Техническое обслуживание судовых дизельных энергетических установок при работе на переходных и на расчетных режимах

Переходные режимы имеют место при переходе от одного эксплуатационного режима работы к другому. К ним относятся режимы холостого хода, номинальные нагрузки и перегрузочные, другими словами, любой режим, отличный от номинального, является переходным (например, пуск из холодного и горячего состояний, реверсирование, прием и сброс нагрузки). Они по сравнению со стационарными режимами характеризуются изменением всех параметров ДЭУ во времени (расход рабочего тела, мощность, частота вращения и пр.). Продолжительность от одного стационарного режима к другому определяет важное свойство ДЭУ- её маневренность.

Переходные процессы в любой СЭУ ДЭУ в частности, определяются савокупнастью переходных процессов в каждом из входящих в ее состав элементов. Их можно рассматривать как аккумуляторы кинетической, материальной и тепловой энергии. Кинетическую энергию представляют вращающиеся и поступательно движущиеся части ГД, валопровода, гребного винта. Материальную – расход воздуха и газа через газовоздушный тракт, расход веществ в системах и т.п. Тепловую – масса металла конструкции.

В принципе любой элемент ДЭУ можно рассматривать как аккумулятор всех трех видов энергии.

Переходный режим каждого аккумулятора энергии описывается дифференциальным уравнением вида (1.1):

где     υ – энергоемкость аккумулятора;

φ – параметр, характеризующий состояние аккумулятора;

τ – время;

ΔЕ – разность количеств энергии или материальной среды, подводимой к аккумулятору и отводимой от него.

Путем интегрирования (1.1) при условии постоянства количества энергии, подводимой к аккумулятору, номинального ее значения, равенство 0 количества энергии, отводимой от аккумулятора можно получить постоянную времени аккумулятора в с.:

Величина τφ может служить критерием, позволяющим оценить влияние аккумулятора энергии на длительность переходного процесса ДЭУ. Применительно кт отдельным элементам ДЭУ τφ могут иметь существенно различающиеся значения (1-2 порядка). Обычно при оценке переходных процессов ДЭУ малые значения τφ не учитывается.

Для анализа работы ДЭУ на частичных нагрузках в качестве исходных критериев могут быть использованы основные показатели ГД, которые для его конкретного типа и постоянных параметров наружного воздуха определяются по выражениям:

Изменение основных параметров рабочего процесса ГД при работе по винтовой характеристики приведено на рис 1.1.

Характер изменения основных параметров ГД при работе по винтовой характеристик

Превышение номинальной мощности и частоты вращения допускается  в случаях угрозы человеческой жизни и безопасности судна. Кратковременная перегрузка ГД должна быть не более 1-2 ч. до 10% при n=1,03 n₀.

При работе ДЭУ в таком режиме рекомендуется вести усиленные наблюдения за температурами отходящих газов, масла, охлаждающей воды, которые не должны превышать значений, указанных заводом-строителем; температурами рамовых, мотылевых, головных, упорных, промежуточных подшипников и других трущихся деталей (проверка должна осуществляться не реже, чем через 15 мин.).

При работе ДЭУ с минимальной мощностью рекомендуется:

-следить за тем, чтобы все цилиндры были в рабочем состоянии, а в случае пропусков вспышек необходимо увеличивать подачу топлива;

-поддержать температуру охлаждающей воды и масла ближе к верхнему допустимому пределу;

-осуществлять проверку наличия смазочного масла и топлива в выпускном коллекторе.

При выходе из строя цилиндра и соответственно его отключения необходимо:

-уменьшить подачу смазки к цилиндровой втулке;

-периодически открывать индикаторный кран на отключенном цилиндре  во избежание скапливания масла и вспышки паров.

В двухтактных дизелях во избежание перегрузки шатунных болтов не рекомендуется снимать цилиндровую крышку, пусковой клапан или форсунку отключенного цилиндра. Если дальнейшая работа деталей движения (поршень, шатун, крейцкопф) недопустима, необходимо их вынуть из поврежденного цилиндра. При этом в двухтактных двигателях выпускные и продувочные окна втулки цилиндра должны быть закрыты специальной вставкой или же с помощью поршня, подвешенного в районе окон.

Кроме того, необходимо:

-выключить подачу смазки к цилиндровой втулке;

-выключить охлаждение поршня и цилиндра;

-отсоединить пусковой клапан от общей магистрали;

-открыть индикаторный кран.

При работе с выключенными цилиндрами рекомендуется уменьшить топливоподачу во избежание перегрузки работающих цилиндров, усиления вибрации двигателя и корпуса, а также вести наблюдение за параметрами работы ДЭУ.

Одним из основных факторов, ограничивающих возможность работы ГД на перегрузочном режиме, является теплонапряженность, определяющая работоспособность деталей ЦПГ (втулка, крышка, поршень).

Превышение номинальной мощности и частоты вращения допус­кается в случаях угрозы человеческой жизни и безопасности судна. Кратковременная перегрузка ГД должна быть не более 1-2 ч до 10% при n = 1,03n₀.

При работе ДЭУ в таком режиме рекомендуется вести усилен­ные наблюдения за: температурами отходящих газов, масла, охлаж­дающей воды, которые не должны превышать значений, указанных заводом-строителем; температурами рамовых, мотылевых, головных, упорных, промежуточных подшипников и других трущихся деталей (проверка должна осуществляться не реже, чем через 15 мин.).

При работе ДЭУ с минимальной мощностью рекомендуется:

– следить за тем, чтобы все цилиндры были в рабочем сос­тоянии, а в случае пропусков вспышек необходимо увеличивать подачу топлива;

– поддерживать температуру охлаждающей воды и масла ближе к верхнему допустимому приделу;

– осуществлять проверку наличия смазочного масла и топлива в выпускном коллекторе.

При выходе из строя цилиндра и соответственно его отклю­чения необходимо:

– уменьшить подачу смазки к цилиндровой втулке;

– периодически открывать индикаторный кран на отключенном цилиндре во избежание скапливания масла и вспышки паров.

В двухтактных дизелях во избежание перегрузки шатунных болтов не рекомендуется снимать цилиндровую крышку, пусковой клапан или форсунку

отключенного цилиндра. Если дальнейшая работа деталей движения (поршень, шатун, крейцкопф) недопусти­ма, необходимо их вынуть из поврежденного цилиндра. При этом в двухтактных двигателях выпускные и продувочные окна втулки цилиндра должны быть закрыты специальной вставкой или же с по­мощью поршня, подвешенного в районе окон.

Кроме того, необходимо:

– выключить подачу смазки к цилиндровой втулке;

• выключить охлаждение поршня и цилиндра;
• отсоединить пусковой клапан от общей магистрали;
• открыть индикаторный кран.

При работе с выключенными цилиндрами рекомендуется умень­шить топливоподачу во избежание перегрузки работающих цилиндров, усиления вибрации двигателя и корпуса, а также вести наблюдение за параметрами работы ДЭУ.

Одним из основных факторов, ограничивающих возможность работы ГД на перегрузочном режиме, является теплонапряженность, определяющая работоспособность деталей ЦПГ (втулка крышка, поршень).

Основным критерием теплонапряженности (кроме удельного отвода тепла) служит средняя температура стенки детали со сто­роны газа (t₁) и температурный перепад t₁-t₂     (t₂– температура стенки cо стороны охлаждения).

При чрезмерном повышении температуры t₁ могут возник­нуть трещины в цилиндровой крышке и головке поршня, а также пригорание поршневых колец и заедание поршня в рабочей втулке.

По данным экспериментальных исследований [I] кривая   t₁= φ(n) почти эквивалентна кривой t_Dr=Ψ(n) для ВОД и МОД (рис). По этой причине температура отходящих газов является косвенным критерием теплонапряженности.

К вопросу определения теплонапряженности двигателя

Однако в тех случаях, когда величины M_e и Р_е достигают номинальных значений при частоте вращения nn₀(работа на швартовых или в шторм), температура отходящих газов не всегда будет точно отражать теплонапряженность цилиндра.

С понижени­ем частоты вращения уменьшается количество отходящих газов и сопротивление газовыпускного тракта, а следовательно, увели­чивается степень расширения газа. Поэтому максимально допустимой величине отходящих газов может соответствовать более высокая, чем в обычных условиях, температура стенки при  n≅0,7nο на 30-40°С.

Механическая (динамическая) напряженность ГД оце­нивается значениями Me, максимального давления сгорания Р_z, скорости нарастания давления ΔР/Δφ и отношения  Р_z/P_i.

Для того, чтобы напряжения вала во всем диапазоне не пре­вышали номинальных, мощность ГД должна составлять

    N_e=ƒ(n) имеет линейный характер (рис).

Ограничительные характеристики ГД.

Таким образом, работа ГД по ограничительной характеристике М_е0=const   одновременно ограждает его от перегрузки по Р_е, т.е. ограничивается механическая напряженность вала и теплонапряженность деталей ЦПГ.