Eng
Главная Порт Диагностическое обследование главного двигателя 6ЧНСП 18/22 теплохода «ЛУГА», ч....
Последний документ


Патент № 2415176


Научное руководство



Зуев Валерий Владимирович

Доктор геол.-минер. наук, академик РАЕН, автор четырех научных открытий, в которых выявлены новые энергетические подходы к объяснению и предсказанию физико-химических свойств минеральных и других кристаллических веществ

Рекомендательное письмо...


Кто на сайте
Сейчас 14 гостей онлайн
Диагностическое обследование главного двигателя 6ЧНСП 18/22 теплохода «ЛУГА», ч.2 (ТА «Дизель Тест»)

ОТЧЕТ
о диагностических обследованиях
главного двигателя 6ЧНСП 18/22 т/х «ЛУГА»

2.2.2 Топливная аппаратура. Оценка исправности форсунок и насосов высокого давления по индикаторным показателям

Методы проверки

Метод проверки исправности ТА по отклику цилиндра на нагрузку двигателя

Для оценки используют измеренные значения коэффициентов отклика цилиндров – показателей реакции цилиндров на нагрузку двигателя. Коэффициент отклика – отношение прироста мощности цилиндра к приросту мощности двигателя, то есть процент прироста мощности цилиндра, приходящийся на один процент прироста мощности двигателя.

В новом двигателе коэффициенты отклика всех цилиндров равны 1. Если техническое состояние ТА какого-либо цилиндра ухудшается, то мощность его снижается, а коэффициент его отклика падает. При этом мощности исправных цилиндров растут, так как они «додают» ту часть мощности, которую теряет цилиндр с неисправной ТА. Растут и коэффициенты отклика исправных цилиндров. Таким образом, в эксплуатируемом двигателе коэффициенты отклика цилиндров имеют значения как большие, так и меньшие единицы.

Связь состояния ТА с величиной коэффициента отклика показана в таблице.

Коэффициент отклика цилиндра Состояние топливной аппаратуры цилиндра
свыше 0,94 хорошее
от 0,7 до 0,94 удовлетворительное
менее 0,7 неудовлетворительное

Измеренные значения отклика наносят на график, где выделены области возможных состояний ТА.

Метод проверки исправности ТА по приросту давления при сгорании

Для оценки используют измеренные значения прироста давления при сгорании. Они равны разности максимального давления сгорания и давления конца сжатия. Измеренные значения прироста наносят на график, где выделены три области: нормальных, повышенных и пониженных значений.

В область повышенных значений измеренные значения попадают в том случае, если горение топлива начинается слишком рано, то есть угол начала подачи выставлен с опережением, большим требуемого. В область пониженных значений измеренные значения попадают в двух случаях. Во-первых, если горение топлива начинается слишком поздно, то есть угол начала подачи выставлен с опережением, меньшим требуемого. Во-вторых, при неисправностях топливной аппаратуры, вызывающих ухудшение качества топливовоздушной смеси и уменьшающих скорость сгорания топлива в рабочем цилиндре.

В область нормальных значений измеренные значения попадают в том случае, если процесс горения топлива протекает нормально.

Метод проверки исправности ТА по сходству процессов сгорания в цилиндрах

Из индикаторных диаграмм всех цилиндров, отснятых на режимах повышенной мощности, выделяют фрагменты с процессами сгорания. Выделенные фрагменты совмещают способом наложения. Среди фрагментов находят такие, на которых процесс сгорания нормален или наиболее близок к нормальному, и принимают их в качестве эталона для сравнения с другими фрагментами. Ищут существенные расхождения в протекании процессов в разных цилиндрах и связывают эти расхождения с неисправностями. Например, более пологую линию нарастания давления при сгорании в каком-либо цилиндре связывают со сниженной скоростью выделения тепла в первых фазах сгорания. Это снижение – результат либо плохого распыливания топлива, либо уменьшения подаваемого потока топлива из-за утечек или из-за добавочного сопротивления, возникающего при закоксовывании распыливающих отверстий.

Результаты проверок

Проверка по отклику (рисунок 9) показывает, что по данным на 27.12.2004 г. коэффициент отклика цилиндра 2 попадает в область неудовлетворительного состояния, а коэффициент цилиндра 3 – в область удовлетворительного состояния. Коэффициенты остальных цилиндров попадают в область хорошего состояния.

Проверка по приросту показывает, что на 28.10.2004 г. (рисунок 10) прирост во всех цилиндрах попадал в область нормальных значений.

На 27.12.2004 г. (рисунок 11) прирост в цилиндре 6 попадает в область повышенных значений. Это – следствие того, что угол начала сгорания топлива в этом цилиндре смещен в сторону опережения (рисунок 3). Приросты в цилиндрах 2 и 3 попадают в области пониженных значений. Причиной пониженных значений прироста в данном случае не могут быть поздние углы начала подачи (смотрите рисунок 3). Следовательно, причина – неисправность топливной аппаратуры этих цилиндров.

При проверке исправности по сходству процессов сгорания в качестве эталонов выбраны процессы сгорания в цилиндрах 1, 4 и 5. В этих цилиндрах нормален отклик на нагрузку, нормален прирост давления при сгорании, нормальны углы подачи топлива. Сравнение процесса сгорания в цилиндре 2 с эталонами показывает (рисунок 12), что на малой нагрузке сгорание в этом цилиндре мало отличается от эталонов. Но на повышенной нагрузке хорошо видна пологость линии нарастания давления при сгорании, которая говорит о снижении скорости выделения тепла в данном цилиндре. Снижение скорости выделения тепла с ростом нагрузки – свидетельство плохого качества распыливания топлива, то есть неисправности форсунки.

Сравнение процесса сгорания в цилиндре 3 с эталонами показывает (рисунок 13), что сгорание в этом цилиндре отличается от эталонов сниженной скоростью выделения тепла, как на малой, так и на повышенной нагрузке. Такая особенность процесса характерна при использовании распылителя с уменьшенным проходным сечением. Возможно, в форсунке цилиндра 3 распылитель имеет закоксованные отверстия. Возможно, он относится к другой модификации с отверстиями уменьшенного диаметра.

Сравнение процесса сгорания в цилиндре 6 с эталонами показывает (рисунок 14), что сгорание в этом цилиндре отличается от эталонов только тем, что в нем сгорание начинается раньше примерно на 4 градуса ПКВ. Это результат отклонения в регулировке угла начала подачи топлива.

Выводы

Топливная аппаратура цилиндра 2 работает неудовлетворительно. Предполагаемая причина – неисправность распылителя. Рекомендация – сменить форсунку, восстановить распылитель.

Топливная аппаратура цилиндра 3 работает удовлетворительно. Предполагаемая причина сниженной оценки – использование распылителя с уменьшенным проходным сечением. На режимах повышенной нагрузки такой распылитель снижает мощность цилиндра и увеличивает дымность выпускных газов. Длительное использование такого распылителя нежелательно. Рекомендация – сменить форсунку, выбраковать распылитель.

Топливная аппаратура остальных цилиндров исправна. В цилиндре 6 необходимо угол начала подачи топлива сдвинуть на 4 градуса ПКВ в сторону запаздывания.

Рис. 9. Отклик цилиндров на рост нагрузки двигателя

Рис. 10. Прирост давления при сгорании в цилиндрах двигателя 28.10.2004 г.

Рис. 11. Прирост давления при сгорании в цилиндрах двигателя 27.12.2004 г.

Рис. 12. Проверка сходства эталонных процессов сгорания в цилиндрах 1, 4 и 5 с процессом сгорания в цилиндре 2 (27.12.2004 г)

а) режим 474 об/мин и 33,9% индикаторной мощности

б) режим 589 об/мин и 56,5% индикаторной мощности

Рис. 13. Проверка сходства эталонных процессов сгорания в цилиндрах 1, 4 и 5 с процессом сгорания в цилиндре 2 (27.12.2004 г.)

а) режим 474 об/мин и 33,9% индикаторной мощности

б) режим 589 об/мин и 56,5% индикаторной мощности

Рис. 14. Проверка сходства эталонных процессов сгорания в цилиндрах 1,4 и 5 с процессом сгорания в цилиндре 6 (27.12.2004 г.)

а) режим 474 об/мин и 33,9% индикаторной мощности

б) режим 589 об/мин и 56,5% индикаторной мощности

2.2.3 Крышки цилиндров. Оценка загрязненности воздушных и газовых каналов по показателям наполнения цилиндров

Влияние загрязненности воздушных и газовых каналов на работу двигателя

Загрязнение воздушных каналов. В ходе эксплуатации двигателя на поверхностях воздушных каналов образуются отложения, состоящие из копоти, пыли и конденсата масляных паров, содержащихся в поступающем воздухе. Другой источник образования отложений – несгоревшие частицы топлива и масла, содержащиеся в выпускных газах, забрасываемых в малых количествах в воздушный канал из цилиндра в начальной фазе открытия впускного клапана.

Загрязнение газовых каналов. Источник образования отложений – несгоревшие частицы топлива и масла, содержащиеся в выпускных газах и осаждающиеся на стенках каналов. Горючая часть отложений, соприкасаясь с выпускными газами, постепенно выгорает. На стенках остаются твердые зольные образования.

Негативные последствия загрязнений – уменьшение площади проходных сечений каналов.

Уменьшение площади сечения воздушного канала уменьшает воздушный заряд цилиндра и увеличивает тепловую нагрузку цилиндра. Вызывает рост мощности, затрачиваемой цилиндром на всасывание воздуха, а значит, снижает механический КПД и увеличивает удельный расход топлива.

Уменьшение площади сечения газового канала увеличивает сопротивление выпуску газов. Вызывает рост мощности, затрачиваемой цилиндром на выталкивание газов, а значит, снижает механический КПД и увеличивает удельный расход топлива. Кроме того, рост противодавления приводит к увеличению доли остаточных газов и к снижению доли кислорода в воздушном заряде.

Для предотвращения негативных последствий служит периодическая оценка загрязненности, по результатам которой определяют необходимость очистки каналов крышек цилиндров.

Методы оценки загрязненности

Метод оценки по величине коэффициента наполнения

Значение коэффициента наполнения определяют по индикаторным диаграммам, отснятым на режимах холостого хода или малой нагрузки. Величина коэффициента наполнения у нового двигателя и двигателя, прошедшего полную очистку, лежит в диапазоне 0,85-0,94. При загрязнении воздушного канала коэффициент наполнения снижается. Область значений в диапазоне от 0,78 до 0,85 принято считать областью повышенных потерь заряда воздуха при наполнении, приемлемых в эксплуатации. Область значений, лежащих ниже 0,78, принято считать областью чрезмерных потерь. Попадание измеренных значений в эту область сигнализирует о необходимости очистки каналов крышек.

При использовании метода следует иметь в виду, что причиной потерь заряда воздуха при наполнении могут быть отклонения в фазах открытия – закрытия органов газораспределения. Поэтому выводы о загрязненности каналов крышек делают с учетом результатов проверки фаз газораспределения.

Метод оценки сходства насосных процессов во всех цилиндрах

Из индикаторных диаграмм всех цилиндров выделяют фрагменты с процессами всасывания воздуха и выталкивания газов. Выделенные фрагменты совмещают способом наложения и ищут существенные расхождения в протекании насосных процессов в разных цилиндрах. Отклонение в каком-либо цилиндре линии всасывания в область пониженного давления означает повышенное загрязнение воздушного канала в крышке этого цилиндра. Отклонение линии выталкивания в область повышенного давления означает повышенное загрязнение газового канала. При оценке отклонений линии выталкивания учитывают влияние, оказываемое неравномерной нагрузкой цилиндров.

Результаты оценки загрязненности

На рисунке 15 показаны результаты измерения коэффициента наполнения. Измерения показывают, что во всех цилиндрах потери заряда при наполнении соответствуют норме.

На рисунке 16 видно, что насосные процессы во всех цилиндрах протекают практически одинаково.

Выводы

В настоящее время загрязненность крышек цилиндров мала и не создает препятствий для нормального воздухоснабжения цилиндров, необходимость в очистке отсутствует.

Рис. 15. Коэффициенты наполнения цилиндров двигателя

Рис. 16. Проверка сходства насосных процессов в цилиндрах двигателя 27.12.2004 г. (33,9% индикаторной мощности, 474 об/мин)

2.2.4 Система воздухоснабжения. Оценка исправности по соответствию фактических характеристик базовым характеристикам

Методы проверки исправности

Метод проверки загрязнения воздушной части системы

В ходе эксплуатации воздушная часть системы – проточные части воздушного фильтра, компрессора, воздухоохладителя – загрязняются копотью и пылью, смешанной с конденсатом масляных паров. Эти загрязнения вызывают рост сопротивления на входе в воздушный ресивер.

Для проверки загрязненности воздушной части системы используют значения давления воздуха в ресивере, полученные на режимах холостого хода. Базовый уровень, соответствующий незначительному загрязнению, определяют по замерам, полученным на двигателе, вышедшем из ремонта.

Для реализации метода используют график вида «давление в ресивере – частота вращения». На график наносят базовый уровень, соответствующий чистой системе, граничный уровень, соответствующий предельно-допустимому загрязнению, и измеренные на холостом ходу точки, соответствующие текущему состоянию воздушной части системы. По расположению измеренных точек определяют степень загрязнения воздушной части.

Метод проверки загрязнения газовой части системы по давлению наддува

В ходе эксплуатации газовая часть системы – проточная часть турбины, искрогаситель, выпускные трубы – загрязняются продуктами сгорания. Эти загрязнения на режимах нагрузки вызывают рост давления в выпускном коллекторе, в рабочих цилиндрах и в воздушном ресивере двигателя (то есть рост давления наддува). Для проверки загрязненности газовой части системы сравнивают фактические значения давления наддува, полученные на режимах швартовной характеристики, с базовыми значениями, характерными для чистой системы. Величина превышения фактических значений давления наддува над базовыми значениями, как правило, характеризует собой степень загрязнения выпускного тракта двигателя. В качестве предела загрязнения принимают такое состояние выпускного тракта, при котором давление наддува достигает номинального значения уже при мощности 70%.

Для реализации метода используют график вида «давление наддува – мощность». На график наносят базовую характеристику, соответствующую чистой газовой части системы, граничную характеристику, соответствующую предельно-допустимому загрязнению, и измеренные точки, соответствующие текущему состоянию газовой части системы. По расположению измеренных точек определяют степень загрязнения газовой части. При оценке загрязненности по давлению наддува необходимо учитывать возможность роста давления наддува по иным причинам, не связанным с загрязнением. Например, сдвиг в цилиндрах процесса сгорания на линию расширения приводит к росту энергии выпускных газов, увеличению мощности газовой турбины и повышению давления наддува. Или отключение подачи охлаждающей воды на охладитель наддувочного воздуха, которое приводит к росту температуры и давления в воздушном ресивере. В связи с этим при выработке диагноза загрязненности выпускного тракта проверяется возможность влияния указанных выше причин.

Метод проверки загрязнения газовой части системы по мощности насосных потерь

Для оценки загрязнения газовой части используют значения мощности насосных потерь на режимах холостого хода, которые определяют по индикаторным диаграммам.

Для реализации метода используют график вида «мощность насосных потерь – частота вращения». На график наносят линии, разграничивающие области малого, допустимого и чрезмерного загрязнения, а также измеренные точки, соответствующие текущему состоянию газовой части. По расположению измеренных точек определяют степень загрязнения.

Результаты измерений

Рисунок 17 показывает график, предназначенный для контроля загрязнения воздушной части системы на период до следующего ремонта. Области загрязнения на графике установлены в соответствии с приведенной ниже таблицей. Для составления таблицы использованы данные последних измерений.

Давление в ресивере, изб., бары Состояние загрязнения воздушной части
свыше -0,09 незначительное
от -0,09 до -0,12 допустимое
менее -0,12 чрезмерное

Рисунки 18 и 19 показывают графики, предназначенные для контроля загрязнения газовой части системы на период до следующего ремонта. Для разграничения областей на рисунке 19 использованы данные, накопленные при обследованиях нескольких двигателей данного типа.

Выводы

Проведенные обследования показали, что воздушная и газовая части системы воздухоснабжения находятся в исправном состоянии.

Рис. 17. Давление воздуха в ресивере на режимах холостого хода

Рис. 18. Давление воздуха в ресивере на режимах швартовной характеристики

Рис. 19. Мощность насосных потерь на режимах холостого хода

2.2.5 Рамовые подшипники. Оценка исправности по соответствию фактических показателей вибрации базовым значениям

Метод проверки исправности

В качестве диагностических показателей используют значения вибрации (размаха вибросмещения) стенок нижней части блока цилиндров. Точки измерения выбирают в плоскостях расположения рамовых подшипников. Измеряют значения вибрации в горизонтальном направлении (рисунок 20).

Для проверки используют график, на котором выделены области хорошего, удовлетворительного и неудовлетворительного состояний. На график наносят измеренные значения. По попаданию измеренного значения в ту или иную область, определяют состояние подшипника.

Результаты измерений

На рисунках 21 и 22 представлены результаты измерений, полученные 28 октября 2004 г. и 27 декабря 2004 г. Из рисунков видно, что все измеренные значения попадают в область хорошего состояния.

Вывод

Вибрационные характеристики рамовых подшипников коленчатого вала соответствуют показателям хорошего состояния.

Рис. 21. Вибрация рамовых подшипников 28 октября 2004 г.

Рис. 22. Вибрация рамовых подшипников 27 декабря 2004 г.

3. Динамика изменения состояния двигателя за период наблюдения

3.1 Цилиндропоршневая группа. Изменение герметичности уплотнений «втулка – поршневые кольца»

Рис.23. Изменение герметичности уплотнений «втулка – поршневые кольца» (оценка по потерям воздуха при сжатии на режимах холостого хода при 440 - 550 об/мин)

Цилиндры 1, 2 и 3

Цилиндры 4, 5 и 6

3.2. Рамовые подшипники. Изменение вибрации

Рис. 24. Вибрационная история рамовых подшипников

Примечание: В качестве измеренного в каждой точке значения принимают среднее двух измерений, выполненных на разных режимах швартовной характеристики.

Заключение

Задачи обследования:

28 октября и 27 декабря 2004 г выполнены диагностические обследования главного двигателя т/х «Луга».

Задачи обследования:

  • проверить по параметрам рабочего процесса регулировку степени сжатия, углов начала подачи топлива, фаз газораспределения и цикловых подач;
  • проверить состояние цилиндропоршневой группы, топливной аппаратуры, рамовых подшипников и системы воздухоснабжения;
  • оценить эффект действия ремонтно-восстановительной композиции ТСК-В, добавленной в циркуляционное масло.

Для решения поставленных задач использованы измерения, проведенные при каждом обследовании на одном режиме холостого хода и на двух режимах швартовной винтовой характеристики.

Результаты обследования:

Регулировка степени сжатия, углов начала подачи топлива, фаз газораспределения и цикловых подач

Регулировка степени сжатия во всех цилиндрах – в пределах нормы.

Регулировка углов начала сгорания топлива. Измерения, выполненные 27.12.2004 г, показывают, что углы начала сгорания во всех цилиндрах сместились, в сравнении с предыдущими измерениями, на 3-4 градуса в сторону опережения. По-видимому, это - результат изменения регулировки привода блочного насоса. После изменения регулировки в цилиндрах 3 и 6 сгорание начинается слишком рано. Фазы газораспределения всех цилиндров соответствуют норме. Регулировка цикловой подачи в цилиндрах – в пределах нормы.

Рекомендации: развернуть привод блочного насоса примерно на 4 градуса ПКВ в сторону запаздывания. Углы начала подачи топлива в цилиндры 3 и 6 сдвинуть на 2 градуса в сторону запаздывания, чтобы уменьшить разброс значений углов по цилиндрам.

Состояние цилиндропоршневой группы

Уплотнения «втулка – поршневые кольца» всех цилиндров на момент последнего обследования характеризуются хорошей герметичностью.

Состояние топливной аппаратуры цилиндров

Топливная аппаратура цилиндра 2 работает плохо. Причина – неисправность форсунки. Топливная аппаратура цилиндра 3 работает удовлетворительно. Предположительная причина ухудшения качества работы – уменьшенное проходное сечение распылителя, например, из-за закоксовывания сопловых отверстий. Топливная аппаратура остальных цилиндров исправна. Рекомендация: сменить форсунки цилиндров 2 и 3.

Состояние крышек цилиндров

В настоящее время загрязненность крышек цилиндров мала и не создает препятствий для нормального воздухоснабжения цилиндров, необходимость в очистке отсутствует.

Состояние системы воздухоснабжения

Воздушная и газовая части системы воздухоснабжения находятся в исправном состоянии.

Состояние рамовых подшипников

Вибрационные характеристики рамовых подшипников коленчатого вала соответствуют показателям хорошего состояния.

Оценка эффекта применения ремонтно-восстановительной композиции ТСК-В:

Ввод композиции улучшил герметичность уплотнений «втулка – поршневые кольца» цилиндров 1 и 3. Потери заряда воздуха при сжатии в этих цилиндрах были наибольшими. После применения ТСК-В потери в цилиндрах 1 и 3 уменьшились с 8,7% до 6,2% и с 7,4% до 5% соответственно.

Приложение 1. Процесс сгорания на индикаторных диаграммах

Процесс сгорания в цилиндрах 27 декабря 2004 г. при мощности 56,5% и частоте вращения 589 об/мин

Приложение 2. Измеренные значения давления конца сжатия и максимального давления сгорания

Измеренные значения давления конца сжатия, бары (27 декабря 2004 г.)

Измеренные значения максимального давления сгорания, бары (27 декабря 2004 г.)

Вернуться к части 1