zxc ® 24-Sep-2012 18:45
Предотвращение аварий судовых двигателей внутреннего сгорания / 2-е издание
Год выпуска: 1971
Автор: И. В. Возницкий, Л. А. Иванов
Издательство: «ТРАНСПОРТ» МОСКВА
ISBN: УДК 621.431.74.004.6
Формат: PDF
Качество: Отсканированные страницы
Количество страниц: 89
Описание: В последние годы флот пополняется современными судами с новыми типами двигателей, имеющими высокую степень форсировки рабочего процесса и относительно небольшой разрыв между рабочими и максимально допустимыми уровнями тепловой и механической 'напряженности. В двигателях применяют тяжелые сернистые топлива и стремятся при всех встречающихся в практике условиях плавания к максимально полному использованию построечной мощности двигателей. Эти обстоятельства предъявляют повышенные требования к уровню технической эксплуатации, ее организации на судах и квалификации обслуживающего персонала. Поэтому очевидна необходимость изучения опыта эксплуатации двигателей, ознакомления с их характерными поломками н дефектами.
В основу книги положены материалы по авариям двигателей судов морского транспортного и промыслового флота, опыт эксплуатации современный типов дизелей, накопленный в последние годы в пароходствах ММФ, рекомендации зарубежных фирм и дизелестроительных заводов, результаты научных исследований, зарубежные и отечественные публикации.
Книга является вторым, полностью переработанным изданием выпущенного в 1961 г. учебного пособия «Аварии судовых двигателей внутреннего сгорания». В отличие от предыдущего издания основное внимание в ней уделено вопросам эксплуатации и типичным повреждениям мощных малооборотных двухтактных и четырехтактных дизелей, получивших наибольшее распространение на современных судах морского флота. Описание аварийных повреждений в большинстве случаев дается отдельно в качестве иллюстраций -последствий нарушения правил технической эксплуатации или технически неквалифицированного решения отдельных вопросов.
Книга предназначена для инженерно-технических работников служб судового хозяйства пароходств и управлений флота и механиков судов. Может быть также использована учащимися судомеханических факультетов высших и средних Учебных заведений ММФ и МРХ.

Глава I ПРАВИЛА ПУСКА ДВИГАТЕЛЕЙ, ИХ ТЕПЛОВАЯ НАПРЯЖЕННОСТЬ И ЕЕ ВЛИЯНИЕ НА НАДЕЖНОСТЬ ЦИЛИНДРО-ПОРШНЕВОЙ ГРУППЫ

Пуск двигателя с последующим выводом его на полную нагрузку, равно как и маневрирование, сопряженное с остановка-ми, реверсированием и сменой нагрузки, относятся к числу наиболее напряженных режимов работы. Этим объясняется, что значительная часть аварийных повреждений двигателей происходит в эти периоды.
Напряженность переходных режимов определяется тем, что в процессе смены режима (нагрузки и числа оборотов) происходят резкие изменения рабочего процесса, меняются условия нагрева и охлаждения цилиндров и поршней.
Величина напряжений, возникающих в деталях цилиндропоршневой группы и кривошипно-шатунного механизма, растет с увеличением скорости смены режима, и наибольшей величины они достигают при пуске холодного двигателя, резком выведении его на полную нагрузку и при внезапной остановке с полного хода.
В этих условиях элементы конструкции двигателей подвергаются деформации и интенсивным взносам, меняются зазоры и натяги в сопряжениях. В деталях, испытывающих действие высоких температур, благодаря смене режимов развиваются термоусталостные явления, с течением времени приводящие к образованию трещин.
При пуске холодного двигателя в цилиндрах создаются неблагоприятные условия для самовоспламенения топлива. Сгорание его сопровождается возникновением чрезмерно высоких давлений и большой скоростью нарастания давления во времени. Это приводит к увеличению механических напряжений в деталях цилин-дро-поршневой группы (ЦПГ) и кривошипно-шатунного механизма (КШМ); возникают большие ударные нагрузки в подшипниках.
Высокие давления сгорания pz возникают и при пуске прогретого двигателя, если он недостаточно раскручивается на воздухе, и для создания необходимых ускорений даются большие подачи топлива (топливная рейка при пуске устанавливается в положение, близкое к максимальной подаче). Так, например, при автоматическом пуске двигателя «Зульцер RD-76» по максимальной программе, предусматривающей вывод двигателя сразу же после пуска на режим полного хода, давление в цилиндре достигает
80 кгс/см2, а доходит до 20 атм° п. к. в.
Столь жесткие условия пуска двигателя и разгона его до пол* вых оборотов следует допускать лишь в исключительных, аварийных, ситуациях. В нормальных условиях пуска топливная рейка должна устанавливаться в положения малых подач (/га <0,5 h а ном) и разгон двигателя следует осуществлять постепенно. Желательно, чтобы темп увеличения цикловой подачи топлива выбирался из условия обеспечения достаточно низкой скорости роста температур деталей ЦПГ.
Жесткая работа двигателя при пуске, сопровождающаяся ростом максимальных давлений цикла, может также иметь место при использовании тяжелых сортов топлива, для которых характерны худшее распыливание, испарение и замедленное сгорание. Поэтому в целях повышения надежности пуска и снижения меха' нических нагрузок рекомендуется запускать двигатели на дизельных топливах. При этом во избежание заклинивания плунжерных пар последующий переход на тяжелое топливо должен осуществляться путем постепенного прогревания топливной аппаратуры смешиванием подогретого до 45—50°С дизельного топлива г горячим тяжелым в специальной смесительной цистерне.
Надежное самовоспламенение топлива в цилиндре двигателя определяется температурой сжатого воздуха. Последняя зависит от температуры окружающей среды, теплового состояния двигателя, состояния поршневых колец и пускового числа оборотов (средней скорости поршня). Поэтому, чтобы обеспечить легкий запуск двигателя, его нужно предварительно подогреть. Это достигается путем прокачивания через двигатель горячей воды, отбираемой обычно от системы охлаждения вспомогательных дизелей.
При подогреве снижается износ цилиндров в пусковой период, так как уменьшается вязкость масляной пленки на поверхности втулки цилиндра, а также уменьшается корродирующее действие кислот, образующихся при сгорании топлива.
Уменьшение потерь тепла в стенках цилиндра способствует ро* сту температур и давлений в конце сжатия и сокращению периода индукции, в связи с чем в значительной степени снижается давление, возникающее в цилиндре при первой вспышке. Это благоприятным образом влияет на механическую напряженность деталей цилиндра и, в первую очередь, на работу подшипников коленчатого вала.
Совершенно обязательно подогревать двигатели перед пуском в холодное время года, когда температура воздуха в машинном отделении бывает ниже +8°С.
При работе холодного двигателя смазка подшипников и других узлов трения недостаточна, поскольку сразу после пуска масло не успевает прогреться и высокая вязкость затрудняет его движение в системе смазки. Большая вязкость масла обусловливает также увеличение сопротивления прокручиванию двигателя в пусковой период. В связи с этим в холодное время года целесообразно перед пуском двигателей подогревать смазочное масло,
находящееся в циркуляционной цистерне или картере, до температурь! 2э 35 С.
Детали цилиндро-поршневой группы двигателей — поршень, крышка и втулка цилиндра — в период переходных режимов испытывают высокие тепловые нагрузки, под влиянием которых в них возникают термические напряжения, деформации, а в отдельных случаях, при значительных перегрузках и частых сменах режимов, происходят термоусталостные разрушения.
Температурные условия переходных процессов, определяющие величину термических напряжений, характеризуются максимальным и минимальным уровнями изменения температуры детали, величиной и характером перепада температур по толщине (температурного градиента), зависящего в свою очередь от темпа изменения температур на внутренней и наружной поверхностях детали.
При пуске и в следующий за ним период разгона и прогрева двигателя происходит интенсивное повышение температуры его деталей и в первую очередь деталей цилиндро-поршневой группы (ЦПГ), повышение температуры и снижение вязкости смазочного масла, возрастание температуры охлаждающей воды и изменение зазоров между сопрягаемыми поверхностями. Неравномерность прогрева деталей цилиндро-поршневой группы, вызванная наличием на пути потоков тепла термических сопротивлений, обусловливает появление в них высоких температурных градиентов. Величина этих градиентов зависит от скорости прогревания, которая определяется скоростью изменения температуры деталей во времени . Наиболее интенсивный прогрев ^максимум -j~J
происходит в зонах тепловоспринимающих поверхностей камеры сгорания и в местах движения основного потока тепла. В поршне в первую очередь прогревается головка, тронк же разогревается вяло, накапливая тепло главным образом путем теплопроводности. Поэтому колебания температуры тронка, как и нижней части втулки рабочего цилиндра, с изменением режима работы двигателя, как правило, мало заметны. Независимо от размеров и быстроходности двигателя наиболее интенсивный рост температуры деталей цилиндро-поршневой группы отмечается в начальный период их прогрева, особенно в течение 40—60 сек после первой вспышки в цилиндре.
В этот период температурные градиенты и термические напряжения достигают максимума. Затем происходит выравнивание температурного поля, сопровождающееся снижением напряжений.
^Дальнейшее развитие температурных градиентов и напряжений определяется временем прогревания и характером изменения нагрузки в этот период. Чем больше нагрузка, на которую выво-* дится двигатель после пуска, тем интенсивнее происходит его прогрев и тем выше темп роста температур.
Как показали исследования кафедры СДВС ЛВИМУ [7], при разгоне двигателя «Зульцер» RD-76 по максимальной программе
(номинальные обороты достигаются за 12 сек после пуска) средние по толщине стенок деталей ЦПГ температурные градиенты не выходят за пределы нормальных значений (4—5°С/лш). Однако это не означает, что такой темп разгона двигателя не представляет опасности. Здесь необходимо принять во внимание, что двигатель перед пуском находился в прогретом состоянии. Уровень температур деталей ЦПГ был достаточно высоким и поэтому был зафиксирован сравнительно низкий темп роста температур. Кроме того, при исследовании не были измерены несомненно имеющие место особенно при прогревании холодного двигателя изменения зазоров между сочленяемыми деталями и их деформации.
В то же время последние факторы играют определяющую роль в назначении режима разгона и прогревания двигателя. Исследованиями [24] установлено наличие весьма ощутимой деформации втулок при прогреве. В двухтактных малооборотных двигателях внешне это проявляется в кратковременном появлении воды в контрольных отверстиях, выводящих ее из зоны уплотнения втулки.
Существенные изменения наблюдаются в величине зазора между поршнем и втулкой цилиндра. Их неравномерное и неодновременное прогревание приводит к тому, что поршень расширяется быстрее втулки и при ускоренном прогреве зазор между ними в начальный период может существенно сократиться. Уменьшение зазора, деформация зеркала цилиндра и недостаточное поступление масла на смазку цилиндра вследствие его высокой вязкости являются одной из причин интенсивного износа трущихся поверхностей. В последующем по мере прогревания и расширения втулки и рубашки цилиндра зазор несколько увеличивается и принимает стабильное значение.
Фирма «Бурмейстер и Вайн» рекомендует после длительной стоянки выводить двигатель на режим полного хода лишь по прошествии 2 ч работы на частичных нагрузках. Для новых двигателей период прогревания увеличивается до 4 ч.
При прогревании вспомогательных двигателей следует избегать длительной работы на холостом ходу, так как этот режим из-за низкого теплового состояния, плохого распыливания и сгорания топлива характеризуется сильным нагарообразованием, способствующим интенсивному износу цилиндров.
Разница между максимальным и минимальным уровнями температуры деталей ЦПГ, также как и темп их увеличения, в большой степени зависят от начального теплового состояния двигателя. Предварительный подогрев перед пуском является обязательным для всех судовых двигателей и, в первую очередь, для мощных малооборотных машин, которые, благодаря большим линейным размерам и наличию излишней тепловой инерции в перйод пуска разгона, испытывают особенно высокие тепловые нагрузки.
После длительной стоянки судна в порту или на рейде обычно применяется ступенчатое нагружение двигателя, заключающееся в т0м, что после пуска он в течение некоторого времени работает на холостом ходу или на малой нагрузке, которая затем постепенно ступенями, доводится до полной. Продолжительность работы на’отдельных ступенях нагрузки зависит от типа двигателя, его размеров, быстроходности и степени форсировки. Малооборотные мощные двигатели, естественно, требуют для прогрева большего времени, чем небольшие быстроходные двигатели. Для последних, согласно исследованиям фирмы SEMT, оптимальное время прогрева составляет 30—40 мин, из которых 8 мин составляет прогрев на холостом ходу, затем прогрев в течение 2 мин с постепенным повышением нагрузки до 30% и далее прогрев в течение 20—30 мин с медленным повышением нагрузки до полной.
Главные судовые двигатели, непосредственно соединенные с гребным винтом, после пуска из холодного состояния следует нагружать так, чтобы первоначально устанавливаемое число оборотов составляло 50-т-60% от полного и лишь после того, как температуры масла и охлаждающей воды поднимутся до 35—40°С, нагр>зку можно увеличивать. Обычно на нагрев масла затрачивается 1,5—2 ч, в то время как прогрев металла происходит значительно быстрее. В связи с этим при низкой температуре масла продолжительность вывода двигателя на полную нагрузку следует устанавливать не по времени стабилизации температур в деталях цилиндро-поршневой группы, а по времени стабилизации температуры масла.
Наряду с режимом прогрева двигателя, не менее опасным является и переходный режим резкого снижения нагрузки или внезапной остановки двигателя. При резком сбрасывании нагрузки и особенно при остановке двигателя, до этого работавшего в режиме полного хода, в нем, как и при прогреве, появляются высокие тепловые напряжения. Причина заключается в неравномерном остывании деталей цилиндро-поршневой группы. Максимум напряжений наблюдается в первый период после остановки двигателя, так как именно для этого периода характерна наибольшая скорость падения температуры нагретых поверхностей.
Для уменьшения напряжений, возникающих при остывании горячего двигателя, необходимо заблаговременно, до полной остановки двигателя, снижать развиваемую им мощность. Мощные \ малооборотные двигатели рекомендуется переводить на режим среднего, а затем малого хода, по крайней мере, за 30—60 мин до начала маневров.
Rating: 5 / 5 (Votes: 8)
Reply
Similar releases
Сборник всех книг автора - Возницкий И.В. [1971 - 2008]
  • Reply

The time now is: Today 01:19

All times are GMT + 3 Hours