Управление главной судовой дизельной установкой

Методы и технологические средства предотвращения загрязнения водной и воздушной среды вредными выбросами СДУ

Для очистки нефтесодержащих вод в судовых условиях в мировом транспортном флоте распространены сепарационные установки, которые по принципу действия можно разделить на три типа: отстойные, флотационные и коалесцирующие.

В сепараторах первого типа (отстойных) в основном используется принцип отделения нефти от воды за счет разности их плотностей. При этом очистка интенсифицируется с помощью дополнительных элементов, закручивающих потоки и укрупняющих частицы нефти за счет центробежных сил, а также использующих такие явления, как флотация, коалесценция, коагуляция, повышение температуры и снижение вязкости смеси путем подогрева. Однако такие сепараторы для судов оказались слишком громоздкими и широкого применения не нашли. Используют их в основном не в качестве самостоятельных установок, а лишь как составные элементы на отдельных участках технологической схемы очистки судовых льяльных вод.

В установках флотационного типа используется принцип извлечения из воды частиц нефтепродуктов с помощью пузырьков воздуха (флотация). Скорость всплытия частиц нефтепродуктов, прилипших к поверхности пузырьков, примерно в 900 раз больше, чем при статическом отстое. Этим и объясняется большая эффективность флотационных установок. Кроме того, для интенсификации процесса в нефтеводяную смесь добавляют поверхностно-активные вещества (ПАВ), способствующие прилипание частиц нефти к пузырькам воздуха. В морских условиях (при качке) эти установки работают устойчивее, нежели отстойные, но и им присущи серьезные недостатки, а именно:

сравнительная сложность сепарационной установки в целом;

наличие в ней вращающихся частей и механизмов (импеллеры, электродвигатели).

Отечественные установки флотационного типа при производительности около 10 м³/ч обеспечивают содержание нефтепродуктов на выходе не выше 60 - 80 мг/л.

Сепарационные установки коалесцирующего типа оказались наиболее приемлемыми для судов. Принцип действия их основан на объединении (коалесценции) частиц нефтепродуктов при прохождении водонефтяной эмульсии через коалесцирующие материалы (песок, синтетические волокна, материалы на основе целлюлозы). При этом мелкие частицы, укрупняясь, улавливаются и затем всплывают. Достоинствами сепараторов этого типа являются относительная простота конструкции, небольшие габариты и отсутствие движущихся деталей, а недостатком - быстрая засоряемость фильтрующих элементов. Нефтесодержание обработанных вод на выходе из этих сепараторов составляет от 10 до 80 мг/л.

Дальнейшими направлениями в совершенствовании судовых сепарационных установок являются полная их автоматизация, оснащение приборами автоматического контроля за нефтесодержанием обработанных вод, улучшение их очистной способности с целью достижения содержания нефтепродуктов в сбрасываемых за борт водах 5 -80 мг/л.

Исследованиями установлено, что в порядке убывания потенциальной опасности компоненты отработавших газов дизелей можно расположить в такой последовательности:

1) дизельная сажа как адсорбент токсичных, в том числе канцерогенных, веществ;

2) окислы азота NO_x (многие из них являются канцерогенно-опасными);

3) углеводороды C_nH_m, в том числе и канцерогенные;

4) окись углерода СО (угарный газ);

5) альдегиды (формальдегид - бесцветный газ с резким запахом; акролеин - летучая жидкость с запахом пригорелых жиров, при содержании которого в воздухе в объемном количестве 0,014% отравление приводит к смерти через 10 минут).

Некоторыми исследователями на первое место по вредности ставится не дизельная сажа, а окислы азота, так как некоторые из них по своему действию на человеческий организм являются значительно более опасными, чем многие другие токсичные и канцерогенные вещества.

К настоящему времени разработано множество различных способов снижения токсичности отработавших газов дизелей путем воздействия на рабочий процесс. Некоторые мы уже упоминали в предыдущем разделе. Исследованиями установлено, что в ряде случаев они являются также и способами изменения мощности и экономичности дизеля, причем часто не в лучшую сторону. Остановимся на некоторых из них более подробно.

Применение разделенных и полуразделенных камер сгорания. Этот способ позволяет улучшить процессы смесеобразования и сгорания. Хотя дизели с неразделенными камерами сгорания и имеют сравнительно более высокие эффективные показатели и меньший удельный расход топлива, но отличаются повышенной жесткостью работы, шумностью, чувствительностью к качеству топлива и склонностью к дымлению.

В дизелях же с разделенными камерами уменьшается не только дымность выпускных газов (в частности, количество дизельной сажи), но и содержание в них окислов азота. Более полное сгорание топлива происходит вследствие хорошего перемешивания его с воздухом при высокой турбулизации потоков. Уменьшение же выделения окислов азота происходит по двум причинам: во-первых, из-за расслоения смеси в связи с впрыском топлива в вихревую камеру или предкамеру, а во-вторых, вследствие снижения температуры в процессе сгорания из-за увеличенной поверхности охлаждения камер.

Дизели с полу разделенными камерами сгорания по токсичности отработавших газов и своей экономичности занимают промежуточное положение: Примером удачной конструкции таких камер могут служить камеры в поршне.

Уменьшение максимальной цикловой подачи. Достигается оно регулированием топливного насоса. При этом добиваются уменьшения выбросов с отработавшими газами дизельной сажи, окиси углерода, углеводородов, но содержание альдегидов в них увеличивается. С уменьшением цикловой подачи топлива снижается и мощность дизеля, что может оказаться недопустимым для условий эксплуатации судна.

Уменьшение угла опережения подачи топлива. Этим способом снижают содержание окислов азота в выпускных газах, что объясняется уменьшением максимальной температуры цикла. Однако при этом увеличивается содержание в них продуктов неполного сгорания - окиси углерода и углеводородов.

Уменьшение степени сжатия. С ним связано снижение максимальной температуры цикла и смещение процесса сгорания на линию расширения. В результате уменьшается выделение окислов азота, на больших нагрузках достигающее 50%, и выброс продуктов неполного сгорания -окиси углерода и углеводородов. Поскольку с уменьшением степени сжатия мощность дизеля падает, то использование этого способа в судовых условиях эксплуатации является нежелательным.

Применение антидымных присадок к топливу. Существующие в настоящее время антидымные присадки к топливу являются эффективным средством уменьшения дымности отработавших газов дизелей. Приготовленные на основе щелочно-земельных металлов присадки снижают дымность благодаря интенсификации диффузных потоков веществ, участвующих в реакциях, и увеличению скорости горения частиц углерода непосредственно в цилиндрах дизеля. Наиболее эффективными являются антидымные присадки на бариевой основе.

Часто наддув дизелей можно также рассматривать как один из способов уменьшения токсичности отработавших газов, хотя в целом использование наддува для повышения мощности дизелей и вызывает в большинстве случаев увеличение выхода окислов азота, а также окиси углерода и дизельной сажи. Уменьшения токсичности отработавших газов при применении наддува можно достичь, если при этом или не преследуется цель значительно повысить мощность дизеля, или вводится в систему наддува охладитель воздуха.

На дымность отработавших газов дизелей особое влияние оказывает техническое состояние топливной аппаратуры и механизма газораспределения. Обычно основными причинами повышенной дымности дизелей являются следующие неисправности:

частичное закоксовывание сопловых отверстий распылителей форсунок;

неравномерность цикловой подачи топлива по секциям топливного блок-насоса;

поломка пружин толкателей топливного насоса;

зависание плунжера топливного насоса;

нарушение герметичности в топливопроводах высокого давления;

увеличение теплового зазора в клапанном механизме;

уменьшение давления начала открытия иглы форсунки;

попадание масла в камеру сгорания;

повышенный уровень масла в картере в результате попадания топлива;

значительный износ деталей ЦПГ;

залегание (в результате закоксовывания) и поломка поршневых колец;

износ стержней впускных и выпускных клапанов, а также посадочных поясков тарелок и седел;

износ привода кулачкового вала топливного блок-насоса;

поломка пружин форсунок, зависание или подтекание иглы форсунки;

нарушение плотности прилегания цилиндровых крышек к блоку цилиндров (например, из-за дефектов прокладок).

У судовых дизелей одной и той же модели при работе в одинаковых условиях дымность отработавших газов может быть различной в зависимости от их технического состояния. Поэтому основным методом уменьшения дымности СДУ следует признать своевременное техническое обслуживание и качественный ремонт топливной аппаратуры, а также других сопричастных к процессу сгорания деталей дизелей в период эксплуатации.

Теплотехнический контроль силами экипажа

Теплотехнический контроль главных судовых среднеоборотных дизелей должен проводиться силами экипажа не реже одного раза в месяц, а также после проведения ТО № 3 и замены гребных винтов.

При теплотехническом контроле выполняют следующие работы:

проверку качества работы топливной аппаратуры дизеля (форсунок -- на герметичность и качество распыливания, топливных насосов -- на герметичность и регулировку нулевого положения);

проверку и регулировку зазоров в механизме привода клапанов распределения;

проверку давления сжатия, максимального давления сгорания, температуры выпускных газов по цилиндрам и перед турбокомпрессором;

регулировку дизеля по показателям температуры выпускных газов и максимальному давлению сгорания по цилиндрам;

проведение контрольных замеров и определение параметров рабочего процесса дизеля;

анализ показателей, полученных при контрольных замерах, определение мощности дизеля и сравнение их с паспортными характеристиками дизеля.

При проведении контрольных замеров определяют: частоту вращения коленчатого вала;

температуру:

воздуха, поступающего в дизель;

охлаждающей воды на выходе из дизеля;

масла на выходе из дизеля;

давление масла после фильтра;

давление наддува;

время расходования топлива в объеме мерного бака;

плотность топлива и его температуру.

Замеры производят три раза в течение 30 мин при установившемся режиме работы дизеля на номинальной частоте вращения при ходе судна на прямом глубоководном пути (глубина не менее 6--8 величин средней осадки судна) с полной грузовой осадкой для грузовых судов и среднеэксплуатационной для пассажирских.

Контрольные замеры по буксирным теплоходам и толкачам выполняют на швартовах с упором в стенку (берег) при глубине под кормовой частью судна не менее четырех величин средней осадки.

Мощность дизеля вычисляется косвенным методом по замеренному расходу топлива при установленной частоте вращения и совмещенной нагрузочной характеристике дизеля.

В случае отличия атмосферных условий от нормальных мощность дизеля, определенную косвенным методом, пересчитывают (приводят) к нормальным условиям. Необходимо учитывать также отклонения значений разрежения на всасывании и противодавления на выпуске дизеля от их паспортных значений.

При проведении теплоконтроля неравномерность распределения нагрузки по цилиндрам дизелей, имеющих индикаторные краны, при номинальной или полной мощности, определяемая по величине максимального давления сгорания, замеренного максиметром, не должна превышать 3,5 % для дизелей с автономными топливными насосами и 4,5 % для дизелей с блочными топливными насосами.

Допускаемая разность температур выпускных газов по цилиндрам составляет ±20--30 °С, неравномерность распределения давления сжатия 0,25 МПа (±2,5 кгс/см²) и максимального давления сгорания до 0,45 МПа (±4,5 кгс/см²) в зависимости от конструкции дизеля.

Проведение теплотехнического контроля серийных теплоходов теплотехническими партиями. Задачи теплотехнического контроля серийных теплоходов и порядок его проведения

Задачами теплотехнического контроля серийных теплоходов в навигационный период являются:

а) определение основных эксплуатационно-технических показателей силовой установки, скоростных и тяговых качеств судна путем контрольных испытаний;

б) выявление недостатков в содержании и работе главных двигателей и вспомогательных механизмов на основании результатов осмотра и обследования их в действии, анализа показателей, полученных при испытании;

в) разработка мероприятий, направленных на устранение обнаруженных дефектов и повышение эффективности работы силовой установки теплохода;

г) подготовка рекомендаций по модернизации силовых установок движительного комплекса судов.

В комплекс работ по проведению теплотехнического контроля входят:

а) проверка содержания обслуживающим персоналом оборудования и механизмов силовой установки и судна в целом, наличия и состояния контрольно-измерительных приборов, соблюдения установленных режимов работы главных двигателей (по показаниям штатных контрольно-измерительных приборов, записям в едином вахтенном или машинном журнале и т. д.);

б) проверка газораспределения и параметров рабочего процесса двигателей по цилиндрам (давление сжатия, максимальное давление цикла, температура выпускных газов), углов опережения подачи топлива (для двигателей с моноблочными топливными насосами);

в) выяснение и устранение недостатков в работе топливной аппаратуры и регулировке Двигателей до начала контрольных испытаний;

г) проведение контрольных теплотехнических испытаний и определение основных эксплуатационно-технических показателей по каждому главному двигателю и теплоходу в целом;

д) анализ результатов испытаний;

е) разработка рекомендаций и мер, необходимых для обеспечения нормальной работы силовой установки и улучшения эксплуатационно-технических показателей судна.

Теплотехническому контролю в объеме, должен подвергаться каждый серийный теплоход с главными двигателями, развивающими не более 750 об/мин и имеющими индикаторные краны.

Теплотехнический контроль каждого вышеуказанного серийного теплохода должен проводиться теплотехнической партией пароходства не реже одного раза в двё-три навигации и обязательно после капитального ремонта.

На судах с главными двигателями, развивающими более 750 об/мин, при необходимости проверка нормативных эксплуатационно-технических показателей выполняется посредством паспортных или стендовых характеристик.

При этом наладочные и регулировочные работы, а также контрольные замеры по главным двигателям проводят в объеме, допускаемом руководством или инструкцией по технической эксплуатации данного двигателя.

Химическая коррозия рабочего слоя вкладышей подшипников дизелей

Химическая коррозия рабочего слоя вкладыша подшипника вызывается наличием в масле кислот, щелочей, воды и солей. В результате окисления и вымывания свинца из сплава поверхностный слой баббита становится рыхлым и пористым (легко снимается ногтем), несущая способность подшипника резко снижается и возрастает изнашивание. При корродировании свинцовистой бронзы в поверхностном слое остаются кристаллы меди, и его структура становится такой же, как и при усталости материала. Поэтому установить истинную причину дефекта можно только с помощью специальных исследований - металлографическими исследованиями.

Влияние скорости судна на эффективность перевозок

Одной из основных тенденций развития мирового транспортного флота еще совсем недавно (70-80 годы) являлось увеличение скорости судов.

Однако заметной была тенденция увеличения скорости судна за счет установки более мощных ГД.

P_e=c*V_c

Согласно этой зависимости, чем выше скорость судна, тем ее прирост достигается все большими затратами мощности, а значит, и все большими расходами на топливо, смазочные материалы и обслуживание СДУ, все большей стоимостью самой СДУ.

Более мощная СДУ будет иметь большую массу, потребует больше места для размещения установки на борту судна, потребует увеличить запасы топлива, масла, воды для обеспечения той же автономности плавания, которые опять же нужно суметь разместить на борту судна: выделить не только место, но и частично уменьшить грузоподъемность. Поэтому при выборе мощности СДУ необходимо производить технико-экономическую оценку ее эффективности.

Общие народнохозяйственные издержки на перевозки грузов в судах складываются из многих составляющих. По СДУ особенно сильное влияние на себестоимость перевозок оказывают такие составляющие, как расходы на заработную плату экипажа, стоимость топлива и смазочного масла, расходы на ремонт механизмов СДУ, отчисления на амортизацию и другие эксплуатационные расходы. Кроме эксплуатационных расходов при оценке эффективности СДУ необходимо учитывать и капитальные затраты на ее машины, механизмы и оборудование.

При технико-экономических расчетах за критерий эффективности ГСДУ обычно принимается относительная величина приведенных затрат З, руб./(кВт ч), определяемая по формуле:

З=(Э+Е_нК)/(24Т_нУР_еб_Xб_N)

где Э - себестоимость содержания ГСДУ в эксплуатации, руб./год;

Е_н - отраслевой нормативный коэффициент сравнительной эффективности капитальных вложений, принимаемый Е_п = 0,15 (срок окупаемости 7 лет);

К - строительная стоимость ГСДУ, руб.;

Т_н - длительность навигационного периода; для судов смешанного «река - море» плавания, работающих и в зимнее время, Т_н = 320 сут., для судов внутреннего плавания Т_н = 200 сут.;

б_X - коэффициент ходового времени, который в среднем составляет для пассажирских судов - 0,62, сухогрузных - 0,60, буксиров-толкачей-0,65, танкеров - 0,58;

б_N - среднегодовой (средненавигационный) коэффициент мощности ГСДУ, который для пассажирских судов равен 0,76 - 0,84, сухогрузных - 0,75-0,97, буксиров-толкачей - 0,82 - 0,97, танкеров - 0,73 - 0,80.

Р_е - эффективная мощность, кВт.

Себестоимость содержания ГСДУ в эксплуатации находится как сумма расходов:

Э=Э₁+Э_Т

где Э₁ - сумма расходов на содержание машинной команды, амортизационные отчисления, навигационный и текущий ремонты, малоценный и быстроизнашивающийся инвентарь, прочие прямые и распределяемые расходы, руб./год;

Э_т - расходы на топливо и масло, руб./год.

Расходы на топливо и масло определяются по выражению

Э_т=24ТнУР_еб_Xб_N(b_eC_T+b_MC_M),

где С_Т,С_М - соответственно стоимость топлива и масла, руб./т;

b_e, b_M - удельный эффективный расход топлива и масла ГСДУ, кг/(кВт ч).

Строительная стоимость ГСДУ находится как сумма капитальных вложений на главные дизели K_Д и устройства передачи мощности на винт (валопровод, передачи и др.) К_П:

К = К_Д + К_П.

Критерием оптимальности ГСДУ является минимальная величина годовых приведенных затрат 3 для сравниваемых вариантов.

При эксплуатации ГСДУ механику теплохода необходимо иметь в виду, что в связи с ростом стоимости топлива и масла составляющая затрат на них в общем балансе расходов на эксплуатацию ГСДУ увеличивается. Поэтому при выборе режимов работы ГСДУ важно обеспечивать максимально возможную топливную экономичность. Значительной экономии топлива можно достичь, если по условиям рейсового задания допускается снижение скорости судна в пути. В таком случае целесообразно снижать частоту вращения и переходить, если это возможно по условиям плавания, на режим экономической скорости судна, обеспечивающей максимальную экономию горюче-смазочных материалов и в то же время позволяющей судну своевременно прибыть в пункт назначения. При выборе такой скорости за критерий экономичности принимается путевой расход топлива bV=B_T/V_c, кг/км.

Средства и методы технического диагностирования ГСДУ

Диагностирование двигателей. При диагностировании двигатель осматривают и опробуют пуском, измеряют мощность, расход топлива и параметры рабочих процессов, а также производят оценку технического состояния его основных узлов и систем. По результатам диагностирования выполняют необходимые наладочные, регулировочные и ремонтные работы.

Визуальное диагностирование, осмотр и опробование двигателя пуском осуществляют в целях обнаружения подтекания масла, топлива, воды; оценки легкости пуска; прослушивания его работы и пр. Такая проверка позволяет выявить дефекты двигателя без применения средств диагностирования.

Интегральная оценка технического состояния двигателя может быть выполнена во время теплотехнических испытаний и проведения теплотехнического контроля силами судового экипажа. На основании замеров расхода топлива, мощности, частоты вращения, температуры выпускных газов и их сопоставления с паспортными характеристиками делают заключение о техническом состоянии двигателя.

В случае отклонения замеренных параметров от нормальных приступают к поэлементному диагностированию механизмов, узлов и систем двигателя. Рассмотрим методы поэлементного диагностирования двигателя. Диагностирование цилиндропоршневой группы производят по компрессии, прорыву газов в картер, угару масла, утечке сжатого воздуха и т. п.

Для оценки степени износа втулок цилиндров, поршней и поршневых колец, герметичности клапанов применяют метод замера максиметром или индикатором давления конца сжатия по цилиндрам при частоте вращения холостого хода вала и отключенной подаче топлива! Снижение давления конца сжатия более чем на 5% свидетельствует о неисправности цилиндропоршневой группы (поломке или пригорании поршневых колец, негерметичности прилегания клапанов к гнездам и т.п.).

Прорыв газов в картер также зависит от износа деталей цилиндропоршневой группы. Давление в картере двигателя характеризует состояние цилиндропоршневой группы и используется как диагностический параметр. Его измеряют с помощью U-образного водяного манометра.

установка судно дизель

Утечки сжатого воздуха из цилиндра, когда его клапаны закрыты, свидетельствуют об износе колец, потере ими упругости, закоксовывании или поломке, износе втулок цилиндра и поршневых канавок, потере герметичности клапанов и прокладки головки блока.

Состояние цилиндропоршневой группы двигателя определяют с помощью пневмоиндикатора (рис. ХI.8). Пользуясь этим прибором, поочередно подают сжатый воздух в цилиндры через индикаторные краны или отверстия для форсунок, когда клапаны закрыты. При этом измеряют утечки воздуха по показаниям манометров прибора.

Поршень 7 диагностируемого цилиндра 6 устанавливается в в. м.т. Воздух из баллона 4 через впускной вентиль поступает под'давлением (6-8)*10² кПа к игольчатому крану 3'. Последним на диафрагме 5 устанавливается перепад давлений 1,5 -10² кПа. Этот перепад является разностью показаний манометров 1и 2. О плотности цилиндропоршневой группы судят по показаниям манометра 1. Чем ниже давление, тем больше утечки воздуха. Давление воздуха является диагностическим параметром и изменяется у цилиндропоршневой группы, находящейся в хорошем состоянии, от 6*10² до 3*10² кПа, в удовлетворительном состоянии -- от 3 до 1,5 кПа и в плохом -- от 1,5*10² до 0 кПа.

Для уменьшения вероятности ошибки при контроле цилиндропоршневой группы следует повернуть маховик двигателя по часовой стрелке или против нее на 2--5° и, сняв показания манометров, сравнить их с показаниями манометров при положении поршня в в. м. т. При Р₁~Р₂~Р₃ можно окончательно судить об исправности цилиндропоршневой группы.

Пневмоиндикатор (рис. XI.9) с помощью резиновых шлангов соединяется с баллоном сжатого воздуха и цилиндром двигателя. Для этой цели предусмотрены два штуцера 6, 12, которые крепятся хомутом к корпусу футляра. Штуцер 12 соединен с игольчатым краном 11, связанным с мерным устройством 7 переходным штуцером 10 с накидной гайкой 9. Переходный штуцер соединен с патрубком фланца мерного устройства. В последнее до и после диафрагмы впаяны медные трубки 4, 5 со штуцером и накидными гайками, посредством которых к трубкам крепятся два манометра 1, 3. Прибор вмонтирован в металлический футляр, запираемый замком 8. и устанавливаемый на четырех ножках 2.

Состояние кривошипно-шатунного механизма двигателя характеризует величина зазоров в подшипниках, измерение которых без разборки весьма затруднено. Зазоры между поршневым пальцем и бобышкой поршня, поршневым пальцем и верхней головкой Шатуна, нижней головкой шатуна и шатунной шейкой коленчатого вала двигателя замеряют прибором ПЗ-1М (рис. XI.10). Принцип действия его основан на определении зазоров в кривошипно-шатунном механизме при перемещении последнего под воздействием вакуума, создаваемого в надпоршневом пространстве цилиндра двигателя. При перемещении указанных деталей поочередно выбирают и фиксируют зазоры между поршневым пальцем и бобышкой поршня s₁, поршневым пальцем и верхней головкой шатуна s₂, нижней головкой шатуна и шатунной шейкой вала s₃.

Скорость изнашивания деталей двигателя, качество работы средств очистки смазочного масла, герметичность систем охлаждения и топливной можно определять диагностированием состава масла. Для этого периодически отбирают пробы смазочного масла, измеряют концентрацию в нем продуктов износа, определяют вязкость, содержание воды и механических примесей. Превышение допустимой концентрации в масле продуктов износа свидетельствует о неисправной работе сопряженных деталей, повышенном содержании механических примесей в масле, неисправности средств очистки, наличии поды и снижении вязкости его негерметичности систем охлаждения и топливной.

Для диагностирования двигателя по концентрации продуктов износа в смазочном масле применяют спектральный анализ. Для этого пробу масла сжигают в пламени вольтовой дуги и регистрируют спектр с помощью спектрографа (рис. XI.12). Пары продуктов износа дают линейчатый спектр; по нему выполняют качественный и количественный анализы. Качественный анализ заключается в обнаружении спектральных линий, свидетельствующих о наличии в масле металла изнашивающихся деталей, а количественный -- в определении интенсивности почернения спектральных линий. Плотность почернения линий измеряют посредством микрофотометра, полученные при этом данные сопоставляют с тарировочными шкалами. Относительно быстро и просто качество смазочного масла, содержание в нем воды и топлива определяют с помощью судовой лаборатории типа СЛЭК.

Одним из диагностических параметров, характеризующих техническое состояние цилиндропоршневой группы, топливной аппаратуры и турбокомпрессора двигателя, является состав выпускных газов. С увеличением износа этих деталей содержание СО в них возрастает, содержание 0₂ уменьшается и, следовательно, снижается коэффициент избытка воздуха. Уменьшение последнего на номинальном режиме работы ниже (0,90-0,92)б_н свидетельствует о нарушении нормального технического состояния двигателя и необходимости проведения профилактических мероприятий.

Для анализа выпускных газов используют химические и электрические газоанализаторы. На судах применяют химический газоанализатор типа «Орса», предназначенный для определения содержания углекислого газа, кислорода и окиси углерода.

Основные показатели работы двигателя в значительной степени зависят от состояния системы топливоподачи. Общее диагностирование системы топливоподачи производят при теплотехническом контроле двигателя на основании замера расхода топлива, мощности, равномерности распределения по цилиндрам нагрузки, температуры и состава выпускных газов.

Поэлементное диагностирование системы топливоподачи включает: проверку герметичности и состояния топливоприводов, форсунок и топливных насосов. Используемые при этом параметры показаны на структурно-следственной схеме диагностирования механизмов и деталей системы топливоподачи.

Контрольно-измерительные приборы и объекты измерений СДУ

Для контроля за тепловыми процессами, происходящими в судовых силовых установках, применяются приборы теплотехнического контроля. Эти приборы позволяют периодически или непрерывно осуществлять контроль за тепловыми процессами, дают возможность машинной команде выбирать наиболее правильные и выгодные режимы работы силовых установок. Приборы теплотехнического контроля бывают стационарными и переносными, эксплуатационными и лабораторными.

Лабораторные приборы обладают значительно более высокой точностью, чем эксплуатационные, и поэтому на судах их применяют в качестве эталонных для проверки точности показаний приборов, установленных на работающих агрегатах.

Эксплуатационные приборы менее чувствительны к сотрясениям и изменениям температуры, чем лабораторные, так как они имеют более прочную защиту от всевозможных повреждений.

I Эксплуатационные приборы теплотехнического контроля должны иметь достаточную для практических целей точность, быстро реагировать на изменение измеряемых величин и надежно работать в течение длительного времени. Эксплуатационные приборы, применяемые на судах, бывают автоматическими и ручными.

В зависимости от назначения судовые приборы теплотехнического контроля делятся на следующие группы:

а) для измерения числа оборотов; б) для определения мощности; в) для контроля за средним давлением газов в цилиндре двигателя; г) для: определения давления конца сжатия и горений'; д) для измерения давления, и разрежения.

По способу показаний приборы каждой из перечисленных групп разделяются на суммирующие, указывающие, самопишущие и сигнализирующие.

Суммирующие приборы -- позволяют определять количество оборотов, расход воды и др. за какой-либо промежуток времени. По таким показателям можно определить.измеряемые величины за каждую вахту и по любому агрегату-

Указывающие приборы -- измеряемая величина определяется в данный момент, причем отсчет производится при помощи подвижного указателя (стрелки).

Самопишущие приборы автоматически ведут непрерывную запись результатов измерений, по которой можно судить, насколько правильно происходил тепловой процесс или режим работы того или другого агрегата.

Сигнализирующие приборы предназначены для-_: подачи светового или звукового сигнала или того и другого од- -повременно в случае измеряемой величины в опасном для работы данного агрегата направлении.

К объектам измерений СДУ можно отнести:

1. проверка качества работы форсунок и топливных насосов ГД

2. проверка давления конца сжатия и максимального давления цикла по цилиндрам

3. регулировку равномерности распределения нагрузки по цилиндрам двигателя

4. проверка и регулировку зазоров в механизме газораспределения двигателя

5. контрольные замеры частоты вращения вала, температуры, давления и расхода топлива.

Давление конца сжатия и максимальное давление цикла замеряют с помощью индикатора или максиметра.

Температуру выпускных газов определяют термометрами или термоэлектрическими комплектами.

Частоту вращения измеряют тахометром.

Эксплуатационные меры борьбы с воздействием на обслуживающий персонал звуковой вибрации и шума

Все причины вибрации и шума СДУ можно разделить на 3 группы:

1. эксплуатационная

2. монтажного характера

3. конструктивного характера

Исходя из этого различными по способу происхождения являются, и методы борьбы с вибрацией и шума СДУ. В основном эта работа ведется по 2-м направлениям:

1. снижение шума и вибрации источников

Работы ведут при проектировании, изготовлении и доводке ГСДУ. Ослабление же воздушного и структурного шумов достигается путем создания в МП противошумного комплекса, состоящего из средств общего, местного и индивидуального назначения.

2. ослабление воздушного и структурного шумов в М.О.

Достигаются созданием в М.П. противошумного комплекса, состоящего из средств общего, местного и индивидуального назначения. В практике обычно применяются средства звуко и вибропоглощения в МП:

1. устанавливают на всасывании воздуха и выпуске газов глушители

На снижение уровня звукового давления значительное влияние оказывает место размещения глушителей. На выпускном трубопроводе наибольший эффект достигается установкой глушителя шума.

Для снижения аэродинамического шума систем вентиляции используют путевые и концевые глушители активного типа, в которых поглощение звуковых волн происходит за счет вязкого трения в порах звукопоглощающего материала.

2. звукопоглощающие кожухи и выгородки для наиболее шумных механизмов. Материал - сталь и алюминиевый сплав. С внутр. стороны они облицовываются звукопоглощающими материалами. Рекомендуется устанавливать на амортизаторах, для предотвращения передачи структурного шума.

3. звукопоглащающие экраны и щиты у местных постов управления

4. звукопоглащающие покрытия поверхностей МП и его шахты.

5. при наличии ЦПУ его помещение должно выполняться из жестких 2-х слойных стальных панелей. Помещение должно быт герметичным. На входе и на выходе должны быть глушители.

Способы ограничения распространения вибрации и структурного шума:

1. рациональная планировка судовых помещений и в частности МП

2. установка механизмов и крепление газоотводных и воздухоприемных трубопроводов на звуко и вибропоглащающих амортизаторах и подвесах

3. применение эластичных вставок в неопорных связях

4. вибропоглащающие покрытия фундаментов и других опорных конструкций

5. виброгасители и виброзадерживающие массы. ЦПУ с приборами управления и контроля за работой СДУ.

6. на входах в помещения с уровнем шума >85дБ должны быть предупреждающие таблички.

Экономичность СДУ с различными схемами утилизации теплоты

Наиболее характерные схемы утилизации теплоты:

1. использование теплоты выпускных газов в утилькотлах. Обычно достигается экономия топлива 14-22г/кВтч

Такая утилизация теплоты СДУ лишь для т/х с потребителями пара или горячей воды на ходовом режиме.

В тоже время суда со значительными расходами пара на подогрев и обработку груза (танкер) данная схема может быть реализована частично. Поэтому приходиться держать в работе вспомогательные котлы.

2. замещение ДГ турбогенераторами, пар к которому подводиться от УК.

Для обеспечения высокого КПД давление пара должно быть 1,0-1,2МПа, 250-300град.целься. Такая схема эффективно работает на ходовом режиме с полной нагрузкой, кроме того, экономиться рабочий ресурс вспомогательных дизелей и топливо. Количество их может быть сокращено.

3. замещение, как вспомогательных дизелей, так и вспомогательного котла (ВД и ВК)

Для речных судов она неприемлема. В этом случае производительность УК и параметры его пара позволяют не только загрузить ДГ и вспом.котел, но и использовать часть теплоты СДУ на действие гребной установки. При этом вспом.паровая турбина может передать гребному валу мощность, составляющую 5-8% от мощности ГСДУ.

Основные повреждения деталей дизеля, происходящие при пуске и прогреве дизеля

Пуск СДУ является одним из таких напряженных режимов, на которых наиболее часто приходятся аварийные происшествия и повреждения дизеля. В процессе смены режима резко изменяется рабочий процесс, меняются условия теплообмена во втулках цилиндров, поршнях и крышках. Напряжения в деталях ЦПГ и КШМ растут и становятся наибольшими при пуске холодного двигателя, резком выведении его на полную нагрузку и внезапной остановке. В этих условиях элементы конструкции подвергаются деформации и интенсивному износу, при этом меняются зазоры и натяги в сопряжениях. Детали испытывают действие высоких температур, развиваются термоусталостные явления, приводящие к образованию трещин.

При пуске холодного двигателя в его цилиндрах создаются неблагоприятные условия для самовоспламенения топлива, сгорание сопровождается чрезмерно высоким давлением и большей скоростью его нарастания, что приводит к увеличению механических напряжений в деталях ЦПГ и КШМ. Возникают большие ударные нагрузки в подшипниках.

При пуске прогретого двигателя слишком высокое давление сгорания P_z возникает, если он недостаточно раскручен и если для создания необходимых ускорений подаются чрезмерно большие подачи топлива. В нормальных условиях пуска топливная рейка должна, установлена в положении малых подач. Разгон дизеля должен осуществляться постепенно, т.е. темп цикловой подачи топлива должен обеспечивать невысокую скорость роста температуру деталей ЦПГ. Создавать более жесткие условия при пуске и разгоне до полной частоты вращения допускается лишь в исключительных случаях. Неблагоприятные условия для самовоспламенения топлива при пуске создаются в цилиндре при использовании тяжелых топлив, т.к. для них характерно худшее распыливание, испарение, замедленное сгорание, поэтому при низких температурах рекомендуется запускать дизель на ДТ

Прогрев можно обеспечить прокачиванием горячей воды, отбираемой от системы охлаждения ДГ. Благодаря прогреву снижается износ деталей ЦПГ в пусковой период, уменьшается коррозированное действия кислот, образующихся при сгорании топлива.

Необходимо иметь в виду, что при работе холодного дизеля смазка подшипников и других узлов трения недостаточна, т.к. масло не успевает прогреваться и высокая вязкость затрудняет его движение.

Перед пуском дизеля нужно подогреть масло в циркуляционной системе до 40-45 градусов.

Обслуживание и управление ГСДУ на переходных режимах прогревания и разгона

Согласно исследованиям для СОД время прогрева составляет 30-40мин, повышение нагрузки до 30% - 2мин, до 100% - 20-30мин.

При наличии ДАУ: экстренный вывод 60-90сек ускоряет вывод на 100% нагрузки за 12-20мин, нормальный вывод 1,2-2часа. Не менее опасен прогрева переход на режим резкого снижения нагрузки или внезапной остановки. При этом до этого работающие в режиме полного хода в дизели появляются высокие температурные нагрузки, вызванные неравномерным остыванием деталей ЦПГ, т.к. именно для этого гарантирующий наибольшую скорость падения температуры нагретых поверхностей для уменьшения напряжений, возникающие при остывании горячего дизеля необходимо заранее до остановки дизеля постепенно снизить мощность.

Крупным МОД рекомендовано переводить на режим среднего хода, затем до малого за 30-60мин до начала маневров.

Время прогрева дизеля до приема полной нагрузки определяется типом дизельной установки и конструктивными особенностями дизеля.

Основными параметрами, определяющими продолжительность прогрева дизеля, являются температура смазочного масла на входе в дизель и температура воды внутреннего контура системы охлаждения.

Температура смазочного масла на входе в дизель должна быть не менее 40 °С, а температура воды внутреннего контура на выходе из дизеля должна быть не менее 40--60 °С или величин, указанных в инструкции по эксплуатации дизеля. В зависимости от времени достижения указанных значений этих параметров продолжительность приема нагрузки после пуска составляет от 10 до 30 мин.

Ввод дизелей в режим эксплуатационной нагрузки, а также изменение режимов их работы следует производить постепенно, не допуская резкого изменения нагрузки, так как это может привести к нарушению режима смазки и возникновению повышенных механических и температурных напряжений в деталях дизеля.

После пуска и вывода дизеля на рабочий режим необходимо проверить параметры работы дизеля по приборам на посту управления.

Аналитические и графические зависимости, описывающие взаимодействие гребного винта, корпуса судна и главного дизеля.



Vc, км/ч

Физический и моральный износ СДУ, факторы, определяющие их

Физический износ первого рода - износ, который происходит во время эксплуатации.

Физический износ второго рода - износ, который происходит под действием окружающей среды во время вывода из эксплуатации.

При обоих вида физического износа изменяются те или иные параметры частей СДУ.

При моральном износе параметры и свойства частей СДУ остаются неизменными, но происходит снижение стоимости СДУ.

Моральный износ первого рода - происходит из-за того, что на судостроительных и судоремонтных предприятиях внедряется новое оборудование, новые технические процессы в результате чего изменяются затраты труда и материалов на постройку СДУ. В этом случае у аналогичных СДУ но ранее построенных будет больше их строительная стоимость, чем у построенных позднее. Таким образом, первые СДУ теряют часть своей стоимости и для них наступает моральный износ первого рода.

Моральный износ второго рода - обусловлен тем, что происходит строительство СДУ того же, как и ранее построенных, но конструктивно отличающихся от них обладающими лучшими технико-экономическими показателями (характеристиками). В этом случае строительная стоимость может быть даже выше, чем у ранее сконструированных, но затраты приходящиеся на единицу работы будут меньше. Таким образом, наступает моральный износ второго рода.

Индивидуальные средства защиты обслуживающего персонала

Индивидуальными средствами защиты являются приспособления, вещи обеспечивающие безопасность работы персонала на рабочем месте. К ним можно отнести наушники, ботинки, спецодежду. К индивидуальным средствам защиты так же относят и конструктивные: щитки, ограждения, виброизолирующие подставки, ЦПУ, шумоизоляция, на нагревающиеся поверхности наносится теплоизоляция. К индивидуальным также относятся перчатки, рукавицы, противогазы, очки, маски и т.д.

Оптимальное регулирование СДУ

Обеспечивает высокие технико-экономические показатели СДУ и характеризуется подержанием в процессе эксплуатации (на номинальной мощности или другом расчетном режиме):

1. (бездымного) малодымного сгорания топлива

2. рекомендованного температурного режима (по верхнему пределу) в системе охлаждения и смазывания

3. рекомендованным и одинаковым по цилиндрам p_c и p_max цикла, а так же t

4. равномерного распределения по всем цилиндрам мощности

механику необходимо помнить, что оптимальная настройка в процессе эксплуатации непрерывно нарушается вследствие износа деталей и ослабления соединений. Поэтому регулировку дизеля необходимо периодически проверять, поддерживать и восстанавливать.

Эрозионно-кавитационные повреждения подшипников СДУ

Часто проявляются совместно, и бывает трудно определить, какой из этих процессов привел к повреждению рабочего слоя подшипника.

Эрозия возникает при высокой скорости масла и наличии в нем мельчайших твердых частиц. В местах изменения направления потока масла частицы ударяются о поверхность рабочего слоя и выкрашивают (откалывают) частицы металла.

Кавитация вызывается резким изменением давления в потоке масла. Происходит вымывание частиц антифрикционного слоя подшипника.

Фретинг коррозия. Сущность: если две прижатые друг к другу металлические поверхности имеют незначительные взаимные перемещения, то в них возникают знакопеременные напряжения сдвига, при достижении ими предельных значений происходит перенос более мягкого металла на более твердый. Характерная картина фретинг коррозии на спинке вкладыша: оснообразные выровы металла на спинке и налипание частиц металл на постели. Причина: малый натяг вкладыша в постели подшипника или недостаточная затяжка болтов.

Причиной фретинг коррозии в районе разъема подшипника может быть отсутствие развала вкладыша или смещение крышки подшипника при монтаже.

Питтинг коррозия - когда 2 поверхности находятся под действием переменной нагрузки сжатия (в следствии вибрации).

При питтинге на обоях поверхностях появляются следы износа металла в виде оспин. - питтинг на торсовых поверхностях разъема вкладыша из-за его малого натяга в постели или недостаточного затяга болтов. - питтинг на рабочей поверхности вкладыша из-за вибрации коленвала.

Для предотвращения коррозии вкладышей при их хранении на спинке вкладыша часто наносят слой чистого олова или оловянисто-свинцового сплава. Такой слой одновременно способствует уменьшению фретинг-коррозии и питтинга.

Критерием оценки работоспособности вкладышей чаще всего является степень срабатывания гальванического рабочего слоя. Вкладыш подлежит замене, если никелевый или оловянисто-алюминиевый слой или оба слоя обнажены по всей ширине вкладыша. Гальванический рабочий слой мягкий и легко царапается ногтем, а никель - нет. В случае применения свинцовистой бронзы вместо оловянисто-алюминиевого сплава вкладыш подлежит замене, если 1/3 поверхности имеет бронзовый цвет.

Основные показатели качества (свойств и параметров) судовой дизельной установки

Показатели мощности и обеспечение заданной скорости движения судна. В качестве абсолютных показателей мощности СЭУ используют эффективную мощность ГСЭУ N_ey или ее мощность, подведенную к движителям N_Pу. Мощность ГСЭУ определяют как сумму эффективных мощностей N_e главных двигателей N_eу=УN_e.

Мощность ГСЭУ, подведенная к движителям, N_рy отличается от эффективной мощности N_ey на величину потерь в валопроводе или в передаче и валопроводе.

Наиболее распространенными движителями являются винтовые (гребные винты). Движитель, создавая движущую силу (полезную тягу), преобразует энергию главной установки в энергию движения судна.

Мощность, необходимую для преодоления секундной работы сил сопротивления движению судна, называют движущей (буксировочной), или мощностью полезной тяги. Ее находят по формуле N_R=RV=х_вP_eV, где R -- сила сопротивления движению судна, определяемая на начальных стадиях проектирования, кН; v -- заданная скорость движения судна, м/с; х_в -- количество гребных винтов; Р_е -- полезная тяга гребного винта, кН.

Показатели маневренности. Маневренные качества СЭУ должны удовлетворять требованиям маневренности судна, которая характеризуется:

· способностью движения по заданному курсу и возможностью изменения его направления;

· возможностью быстрого достижения заданной скорости и остановки;

· способностью разворота при заданной скорости с минимальным диаметром циркуляции и др.

В связи с этим основными показателями маневренности СЭУ являются:

· время подготовки установки к пуску, длительность пуска и достижения номинальной мощности, способность двигателей работать с перегрузкой;

· минимально устойчивая частота вращения вала двигателя и гребного вала;

· время остановки и реверсирования, а также количество пусков и реверсов в течение часа;

· развиваемая мощность при работе на задний ход, способность к гашению инерции и обеспечению минимального диаметра циркуляции судна.

Показатели маневренности СЭУ зависят от типа, числа и мощности главных двигателей, типа передач, движителей и количества их.

Продолжительность подготовки к пуску энергетических установок зависит от их типа и мощности. Она имеет существенное значение для специальных судов и менее важна для транспортных.

Время достижения установкой номинальной мощности зависит от длительности прогрева главных двигателей и разгона судна. Продолжительность разгона судна связана с его водоизмещением, обводами корпуса, начальной скоростью и мощностью установки.

Дизельные установки е любыми передачами допускают перегрузку до 110% номинальной в течение не более 1 ч.

Время от начала реверса установки до начала движения судна в противоположном направлении во много раз превышает продолжительность реверсирования непосредственно двигателя или гребного винта. Длина тормозного пути, называемая выбегом судна, зависит от его водоизмещения, обводов корпуса, начальной скорости и мощности установки при работе на задний ход. Принято считать, что судно обладает хорошей маневренностью, если обеспечивается его остановка с полного переднего хода на расстоянии, не превышающем четырех--восьми длин корпуса.

Показатели массы и габаритов. Эти показатели имеют весьма существенное значение, так как они влияют на водоизмещение, главные размерения, грузоподъемность и пассажировместимость судна. Показатели массы и габаритов можно представлять как в абсолютных, так и в относительных величинах. Различают следующие абсолютные показатели массы установки, т:

масса «сухой» установки G_c, т.е. масса всех двигателей, механизмов, устройств, трубопроводов и других элементов установки без жидкостей.

Количество запасов топлива, масла и воды зависит от их удельных расходов, мощности установки, режимов работы последней и автономности плавания судна. Запасы топлива, масла и воды определяют с учетом типа СЭУ и характеристик ее оборудования.

Показатели надежности. Под надежностью СЭУ понимают ее способность обеспечивать движение судна с заданной скоростью и работу общесудовых механизмов, сохраняя эксплуатационные показатели последних в заданных пределах на всех возможных режимах в течение требуемого промежутка времени.

Надежность энергетической установки обусловливается ее безотказностью, ремонтопригодностью и долговечностью.

Безотказность -- свойство энергетической установки непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени или некоторой, наработки. Количественно безотказность энергетической установки оценивается вероятностью безотказной работы, интенсивностью, отказов, средней наработкой до отказа.- Эти количественные показатели надежности представляют собой критерии безотказной работы установки или ее элемента без учета восстановления работоспособности. Они могут быть использованы для анализа надежности тогда, когда восстановление работоспособности установки не может быть обеспечено судовыми средствами. В большинстве случаев после наступления отказа работоспособность установки может быть восстановлена, поэтому чаще пользуются количественными показателями надежности с учетом восстановления.

Ремонтопригодность -- свойство энергетической установки, заключающееся в ее приспособленности к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей путем проведения технического обслуживания, восстановительного ремонта или замены.

Количественными показателями ремонтопригодности являются вероятность восстановления в заданное время и среднее время восстановления.

Под долговечностью СЭУ понимают ее свойство сохранять работоспособность в период эксплуатации до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов. Количественно долговечность может определяться сроком службы и ресурсом.

Под сроком службы понимают календарную продолжительность эксплуатации установки от ее начала или возобновления после среднего или капитального ремонта до наступления предельного состояния. Следует отметить, что предельное состояние, ограничивающее долговечность установки, может достигаться по различным причинам (физический износ, моральный износ, опасность эксплуатации и экономические соображения).