Kamkin_-_Expluatatsia_sudovykh_dizeley_-_1990

жением ограничителя подачи всережимного регулятора. При пере­ ходе из точки а в точку b по винтовой характеристике уменьшение

от числа отключенных цилиндров (в данном случае одного цилиндра

а суммарная эффективная мощность уменьшается пропорционально кубу частоты вращения.

Рабочий процесс в неотключенных цилиндрах протекает в пол­ ном соответствии с закономерностями внешней характеристики и может сопровождаться увеличением давления рг и температуры стенок. Поэтому работа на режиме b допускается лишь кратковре­ менно. В случае длительной работы с отключенными цилиндрами подача топлива должна быть уменьшена и режим установлен при меньшей частоте вращения в точке с.

Назначение режима в точке с зависит от отношения числа ра­ ботающих цилиндров к общему их числу и возможного появления вибраций дизеля и корпуса судна. В данном случае для выбора по­ ложения топливной рукоятки на сниженной частоте вращения гра­ фики ограничения нагрузки по реД0и не могут быть использованы.

С отключением цилиндра связано значительное ухудшение ме­ ханического КПД дизеля из-за роста относительных механических потерь в ii(i — 1 ) раз. Установка топливной рукоятки по Редоп при пониженных значениях ц ы привела бы к перегрузке работаю­ щих цилиндров. Влияние отключения цилиндров на г\м несколько уменьшается при демонтаже механизма движения, однако наруша­ ется условие уравновешенности дизеля и возможно возникновение вибраций.

У дизелей с импульсным газотурбинным наддувом имеются до­ полнительные трудности в назначении режима. Отключение ци­ линдра обнаруживают по помпажу компрессоров (см. гл. 3). Для устранения или ослабления помпажа снижают частоту вращения, а иногда и давление в ресивере путем выпуска воздуха в машин­ ное отделение через специальные клапаны или отключают еще один цилиндр, работающий в группе цилиндров другого турбокомпрес­ сора.

Таким образом, для главных дизелей на режимах работы с вы­ ключенными цилиндрами подачу топлива уменьшают по сравнению с обычной на режиме полного хода, а частоту вращения назначают такую, чтобы обеспечить наименьшие вибрации дизеля, корпуса суд­ на и устранение или ослабление помпажа турбокомпрессора.

Для главных и вспомогательных дизелей, скоростной режим которых поддерживается регулятором, отключение одного из ци­ линдров сопровождается автоматическим увеличением подачи в ос­ тальные, что может вызвать их перегрузку по piy pz и темпера­ туре стенок. Внешне это проявляется в увеличении подачи топли-

201

ва, росте температуры выпускных газов, ухудшении равномерно­ сти вращения вала. При достижении значения h amax частота враще­ ния снижается и дизель переходит на работу по внешней характе­ ристике. Такие режимы в эксплуатации не допускаются. Во избе­ жание перегрузки цилиндров необходимо уменьшить подачу топ­ лива, перейти на холостой ход или полностью остановить дизель для устранения причин, вызвавших отключение цилиндра.

Режимы работы при аварийном состоянии турбокомпрессора.

В современных судовых дизелях с турбонаддувом предусматрива­ ется возможность работы при выходе из строя одного, нескольких, а иногда и всех турбокомпрессоров. В связи с этим системы надду­ ва дополняют устройствами для стопорения ротора поврежденно­ го турбокомпрессора, перекрытия патрубков турбины и компрессо­ ра, изменения условий всасывания продувочных насосов и возду­ ходувок с автономным электроприводом.

При появлении сильных вибраций и шума, свидетельствующих об аварийном состоянии турбокомпрессора, для устранения даль­ нейших разрушений требуется снизить частоту вращения и оста­ новить дизель в соответствии с ПТЭ. Последующие работы по вводу дизеля в действие определяются инструкцией по эксплуатации. В зависимости от навигационной обстановки, мощности, которая затем может потребоваться, длительности перехода с поврежден­ ным турбокомпрессором мероприятия по обеспечению работы ди­ зеля, допускаемые частоты вращения и мощность могут быть раз­ личными.

Так, в системе наддува дизелей Вурмейстер и Вайн VT2BF предусматривается возможность кратковременной и длительной работы при выходе из строя турбокомпрессора и параллельном подключении аварийной воздуходувки с автономным электропри­ водом. Для кратковременной работы, когда нужно быстро запус­ тить дизель и дать судну ход, ротор поврежденного турбокомпрес­ сора стопорят и глухим фланцем перекрывают нагнетательный па­ трубок компрессора. Дизель работает без выключения цилиндров и обеспечивается воздухом от других турбокомпрессоров и аварий­ ной воздуходувки. Частота вращения и мощности соответственно

коррозии рабочего колеса компрессора в результате конденсации влаги и образования кислот поврежденный турбокомпрессор пол­ ностью отключают от продувочно-выпускного тракта. Для этого закрывают выпускной патрубок турбины и отключают три цилин­

202

дра, связанные с поврежденным турбокомпрессором. У этих ци­ линдров подвешивают толкатели топливных насосов и демонтируют толкатели выпускных клапанов вместе с роликом. Шестицилиндро­ вый дизель при работе на трех цилиндрах, подаче воздуха одним турбокомпрессором и аварийной воздуходувкой может развивать индикаторную мощность около 0,3JViHOM при п = 0,68лНОм и дав­ лении продувочного воздуха 0,11 МПа. Аварийную воздуходувку следует вводить в параллельную работу так, чтобы не нарушить устойчивую работу турбокомпрессора, т. е. путем постепенного открытия заслонки на подводящем патрубке.

При выходе из строя обоих турбокомпрессоров шестицилиндро­ вый дизель может продолжать работать лишь на трех кормовых ци­ линдрах, обеспечиваемых воздухом от аварийной воздуходувки. Выпускные газы от этих цилиндров направляют по байпасной тру­ бе, а входной и выходной патрубки турбины перекрывают. Дизель

(типов LMC, RTA) ограничения по мощности и частоте вращения характеризуются следующими значениями N Jn, %, при выходе из строя турбокомпрессоров: одного 15/53, одного из двух 50/79, од­ ного из трех 66/87.

Поврежденный турбокомпрессор блокируют со стороны газов и выхода воздуха, а при одном ТК демонтируют ротор, сопловой аппарат поврежденного турбокомпрессора и компенсатор на вы­ ходном патрубке компрессора для уменьшения сопротивления на всасывании вспомогательной воздуходувки.

Для дизелей Зульцер типов RD и RND, где в качестве второй ступени давления используются байпасируемые подпоршневые на­ сосы цилиндров, также предусмотрено два случая работы с повреж­ денными турбокомпрессорами: когда требуется дать ход судну в наикратчайший срок; когда должна быть обеспечена наибольшая возможная мощность дизеля и скорость судна. Соответственно раз личают объем работ и время подготовки дизеля к пуску с поврежден­ ным турбокомпрессором. В обоих случаях прежде всего стопорят (специальным устройством) ротор поврежденного турбокомпрес­ сора. Так как выпускные газы будут проходить через турбину, то сохраняется охлаждение ее корпуса, но отключается смазочная система подшипников. Последнее предохраняет циркуляционное масло от загрязнения выпускаемыми газами при отсутствии давле­ ния в компрессоре. Нагнетательный патрубок компрессора пере­ крывают дросселирующей шайбой с диаметром отверстия 25-^30 мм. Это обеспечивает перетекание некоторого количества воздуха через компрессор и охлаждение его проточной части. При выходе из строя более одного компрессора количество воздуха, отсасываемого из ресивера подпоршневыми насосами, превышает его поступление от работающих турбокомпрессоров, и в ресивере создается разреже­ ние. Для обеспечения нормальных условий всасывания ресивер

203

Т а б л и ц а 5.2

сообщают с атмосферой путем снятия специальных крышек. Об­ разовавшиеся всасывающие отверстия закрывают предохрани­ тельными решетками.

В зависимости от числа поврежденных турбокомпрессоров до­ пускаемая мощность, давление р€ и частота вращения, например, для дизелей типа RD76 характеризуются значениями, приведенны­ ми в табл. 5.2.

В случае I при выходе из строя более одного компрессора дизель обеспечивается воздухом только подпоршневыми насосами, т. е. работает без избытка продувочного воздуха. Это ведет к ухудше­ нию очистки и наполнения цилиндров и ограничению подачи топли­ ва (полное сгорание еще возможно при ре = 0,3 МПа). Ввиду огра­ ниченного заряда воздуха дальнейшее увеличение подачи топлива практически бесполезно. Оно обнаруживается по резкому увели­ чению температуры выпускаемых газов и дымному выпуску.

Для увеличения мощности и скорости судна в случае II прово­ дят дополнительные мероприятия. Часть ресивера, примыкающую к группе цилиндров поврежденного турбокомпрессора, отделяют глухими поперечными перегородками. Тогда цилиндры, обеспечи­ ваемые воздухом от неповрежденных турбокомпрессоров, могут ра­ ботать с большим давлением р8у а нагрузка их увеличивается до ре — 0,4 -г* 0,5 МПа. Нагрузка же цилиндров, получающих воз­ дух только от подпоршневых насосов, не должна превышать ре = = 0,35 МПа. Последнее достигается переводом топливных насосов этих цилиндров на меньшую подачу топлива, для чего устанавливают разъемную калиброванную шайбу под толкатель всасывающего кла­ пана топливного насоса.

Вслучае II могут быть существенно повышены частота вращения

имощность дизеля. Значения п и Ne являются ориентировочны­ ми. Они могут выдерживаться лишь при благоприятных внешних

условиях. Следует помнить о том, что с аварией турбокомпрессоров

204

возрастает возможность перегрузки цилиндров, поэтому подача топлива и температуры выпускных газов должны быть ограничены и усилено общее наблюдение за работой дизеля. Следует также ре­ гулярно (примерно раз в сутки) очищать подпоршневые прост­ ранства ввиду их сильного загрязнения продуктами окисления масла и несгоревшего топлива.

Контрольные вопросы

1. За сколько времени до начала маневров должна быть дана команда о готовности дизеля к действию? Что нужно сделать для обеспечения 100% -ной готовности?

2. Какие операции проводятся при подготовке дизеля к действию, в к а ­ кой последовательности и объеме? Как контролируется состояние дизеля и обслуживающих его систем? Когда окончательно может быть дан сигнал на мостик «Двигатель готов»?

3.С каких постов осуществляется пуск дизеля в автоматизированных установках в нормальных и аварийных условиях?

4.Какие факторы определяют надежный пуск дйзеля? Что означают

«мертвые» зоны на тахограмме пуска? Какова их термодинамическая основа? 5. Как избежать больших расходов пускового воздуха при маневрах?

6 . Что такое смешанный и раздельный пуск, в чем их особенности и как это отражается на динамике дизеля и динамичности процессов сгорания?

7. Как обеспечивается газообмен и зарядка цилиндров воздухом при пуске двух- и четырехтактных дизелей без наддува, с импульсным и изобар­ ным наддувом?

8 . Каковы характерные диагностические признаки основных отказов пус­ ка дизелей?

9. Объясните трудности поддержания режимов самого малого хода в со­ ответствии с требованиями Регистра СССР.

10.Почему в программах управления дизелем предусматривается замед­ ление темпов нагружения дизеля при маневрах и перевод на маневренный ре­ жим? Как осуществляется защита дизеля от перегрузки?

11.В чем принципиальное различие в обеспечении обычных маневрен­ ных режимов и режимов реверсирования дизеля при торможении судна?

12.Как обеспечивается торможение дизеля при реверсировании? От чего зависит эффективность торможения дизеля контрвоздухом?

13.В чем особенности работы дизеля на ВРШ при маневрировании и торможении судна?

14.Каковы режимы полного хода (диапазоны мощности, скорости, час­ тоты вращения) для длительной и ограниченной по времени работы?

15.Что называется номинальной (построечной) мощностью дизеля и как

ееиспользуют в эксплуатации? В чем отличие номинальной мощности от спецификационной 100%-ной?

16.Как понимать чувствительность дизеля к изменению режимных пара­

метров h a и п при реализации режимов полного хода?

17. Как по индикаторным диаграммам установить характерные неполад­ ки в механическом индикаторе и его приводе, в работе Т Н В Д , форсунок, к л а ­ панов и поршневых колец?

18. Чем обусловливается влияние температуры наружного воздуха и з а ­ бортной воды на параметры рабочего процесса?

205

Г л а в а 6

ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ДИЗЕЛЕЙ

6.1. Методы контроля и диагностирования

Контроль работы дизеля. Контроль процессов, протекающих в двигателе, контроль правильности функционирования основных элементов его конструкции составляют основу повседневного тех­ нического обслуживания и служат целям своевременного обнару­ жения всех возможных отклонений от заданного режима, которые могут привести к нарушению работоспособности и экономичности двигателя, появлению внезапных и преждевременных отказов, влекущих за собой серьезные аварийные повреждения.

Контроль состоит из наружных осмотров, периодически прово­ димых вахтенным персоналом, и оценки состояния дизеля и обслу­ живающих его систем на основе измерения и анализа параметров, прямым или косвенным образом характеризующих работу. Выбор параметров контроля определяется необходимостью иметь наибо­ лее полную информацию о состоянии объекта с помощью относи­ тельно простых, надежных и доступных измерительных средств — термометров, термопар, манометров, расходомеров, счетчиков ча­ стоты вращения, штатно устанавливаемых на двигатель и обслужи­ вающие его системы. Кроме того, применяют дополнительные при­ боры: индикаторы, пиметры, максиметры и пр.

На судах ранней постройки контроль осуществлялся путем пе­ риодического обхода вахтенным персоналом всех работающих ме­ ханизмов, осмотра и ежечасной записи показаний штатных прибо­ ров в машинный журнал. В задачу персонала входило следить за тем, чтобы измеряемые параметры не выходили за верхний или ниж­ ний предел или находились внутри допустимой области отклонений, ограниченной этими пределами.

На ранней стадии развития систем контроля в целях облегче­ ния сбора информации стали применять измерительные приборы с дистанционными указателями, сосредоточенными у пульта управ­ ления двигателем. В дальнейшем для исключения внезапности в из­ менении технического состояния объектов контроля и предотвраще­ ния аварийных повреждений, связанных с внезапными отказами, была введена система аварийно-предупредительной сигнализации, автоматически срабатывающая при выходе за допустимый предел (уставку) контролируемого параметра.

По мере развития измерительной техники и средств автоматики были созданы системы централизованного контроля (СЦК), в которых, помимо индикации измеряемых величин, световой и звуко-

207

вой сигнализации об отклонениях, была введена автоматическая регистрация измерений, построенная на принципе последователь­ ного обегания, при котором измерительное устройство централь­

плуатации служат следующие параметры (рис. 6 . 1 ): мощность эф­ фективная N e и индикаторная N jf кВт; частота вращения дизеля п и главного турбокомпрессора пТКУ об/мин; индекс топливных насо­ сов Т Р Умм; удельный расход топлива^, г/(кВт*ч); теплота сгора­ ния топлива QH, кДж/кг; давление барометрическое р 0у воздуха за ГТК р к и в ресивере psy газов за турбиной р'Ту в выпускном кол­

ним tw2, воздуха в ресивере tS9 выпускных газов за цилиндром / г, перед турбиной /х и за ней t'T, °С; температура металла крышки /кр,

Большую часть перечисленных параметров, снимаемых со штат­ ных контрольно-измерительных приборов или записываемых си­ стемой СЦК, использует вахтенный персонал,их значения каждый час записывают в вахтенный машинный журнал. Параметры, харак­ теризующие протекание рабочего процесса в цилиндрах двигате­ ля (pif реу рс, рг) и развиваемую в них мощность и расход топлива, определяют не реже двух раз в месяц. Для выявления отдельных неисправностей сопоставляют измеренные значения параметров с данными, зафиксированными в протоколе ходовых испытаний суд­ на, которые используют в качестве эталона. Наличие отклонений свидетельствует о нарушениях в протекании происходящих в дви­ гателе процессов.

Отдавая должное применяемым на современных судах развитым СЦК, необходимо отметить недостаточность предоставляемой ими информации для детальной и достаточно точной оценки состояния двигателя и определения причины появления той или иной неис­ правности в его работе. Особенно затруднена оценка нарушений вследствие медленно развивающихся процессов механического и эрозионного изнашивания, химической, электрохимической и га­ зовой коррозии, процессов отложений на рабочих поверхностях накипи, нагара, асфальтосмолистых и прочих соединений.

Под действием знакопеременных высоких тепловых и механиче­ ских нагрузок, которым в первую очередь подвергаются детали каме-

208

Рц Рф ТКр

Рис 6.1. Расположение точек измерения параметров контроля за состоянием двигателя (ДСК — датчик состояния колец)

209

ры сгорания, в них возникают упругие и пластические деформа­ ции, под влиянием термической усталости и ползучести меняются механические характеристики металлов, что приводит к образова­ нию микротрещин, а в дальнейшем к потере работоспособности. Поэтому, чтобы наиболее полно и объективно оценить техническое состояние двигателя, его компонентов и систем, в дополнение к ин­ формации, получаемой от приборов СЦК, вынуждены прибегать к непосредственному освидетельствованию путем разборки и из­ мерения геометрических размеров, зазоров, визуального осмотра рабочих поверхностей отдельных деталей и узлов. Информацион­ ную ценность данных непосредственных измерений трудно переоце­ нить, они служат основой для планирования профилактических и ремонтных работ. Однако получение их сопряжено с необходи­ мостью вывода двигателя из эксплуатации, вскрытия и частичной разборки, что связано с затратами значительного времени и средств. Поэтому в последние годы все больше внимания уделяется разработ­ ке и внедрению в практику эксплуатации методов безразборной диагностики, с помощью которых можно оценивать техническое со­ стояние двигателей во время работы, определять отклонения и уста­ навливать их причины.

Общие принципы диагностирования. Судовой дизель можно рассматривать как техническую систему, представляющую упоря­ доченную совокупность совместно действующих элементов (агре­ гатов, узлов, деталей) и предназначенную для выполнения задан­ ных функций. Каждая техническая система характеризуется впол­ не определенной структурой, под которой понимается характер взаимодействия между элементами системы, определяемого их гео­

В процессе эксплуатации вследствие изнашивания, коррозии, за­ грязнения структурные параметры изменяются от номинальных зна­ чений х нЪ х п2, л:нп до предельных х пЪ х а2, х пнРазность между текущими и номинальными значениями параметров AxTi — = *Т£ — x Hi характеризует степень отклонения состояния меха­ низма от номинального, а разность между текущими значениями и предельными A xni — xTi—x ui — остаточный ресурс. Таким обра­ зом, для оценки технического состояния двигателя и его элементов, для постановки диагноза возникшей неисправности необходимо знать текущие и номинальные значения характеризующих их структур­ ных параметров. Однако в большинстве случаев измерение этих параметров на работающем двигателе невозможно или сопряжено с определенными трудностями.

Например, работоспособность распылителя форсунки опреде­ ляется плотностью посадки иглы на седло, размером сопловых от­

210