Menu
RSS


Контроль и диагностирование дизеля

Одним из резервов повышения эффективности морских судов является совершенствование методов контроля и организации технического обслуживания и ремонта судовых технических средств по фактическому состоянию на базе технического диагностирования. До недавнего времени на флоте в основном применялся регламентный метод планово-предупредительного ТО и ремонта.

Требования, предъявляемые к судовым дизелям

1. Надежность в работе - способность дизеля обеспечивать нормальную работу в течении установленного времени на всех заданных эксплуатационных режимах.
2. Соблюдение назначенных ресурсов: а) до первой переборки для вскрытия и осмотра цилиндропоршневой группы; б) до капитального ремонта, т.е. до полной разборки дизеля с заменой подшипников и перешлифовкой колечатого вала.

Характеристики процесса сгорания

Качественную и количественную стороны процесса сгорания топлива оценивают по характеристикам, позволяющим проследить выделение и сипользование теплоты в этом процессе.

Сгорание топлива в двигателе. Фазы сгорания и характеристики динамичности рабочего процесса

При анализе процесса сгорания по развернутой диаграмме весь процесс условно разбивают на четыре периода (фазы), которые в общих чертах отражают сущность явлений, происходящих в цилиндре при сгорании топлива:

Парметры рабочего цикла двигателя с ГТН

Одним из основных параметров ГТНявляется давление наддувочного воздуха, определяющее степень форсирования рабочего процесса.
Точное определение давления наддувочного воздуха для различных типов дизелей и систем наддува затруднительно, так как давление наддувочного воздуха имеет сложные взаимосвязи со многими параметрами рабочего процесса. 

Охлаждение наддувочного воздуха

При сжатии в компрессоре температура воздуха повышается: при давлении наддува 160-350 кПа повышение температуры воздуха составляет примерно 60-170oC. В современных дизелях температура наддувочного воздуха после центробежного компрессора достигает 200oС. Для повышения эффективности наддува применяют охлаждение наддувочного воздуха, благодаря чему дополнительно повышается мощность и понижается теплонапряженность дизеля.

Особенности наддува четырехтактных дизелей

Четырехтактный дизель с газотурбинным наддувом имеет ряд особенностей, которые отличают его от дизеля без наддува.
Первая особенность связана с увеличением при наддуве расхода воздуха и газов через впускные и выпускные клапаны.

Особенности наддува двухтактных дизелей

Особенности двухтактных дизелей, затрудняющие применение газотурбинного наддува или ограничивающие повышение мощности наддувом, заключаются в следующем.
Первая особенность связана с необходимостью обеспечения положительного перепада между давлением наддувочного воздуха в ресивере и давлением газов в выпускном трубопроводе во всем диапазоне нагрузок дизеля. Для выполнения этой особенности требуется затрата дополнительной мощности на сжатие воздуха до повышения давления.

Способы наддува

Наддувом называют способ повышения мощности дизеля, основанный на подаче в рабочий цилиндр воздуха под давлением выше атмосферного и соответсвующем увеличении цикловой порции топлива. 
В судовых дизелях применяют два способа наддува: газотурбинный и комбинированный. 

Помпаж ГТН

Помпажем называют режим неустойчивой работы компрессора, возникающий при уменьшении расхода воздуха и частоты вращения турбокомпрессора, но при относительно высоком давлении наддува. При этом наблюдаются срывы потока в отдельных каналах колеса компрессора.

Анализ схем газотурбиннового наддува двухтактных дизелей

В связи со сложившимся в дизелестроении разнообразием схем газообмена двухтактных дизелей при переводе их на наддув возникло большое множество также и схем наддува. 
Схема импульсного газотурбинного наддува дизелей с прямоточно-клапанной схемой газообмена применена в дизелях фирм Бурмейстр и Вайн, Сторк, Мицубиси. Отработавшие газы из цилиндра по короткому выпускному трубопроводу небольшого сечения поступают к сопловому аппарату газовой турбины.

Схемы газообмена двухтактных двигателей

В зависимости от направления движения потока воздуха в цилиндре схемы газообмена дизелей подразделяются на контурные и прямоточные. 
Контурные схемы характеризуются тем, что поток продувочного воздуха обтекает стенки цилиндра по контуру, двигаясь вначале от продувочных окон до крышки цилиндра, затем в противоположном направлении, от крышки цилиндра до выпускных окон. Продувочные и выпускные окна расположены в нижней части втулки цилиндра. В зависимости от взаимного расположения продувочных и выпускных окон различают поперечные и петлевые контурные схемы газообмена.

Анализ фаз газообмена четырехтактного дизеля

Период газообмена условно подразделяют на отдельные фазы, продолжительность которых измеряют в градусах поворота кривошипа. У четырехтактного дизеля период газообмена превышает один оборот коленчатого вала. Этот период состоит из следующих фаз газообмена:свободного выпуска (5-7), выпуска (7-8),наполнения (8-7) и дозарядки (7-2). В период перекрытия клапанов, когда одновременно открыты впускной и выпускной клапаны, на фазы выпуска и наполнения накладывается фаза продувки (1-6).

Процесс газообмена в двухтактном двигателе. Фазы газообмена

У двухтактных дизелей достижение хорошего качества газообмена является значительно более сложной задачей, чем у четырехтактных. В двухтактном дизеле процессы очистки и наполнения цилиндра протекают всего за 120-150 градусов ПКВ, занимая часть рабочего хода и часть хода сжатия. Значительная часть процесса выпуска газов происходит одновременно с процессом наполнения цилиндра воздухом. При этом неизбежны соприкосновение и перемешивание некоторой части продуктов сгорания с воздухом.

Фазы сгорания и характеристики динамичности рабочего цикла

При анализе процесса сгорания по развернутой диаграмме весь процесс разбивают на четыре периода, которые в общих чертах отражают сущность явлений, происходящих в цилиндре при сгорании топлива.
период задержки самовоспламенения охватывает часть цикла от начала поступления топлива в цилиндр (точка НПФ) до момента отрыва кривой давления в цилиндре от политропы сжатия (точка с), условнопринемаемого за начало самовоспламенения топлива. В течении этого периода в цилиндре происходит сложная цепь физических и химических процессов: развитие факела распыленного топлива в объеме камеры сгорания, прогрев и испарение капель, распад молекул топлива на радикалы и атомы под действием высокой температуры, окисление горючих элементов кислородом воздуха.

Способы смесеобразования в дизелях

Объемное смесеобразование. Топливо впрыскивается непосредственно в объем камеры сгорания, заключенный между поршнемкрышкойи стенками втулки цилиндра. Для равномерного распределения топлива по всему объему камеры сгорания его впрыскивают через многодырчатые распылители форсунок. Качест­во смесеобразования при этом существенно зависит от наличия организованного вихреобразования потоков заряда в камере сгорания. Вихреобразование обеспечивается благодаря движению поршня и вытеснению заряда из наиболее узких мест надпоршневого пространства. В двухтактных дизелях вихреобразование дополнительно создается благодаря наклонному расположению продувочных окон во втулке цилиндра.

Характеристики распыливания топлива

Для объективной оценки качества распыливания по дисперсности и однородности распыливания при доводке топливной аппаратуры используют характеристики распыливания.

Распыливание топлива

Рабочая смесь в дизеле образуется внутри цилиндра. Причем на процессы смесеобразования и сгорания топлива в дизеле отводится относительно короткий промежуток времени (0,005-0,05 с).
В жидкой фазе топливо не горит. Для того чтобы топливо сгорело, необходимо его полное испарение.

Влияние эксплуатационных и конструктивных факторов на процесс впрыскивания топлива

Для достижения экономичной и надежной работы дизеля необходимо обеспечить подачу цикловой порции топлива в цилиндр в течение определенного угла поворота кривошипа с заданным углом опережения впрыскивания до ВМТ с распыливанием топлива при этом на мельчайшие капли.

Взаимосвязь топливоподачи и рабочего процесса дизеля

Угол начала впрыскивания, характеристика впрыскивания, продолжительность впрыскивания и подвпрыскивания, а также нестабильная работа форсунки оказывают наибольшее влияние на рабочий процесс дизеля.
С увеличением угла начала впрыскивания топливо в цилиндр впрыскивается раньше, поэтому и воспламеняется раньше. В результате большее количество топлива сгорает до ВМТ, что приводит к увеличению показателей механической напряженности: максимального давления сгорания, степени повышения давления и скорости нарастания давления газов в рабочем цилидре. Эти показатели еще больше возрастут, когда с увеличением угла начала впрыскивания увеличится и период задержки самовоспламенения.

Характеристики процесса топливоподачи

Скорость нарастания давления газов в цилиндре при сгорании топлива, характеризующая динамичность рабочего процесса и влияющая на скорость изнашивания подшипников дизеля, зависит от того, как распределяется за период впрыскивания цикловая порция топлива на каждый градус поворота кривошипа. Это распределение изображают графически.

Процесс впрыскивания топлива

При впрыскивании топлива в пространство сжатия происходит распад топливной струи. Характер распада зависит в основном от скорости истечения топлива, плотности воздушного заряда и, кроме того, от воздействия аэродинамических сил сопротивления воздуха, поверхностного натяжения, внутреннего сцепления топлива и внутренних сил начальных возмущений, возникающих при истечении топлива.

Механический КПД

Передача индикаторной мощности от цилиндра к гребному валу или иному потребителю через поршень и кривошипно-шатунный механизм (КШМ) сопровождается механическими потерями. Чем меньше мощность механических потерь, тем большая часть мощности будет передана на вал в виде эффективной мощности.

Эффективный КПД

Важнейший комплексный показатель экономичности работы двигателя - эффективный КПД представляет собой отношение эффективной работы на валу к количеству теплоты, подведенной для совершения этой работы:
ηe = Le/Qпод.

Среднее эффективное давление и эффективная мощность

Среднее эффективное давление является одним из важнейших показателей, характеризующих нагрузку двигателя, полноту и своевременность сгорания топлива, степень наддува и совершенство конструкции в целом. Этот показатель часто используют для сравнительной степени форсировки по нагрузке различных двигателей или нагрузки одного и того же двигателя на разных режимах работы.

Эффективные показатели двигателя

Показатели рабочего процеса двигателя внутреннего сгорания подразделяются на индикаторные(внутренние) и эффективные (внешние). Эффективные показатели, кроме тепловых потерь, учитывают также механические потери при передаче энергии расширения на коленчатый вал двигателя. 
К эффективным показателям двигателя внутреннего сгорания относятся: эффективная мощность, механический КПД, среднее эффективное давление, эффективный КПД. 

Контроль индикаторных показателей дизеля в эксплуатационных условиях

К индикаторным показателям относятся: индикаторная работа и среднее индикаторное давление, индикаторная мощность и индикаторный КПД. Контроль этих параметров осуществляется снятием на работающем двигателе действительной индикаторной диаграммы и ее анализом.

Влияние эксплуатационных и конструктивных факторов на индикаторный КПД двигателя

Индикаторный КПД зависит от многих коструктивных и эксплуатационных факторов: степени сжатия, конструкции камеры сгорания, коэффициента избытка воздуха, угла опережения и продолжительности впрыскивания топлива, частоты вращения, качества распыливания топлива и смесеобразования.

Определение среднего индикаторного давления и индикаторной мощности двигателя в эксплуатационных условиях

Среднее индикаторное давление действительного цикла определяется по результатам планиметрирования индикаторной диаграммы. Для цилиндра работающего дизеля среднее индикаторное давление определяется по формуле:
pi = F/lmp,

Индикаторный КПД

В термодинамическом цикле учитывается лишь один вид потерь теплоты - неизбежная отдача ее холодному источнику в соответствии с вторым законом термодинамики. Доля теплоты, превращенная в работу термодинамического цикла, оценивается термическим КПД. В действительном цикле, который процессами газообмена замыкается условно, отводу теплоты к холодному источнику соответствуют ее потеря с отработавшими газами.

Индикаторная мощность и удельный индикаторный расход топлива

Мощность, соответствующая индикаторной работе замкнутого цикла, называется индикаторной мощностью цилиндра двигателя. Индикаторная мощность цилиндра определяется по формуле:
N = Vspizn/60,
где z - коэффициент тактности; n - частота вращения.

Среднее индикаторное давление

Работа, совершаемая газами в цилиндре за цикл, называется индикаторной. При определении этой работы и соответствующей ей мощности в теории и эксплуатации дизелей пользуются условным показателем - средним индикаторным давлением. Это такое условное постоянное давление, которое, действуя на поршень за время одного рабочего хода, совершает работу, эквивалентную индикаторной работе действительного замкнутого цикла.

Индикаторные показатели работы двигателя

Показатели рабочего процеса двигателя внутреннего сгорания подразделяются на индикаторные(внутренние) и эффективные (внешние). Индикаторные показатели работы двигателя характеризуют совершенство рабочего процесса с учетом только тепловых потерь в рабочем цилиндре двигателя. К индикаторным показателям относятся: индикаторная работа и среднее индикаторное давление, индикаторная мощность и индикаторный КПД.

Параметры процесса расширения

Давление продуктов сгорания pb в конце расширения определяют исходя их уравнения политропы расширения
PbVbn2 = PzVzn2
откуда
Pb = Pzn2,
где δ - степень последующего расширения; n2 - средний показатель политропы расширения.

Процесс расширения

Основной рабочий (полезный) ход поршня двигателя осуществляется при расширении продуктов сгорания.Процесс расширения имеет весьма сложный характер, так как он включает комплекс взаимосвязанных переменных факторов: изменение давления и температуры; непрерывный теплообмен между газами и охлаждающимися стенками; догорание топлива; утечка газов через неплотности поршневых колец и др. протекание процесса расширения происходит по политропе с показателем n2, переменным на всем протяжении процесса.

Оценка параметров процесса сгорания

При расчетах рабочего цикла обычно задаются величиной λ, определяющей наибольшее давление сгорания
pz = λpc
и являющейся одним из главных параметров при расчетах дизелей на прочность. Зная значения λ и Tzможно определить степень предварительного расширения 
ρ = βzTz/λTc.

Процесс сгорания

Сгорание топлива - основной процесс расчетного цикла, при котором происходит выделение теплоты, преобразуемой в двигателе в полезную механическу работу. Самовоспламенение и сгорание топлива представляют собой сложный процесс химического соединения горючих элементов топлива с кислородом воздуха, сопровождаемый выделением теплоты.

Влияние конструктивных и эксплуатационных факторов на процесс сжатия

Численное значение среднего показателя политропы сжатия зависит от частоты вращения, размеров и нагрузки цилиндра, интенсивности охлаждения поршня, плотности клапанов и уплотнительных поршневых колец.
С увеличением частоты вращения показатель политропы сжатия повышается, так как уменьшается продолжительность теплообмена заряда со стенками цилиндра за цикл. При уменьшении частоты вращения, наоборот, показатель политропы сжатия понижается и достигает иногда значения 1,1. Процесс сжатия приближается к изотермическому.

Параметры процесса сжатия

Процесс сжатия характеризуют такие параметры как средний показатель политропы сжатия и степень сжатия.
Средний показатель политропы сжатия n1 может быть определен с помощью уравнения политропы в начале и в конце процесса по индикаторной диаграмме, снятой с двигателя,
paVan1 = pcVcn1.

Процесс сжатия

Задачей процесса сжатия в действительном цикле является повышение температуры заряда до значения, достаточного для обеспечения надежного самовоспламенения впрыскиваемого в цилиндр топлива. Сжатие происходит при движении поршня от НМТ к ВМТ после закрытия всех органов газообмена.

Регулирование ТНВД и форсунок

По способу регулирования подачи топливные насосы подразделяют на насосы с регулированием по началу подачи, по концу подачи и с комбинированным регулированием – по началу и концу подачи. В насосах с регулированием по началу подачицикловая порция топлива и продолжительность подачи регулируется изменением угла опережения подачи топлива насосом.

Очистка моторных масел на судне

Для очистки масла на судне применяют фильтрацию и сепарацию (центрофуги и центробежные сепараторы).
В зависимости от тонкости фильтрации различаютфильтры грубой очистки (ФГО 50-65 мкм) и фильтры тонкой очистки (ФТО 35-40 мкм), а также полнопоточные и частичные.

Изменение свойств масел в эксплуатации

В процессе эксплуатации изменяются характеристики масел (происходит его старение) в результате химических процессов: полимеризации, окисления, образования органических соединений; а также физических процессов: потеря легких фракций, попадания топлива и воды, накопления продуктов износа. Кроме того возможно микробиологическое заражение масел. 

Классификация моторных масел

В соответствии со стандартами моторные масла делятся на 6 групп, кроме того в каждой группе выделены сорта, имеющие различную вязкость:

Свойства моторных масел

Для обеспечения основных функций моторных масел(уменьшение трения и износа, удаление продуктов износа, отвод теплоты от трущихся деталей, обеспечение уплотнения, предотвращение коррозии) они должны обладать следующими свойствами: антифрикционными, иметь определенную температуру застывания, обладать низкой испаряемостью, обладать деэмульгирующими свойствами, предотвращать пенообразование, обладать стабильными физико-химическими свойствами, иметь минимальную нагарообразующую способность, обладать моюще-диспергирующими свойствами, антикоррозионными свойствами.

Применение водотопливных эмульсий

В дизелях водотопливные эмульсии применяют в качестве топлив главным образом с целью повышения экономичности. Также при использовании ВТЭ снижаются теплонапряженность дизеля, нагарообразование на деталях ЦПГ, дымность и токсичность отработавших газов.

Операции с топливом на судне. Гидродинамическая и магнитная обработка

Гидродинамическая обработка состоит в диспергировании крупных частиц в топливе и снижении молекулярного веса углеводорода. Обработка осуществляется за счет кавитации и градиента скоростей в потоке топлива. В зависимости от устройств, которые используются для гидродинамической обработки используют следующие виды гомогенизаторов:
- клапанные;
- сопловые;
- ультразвуковые;
- роторные;
- магнитно-сопловые;
- вихревого слоя.

Операции с топливом на судне. Химическая обработка

В качестве дополнительных способов топливоподготовки существует использование присадок. Использование присадок обеспечивает улучшение эксплуатационных свойств топлива за счет снижения испаряемости, уменьшения образования осадков, предотвращения коррозии, предотвращения лакообразования, увеличения полноты сгорания, снижения содержания вредных веществ отработанных газов, уменьшения накипеобразования, снижение высокотемпературной коррозии и низкотемпературной коррозии.

Операции с топливом на судне. Фильтрование

Фильтрование – это отделение примесей с помощью фильтрующих материалов. В зависимости от состава фильтры бывают: поверхностные и объемные.
В поверхностных частицы осаждаются на поверхности ядра, а объемные имеют каналы и поры; при этом примеси удерживаются на поверхности и в порах. К поверхностным относятся сеточные, проволочные, щелевые фильтры, к объемным – металло-керамика, ткани, бумага.

Subscribe to this RSS feed
  • Facebook
  • Twitter
  • Google+
  • VK
  • RSS