Kamkin_-_Expluatatsia_sudovykh_dizeley_-_1990

ВМТ

Рис. 2.24. Схема контроля опережения подачи топлива методом замера

Дело в том, что практически, вращая коленчатый вал рычагом или ВПУ, никогда не удается сразу уловить момент НПН. Прихо­ дится по нескольку раз «дергать» вал вперед или назад относительно точки НПН, что для мощных малооборотных двигателей с больши­ ми массами подвижных частей выполнить весьма непросто. Для та­ кого случая дизелестроительные заводы разработали методы, услов­ но названные нами методами замера.

По методу замера опережение подачи топлива насосом выража­ ется не в градусах ПКВ, а в миллиметрах линейного перемещения плунжера Нпл, причем эти перемещения не отражают физическую сущность момента НПН как начала активного хода плунжера. За­ вод-строитель в процессе доводки головного образца дизеля «выстав­ ляет» все элементы ТНВД (т. е. определяет их окончательное поло­ жение), в том числе привод плунжера. В результате четко опре­ деляются два установочных параметра: нижнее положение плун­ жера, когда ролик его толкателя находится на ЦЧШ; перемещение плунжера /гпл вмт от ЦЧШ до момента, когда поршень (колено) данного цилиндра придет в свою ВМТ.

Оба параметра, вносимые в протокол приемки, подлежат конт­ ролю при монтаже запасных кулачных шайб или после разборки старых, при обнаружении износа кулаков, роликов толкателей и их осей.

Проиллюстрируем метод замера опережения подачи топлива в

91

корпуса привода. Упор определяет НПП, при котором, как следует из рис. 2.24, а, торец плунжера 3 не доходит до нижней кромки ок­ на 2 втулки 4 . В процессе эксплуатации сопряжение 5— 6, а также ось ролика 7 изнашиваются, и зазор 5 уменьшается, вызывая уве­ личение угла Фнпн против значения заводского регулирования.

Контроль НПП производится специальным калибром /, кото­ рый при НПП вводится в окно 2 через корпус ТНВД. Когда зазор 5 соответствует норме, калибр касается верхней кромки окна и торца плунжера; при уменьшении зазора S между калибром 1 и тор­ цом плунжера возникает слабина, выбрать которую можно удалением калиброванных прокладок между корпусами ТНВД и привода. Этим параметр НПП восстанавливается, однако уменьшенный зазор S ос­ тается, поэтому нужно следить за его минимальным значением, ого­ воренным в инструкции.

Контроль параметра /гпл вмт производится любым подходящим прибором 9 для измерения линейных перемещений (индикатором, штангенциркулем). Нулевое положение прибора устанавливают при НПП (рис. 2.24, б). Далее, вращая коленчатый вал валоповоротным устройством, фиксируют момент, когда колено 10 данного цилинд­ ра будет соответствовать ВМТ поршня. По прибору 9 отсчитывают ход плунжера к пл вмх. Он должен сходиться с данными заводского регулирования.

На рис. 2.24, в> г метод замера опережения подачи показан для ТНВД мощных малооборотных дизелей Бурмейстер и Вайн серий KFF, KGF, L-MC производства БМЗ имени В. И. Ленина.

При положении ролика 7 на ЦЧШ 8 торцовая кромка плунжера 3 опускается значительно ниже рабочих окон 2 втулки (НПП на рис. 2.24, в). Поэтому контроль НПП достигается только замером с помощью специального мерительного устройства, состоящего из головки 11 и градуированного штока 13. Устройство с помощью но­ жек 12 опирается на рабочую втулку 4 , где закрепляется.

Замер НПП выполняют после опускания ролика 7 на ЦЧШ 8. На шкале штока 13 относительно верхней кромки 14 головки 11 снимается отсчет ft, представляющий собой расстояние от торца плунжера 3 при НПП до плоскости / —/, проходящей через верх­ ние кромки отсечных окон 2. Оператору не требуется знать положе­ ние плоскости / —/. Параметр Ъ заложен в чертежах и фигурирует в акте заводского регулирования, поэтому оператору нужно лишь сравнить свой отсчет с заводским.

Замер h nn вмт снимают по той же шкале прибора после того, как

92

«опережения» в истинном смысле как начала активного хода плун­ жера. Поэтому понимать их надо как параметры геометрического положения элементов ТНВД. Если замеры этих величин покажут расхождения с данными заводского регулирования, значит, в эле­ ментах всего привода или части его появились износы или же по эксплуатационным условиям опережение изменялось сдвигом рабо­ чей втулки 4 или кулачкфвой шайбы 8. Истинную причину нужно выяснить и принять соответствующие меры.

2.12. Контроль регулирования форсунок

Контроль регулирования форсунок по сравнению с ТНВД зна­ чительно проще как по объему работ, так и по условиям их выполне­ ния. Выполняют контроль в форсуночном отсеке машинного отде­ ления, где находятся все необходимое оборудование и инструменты. Контролю подлежат: давление затяга пружины иглы /?зп, диаметр dc0 и число ic0 работающих сопловых отверстий распылителя и в особых случаях направление струй топлива, истекающих из форсун­ ки (двигатели Бурмейстер и Вайн).

Параметр р зп контролируют на форсуночном прессе (рис. 2.25, а). Топливо из бака 1 через фильтр 2 поступает к одноплунжерному насосу 4 (прессу) с ручным приводом. Форсунка 5 закреплена в специальном штативе 6. Впрыск топлива производится в бак 8 с мелкой металлической сеткой 7 для гашения удара факелов топли-

С

Рис. 2.25. Схема контроля рабочих параметров форсунки

93

ва. Медленным, но энергичным нажатием рукоятки пресса 4 давле­ ние топлива поднимают до момента открытия форсунки, что опре­ деляют по резкому сбросу стрелки манометра 3. Максимальным от­ клонением стрелки определяется давление /?зп. При необходимости его уровень регулируют способом, предлагаемым заводом-строите- лем в инструкции по техническому обслуживанию форсунки.

Диаметр сопловых отверстий контролируют с помощью предель­ ного калибра 10 (рис. 2.25, б), вводимого поочередно в отверстия распылителя Р, которые предварительно прочищают сверлом мень­ шего диаметра. Если предельный калибр заходит хотя бы в одно от­ верстие, распылитель бракуют (по крайней мере для дизелей Бур­ мейстер и Вайн, где /со меньше, чем в других дизелях).

Соблюдая осторожность, бумагу за отбуртовку держат рукой и про­ изводят ряд впрысков, которые оставляют следы прорыва бумаги факелами 13. По числу факелов определяют число отверстий ic0. Забитые отверстия не оставляют следа, частично забитые показыва­ ют слабый разрыв бумаги.

Направление струй топлива контролируют только у дизелей Бурмейстер и Вайн. Дело в том, что положение форсунки у них — боковое, так как в центре крышки цилиндра находится выпускной клапан. Поэтому для факелов топлива относительно меньше места, чем у дизеля с центральной форсункой. Развитие факелов идет бо­ лее медленно с ростом давления впрыска. Этому способствует и больший, чем у других дизелей, диаметр сопловых отверстий (dc0 = = 0,9-М ,15 мм против обычного dco = 0,7—0,85). Нужная для нормального процесса сгорания тонкость распыла обеспечивается при давлении р > /?зп, которое создается после подъема иглы. Од­ нако установочный параметр завод все же выдает: после контроля давления /?зп рекомендуется поднять давление форсуночного прес­ са до р > /7 зп и проверить направление факелов топлива, которые в данном случае .имеют вид струй (рис. 2.25, г): форсунка 14 установ­ лена в штативе 15 пресса, у которого в экране 16 (для гашения энер­ гии струй) есть отверстия. При правильном положении сопла рас­ пылителя в корпусе форсунки струи топлива должны проходить через отверстия экрана. Нужно иметь в виду, что согласно ПТЭ ка­ тегорически запрещается подставлять руку под факел топлива.

2.13. Отказы топливной аппаратуры

Статистика отказов позволяет сделать вывод в том, что топлив­ ная аппаратура является наиболее уязвимым в эксплуатацион­ ном отношении узлом двигателя: большинство вынужденных оста­ новок судов в море происходит из-за неполадок в ТА. Для главных малооборотных двигателей за 10 тыс. ч эксплуатации число оста-

94

новок составляет 22—26 %, для среднеоборотных достигает 35% об­ щего числа отказов по двигателю. Для отдельных дизелей процент отказов зафиксирован еще выше (до 46 % и более).

Чем же объяснить, что рабочие качества ТА оказываются ниже, чем у других узлов дизеля? Дело в том, что ТА — сложный в кон­ структивном отношении узел, состоящий из многих прецизионных элементов с притертыми поверхностями, работающих в условиях либо больших механических, либо гидродинамических и тепловых нагрузок. Такие условия работы усугубляются действием внешних факторов: качкой судна, приводящей к взбалтыванию осадков в расходных цистернах; длительными режимами переменных нагрузок (например, во льдах), от которых возникают коррозионные про­ цессы на соплах форсунок; плохим качеством топлива, усложняю­ щим действие сепараторов и фильтров; вибрацией двигателя (при ходе в балласте) и т. д.

Весьма важным фактором отказа ТА может оказаться низкий уровень ее технического обслуживания и в первую очередь несоблю­ дение требований безукоризненной чистоты при переборках, при­ тирке и монтаже ее элементов. Рассмотрим наиболее типичные слу­ чаи отказов ТА судовых дизелей.

В случае прихвата плунжер периодически зависает во втулке, при заклинивании силы пружины не хватает для возвращения плун­ жера в нижнее положение, она остается сжатой, цилиндр самовы­ ключается. При такой неполадке дефектную секцию ТНВД можно установить по падению температуры выпускных газов в данном ци­ линдре или прекращению пульсирующих ударов в форсуночном топливопроводе. Стрелка тахометра при заклинивании плунжера показывает падение частоты вращения, при прихватах — колеб­ лется.

Опыт показывает, что главной причиной зависания плунжеров являются недостаточные чистота и смазывающие свойства топлив (некоторые дизельные топлива называют «сухими», они плохо смазывают плунжерную пару, особенно при повышенной темпера­ туре, например, когда топливо после охлаждения форсунки подает­ ся в систему наполнения ТНВД). Чистота топлива — определяю­ щий фактор надежности работы плунжерной пары и клапанов ТНВД, форсуночной пары и сопловых отверстий распылителя.

Чистота топлива обеспечивается заданным уровнем подогрева, определяющим качество отстоя, сепарирования и фильтрации в гру­ бых и тонких фильтрах. Очень важна монтажная чистота и чистота

тем больше продуктов отстоя попадает в фильтры, а при их непо­ ладках — в ТНВД и форсунки. Такое положение особенно неприят­ но перед маневрами с последующей остановкой судна: зависание плунжеров или рабочих клапанов ТНВД может быть массовым.

95

В ТНВД современных форсированных судовых дизелей имеется еще одна причина прихватов и заклинивания плунжеров — эро­ зионный износ поверхностей, обтекаемых потоком перепуска до и после активного хода плунжера. Эрозия является следствием кави­ тационных явлений, возникающих во время перепуска топлива.

Прочие неполадки ТНВД касаются главным образом корпуса на­ соса, клапанов и их пружин.

В корпусах ТНВД иногда появляются трещины. Это явление ста­ ло наблюдаться в связи с переводом судовых дизелей на тяжелое топливо. Когда опыт применения тяжелого топлива был недоста­ точным, двигатели на малом ходу и во время маневров работали на дизельном топливе, не требующем подогрева. В таком случае пере­ ключение двигателя с горячего тяжелого топлива (подогрев до 95— 120° С и выше) на холодное дизельное (температура машинного отделения) объективно всегда создавало условия для возникнове­ ния тепловых деформаций и напряжений в корпусе насоса и плун­ жерных парах.

Известны случаи, когда быстрый переход с тяжелого топлива на дизельное приводил к заклиниванию плунжеров и трещинам в кор­ пусах ТНВД, особенно при их блочном исполнении (большая мас­ са металла, много сверленых каналов и переходов). Принимались меры к обеспечению постепенного изменения теплового состояния топливопроводов и корпуса ТНВД путем смешивания тяжелого топлива с дизельным, однако на практике это оказалось сложным. Дизелестроительным заводам пришлось искать пути обеспечения работы судовых дизелей на тяжелом топливе на всех эксплуата­ ционных режимах, в том числе малых ходах, маневрах и пуске.

Но нужно иметь в виду, что трещины в корпусах ТНВД бывают и тогда, когда двигатель работает только на тяжелом топливе. В этом случае причиной является рост давления впрыскивания р впр из-за недостаточного подогрева топлива перед пуском двигателя или осты­

В отдельных случаях трещины в блоке ТНВД появлялись от нерав­ номерного обжатия болтов крепления блока (двигатель Зульцер RD).

Поломка пружин рабочих клапанов ТН В Д — очень распростра­ ненная неполадка. Она нарушает нормальную работу клапанов, спо­ собствует их заклиниванию, а при попаданий частиц обломков пру­ жин под клапаны, особенно регулирующие, вызывает нарушение фаз впрыскивания и цикловых подач топлива.

Определяющими факторами в оценке надежности работы клапан­ ных пружин являются технология их изготовления и волновые уда­ ры, сопутствующие процессам нагнетания и перепуска топлива. Исследования показывают, что в эти периоды клапаны могут совер­ шать подскоки и колебания, что вызывает дополнительные усталост­ ные нагрузки клапанных пружин [7]. В эксплуатационных условиях

96

некоторым выходом из положения является установка пружин толь­ ко фирменного изготовления.

Из прочих неполадок клапанов ТНВД следует отметить их за­ висание. Причины в этом случае две — конструктивная и эксплу­ атационная. Первая объясняется неудачной конструкцией штока клапана (большая длина, отсутствие канавок для смазывания), вто­ рая связана с излишним затягом корпуса клапана при монтаже, за­ грязнением топлива, образованием пояска коррозии на выступаю­ щей части штока (при длительных стоянках двигателя в тропиче­ ских условиях и при плохом сепарировании сернистых топлив).

Основные немсправности нагнетательных (форсуночных) топ­ ливопроводов проявляются в виде свищей и трещин в стенках и в местах приварки ниппельных концевых соединений. Иногда быва­ ют случаи смятия концевых участков топливопровода от излишне­ го затяга.

Свищи и трещины — это результат высоких гидравлических на­ грузок, вызываемых резким подъемом давления впрыскивания, ча­ ще всего при пуске двигателя на слабо прогретом топливе, засоре­ нии щелевых фильтров и закупорке сопловых отверстий форсунки. Большое значение при этом имеют местные износы внутренних по­ верхностей топливопровода (от кавитационной эрозии) и вибрация. В простейших случаях причиной разрыва ниппелей является нека­ чественная сварка.

Неисправности форсунок, точнее их распылителей, составляют главную долю общего числа отказов элементов ТА и являются пер­ вой причиной остановок судна в море. Основные неисправности: зависание игл, износ запирающего конуса, закупорка и износ соп­ ловых отверстий, потеря п л о т н о с т и сопряженных поверхностей, проседание и поломка пружин.

Признаком зависания иглы является повышение температуры выпускных газов данного цилиндра и нагрев форсуночного топ­ ливопровода. Игла зависает чаще всего вследствие плохой очистки топлива или его обводнения (после приема в танки балласта). Обвод­ нение топлива морской водой является главной причиной развития процесса коррозии элементов ТА, особенно игл форсунок, по­ скольку они работают при высоких температурах. На игле вначале появляются коричневые пятна, затем они темнеют, объединяясь в сплошное черное поле. После почернения зависание иглы неиз­ бежно.

Другими причинами зависания или заклинивания игл являются: излишний (или неравномерный) затяг форсунки в крышке цилинд­ ра, чрезмерное обжатие гайки распылителя или установка резино­ вых уплотнений большего, чем нужно, диаметра, нарушение режима охлаждения вследствие закоксовывания каналов (охладитель — топливо) или забивания их накипью и продуктами коррозии (охла­ дитель — вода).

эрозионным действием потока топлива, протекающего с высокой скоростью через узкую щель под конусом иглы. Форсунка в таком случае теряет герметичность (подтекает).

При неплотности запорного конуса иглы создаются условия для коксования топлива в канале под иглой, в сопловых отверстиях и на наружной поверхности распылителя. Возникает перегрев, сопро­ вождающийся усилением нагарообразования. В итоге возможны зависание иглы, растрескивание распылителя, закупорка сопло­ вых отверстий или их усиленное изнашивание.

Нужно иметь в виду, что с целью обеспечения нормальных ус­ ловий смесеобразования износ распыливающих отверстий сопла требованиями заводов-изготовителей резко ограничивается (не бо­ лее 5— 10 % начального размера). Распылитель бракуют, если хо­ тя бы одно отверстие увеличилось до указанного предела.

Закупорка сопловых отверстий форсунки у разных двигателей проявляется неодинаково и зависит от числа забившихся отверстий, способа регулирования ТНВД, наличия и места расположения наг­ нетательного клапана. Общим признаком закупорки сопловых от­ верстий являются резко ощутимые удары в форсуночном топливо­ проводе, его нагрев и падение давления сгорания.

Что касается температуры выпускных газов, то у двигателей, имеющих ТНВД с регулированием по началу подачи, она растет, так как отмеренная насосом цикловая порция топлива полностью ак­ кумулируется в системе нагнетания, и процесс впрыскивания зна­ чительно сдвинется на линию расширения. При регулировании ТНВД концом подачи изменение температуры выпускных газов зависит от наличия и места нагнетательного клапана: когда он есть и находится в ТНВД, то температура растет, как и в первом случае, но менее значительно, так как часть топлива успеет перетечь в ТНВД за время посадки клапана и эффект аккумулирования цикло­ вой порции топлива несколько снижается. Когда нагнетательный клапан находится в форсунке или его нет вообще, то температура выпускных газов падает, поскольку после отсечки подачи в ТНВД создаются условия интенсивного истечения топлива обратно в по­ лость отсечки. Игла в таком случае быстро садится на место, цикло­ вая подача топлива форсункой снижается»

Сопряженные поверхности элементов форсунки (игла — направ­ ляющая, корпус — распылитель) по сравнению с наконечником распылителя работают в менее тяжелых условиях, поэтому число их отказов меньше. Износ пары игла — направляющая оценивают ви­ зуально по степени протечек топлива, а износ остальных сопряже­ ний, обусловленный местной коррозией или некачественным мон­ тажом, — по наличию топлива в охлаждающей воде.

Проседание (снижение жесткости) и поломка форсуночных пру­ жин проявляются повышением температуры выпускных газов и по­

98

ти нормальное. Однако бывают случаи, когда сила затяга пружины падает на 15—25 % против нормы уже через 100—500 ч работы дви­ гателя. За такими пружинами нужно внимательно наблюдать и в случае продолжения усадки заменять.

При изломах пружин обычно откалываются один-два крайних витка. Эксплуатационной причиной в данном случае может быть неполное прилегание опорных витков или перекос оси пружины.

2.14. Эксплуатационная надежность топливной аппаратуры форсированного дизеля

Надежность работы ТА современных судовых дизелей в целом снизилась вследствие усложнения конструкции ее элементов, при­ менения тяжелых (остаточных) топлив и форсировки цилиндровой мощности, вызвавшей резкое увеличение цикловой порции топли­ ва.

Действительно, если конструкции ТНВД Зульцер (см. рис. 2.1 и 2.14), где пять клапанов в каждой секции, и ТНВД МАЙ — Бур­ мейстер и Вайн (см. рис. 2.4), где рабочая втулка как исполни­ тельный орган регулятора перемещается по трем плоскостям уп­ лотнения, сравнить, например, с ТНВД ранних дизелей Бурмей­ стер и Вайн, где не было ни одного клапана, то суждение о худшей надежности новых ТНВД будет однозначным. В таком случае экс­ плуатационная надежность насоса определяется не столько уров­ нем технического обслуживания, сколько совершенством конструк­ ции и технологической доводкой рабочих деталей. К сожалению, на практике можно встретить примеры недостаточной доводки эле­ ментов ТА (клапаны насоса и их пружины, сопла и полости охлаж­ дения распылителей форсунки и т.д.).

Применение низкосортных остаточных топлив с большим содер­ жанием механических примесей, асфальтосмолистых веществ и се­ ры, естественно, снижает надежность работы ТА и в первую оче­ редь прецизионных пар ТНВД и форсунки, рабочих клапанов и сопловых наконечников распылителей. Каких-либо особых мер обеспечения эксплуатационной надежности здесь нет, кроме стро­ гого исполнения указаний заводских инструкций по технической эксплуатации ТА на тяжелом топливе.

Однако бывают случаи, когда условия работы ТА ухудшаются, например, при недостаточном количестве топлива в танках, куда до бункеровки принимался балласт. Откачать балласт полностью, как правило, не удается, поэтому топливо может сильно обводниться. В таких условиях очистка его сепарированием затрудняется и в

расходных цистернах образуется эмульсия с морской водой, очень вредно влияющая на ТА.

Встречаются примеры спешки в приемке новых судов, системы которых не прошли надлежащей подготовки к эксплуатации (топли­ вопроводы и емкости содержат следы окалины и технологических загрязнений).

В перечисленных и других подобных случаях указаний завод­ ских инструкций может быть недостаточно. Эксплуатационная на­ дежность ТА будет практически целиком зависеть от опыта и иници­ ативы обслуживающего персонала, от которого требуется не только исполнение непосредственных функций по техобслуживанию ТА, но нередко и инженерный подход к решению конкретных задач.

В качестве примера отметим выполненную силами экипажа работу по пе­ реводу системы охлаждения форсунок дизелей БМЗ 5Д К Р Н 62/140-3 с ди­ зельного топлива на пресную воду (теплоход «Юрий Ават» Латвийского мор­ ского пароходства). Переоборудование системы позволило не только устра­ нить пожароопасность в районе выпускного коллектора, но и поднять темпера­ туру охладителя на выходе из форсунки на 5—8 °С ниже температуры подо­ грева тяжелого топлива (на дизельном топливе она была ниже на 35—40 °С из-за ограничений по вспышке). Это позволило двигателю надежно рабо­ тать на тяжелом топливе на маневрах и во льдах без опасений грубого распы­ ла (нагаров) и коррозии сопел распылителей.

Однако определяющим фактором снижения надежности работы ТА современных судовых дизелей является их форсировка путем наддува, вследствие чего среднее эффективное давление ре (удель­

можности. Они видны, если обратиться к уравнениям (2.2) и (2.4):

продолжительности подачи фф. Фактор <рф вначале рассматривался как возможный, хотя и ограниченный путь повышения g n: угол Фф достиг значений 33° ПКВ у малооборотных и 40° ПКВ — у сред­ необоротных дизелей. Однако в борьбе за экономию топлива нель­ зя было допускать растягивания подачи по углу ПКВ, и в настоя­ щее время угол фф вновь ограничен пределами 22 — 25° ПКВ для малооборотных и 28—35е ПКВ — для среднеоборотных дизелей.

100