удара являются погиб шатуна, разрушение нижней части втул ки цилиндра, трещины в поршне и крышке цилиндра.
В некоторых, наиболее тяжелых случаях происходит разрушение блока двигателя. Предотвратить гидравли ческий удар — значит прежде всего устранить возмож ность поступления воды и смазочного масла в камеру сжатия.
В связи с этим необходимо знать, каким образом и по каким каналам проникает вода и масло в цилиндры двигателя.
На корабле всегда существует опасность заливания двигателя. Она возрастает на подводной лодке, так как при ее нахождении в подводном положении газоотводы располагаются ниже поверхности моря.
Вода заполняет газовыпускную систему, если в раз личных ее участках запорные устройства не обеспечи
вают водонепроницаемости. Из газовыпускной системы вода попадает в цилиндры двигателя, и если не обеспе чить тщательной проверки, проворачивания и продувки цилиндров воздухом перед пуском, то гидравлический удар становится неизбежным.
Причиной гидравлического удара могут стать преж девременное открытие газовой захлопки при пуске д в р ь
гателя и слишком позднее ее закрытие |
при |
остановке. |
В том и другом случае давление газов |
в |
выпускной |
системе оказываетсянедостаточным для вытеснения во ды и она проникает в цилиндры.
30 Зак. 807 465
Известно, что чаще всего гидравлические удары слу чаются во время пуска и остановки двигателя. Вероят ность заливания двигателя возрастает на малых оборо тах в штормовую погоду и в режиме РДП.
Опасность поступления воды в выпускную систему существует и на надводных кораблях, в особенности во время плавания в штормовую погоду.
Вода может просачиваться в надпоршневое прост ранство через сквозные трещины в выпускном коллекто ре, крышке и втулке цилиндра. Нарушение герметич ности зарубашечного пространства выпускного коллек тора может произойти в результате длительных вибрации, в особенности в районе компенсаторов.
Непосредственными причинами заливания двигателя могут быть срыв охлаждения, перегрев и перегрузка, а также подача холодной воды в работающий двигатель, в результате чего возникают трещины во втулке и крыш ке цилиндра.
На наличие воды в камере сгорания указывает белая окраска выпускных газов. Предотвратить гидравличе ский удар во всех случаях можно и нужно даже после того, как двигатель залит водой.
Для этого следует строго выполнять правила эксплу атации с учетом особенностей энергетической установки.
Перед каждым пуском необходимо, открыв контроль ные и спускные краны, убедиться в том, что в газоотводе, выпускном коллекторе и воздушном ресивере нет воды.
Проворачивая двигатель с открытыми индикаторны ми кранами не менее чем на 1,5—2 оборота вала, а за тем продувая цилиндры воздухом, можно убедиться в отсутствии воды в них.
Газоотводы и запорные устройства должны содер жаться в полной исправности и периодически прове ряться на герметичность.
Если при проверке обнаруживается пропуск воды через захлопку, необходимо вскрыть ее, осмотреть и от регулировать, после чего вновь проверить на герметич ность.
Следует также проверять герметичность зарубашеч ного пространства выпускного коллектора, цилиндровых втулок и крышек.
Спускные й контрольные краны и клапаны должна быть всегда чистыми и исправными.
На подводных лодках особое внимание необходимо уделять своевременному открытию и закрытию газовых захлопок, четкому взаимодействию и натренированности мотористов при пусках и остановках двигателя. Их дей ствия должны основываться на ясном понимании усло вий работы дизеля в режиме РДП.
Причиной гидравлического удара может быть поступ ление смазочного масла из картера в камеры сжатия цилиндров нижних блоков звездообразных двигателей. В двигателях типа М503 в связи с этим предусмотрена система контроля наличия масла в нижних блоках.
Если обнаруживается жидкость, вытекающая из кон трольных отверстий, необходимо прежде всего устано вить причину неисправности, после чего устранить ее и удалить жидкость из камер сжатия, руководствуясь инструкцией по эксплуатации.
Среди мер предотвращения гидравлических ударов особое внимание следует обращать на точное выполне ние правил приготовления к пуску, тщательность и свое временность проверки чистоты дренажных отверстий, контрольных клапанов и пробок.
Взрывы в картере
В картерах дизелей содержится воздух, в котором распределено огромное количество мелко распыленных частиц смазочного масла.
При обычных температурах деталей интенсивность испарения масла незначительна, а концентрация паров масла не может достигнуть взрывоопасных пределов.
Казалось бы в связи с этим, что возможность взрыва смеси воздуха и паров масла в картере исключается.
Тем не менее случаи взрывов, хотя и сравнительно редкие, имеют место на двигателях самых различных типов, конструкций и назначений.
Исследования показали, что в каждом случае взры ва в картере двигателя обнаруживается так называемая «горячая точка» в виде перегретого участка детали, ко торая служит источником интенсивного выделения теп ла, разогрева и испарения масла.
При длительном выделении тепла испарение в райо не «горячей точки» происходит до тех пор, пока весь или часть объема картера не заполнится смесью паров
масла п воздуха, концентрация которых находится в пределах границ воспламеняемости. В таких условиях
дальнейший разогрев смеси приводит к воспламенению и взрывному горению.
Следовательно, непосредственной причиной взрыва в
картере является появление высокотемпературного источ ника выделения тепла. Такого рода источниками взрыва могут служить перегретые участки мотылевых, корен ных и головных подшипников, а также значительный прорыв газов из камеры сгорания в картер.
Высокая температура масла сама по себе, без допол нительного воздействия горячего источника, не может привести ни к сколько-нибудь существенному испарению масла, ни тем более к взрыву, так как для воспламене ния нужна температура не менее 350—400° С [72].
Нельзя гарантировать невозможность возникновения перегретых участков подшипников или прорыва газов в картер в течение всего срока службы двигателя, поэто му нельзя исключить вероятность создания благоприят ных условий для взрыва в картере.
Все причины, способствующие нарушению смазки и перегреву деталей движения и подшипников, вместе с тем создают опасность взрыва паров масла в картере. Перегрузка двигателя или отдельных цилиндров, чрез
мерно малые или большие зазоры в подшипниках, пло хое состояние поршневых колец и значительный прорыв
газов в картер, низкое давление масла, засорение мас лопроводов и каналов внутренней системы смазки, пло хое качество фильтрации масла, выпадение присадок или применение некондиционного смазочного масла, разжижение масла топливом, закоксовывание внутрен ней поверхности поршня со стороны охлаждения, силь ные заДиры поршней — все это может послужить на чальной причиной взрыва.
Известен случай, когда небольшой лоскуток ветоши попал в маслопровод, застрял в сверлении шатуна, пе рекрыл доступ масла к головному подшипнику, вызвал перегрев головного узла, задир поршня и взрыв паров масла в картере.
Чтобы исключить возможность взрыва паров масла в картере, нужно обеспечить безусловную надежность системы смазки, высокое качество смазочного масла и нормальные величины зазоров в подшипниках.
Нельзя допускать работу двигателя с подшипниками, поверхности которых повреждены коррозией. Установле но, что отдельные взрывы в картере были вызваны кор розией подшипников коленчатого вала.
Следует придавать большое значение нормальному функционированию системы вентиляции картера и под держанию в картере установленной величины разреже ния, однако и при этих условиях взрыв может произой ти, если допустить перегрев одной из указанных выше деталей.
Обычно разрушения двигателя в результате взрыва в картере невелики и ограничиваются повреждением картерных лючков и стенок самого картера.
Взрыв в картере главным образом опасен не своим непосредственным разрушительным воздействием на дви гатель.
При взрыве из картера выбрасывается пламя до че тырех метров в длину. При этом температура на рассто
янии 1,5 м^ от стенки картера достигает 1600°С [71]. Это может привести к катастрофическим последстви
ям для людей, находящихся в момент взрыва в дизель
ном отсеке, и может вызвать пожар, а также вторичный взрыв в картерах рядом расположенных дизелей за
счет огромного количества тепла, выделяющегося при взрыве [41].
Механизм взрыва паров масла в картере представ ляется следующим образом. Температура среды вокруг перегретой детали быстро нарастает. После достижения необходимых условий происходит воспламенение паров масла в локальной области вокруг нагретой детали. В результате взрывного сгорания быстро повышается дав ление в картере. Детали дизеля, не обладающие доста точной прочностью, разрушаются под действием волны
давления, за которой следует волна разрежения (рис. 147). Воздух при этом врывается в картер, что
приводит к вторичному, обычно еще более мощному взрыву. Вновь последовательно воздействуют волны давления и разрежения, в картер втекает атмосферный воздух, и давление в нем выравнивается.
