Госэкзамен / 2 / 17

№17 Показатели топливной экономичности дизеля.

Топливная экономичность входит в состав паспортных данных дизеля в виде удельного эффективного расхода топлива, г/кВт ч: g_е = G_т * 10³ / N_е (G_т – массовый расход топлива, кг/ч). Паспортные значения g_е, приводятся к стандартным условиям и измеряются с точностью до 3,5%. В судовых условиях для оценки экономичности используют показатель удельного индикаторного расхода топлива g_i = G_т * 10³ / N_i , т.е. расхода на индикаторную работу. g_i характеризует эффективность топливоиспользования. Показатели g_е и g_i связывают между собой массовый расход топлива и мощность являются величинами обратнопропорциональными соответствующим КПД η_е = 3600/g_е* Q_н; η_i = 3600/ g_i* Q_н . Следовательно, последние также являются показателями топливной экономичности дизеля и из соотношение η_е = η_i η_м следует, что задача анализа экономичности сводится к оценке изменения индикаторного и механического КПД дизеля. Индикаторный КПД – отношение индикаторной работы L_i за цикл к энергии, вводимой в цилиндр с топливом: (1.9) . Термодинамические принципы повышения индикаторного КПД сводится к снижению относительных тепловых потерь в охлаждающую среду и с выпускными газами. Конструктивная реализация этих положений на дизеле определяется такими факторами как совершенствование турбонадува, повышение максимального давления сгорания и отношения S/D ( хода поршня к диаметру цилиндра), использование дополнительного расширения газов в силовой турбине. Наддув, выступающий ранее как средство увеличения мощности, по мере повышения эффективности системы наддува (КПД турбокомпрессора и газовыпускного тракта) становится и средством повышения экономичности.

№18 Режимные изменения индикаторного КПД дизеля

В основном зависят от скорости сгорания топлива и ориентации видимого процесса сгорания относительно ВМТ поршня. При замедлении сгорания или запаздывании воспламенения топлива уменьшается степень расширения газов в цилиндре, возрастают относительные потери с выпускными газами и уменьшается индикаторный КПД. Развитие процесса сгорания по времени и относительно ВМТ поршня зависит от условий смесеобразования, теплового состояния дизеля, способа регулирования топливной аппаратуры, связанных с режимными параметрами цикловой подачи и частоты вращения, об/мин. Большое влияния на индикаторный КПД оказывает α – коэф избытка воздуха (в диапазоне 1 меньше или равно α меньше или равно 3). С уменьшением коэф α (увеличением подачи топлива) снижение индикаторного КПД обуславливается ухудшением сгорания из-за появления зон, где местные значения α меньше 1 и сгорание топлива затягивается по времени и может сопровождаться догоранием на линии расширения. При работе на форсированных режимах с малыми коэф-ми α возможно и неполное сгорание топлива. Увеличение α компенсирует несовершенство смесеобразования: сгорание заканчивается за меньший промежуток времени, процесс расширения характеризуется большей полнотой и индикаторный КПД возрастает. Однако при чрезмерных избытках воздуха (α больше 3 ) эта закономерность нарушается. При малых цикловых подачах из-за снижения температуры стенок камеры сгорания и ухудшения распыливания воспламенение топлива возникает позднее, относительные потери теплоты с газами вновь возрастают и индикаторный КПД уменьшается. Иначе говоря на индикаторный КПД влияют нагрузка, частота вращения и связанный с ними качество протекания рабочего процесса.

№16 Механические потери дизеля и их оценка механическим КПД

Механические потери суммируются из потерь на трение, на привод навешенных насосов, в том числе продувочных насосов двухтактных и надувочных компрессоров четырехтактных дизелей с механическим наддувом; к механическим потерям относят и работу насосных ходов четырехтактного дизеля. При анализе изменения механических потерь на различных режимах обычно исходят из того, что механические потери мало зависят от нагрузки, но весьма существенно – от частоты вращения. С ростом скорости скольжения увеличиваются сила внутреннего трения в масляном слое и коэф трения. Повышение же давления до определенных пределов ведет к уменьшению коэф трения. Кроме того, мощность, расходуемая на привод навешенных механизмов, в зависимости от типа насоса изменяется пропорционально квадрату или кубу частоты вращения. Следует учитывать, что механический КПД зависит от относительных механических потерь N_M / N_i. Это значит, что и при неизменных внутренних сопротивлениях дизеля механическое КПД не остается постоянным, если меняется качество рабочего процесса и индикаторная мощность, например, вследствие неудовлетворительного распыливания топлива, загорания окон, отложений в проточной части турбины или компрессора и т.п. Отсюда следует, что при эксплуатации эффективные энергетические показатели оценивать по индикаторным правильнее не по стендовым значениям механического КПД, а непосредственно по кривым N_м (n), p_м (n), M_м (n).

№1 Понятие эксплуатации СЭУ.

Построечные характеристики СЭУ отвечают определенным требованиям: надежность, экономичность, безопасность, и в процессе эксплуатации обеспечивается машинной командой. Эксплуатация СЭУ – система организационно-технических мероприятий, направленных на поддержание СТС в исправном техническом состоянии, обеспечивающих надежную работу и их использование с максимальной эффективностью при наименьших трудовых, материальных и финансовых затрат. Знание эксплуатации СЭУ – понимание системных связей и способов воздействия на них при эксплуатации.

1. на основе взаимодействия ГД, ГП, гребного винта и корпуса судна на ходовых и маневровых режимах.

2. система тепло и энергоснабжения.

3. обслуживающих систем, обеспечивающих функционирование ГД и ВДГ, ВПК.

4. систем очистки, удаления отходов и обеспечение экологически чистого выпуска газов.

5. утилизация теплоты в УПК и охлаждение воды ДВС в вакуумных опреснительных установках.

6. организация вахтенного обслуживания и управления СЭУ на основе использования систем централизованного контроля, АПС, средств автоматизации и дистанционного управления.

№2 Цель, задачи и содержание эксплуатации СЭУ.

Целью ЭСЭУ является изыскание и использование резервов увеличения эксплуатационного времени при минимальных затратах, что повышает эффект работы судна. Для достижения этой цели должны решаться следующие задачи:

1. продление эксплуатационного периода

2. снижение затрат на эксплуатацию

3. снижение затрат, времени и средств на восстановление технического состояния СТС до требуемого уровня.

Задачи ЭСЭУ решают с помощью организационно-технических мероприятий, которые делятся на группы, исходя из условий их выполнения в эксплуатационные или вне эксплуатационные периоды и выполняются машинной командой. По своим задачам ЭСЭУ делятся на части:

1. техническое использование СТС – обеспечивает техническую готовность к работе и работу на заданных и эксплуатационных режимах с характеристиками, предусмотренными заводским инструкциям.,3

2. ТО обеспечивает поддержание исправности или работоспособности СЭУ в период эксплуатации судна.

3. ремонт – обеспечивающий поддержание и восстановление неисправности или работоспособности СЭУ без вывода судна из эксплуатации.

В объем деятельности механика по ТИ и ТО входят работы разного уровня и назначения – от управления, контроля, обслуживания до выбора рациональных режимов погружения. Взаимодействия элементов пропульсивного комплекса (ГД-ГП, гребной винт- корпус судна) от качества и правильности выполнения этих работ зависит надежность, безаварийность, экономичность эксплуатации, затраты на ремонт в целом. Выполнение механиком следующее: соблюдение ПТЭ и инструкции, соблюдение сроков профосмотров и ТО, ППР и заводское ремонтирование. Содержание – техническая эксплуатация на флоте – методы осуществления: обеспечение машинной командой ТИ, СТС при минимальных затратах и ТО. Нормативно-техническая документация – надзорная деятельность за СЭУ и судном. Уровень и качество подготовки специалистов для ЭСЭУ. Эффективность ЭСЭУ – знания механика.

№3 Основные принципы технического использования СЭУ.

Сущность ТИ ЭСЭУ заключается в осуществлении работы энергоагрегатов (ГД, ВДГ, паровой котел), механизмов, систем их обслуживания в соответствии со своим назначением и осуществляется вахтенным механиком в соответствии с заводскими инструкциями по эксплуатации и ПТЭ, НТД, положениями по ТИ. ТИ решает следующие задачи:

1. подготовка, ввод в действие и управление энергоагрегатами – выбор и поддержание оптимальных режимов работы путем контроля и регулированием способов обработки питательной, охлаждающей воды, рациональное использование ГСМ, ведение машинных журналов, журнала технического состояния.

2. управление ДВС включает процессы подготовки их систем к пуску, работе, нагружения, наблюдения , реверс, ухода и контроля за техническим состоянием во время работы, вывода и остановки. При управлении важным принципом является выбор и поддержание режимов работы (ГД) в соответствии с условиями плавания, режимов работы судна, его конструктивных особенностей, эксплуатационных особенностей и сост гребного винта, сост ДВС. Параметры режимов регламентируются (НТД): при задании режима исходить из тех обоснованных рекомендаций, которые обеспечивают долговечность эксплуатации, обеспечивает наиболее полное использование мощности, не снижению надежности, экономичности, и увеличение затрат на ТО и ремонт. Внешние условия плавания – работа с орудием лова, работа ГД на ВРШ, отбор мощности на валогенератор.

Основная проблема с использованием ГСМ сводятся к сокращению затрат на них – применение технически обоснованных норм расхода ГСМ, использование дешевых топлив средней и повышенной вязкости, правильное сочетание и использование сортов ГСМ, обеспечение минимальных износов трущихся деталей. Совершенствование ТИ СЭУ связано с решениями теплотехники посредством которой устанавливаются и контролируются задаваемые и нагрузочные режимы. Вводно-химические режимы ВПК, испарительные установки, систем охлаждения. Экологические требования – прием, передача ГСМ, сепарирование, очистка нефте содержания льяльных вод, хранение отходов и их сдача.

№6 Основные принципы организации ТО СЭУ.

ТО – комплекс работ по поддержанию исправности и работоспособности СЭУ во время эксплуатации.

Принцип организации ТО – непрерывность. В ТО входит контроль состояния технических агрегатов узлов и деталей (СТС). Работы выполняются машинной командой в период проф осмотров, а также во время межрейсового ТО. ТО состоит из мероприятий: рейсового (ТО) – РТО с помощью которого ликвидируются износы СТС в период нахождения судна в рейсе.

МРТО – межрейсовое технич обслуживание – проводится в порту.

(ТО ГД) работы по ликвидации износов СТС

РМТО – расширение межрейсового технического обслуживания – докование судна

РТО – выполнение машинной командой и рем бригадой

МРТО – машинная бригада, рем бригада и БТО

СНТО – позволяет полностью использовать возможности назначения состава работ для каждого элемента СЭУ в отдельн увеличение эксплуатационного периода судна, изменение периодичности ремонтов с 1 до 2 и более лет, трудоемкость возрастает по мере старения судна.

СНТОР – система непрерывного технического обслуживания и ремонта . проведение МРТО и РМТО планируется на весь срок службы судна. Согласно ПТЭ ДВС основные работы по ТО необходимо проводить в следующие сроки:

Ежедневно: наружный осмотр ДВС, КИП, уровней в емкостей, сливать отстой, прокачка ДВС маслом и проворачивание его;

Еженедельно: топливные и масляные фильтра (мыть, менять), приводы впускные и выпускные , толкатели ТНВД, снимать давление сжатия и давление сгорания. 500 часов – проверить крепеж ДВС к фундаменту, проверить центровку насосов с , зазоров ГРМ, равномерность подачи топлива, опрессовывать форсунки, начало и конец подачи в ТНВД.

1000-4000 – смена масла, мытье картера

1500-5000 – снимать головки, поднять 1-2 поршня, притирать клапана

4000-8000 – снять все головки, все поршни, головные подшипники, обмерить ЦПГ и коленвал, снимать раскепы.

Допускаются отклонения от средних до 15% - можно учитывать условия эксплуатации и техническое состояние при постановке в ремонт. Эффективность и ресурс ДВС зависит от выбора обслуживания и использование рабочих жидкостей (ГСМ). Вопросом подготовки использования рабочих жидкостей должно уделяться особое внимание, т.к. от этого зависит эксплуатация СЭУ.

№7 Система СНТО, СНТОР, виды и исполнители

СНТО и СНТОР – предусматривает увеличение эксплуатационного периода судов между малыми заводскими ремонтами до 2 и более лет при сохранении регламентированной периодичности докования. Планово-предупредительные мероприятия по ТО судов и их оборудования (периодичность, состав и объем работ) составляются с учетом типов судов, их возраста, назначения, условий эксплуатации, особенностей оборудования и уровня его надежности. Судовой экипаж выполняет ТО в соответствии с ПТЭ инструкциями фирм и заводов, МСС.

СНТОР – проведение заводских ремонтов планируется на весь срок службы судна 20-25 лет. В систему входят: ТО, РТО – ликвидируются износы СТС, находясь в рейсе, ППР.

МРТО – СД и др. в порту (машинная команда и БТО).

ППР и ТО – внешний осмотр, проверки зазоров, регулирование, снятие узлов, их замена, притирки клапанов.

Систематическое, тщательное выполнение всех профилактических мероприятий гарантирует надежную работу ССУ, сводит к минимальному выходу ее из строя или нарушения ее нормальной работы, что важно при эксплуатации.

№10 Ремонт СТС как функция ТИ.

В процессе эксплуатации СТС изнашивается, теряет уровень работоспособности, становятся не безопасными в эксплуатации.

Износ – нарушение во время эксплуатации первоначальных геометрических форм, размеров, движения деталей и механизмов. Износы появляются при трении, коррозии, эрозии, деформации, высоких температурах и переменных нагрузках. Износы и повреждения бывают естественными (нормальные) и аварийные ( недопустимые).

Естественный износ – протекает с умеренной скоростью и является следствием нормальной эксплуатации СТС в строгом соблюдении ухода за ними.

Аварийный износ – нарастает с высокой скоростью и является следствием неправильной эксплуатации, не соблюдения ПТЭ, применение недоброкачественных материалов, нарушение технологии изготовления деталей СТС. Требуются меры для достижения уровня обеспечения их работоспособности и безотказности их ТИ . такими методами являются либо замена изношенных деталей и узлов, либо ремонт СТС до уровня первоначального или близкого к нему. Работы по поддержанию и восстановлению технического уровня СТС должны проводиться на всем периоде эксплуатации СЭУ. Состав и трудоемкость работ зависит от качества изготовления СТС, от надежности и приспособленности их к ремонту, характеризуется: содержанием, трудоемкостью и периодичностью работ, продолжительностью их выполнения.

Ремонт сводится к следующим технологическим операциям: 1. Разборка, 2. Очистка от отложений и нагара, 3. Деффектация деталей и узлов СТС, 4. Восстановление формы, размеров, чистоты их поверхности, 5. Устранение остаточной деформации, 6. Восстановление поврежденных деталей, 7. Сборка, испытание и регулировка СТС.

Объем и периодичность ремонта определяется техническим состоянием СТС, а потребность в ремонте реализуется в СРЗ. Различают: текущий, средний, капитальный, доковый ремонт. Признаки и структура ремонта устанавливается НТДокументами (стандарт, ТУ и др.) и система ППР.

№11 Основные показатели работы ГД.

Основная задача эксплуатации судовых дизельных установок является обеспечение высокой экономичности и надежная работа дизелей, снижение затрат на технические средства и ремонт. Для этого требуется технически обоснованный подход к выбору режимов работы СЭУ, их оценки с точки зрения качества протекания рабочего процесса , его экономичности уровня тепловой и механической нагрузки. Для оценки режимов работы используют: энергетические, топливно-экономические, тепловые, температурные, механические напряженности деталей дизеля.

К энергетическим показателям относят: Р_e и Р_i (мПа), эффективный и индикаторный крутящий момент М_e и М_i (Н*м), мощность N_e и N_i (кВт), индикаторный – внутренняя работа, эффективный – получаемая. η _мех= 0,9, Р_e = Р_i *η_м , М_e = М_i * η_м, N_e = N_i * η_м

η_i = 1- (g_газ + g_охл) – тепловой баланс двигателя.

Топливно-экономические показатели – является эффективный и индикаторный расход топлива (g_e и g_i кг/кВт ч) η _i и η _e дизеля, часов расхода топлива (G_ч кг/ч).

Показатели теплонапряженности деталей двигателя является температура и температурные перепады в стенках деталей ЦПГ.

Показатели механической напряженности – максимальное давление паров и амплитуда измерения этого давления, силы инерции масс поступательно движущихся и вращательных деталей, максимально суммарная тангенсальная сила и ее амплитуда.

Все показатели связаны между собой: нагрев двигателя по Р_i не может быть установлена без учета тепловой и механической напряженности.

Связь энергетических показателей с режимными параметрами работы дизеля. Эта связь с режимными параметрами цикловой подачи g_ц топлива и частота вращения η – используются для оценки энергетических показателей конкретного дизеля при эксплуатации.

№57 Особенности работы ГД с ВРШ.

Главное значение ВРШ – обеспечение такой нагрузки ГД, при которой достигается оптимальн. эконом. ГД. Это возможно в результате изменения шага винта и его частоты вращения ГД с ВРШ может работать с номинальной частотой в условиях повышенного сопротивления движения судна за счет уменьшения шага винта – поворот лопастей→ ВРШ соответствует ГД и корпусу не будет ни легким ни тяжелым.

Особенности работы: отсутствие реверсов и приспособлений к частой работе на режимах малых нагрузок в положении лопастей в СТОП или близкое к нему. С ВРШ заданную скорость судна можно получить на многих режимах неравноценных по экономичности. Режимы работы находятся внутри области ограничения: верхней ограничительной характеристики максимальных мощностей, регуляторной характеристики минимальных мощностей и линией минимальных устойчивых оборотов.

1-2-3-4-5- область возможных режимов ГД при работе по ограниченной внешней характеристики максимальной мощности.

1-2-3-8-7 – область возможных режимов ГД при работе по ограниченной характеристике номинальной мощности.

А – винтовая, при работе на швартовых с максимальным шагом винта.

Б – ограничительная номинальной мощности.

В – ограничительная максимальной мощности.

Г – рег-ая при настройке регулятора на n_max.

Д – рег-ая при настройке регулятора на n_min.

Е – винтовая с 0 шагом.

При наличии ВРШ перегрузка ГД может произойти на пониженных скоростных режимах ( от т. 3 и выше до n_max). В зависимости от корпуса и погоды сопротивление движения судна смещается ближе к n_ном сужая диапазон скоростного режима (перегрев ГД).

СДУ с ВРШ образуют систему сигнализации и защиты от перегрузок ( форсиров. ДВС и ГТН). Экономичные режимы выбирают руководствуясь рекомендациями завода изготовителя или результатами испытаний. Возможно и программное управление ДВС и ВРШ – изменение режима работы меняют одной рукояткой – на всережимный регулятор и механизм изменения шага винта. Требования, предъявляемые к ДВС и ВРШ – применение всережимного регулятора – обеспечивающий устойчивый скоростной режим при любом шаге винта. Недостаток ВРШ – сложная конструкция и меньшая эксплуатационная надежность.

№53 Возможные и допустимые режимы работы ГД.

Работа ГД протекает в различных условиях и связано со значительными изменениями их эксплуатационных параметров: мощности, экономичности, тепловой и динамической напряженности. Все режимы можно разделить на установившиеся и неустановившиеся.

Установившиеся режимы характеризуются постоянством нагрузки, частоты вращения, теплового состояния его деталей. Для неустановившихся режимов характерна нестабильность. Установившиеся режимы – малые, средние, полные хода при минимальных устойчивых частот вращения. Неустановившийся режим – пуск, реверс, трогание с места, разгон.

Режим работы ГД в балласте – уменьшение осадки→ снижение сопротивления воды движения судна, изменение условий обтекания винта. ГД не догружается в балласте по Р_e и N_e (10-20 %), поэтому дизеля догружают (снижение экономичности).

Режим работы ГД на швартовых – ДВС развивают предельный крутящий момент, дизели не прогреты, возникают температурные напряжения, возможны перегрузки, увеличение подачи топлива на цикл (заклинивание, задиры ЦПГ если не прогреты). ДВС работает с минимальным числом оборотов до внешней нагрузочной характеристики, что неблагоприятно.

Режим работы ГД на мелководье и в узкостях - возрастает сопротивление движению судну→ нагрузка на ГД из-за волнового сопротивления в 2-3 раза. Рекомендуется снижать обороты и в целях безопасности мореплавания, малые хода.

Режим в штормовых условиях – сопротивление ветра, волны, качка, что приводит к частым изменениям вращающего момента гребного винта, доходит до 50%, следовательно перегрузка ГД , следует снижать частоту вращения (механическая, тепловая).

Режим работы при тралении – характеризуется дополнительным сопротивлением, создаваемым тралом 8-12 раз превосходящий сопротивление корпусу. Поэтому траление производят на небольших скоростях 2-5 узлов, степень нагрузки ГД изменяется в больших пределах и зависит от глубины погружения трала, метеоусловий, скорости траления, буксировка – траление.

Выбор оптимального режима работы ГД от условий плавания решается обслуживающим персоналом, чем определяется долговечность, надежность, экономичность. Режимы работы контролируют по приборам (тепловая и динамическая напряженность), температуре отработавших газов, использованию ограничительных характеристик для данного дизеля, вращающим моментом, р_е или р_i, коэф избытка воздуха α, температуры, влажности, давление окружающего воздуха.

№39 Ограничительная характеристика ДВС.

Ограничительная характеристика – внешняя характеристика максимальной мощности – заградительная характеристика по ТНВД, для защиты ДВС от перегрузок , увеличение подачи топлива сверх допускаемого ограничивается упором рейки ТНВД , установленные заводом изготовителем. Чтобы механическая напряженность кол-го вала и валопровода не превышали допускаемые значения дизеля, его вращающий момент М_вр и р_е не должны превосходить номинальные значения.

Зависимость изменения N_e от частоты вращения называется ограничительной характеристикой при М_вр = const. по вращающему моменту.

Если Р не превышает допустимых пределов, то сохр. пос. значении М_вр , р_е является достаточной для предотвращения динамической перегрузки дизеля. В противном случае приходится ограничивать подачу топлива.

У 4-х тактных ДВС без наддува при уменьшении n падает скорость воздуха, выходящего из цилиндра через клапаны (выпускные) в период перекрытия фаз. Это приводит к увеличению коэф. пополнения цилиндра, уменьшается цикловая подача топлива между плунжерами ТНВД.α – коэф. наполнения у таких ДВС при снижении n остается постоянным , но и частично возрастает, чего достаточно для предохранения 4-х тактного ДВС без наддува от тепловых перегрузок на режиме внешней характеристики номинальной мощности.

Вводят ограничения по температуре выпускных газов для защиты от тепловой нагрузки.

У 4-х тактного ДВС с наддувом при частоты вращения снижается производительность воздушного компрессора, что приводит к уменьшению α ( коэф избытка воздуха). В этих условиях работа как на режимах внешней характеристики номинальной мощности с пос. подачей топлива в цилиндры, так и по ограничительной характеристики по моменту вызывают тепловой перегрев ДВС. Ограничительные характеристики разных ДВС показывают, что ДВС с наддувом при пониженной частоте имеют меньший запас мощности, чем ДВС без наддува. Для перехода на более низкую ограничительную характеристику следует уменьшить подачу топлива в цилиндры. Работа с перегрузкой у большинства ДВС конструктивно ничем не ограничивается, а ограничительная характеристика номинальной мощности оказывается условной. Поддержание нагрузки в пределах ограничительной характеристики возможно с помощью регуляторов нагрузки (всережимных). (с увеличением сопротивления движения судна число оборотов снижается, мех. и тепловые напряжения увеличив. ЦПГ с уменьшением α ухудшения распыла и сгорания топлива).