Kamkin_-_Expluatatsia_sudovykh_dizeley_-_1990

характерные места повреждений и износа тронка). Работа дизеля с изношенными приработочными поясками тронка не допускается.

Не обладает достаточной надежностью в эксплуатации и верх­ няя часть цилиндровых втулок дизелей RD (рис. 1.14, а). В верх­ них поясках втулка 1 ослаблена проточками 2 для прохода воды и

в процессе работы коррозионные явления и подвижка кольца от­ носительно втулки приводят к исчезновению натяга и появлению радиального зазора в указанном сопряжении. В этих условиях во избежание разрушения втулки от действия сил газа в цилиндре сни­

31

&uO A

Трещины

В оценке надежности важно знать и альтернативные конструк­ тивные решения, исключающие отказы названных узлов. Альтер­ нативой конструкции втулок для контурного газообмена с их склонностями к задиру поршней является, как известно, прямоточ­ но-клапанная продувка, в которой исключаются перегрев и дефор­ мация втулок в районе продувочных окон (дизели Бурмейстер и Вайн и Зульцер типа RTA).

бенно интенсивно поступающих в коллектор на режимах малого хода. Последующее форсирование мощности, например, при манев­ рировании способно вызвать частичное испарение осадков и взрыв паров в коллекторе. Образующаяся при взрыве ударная волна

Дизели MAH KZE. Повреждениям втулок в районе окон и зади­ рам поршней, как и у рассмотренных дизелей Зульцер, способствуют интенсивное закоксовывание продувочных окон и возгорание осад­ ков в продувочном поясе цилиндра и подпоршневом пространстве. При недостаточно оперативном тепловом контроле за температурой нижних направляющих втулок и непринятии своевременных мер по локализации пожара (например, снижением нагрузки или вы­ ключением цилиндра) возгорание ведет к перегреву и задиру порш­ ня, втулки и обычно к ее обрыву по сечению окон.

Здесь начальной причиной развития аварии является не столь­ ко общий конструктивный недостаток узла, сколько недоработка процесса газообмена. Перетекание продуктов сгорания из цилинд­ ра в ресивер в начальной фазе открытия продувочных окон (так на­ зываемый заброс газов) является источником местного коксообразования в окнах и высокой температуры осадков.

Рис. 1.15. Выпускные коллекторы дизелей типа RND

34

колпаком при обжатии и в процессе эксплуатации ведет к увели­ чению прогиба днища от силы действия газов. Следствием прогиба являются повышенные напряжения в материале днища и водоточ­ ные трещины (концентрические и радиальные в районе форсу­ ночного отверстия). Требуемые установочные зазоры восстанавли­ вают проточкой торца огневого днища со стороны охлаждения.

Общим для дизелей MAH K8ZE, Зульцер RD и других с кон­ турным газообменом являются перегрев и поломка верхних порш­ невых колец по причинам потери плотности, износа и задевания за кромки окон (в районе замка). Хотя это обстоятельство непосредст­ венно и не ведет к отказу двигателя, но потенциально создает опас­ ность перегрева поршня. Поэтому в числе диагностируемых пара­ метров состоянию колец уделяется большое внимание.

J изели Бурмейстер и Вайн типа ДКРН. Конструктивной осо­ бенностью дизелей с прямоточно-клапанным газообменом является наличие выпускного клапана, работающего в потоке высокотемпе­ ратурного газа. Изнашивание и эрозионное разрушение посадоч­ ных поясов клапана и седла особенно интенсивно протекают при работе на тяжелом топливе. Средний наработок клапана составля­ ет 2—3 тыс. ч, после чего его надежная работа не гарантируется из-за потери плотности и быстрого прогорания.

На малооборотном дизеле выпускной клапан обычно выходит из строя сравнительно медленно и не ведет к дальнейшим поврежде­ ниям деталей ЦПГ. Работоспособность дизеля восстанавливается за 1 — 1,5 ч заменой клапанного узла запасным или ремонтным комп­ лектом.

В современных дизелях срок службы выпускных клапанов до 5—6 тыс. ч повышают эффективным охлаждением седла 3, провора­ чиванием клапана 1 (рис. 1.17) во время работы и совершенствова­ нием гидропневматического привода (2 — импеллер для вращения клапана; 4 — поршень; 5 — цилиндровая втулка; 6 — крышка; 7 — форсунка).

Другие отказы по причине интенсивного износа и поломки порш­ невых колец, появления трещин в упорных буртах втулок не ха-

Рис. 1.17. Камера сгорания и теп­ ловое состояние вы­ пускного клапана дизе­ ля Зульцер RTA с гид­ ропневматическим при­ водом и интенсивным охлаждением седла

36

чие от двухтактных малооборотных дизелей при большом числе клапанов и ограниченном ресурсе их работы до переработки (3—5 тыс. ч) контроль за их состоянием затруднен. Для нормальной организации технического обслуживания необходимо увеличивание ресурса клапанов до 12— 16 тыс. ч. Таким требованиям удовлетворя­ ют клапаны с интенсивным охлаждением седла и изготавливаемые из высококачественных жаростойких материалов, например из сплава «Нимоник».

К сожалению, оперативная диагностика технического состояния клапанов не разработана. Косвенные методы по параметрам рабо­ чего процесса и измерению протечек воздуха требуют значительного времени и недостаточно информативны. Качественное регулирование газо- и топливораспределения, параметров рабочего процесса, ис­ ключение перегрузочных режимов и режимов с недостаточной по­ дачей воздуха на зарядку и продувку камеры сжатия остаются важ­ ными факторами обеспечения надежности выпускных клапанов в эксплуатации.

На второе место по трудоемкости обслуживания и частоте по­ вреждений после выпускных клапанов можно поставить газовыпуск­ ные трубопроводы среднеоборотных дизелей с импульсным над­ дувом. Прогорание компенсаторов и труб, нарушение плотности фланцевых соединений, сопровождающиеся потерей энергии газов и снижением параметров наддува, являются следствием высоких температур газов, действия вибрационных нагрузок, коррозии и окисления металла кислородом воздуха. Разрушению компенсато­ ров способствуют отложения масла в них на режимах пониженных нагрузок. Последующее выгорание масла приводит к местному пере­ греву металла и прогоранию компенсатора. Во избежание отложе­ ний масла нежелательна длительная работа дизеля при температу­ ре газа ниже 300 °С.

Нарушение плотности газового стыка между крышкой и ци­ линдром также является характерным повреждением форсирован­ ных среднеоборотных дизелей. Причиной такого повреждения обыч­ но является конструктивный недостаток охлаждения крышки, при котором создается неравномерное температурное поле по окружно­ сти крышки и опорного бурта. Даже при равномерном затягива­ нии крышечных шпилек (с помощью гидравлического инструмента или термопатронов) в рабочем состоянии не обеспечивается оди­ наковая нагрузка на шпильки, и создаваемые ими давления распре­ деляются неравномерно по окружности стыка.

Местные деформации усиливаются при переменных режимах ра­ боты, что при высоком давлении сгорания приводит к местной микрорасстыковке и прорыву газов. Иногда этот процесс сопро­ вождается обрывом отдельных шпилек, что, естественно, ведет к усилению прорыва газов. Прорыв газов вызывает местный нагрев металла, а при длительной работе (несколько суток) — появление поверхностных микротрещин. Для их устранения требуются про­

37

Глава 2

ТОПЛИВОПОДАЧАI В ДИЗЕЛЯХ

2.1. Общие эксплуатационные сведения о топливной аппаратуре

При условии нормального воздухоснабжения энергетические и экономические показатели дизеля, надежность, устойчивость ра­ боты на маневрах и другие эксплуатационные качества практиче­ ски полностью определяются совершенством процесса топливоподачи. Последний в свою очередь зависит от того, насколько глубоко проработана конструкция элементов топливовпрыскивающей ап­ паратуры и доведены (на заводском стенде) процессы, определяю­ щие качество наполнения ТНВД, динамику подачи топлива от ТНВД к форсунке и, наконец, распыливание топлива форсункой.

На практике, к сожалению, нередко приходится сталкиваться с примерами конструктивной недоработки отдельных элементов топливовпрыскивающей аппаратуры (далее — топливной аппара­ туры). Бывает, что недоведенными остаются и сами процессы со стороны нагнетания и наполнения ТНВД, следствием чего являются подвпрыски топлива в цилиндр, эрозия регулирующих органов на­ соса, трещины блоков и т.д.

В таких случаях обеспечение эксплуатационных показателей ра­ боты дизеля и надежности ТА в значительной степени зависит от того, в какой мере инженер-судомеханик понимает сущность кон­ структивных решений элементов ТА, ее реальные механические, гидравлические и кавитационные нагрузки, сущность оптимизации фаз топливоподачи, методику настройки органов регулирования.

Топливная аппаратура является одним из важнейших узлов ди­ зеля (образно говоря, это «сердце» машины). По сравнению с други­ ми узлами современных и перспективных форсированных судовых дизелей ТА претерпела больше всего конструктивных изменений в связи с увеличением цикловых подач, применением тяжелых сор* тов топлив, увеличением динамических и кавитационных нагрузок, оптимизацией топливораспределения и т.д. Поэтому необходимо прежде всего ознакомиться с типичными новыми конструктивными решениями ТА, чтобы сложные задачи технической эксплуатации

ния решений, заложенных в конструкцию ее элементов.

Сведения о характерных ранних конструкциях ТА, их регули­ ровании и настройке опубликованы в учебных пособиях [7, 10].

Напомним, что основное различие ТНВД обусловлено конструк­ тивным исполнением механизма, регулирующего цикловую пода­

39

чу топлива. Если в этот механизм входит управляемый клапан (или два клапана), то насос называется клапанным. Если функции регу­ лирования цикловой подачи исполняет плунжер-золотник, то на­ сос называется золотниковым независимо от того, есть у него рабо­ чие клапаны или нет (впускной и нагнетательный).

2.2. Особенности конструкции и регулирования клапанных топливных насосов высокого давления

Конструктивная схема ТНВД (рис. 2.1, а, б) типична для ди­ зелей Зульцер серий RND и RND-М (головные суда «Художник Сарьян», «Пабло Неруда», «Поль Робсон»).

Привод насоса осуществляется от разъемной кулачковой шай­ бы 5 симметричного профиля. Шайба сидит на втулке 3, закреплен* ной стопором 6 и шпонкой 2 на распределительном валу. На кони­ ческих поверхностях шайбы и втулки сделаны мелкие зубцы У, по-

Рис. 2.1. Клапанный ТНВД двигателей Зульцер RND и RND-М с регулирова нием цикловой подачи концом активного хода плунжера

40