Характеристика и основные показатели судна типа "Мирзага Халилов"

Подготовить к работе воздухоохладители и фильтры наддувочного воздуха.

При необходимости удалить воду и масло из ресивера продувочного воздуха, впускного и выпускного коллекторов, подпоршневых полостей продувочных насосов, воздушных полостей воздухоохладителей, газовых и воздушных полостей турбокомпрессоров. Проверить и пустить в ход автономные продувочные насосы.

Подготовить к работе турбокомпрессоры. Проверить наличие масла в ваннах подшипников, исправность фильтров и работу масляных насосов. Обратить внимание на чистоту и крепление фильтра - заборника воздуха. Убедиться, чтобы при работе турбины никакие посторонние предметы не могли попасть внутрь.

Открыть все устройства закрывающие выпускной трубопровод. На судах где выпускной трубопровод расположен вблизи или ниже ватерлинии наружное запорное устройство открывается одновременно с пуском дизеля. Порядок пуска в этом случае должен быть оговорен специальной инструкцией, разработанной соответствующей механической службой судовладельца.

Категорически запрещается при пуске дизеля применять кислород или любой горючий газ. При использовании для пуска дизеля сжатого газа, доставляемого на судно в баллонах, обязательно проверить на берегу с помощью тлеющей лучины не является ли доставленный газ кислородом или горючим газом [16].

Подготовка валопровода.

Произвести наружный осмотр валопровода, редукторов, муфт, подшипников, фланцевых соединений валов, дейдвудного и переборочных сальников, механизмов, расположенных на валопроводе, системы прокачки дейдвуда, смазочного масла редуктора, охлаждения подшипников валопровода. Убедиться в исправности защитных ограждений, в отсутствии посторонних предметов на валопроводе.

Проверить наличие смазочного масла в опорных и упорных (не встроенных в дизель) подшипниках, редукторах и муфтах и при необходимости пополнить их до нормы. Проверить исправность маслораспределительных устройств подшипников.

На судах с баббитовыми подшипниками дейдвуда произвести наружный осмотр системы смазочного масла подшипников дейдвуда, проверить наличие масла в циркуляционных цистернах, установить в рабочее положение клапаны системы и включить насос смазочного масла.

Проверить положение тормоза валопровода и убедиться в его исправности, включая систему дистанционного управления (при ее наличии). Установить тормоз в положение "Выключено".

Проверить наличие консистентной смазки в колпачковых масленках дейдвудного и переборочных сальников и при необходимости пополнить их. Набить сальники смазкой завинчиванием колпачков масленок.

Произвести внешний осмотр контрольно - измерительных приборов и средств автоматизации, убедиться в их исправности.

Отжать нажимную втулку дейдвудного сальника до появления отдельных капель забортной воды.

Открыть клапаны подачи забортной воды на прокачку дейдвуда и охлаждение подшипников валопровода [15].

Подготовка валопровода с гребным винтом регулируемого шага (ВРШ) осуществляется в соответствии с разделом 2 Правил технической эксплуатации судовых гребных винтов регулируемого шага.

Проворачивание и пробные пуски дизеля

Перед вводом в действие дизеля необходимо [11]:

провернуть дизель валоповоротным устройством (вручную) на 2 - 3 оборота при открытых индикаторных кранах (декомпрессионных клапанах);

провернуть дизель сжатым воздухом (стартером) при открытых индикаторных кранах (декомпрессионных клапанах);

произвести пробные пуски на топливе.

При проворачивании дизеля валоповоротным устройством (вручную) или воздухом (стартером) должна быть включена система смазки, а при пробных пусках также и система охлаждения. Для дизелей и дизель - генераторов с автоматическим или дистанционным пуском, находящихся в горячем резерве, в соответствии с периодичностью установленной инструкцией по

эксплуатации, проверять автоматический или дистанционный пуск. При наличии системы ДАУ или ДУ управление дизельной установкой должно быть опробовано из машинного помещения или ЦПУ и передано вахтенному помощнику капитана для проверки действия системы из рулевой рубки.

Перед проворачиванием дизеля валоповоротным устройством необходимо убедиться в следующем:

рукоятка управления дизелем установлена в положение "Стоп";

клапаны пускового воздуха на баллонах и трубопроводе закрыты;

на постах управления вывешены таблички "Валоповоротное устройство включено. Дизель не пускать";

блокировочный клапан валоповоротного устройства действует исправно;

индикаторные краны (декомпрессионные клапаны) открыты.

Проворачивание и пробные пуски главных дизелей разрешается производить в установках [11]:

с прямой передачей мощности на гребной винт при отсутствии разобщительных муфт только после разрешения капитана или его вахтенного помощника;

с передачей мощности на винт через разобщительную муфту при отключенной муфте без специального разрешения вахтенного помощника капитана.

Проворачивание и пробные пуски дизель - генераторов необходимо производить с ведома лица, ответственного за эксплуатацию электрооборудования.

При проворачивании дизеля валоповоротным устройством необходимо следить за отсутствием пропусков воды, топлива и масла в местах уплотнения деталей и систем трубопроводов дизеля. Во время проворачивания дизеля следить по показаниям амперметра за нагрузкой электродвигателя валоповоротного устройства. При значениях потребляемого тока превышающих допустимые нормы и резких колебаниях стрелки амперметра немедленно остановить валоповоротное устройство, выяснить причину и устранить неисправность. Категорически запрещается проворачивание до устранения неисправностей. Убедиться в отсутствии в цилиндрах воды, масла, топлива. По окончании проворачивания выключить валоповоротное устройство, надежно его застопорить, снять предупредительные таблички с постов управления.

В установке с дизелями, работающими на винт через разобщительные муфты на линии валопровода, по окончании проворачивания дизеля и получения разрешения вахтенного помощника капитана включить валоповоротное устройство и провернуть валопровод.

Проворачивание дизеля сжатым воздухом необходимо производить при открытых индикаторных кранах (декомпрессионных клапанах), спускных кранах ресивера продувочного воздуха и выпускного коллектора. Убедиться в исправности дизеля и турбокомпрессора.

Перед пуском главного дизеля, работающего на винт регулируемого шага (ВРШ), необходимо проверить наличие масла в установке, проверить в действии систему управления ВРШ. Убедиться в том, что указатели шага винта на всех постах управления согласованы и время перекладки лопастей соответствует указанному в инструкции по эксплуатации [54]. После проверки лопасти ВРШ установить в положение нулевого упора (подробно см. Правила технической эксплуатации судовых гребных винтов регулируемого шага).

В дизель - электрических установках, а также в установках, работающих на гребной винт через разобщительные муфты, после проворачивания воздухом при выключенных разобщительных муфтах следует произвести пробный пуск дизеля на топливе.

Пробный пуск дизеля на топливе необходимо производить при закрытых индикаторных и спускных кранах (декомпрессионных клапанах). Убедиться в исправности систем пуска и реверса, работе всех цилиндров, отсутствии посторонних шумов и стуков.

У дизелей, имеющих установки ДАУ и ДУ, пробные пуски необходимо произвести (после опробования с постов управления местного и ЦПУ) из рулевой рубки. Убедиться в правильности действия систем ДАУ и ДУ.

Если подготовленный дизель не вводится в работу длительное время, но должен находиться в постоянной готовности, необходимо каждый час, по согласованию с вахтенным помощником капитана, проворачивать двигатель валоповоротным устройством (вручную) с открытыми индикаторными кранами (декомпрессионными клапанами).

Пуск дизеля

Пуск главного дизеля должен осуществляться в соответствии с требованиями заводской инструкции по эксплуатации и настоящих Правил.

В установках с дизелями, работающими на генератор, ВРШ, винт фиксированного шага (ВФШ) через разобщительную муфту, необходимо пускать дизель без нагрузки.

Непосредственно после пуска дизеля вахтенный механик должен проверить показания всех контрольно - измерительных приборов. В первую очередь проверить и, в случае необходимости, отрегулировать давление масла в системе смазки и охлаждения, давление топлива после подкачивающего насоса. Убедиться в отсутствии ненормальных шумов и стуков.

При обнаружении неполадок в работе дизеля при пуске вахтенный механик обязан доложить о них вахтенному помощнику капитана и главному (старшему) механику, одновременно принять меры для быстрейшего устранения неполадок или, если это необходимо, остановить дизель.

После пуска дизеля, оборудованного средствами автоматизации, убедиться в правильности их функционирования по сигнальным лампам исполнительной сигнализации и средствами контроля (местного и дистанционного) [25].

При пуске дизеля с помощью электростартера включить свечи накала (при их наличии) за 30 сек. до включения электростартера и выключить немедленно после начала работы дизеля на топливе. Общая продолжительность непрерывной работы свечей накала за один пуск не должна превышать 1,5 мин. Включить декомпрессионное устройство, подачу топлива в цилиндры и электростартер. Когда коленчатый вал сделает несколько оборотов выключить декомпрессионное устройство. Электростартер можно держать включенным не более 10 - 15 сек. С момента начала работы дизеля на топливе электростартер немедленно выключить. Повторные пуски можно осуществлять с перерывом не менее 2 мин. и только после полной остановки дизеля.

Пуск дизеля с помощью запального патрона должен производиться с соблюдением техники и мер противопожарной безопасности в следующем порядке: вынуть запальный патрон, вставить в него пропитанную селитрой бумагу, зажечь ее, закрепить запальный патрон с тлеющей бумагой в гнезде крышки цилиндра.

Пуск дизеля вручную разрешается только при наличии безопасных, автоматически выключающихся ручек в следующем порядке: включить декомпрессионное устройство, установить рычаг управления подачи топлива в положение соответствующее холостому ходу, раскрутить коленчатый вал с помощью пусковой рукоятки, выключить декомпрессионное устройство и продолжить вращение коленчатого вала до получения первых вспышек в цилиндрах.

При пуске дизеля в ход сжатыми отработавшими газами, до того, как дизель будет нагружен, пополнить пусковые баллоны с помощью специально предусмотренного газоотборного клапана до рекомендуемого инструкцией по эксплуатации давления. По окончании пополнения баллонов газоотборный клапан закрыть.

Согласно проведённого выбора главного двигателя принимаем в качестве главного элемента ГЭУ двигатель фирмы Wartsila 6L32.Данный двигатель по своим показателям и характеристикам является более экономичным для данного типа судов. Принятые основные системы судна и организация эксплуатации элемента СДЭУ позволяют эксплуатировать ГЭУ на должном уровне. Рабочие жидкости применяемые в системах ГЭУ удовлетворяют требованиям морского регистра.

3. Электрооборудование, электронная аппаратура и системы управления на уровне управления

3.1 Судовая электроэнергетическая система

Судовая электроэнергетическая система, являющаяся одними из наиболее сложных комплексов судовых технических средств, должна обеспечивать бесперебойное производство и распределение электроэнергии. Судовые специалисты, занимающиеся эксплуатацией этих систем, нередко обязаны принимать решения при быстрой смене окружающей обстановки и режимов работы агрегатов и механизмов, а также в условиях нехватки времени на выполнение каждой операции. От их правильных действий во многом зависит живучесть судна. Перечисленные обстоятельства предъявляют повышенные требования к уровню профессиональной подготовки будущих судовых специалистов [49]. Краткий перечень элементов электроэнергетических систем сведён в таблице 3.1.

Таблица 3.1 Перечень элементов электроэнергетических систем

Вспомогательные дизель-генераторы:	6ЧН20/22
- Количество и мощность дизелей (кВт. каждый)	2*292
- Частота вращения (об/мин)	750
- Марка дизеля	8T23 HH
- Тип генератора	S.8560.D
- Напряжение генератора (В)	380
- Род тока	AC
Аварийный дизель-генератор:
- Частота вращения (об/мин)	1500
- Марка дизеля	6ЧН20/22
- Мощность генератора (кВт)	135
- Тип генератора	S.8560.D
- Напряжение генератора (В)	380
- Род тока	AC

На "Мирзяги Халивоми" применяется 3-фазный переменный ток. Электрооборудование переменного тока лучше обеспечивает выполнение основных требований, предъявляемых к судовым электроустановкам. Основными приемниками электроэнергии на судне являются электродвигатели, потребляющие до 80 % вырабатываемой электроэнергии. Асинхронные 3-фазные электродвигатели. Двигатели постоянного тока имеют хорошие регулировочные свойства, однако на судне 70-80 % механизмов не требуют плавного регулирования частоты вращения. В ЭП, где необходимо регулирование частоты вращения (грузовые лебедки, краны, якорно-швартовные устройства), применены 2- и 3-скоростные АД с фазным роторами. Частота переменного тока на судне составляет 50 Гц.

Судовая СЭС способна принимать ток с берега ЩПБ (Щит приёма с берега). Ток идёт через ГРЩ к АРЩ оттуда к потребителям.

Дизель генератор 1 и 2 способны работать в параллели, также кратковременно можно переносить нагрузку к АГ для работы в чрезвычайных ситуациях.

Рисунок 3.1. Упрощенная схема цепей источников питания ГРЩ

На рисунке 3.1. представлена упрощенная схема цепей источников питания ГРЩ. При стоянке судна питание на шины ГРЩ поступает от щита питания с берега (ЩПБ) через автоматический выключатель. В эксплуатационном режиме электростанции работает ДГ в зависимости от частоты вращения главного двигателя. Автоматические выключатели находятся во включенном состоянии, управление работой электростанции осуществляется из рулевой рубки.

Перед выходом судна в рейс запускается ДГ, по мере готовности которого к приему нагрузки в цепи катушек реле напряжения и контактора замыкается контакт реле включения нагрузки системы автозапуска ДГ.

При понижении частоты ниже 45 Гц срабатывает реле, контакты замыкаются в цепях автозапуска ДГ и сигнализации в рулевой рубке. ДГ запускается, его генератор подключается на шины ГРЩ, как описано выше. Местный и дистанционный контроль за работой электростанций ведется по амперметрам и вольтметрам, сигнальным лампам генераторов, а также по тахометрам дизелей. Защита силовых цепей источников питания и приемников электроэнергии обеспечивается автоматическими выключателями, защита цепей управления - предохранителями.

Емкость аккумуляторных батарей при работе преобразователя рассчитана на управление судном в течение 15 мин.

В практике эксплуатации генератора на судне применена работа с генератором этой же серии по принципу действия и схеме системы возбуждения.

При параллельной работе генераторов необходимо получить пропорциональное распределение активной и реактивной мощности, при работе с сетью заданные активную и реактивной мощности от генератора. В обоих случаях изменения активной мощности производятся системой возбуждения, для чего в системе имеется устройство параллельной работы.

Другая возможность параллельной работы - с уравнительными соединениями УС, при этом резисторы всех генераторов соединяются параллельно при разомкнутых переключателях.

Если нагрузки генераторов и напряжения на резисторах одинаковы, уравнительные соединения не влияют на работу. При неравномерном распределении нагрузок генераторов должны были бы быть различные напряжениями резисторов. Но благодаря уравнительным соединениям между блоками устройство параллельной работы УПР, при этом появляются уравнительные токи, воздействующие на корректор генераторов так, что у перегруженного по реактивной мощности генератора ток возбуждения уменьшается, а у недогруженного генератора-увеличивается.

Аппараты токовой защиты

К аппаратам токовой защиты относятся все устройства защиты, контролирующие ток в цепи. Это предохранители, автоматические выключатели, максимальные и минимальные токовые реле. К аппаратам токовой защиты можно отнести и тепловые реле, которые из-за специфики их работы и широкого распространения могут быть выделены в отдельный класс тепловой защиты.

Аппараты токовой защиты защищают потребителей от перегрузок, неполнофазных режимов, а электрические цепи от коротких замыканий.

Минимальные реле тока и максимальные реле тока

Минимальные реле тока предназначены для защиты двигателей от неполнофазных режимов (обрыва фазы статорной обмотки двигателя). На судне используются три реле минимального тока, включенные во все фазы питания электродвигателя, а замыкающие контакты этих реле соединены последовательно с цепью управления магнитного пускателя. При нормальной работе электродвигателя все три реле минимального тока включены. При обрыве любой фазы соответствующий ток прекращается и реле отключается, разрывая цепь управления магнитного пускателя. При этом электродвигатель отключается. Для зашиты применяется реле минимального тока ЭТ-521.

Большие функциональные возможности заложены в максимальном реле тока. Они выполняют функции защиты потребителей от больших перегрузок по току. Для защиты электродвигателей применено реле РЭ-570Т, для защиты электрических цепей от короткого замыкания на зажимах потребителей и в самой цепи используется реле РТ-40.

При нормальной работе потребителя максимальное реле тока не включается. При большой нагрузке или коротком замыкании одно или все реле, включенные в различные фазы питания, сработают и своими размыкающими контактами разорвут цепь управления магнитного пускателя. Основным недостатком максимальных реле тока является то, что они не реагируют на обрывы фаз и их нельзя отрегулировать на небольшие перегрузки по току в цепи.

Максимальное реле тока РТ-40

В нем предусмотрено два способа регулировки тока срабатывания изменением предварительного натяжения противодействующей пружины (в 4 раза) и переключением обмоток (в 2 раза).

Время срабатывания реле не более 0,1 сек. при токе равном 1,2 Iсp,g и не более 0,03 с при токе 3 Iср,е.

Коэффициент возврата реле не ниже 0,85 (в ряде типоисполнений не ниже 0,7). Контакты реле выдерживают мощность коммутационной цепи около 60 Вт постоянного тока при напряжении 220 В и около 300 В-А переменного тока при напряжении до 250 В.

В реле тока РТ-40, снабженных промежуточным трансформатором и выпрямительным мостом, повышается термическая стойкость к длительному протеканию больших токов (реле РТ-40/1Д).

Реле РТ-40/Ф реагирует на отклонение формы кривой переменного тока от синусоидальной. Реле содержит специальный фильтр, не пропускающий в обмотку реле ток третьей и кратных ей гармоник.

Токовые реле постоянного тока РЭ-571Т

Для цепей управления и защиты электродвигателей применены токовые реле постоянного тока РЭ-571Т.

Максимальные реле тока в цепи управления асинхронными двигателями выбираются по номинальному току катушки реле, который должен быть не меньше номинального тока двигателя и по уставке на ток срабатывания Iуст реле.

Для работы в цепи асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором уставка на ток срабатывания реле отстраивается от пускового тока двигателя.

3.2 Система автоматического управления элементом СЭУ

Основными задачами управления СЭУ являются пуск и остановка главных двигателей; остановка, изменение направления (реверс) и частоты вращения движителя. [16]

На судне применяется установка, в которой управление частотой вращения и реверсом движителя производится через двигатель (с реверсивными двигателями, непосредственной передачей).

Если требуемая последовательность выполнения операций по осуществлению заданного на посту управления режима работы реверсивного двигателя производится автоматически, то такая система дистанционного управления называется автоматизированной (ДАУ).

В систему ДАУ входят: посты управления, оборудованные органами управления и контрольно-измерительными, приборами; ряд элементов, которые по роду выполняемой ими функции могут быть подразделены на задающие, чувствительные, управляющие, исполнительные, регулирующие, усилительные и др.; цепи управления, связывающие посты управления с двигателем. Элементами систем ДАУ являются различного рода клапаны, реостаты, пневмозадатчики, реле, серво - электродвигатели [19].

К системе ДАУ предъявляются следующие требования [32]:

Технические показатели должны соответствовать ГОСТам и отвечать требованиям Регистра.

Посты должны быть расположены в ходовой рубке, а при ширине судна более 10 м - на крыльях мостика. Непосредственно на двигателях необходимо в качестве резервных предусматривать ручные органы управления. Управление реверсивным двигателем должно производиться с помощью одной рукоятки (маховика). Для нереверсивных двигателей допускается установка на посту ДАУ двух органов управления: одного для управления двигателем и другого - для управления реверсирующим устройством.

Переключение с одного поста на другой следует осуществлять на посту управления в машинном помещении. Переключение оно не должно превышать 10 сек. Рукоятки постов должны перемещаться синхронно. Усилие на рукоятке (маховике) управления не должно превышать 0,05 кН, для систем с механической связью - 0,1 кН. Для предотвращения самопроизвольного смещения рукоятки (маховика) нужно устанавливать специальные фиксаторы.

На случай выхода из строя должны быть обеспечены возможность остановки двигателя с любого поста и переход на ручное управление с поста, расположенного непосредственно на двигателе.

На судне используется пневматическая система ДАУ с механическим тормозом. Система ДАУ состоит из: поста управления в ходовой рубке, коробки клапанов блокировки, реле направления, реле скорости, ускорителя пуска, тормозных цилиндров, мембранных сервоклапанов типа НЗ (логический элемент "ДА") и типа НО (логический элемент "НЕ"), перекидных клапанов (логический элемент "ИЛИ") и местного поста управления. Она обеспечивает управление главными дизелями из ходовой рубки с помощью одной рукоятки для каждого дизеля, поворачиваемой в одной плоскости параллельной ДП. Перемещение рукоятки управления в заданное положение производится без выдержки времени в промежуточных состояниях и ограничения ее по скорости перемещения. При этом все операции по реверсу, пуску и изменению частоты вращения вала дизеля осуществляются автоматически в необходимой последовательности [19].

В систему ДАУ управляющий воздух при открытых пусковых баллонах поступает через редукционный клапан, где он редуцируется до давления (12±2)102 кПа, влагоотделитель, обратный клапан, баллон ДАУ вместимостью 0,04 м3 и стабилизатор давления. Давление воздуха на выходе из стабилизатора равно 3102кПа. Далее воздух на посту управления в рубке проходит через задатчик частоты вращения к клапанам управления "Вперед" и "Назад", а затем к механизмам ДАУ, расположенным на местном посту управления.

В зависимости от того какой клапан управления открыт воздух пройдет к сервоклапанам или типа "Воздух открывает" через перекидной клапан к сервоклапану типа "Воздух закрывает". Исполнительная часть ДАУ питается воздухом давлением (12±2)102 кПа от пусковых баллонов через редукционный клапан, влагоотделитель, клапан блокировки при аварийной остановке дизеля, клапаны переключения постов управления и сервоклапан или. Воздух также подводится к сервоклапану остановки типа "Воздух закрывает" [8].

Действие системы ДАУ проследим на примере перемещения рукоятки дистанционного поста управления из положения "Полный назад" (ЗХ) в положение "Полный вперед" (ПХ). При этом клапан управления открывается. Воздух от задатчика частоты вращения через открытый клапан поступит под мембрану сервоклапана и в надмембранную полость сервоклапана, при этом надмембранная полость сервоклапана и подмембранная полость сервоклапана разгрузятся через разгрузочное отверстие клапана поста управления, вследствие чего клапан закроется. Воздух из линии питания ДАУ через клапаны и переключателя поста, сервоклапан, перекидной клапан, клапан реле направления пройдет в подмембранную полость сервоклапана и закроет его. Одновременно воздух поступит в надмембранную полость сервоклапана и также его закроет. Воздух из сильфона пружинных весов регулятора дизеля стравится, масло из сервомотора регулятора пойдет на слив и рейки топливных насосов выйдут на нулевую подачу, частота вращения вала дизеля начнет снижаться. Воздух поступит также через клапан быстрой разгрузки и открытый сервоклапан к тормозным цилиндрам, тормозные колодки которых зажмут маховик дизеля, что ускорит снижение частоты вращения его вала.Одновременно воздух пройдет через открытый клапан коробки клапанов блокировки и перекидной клапан к надмембранной полости сервоклапана и закроет его, предотвратив открытие главного пускового клапана, а также воздух пройдет в баллон гидросистемы реверса и будет вытеснять масло. Под давлением воздуха масло, поступая в полость переднего хода сервомотора реверса начнет перемещать его поршень и шток. В начале движения штока сервомотора реверса откроется клапан коробки клапанов блокировки. Когда распределительный вал займет положение переднего хода - клапан коробки клапанов блокировки закроется. Воздух из надмембранной полости сервоклапана стравится, клапан откроется, а баллон гидросистемы реверса разгрузится, так как под действием разности давлений срабатывает клапан быстрой разгрузки баллона, расположенный в его верхней части.

При снижении частоты вращения вала дизеля до установленной (150-160 мин-1) для I ступени реле скорости (регулировка реле скорости должна производиться с учетом типа судна и маневренных качеств энергетической установки) она срабатывает и открывает свой клапан. Воздух от перекидного клапана проходит через клапан I ступени реле скорости, перекидной клапан, открытый сервоклапан и перекидной клапан к нагрузочному поршеньку главного пускового клапана. Последний открывается, и воздух из пусковых баллонов направляется в пусковую.

Главные и аварийные дизель-генераторы приняты по прототипу. Разработанная электростанция отвечает всем требованием обеспечения потребителей судна установленными видами электроэнергии в режимах эксплуатации судна и в аварийных ситуациях осуществляет подачу электроэнергии на аварийные потребители без перебоев.

4. Техническое обслуживание и ремонт на уровне управления

4.1 Рекомендаций по восстановлению работоспособности коленчатого вала воздушного компрессора

Коленчатый вал воздушного компрессора является одним из наиболее ответственных элементов компрессора. Он состоит из рамовых и шатунных шеек, щек, соединительных фланцев. Рамовые шейки, щеки и шатунная шейка образуют колено или кривошип вала. Коленчатый вал - одна из наиболее напряженных деталей. Стоимость коленчатого вала составляет около 15% стоимости компрессора. К коленчатым валам предъявляют требования обеспечения необходимой прочности, жесткости и износоустойчивости.

Аварии и неполадки компрессорного оборудования.

Аварии и неполадки компрессорного оборудования приносят значительный ущерб производству, выражающийся в длительных неплановых остановках, нарушениях режима технологического процесса, угрозе безопасности обслуживающего персонала и повышении себестоимости выпускаемого продукта. Статистические данные обследований аварий и неполадок компрессорного оборудования на промышленных предприятиях указывают на необходимость проведения профилактических мероприятий по их предотвращению [17].

Анализ показывает, что аварии и неполадки в работе происходят вследствие конструктивных недостатков отдельных деталей и узлов, ошибок, допущенных при изготовлении компрессорного оборудования и несоблюдения требований инструкций и норм эксплуатации.

В процентном отношении общее количество аварий и неполадок компрессорных машин на одном из химических комбинатов распределялось следующим образом: 6% аварий произошло из-за конструктивных недостатков; 54% аварий произошло из-за низкого качества деталей (причем на вновь изготовляемые детали пришлось 46%, а на ремонтируемые - 8%); 40% аварий из-за нарушения инструкций и норм эксплуатации.

Предупреждение неполадок в компрессорах.

Все аварии и неполадки следует тщательно изучать для выявления причин и разработки рекомендаций по их предупреждению.

Ниже приводятся описания и анализ причин некоторых аварий и неполадок поршневых компрессоров [23]:

Нарушение нормального распределения давления по ступеням, которое является следствием пропуска газа всасывающими и нагнетательными клапанами, а также поршневыми кольцами приводит к снижению производительности компрессора.

Дефекты в изготовлении, монтаже, а также несоблюдение норм эксплуатации и погрешности при ремонте влияют на герметичность клапанов и поршневых колец.

Недостаточная смазка цилиндров и сальников ухудшает уплотнение и также приводит к снижению производительности машины.

Наиболее частые неполадки и причины их возникновения.

В практике эксплуатации имеют место неполадки и аварии компрессоров, происходящие вследствие попадания в полости цилиндров твердых тел, воды, излишнего количества масла, нарушения линейного мертвого пространства, которые обычно приводят к стукам или резким ударам.

Стуки в компрессорных машинах могут обусловливаться и рядом других причин и являются тревожными сигналами при эксплуатации [32]. Например:

Выработка цилиндра и цилиндровой втулки;

Износ поршня и поршневых колец;

Заедание и загрязнение цилиндра, поршня и поршневых колец;

Перекос поршня в цилиндре и криволинейность штока;

Несоосность оси рамы, цилиндра и механизма движения;

Ослабление крепления клапанов в гнездах цилиндра и поломка клапанных пластин;

Ослабление соединения штока с крейцкопфом и ползуном;

Ослабление затяжки подшипников кривошипной и крейцкопфной головок шатуна;

Выработка пальца крейцкопфа;

Наличие недопустимых зазоров между крейцкопфом и направляющими рамы;

Износ и ослабление затяжки коренных и выносных подшипников;

Выработка коренных и шатунных шеек вала;

Ослабление шарнирных соединений деталей механизма движения;

Отставание промежуточных и концевых ползунов от направляющих параллелей;

Ослабление или неправильное крепление маховика на валу и другие неполадки, которые обычно сопровождаются стуком при эксплуатации компрессора.

При появлении стуков компрессор необходимо остановить, выявить причины и ликвидировать дефекты их обуславливающие.

Нагрев подшипников компрессора является часто причиной неполадок в машине. Основными причинами нагрева подшипников с принудительной циркуляционной смазкой являются [32]:

неправильно выбранный сорт масла;

засорение маслопроводов и фильтров;

неточная подгонка вкладышей подшипника к шейкам вала;

перекос или искривление оси вала и чрезмерная затяжка подшипников.

При значительном нагреве подшипника рекомендуется замена отработанной смазки на смазку с необходимой вязкостью, увеличение давления масла в системе, регулировка зазоров между цапфами и вкладышами с установкой прокладок. При непрерывной работе компрессора необходима его остановка не реже одного раза в месяц для смазки радиально-упорных подшипников или через каждые 750 часов при сменной работе. Смазку подавать шприцем в объеме 3-4 см3 на масленку.

Нормальная эксплуатация механизма движения возможна только при надежной работе циркуляционной системы смазки, которая в основном контролируется по давлению масла. Падение давления масла в системе может произойти вследствие: отказа работы шестеренчатого насоса, неисправности перепускного клапана, малого уровня масла в маслобаке, утечек масла в системе, засорения масляного фильтра и приемного" клапана насоса или чрезмерного нагрева масла.

На работу сальников влияют точность изготовления и пригонки, износ уплотняющих элементов, выработка и перекос штока, недостаточная смазка и несоблюдение монтажных зазоров и условий эксплуатации.

Опасность разрушения чугунных маховиков возможна при окружных скоростях более 30 м/сек, наличии дефектов в отливках (раковины, трещины и т. п.), монтажных погрешностях (перекосах, недостаточной точности балансировки и т. п.), а также вследствие разрушения крепления от усталости металла, возникновении гидравлического удара или резкого заклинивания поршня в цилиндре.

Учитывая, что в период пуска компрессорной установки и обкатки вхолостую имеет место наибольшее число аварий и неполадок, обслуживающий персонал должен обратить особое внимание на точность соблюдения инструкции эксплуатации. Пуску компрессора должен предшествовать предупреждающий сигнал. Посторонние лица из машинного зала удаляются. Перед пуском компрессорной установки необходимо провести все подготовительные работы в соответствии с требованиями эксплуатации. Кроме указанных мероприятий, необходимо соблюдать требования по безопасности обслуживания электрической части компрессорной установки, а также выполнять инструкции пожарной безопасности.

Износы и повреждения коленчатых валов. В результате изнашивания уменьшаются диаметры рамовых и мотылевых шеек коленчатых валов, они приобретают эллиптическую, бочкообразную или конусную форму; на шейках валов образуются наработки. К повреждениям коленчатых валов относят царапины, задиры на шейках, изгиб, ослабление посадки шеек в щеках у составных валов, деформацию отверстий во фланцах соединений у валов, состоящих из секций, трещины в щеках и шейках, поломку.

Поломка коленчатого вала - одна из самых тяжелых аварий компрессора. Причинами усталостных разрушений могут быть: недостаточный запас прочности вала, особенно в местах концентрации напряжений (в районе галтелей, по краям смазочных отверстий); технологические пороки, низкие механические свойства материала, неоднородная структура, микротрещины, образовавшиеся при термической обработке, неметаллические включения; случайные повреждения появившиеся на поверхности вала в процессе его обработки или эксплуатации (всевозможные риски, царапины, борозды и надзоры, являющиеся сильными концентраторами напряжений) [54].

Усталостные трещины на коленчатом валу зарождаются с его поверхности, поэтому одним из эффективных мероприятий, направленных на уменьшение напряжения и увеличения долговечности коленчатого вала, является наплавка под флюсом, рассмотренная в данном курсовом проекте.

Примеры и анализ аварий.

Авария произошла из-за конструктивных недостатков, допущенных при проектировании компрессорной машины. В цехе получения кислорода через 7 ч. после пуска был аварийно остановлен воздушный трехступенчатый компрессор производительностью 1380 м3/ч, давлением нагнетания 50 кг/см2. Причиной остановки явилось выплавление выносного и одного коренного подшипников коленчатого вала. Выплавление подшипников произошло из-за недостатка масла в маслобаке, хотя давление в системе смазки по показанию манометра оставалось нормальным. Стабильность показания манометра объясняется подсосом воздуха в масляную систему. Уровень масла в маслобаке не проверялся из-за отсутствия масломера.

На азотном пятиступенчатом компрессоре производительностью 1200 м3/ч давлением нагнетания 700 кг/см2 произошло выплавление коренного подшипника. Авария произошла вследствие того, что при подготовке к пуску компрессора при повышении давления в системе смазки был плохо закрыт вентиль подачи масла из воронки во всасывающий маслопровод. После того, как масло из воронки вытекло, произошло подсасывание воздуха. В результате этого насос перестал подавать масло в систему смазки ходовой части компрессора, подшипники стали истираться.

Ремонт и замена деталей компрессоров.

Основой процесса ремонта компрессора является определение неисправности. Эта составляющая ремонта, зачастую составляет наибольшую его часть по времени, так как для выявления неисправности, необходимо иметь представление обо всех агрегатах компрессора и процессах в них происходящих. После определения неисправности производится замена изношенных деталей и восстановление работоспособности [32].

4.1.1 Эксплуатационно-техническая характеристика коленчатого вала

Факторы, влияющие на работу коленчатого вала.

Вал нагружается силами давления газа и силами инерции поступательно движущихся и вращающихся масс, и подвергаются одновременному действию знакопеременных изгибающих и крутящих моментов. В результате воздействия этих сил и моментов материал работает на усталость. Усталость металла объясняется возникновением в наиболее слабом месте микроскопической трещины, которая под влиянием знакопеременной нагрузки растет, уменьшая расчетное сечение и вызывая рост напряжений. В итоге напряжения превышается предел прочности материала, вызывая быстрое разрушение детали [23].

Износы и повреждения коленчатых валов. В результате изнашивания уменьшаются диаметры рамовых и мотылевых шеек коленчатых валов, они приобретают эллиптическую, бочкообразную или конусную форму; на шейках валов образуются наработки. К повреждениям коленчатых ваплов относят царапины, задиры на шейках, изгиб, ослабление посадки шеек в щеках у составных валов, деформацию отверстий во фланцах соединений у валов, состоящих из секций, трещины в щеках и шейках, поломку.

В поперечном сечении в результате изнашивания шейки приобретают эллиптическую форму. При этом больший износ наблюдается у мотылевых шеек вследствие работы их в условиях неравномерной нагрузки. Верхняя часть мотылевой шейки испытывает большую нагрузку чем нижняя, поэтому износ верхней части больше чем нижней.

Конусная форма может быть следствием неудовлетворительной пригонки подшипника, когда контакт его с шейкой происходит не по всей длине. Это вызывает износ шейки в каком-либо одном ее конце. При некачественном изготовлении или ремонте, когда при проточке шейки ввиду неточности обработки остается конусность, она увеличивается при эксплуатации.

При перекосе шатунно-поршневой группы по отношению к коленчатому валу и удлиненных подшипниках может возникнуть бочкообразная форма шеек коленчатого вала. В этих случаях больший износ происходит у галтелей в первом случае из-за перекоса, во втором - из-за деформации шейки при работе.

Корсетная форма шеек может возникнуть из-за плохой пригонки подшипников. Однако такой дефект бывает редко. Появление наработков связано с разницей длин шейки и подшипника. Царапины могут возникнуть при попадании на поверхность трения твердых частиц и нарушения режима смазки. Задиры на шейках возможны при проплавлении подшипников.

Поломка коленчатого вала - одна из самых тяжелых аварий двигателя. Причинами усталостных разрушений могут быть: недостаточный запас прочности вала, особенно в местах концентрации напряжений ( в районе галтелей, по краям смазочных отверстий); технологические пороки, низкие механические свойства материала, неоднородная структура, микротрещины, образовавшиеся при термической обработке, неметаллические включения; случайные повреждения появившиеся на поверхности вала в процессе его обработки или эксплуатации (всевозможные риски, царапины, борозды и задиры) являющиеся сильными концентраторами напряжений [15].

Основные технические требования к коленчатому валу компрессора:

Мотылевые и рамовые шейки h 2,5+ 0,5 мм, 56…60 HRC кроме галтелей.

Нецилиндричность рамовых и мотылевых шеек не более 0,01 мм.

Биение рамовых шеек относительно оси вала не более 0,02 мм.

Биение конуса по отношению к оси рамовых шеек не более 0,02 мм.

Не параллельность мотылевых шеек относительно оси вала не более 0,02 мм. Проверку шеек на параллельность производить в четырех положениях кривошипа при полном его обороте.

Смещение осей шатунных шеек по окружности радиуса кривошипа не более +30.

Смазочный канал проверяется на герметичность пробным гидравлическим давлением Pпр = 0,2 МПа.

Технологический маршрут ремонта компрессора включает следующие основные операции: демонтаж и разборку, подготовку к дефектации и дефектацию, ремонт деталей и узлов, сборку, монтаж. (Табл. 4.1.)

Общие требования по разборке.

Перед разборкой необходимо [16]:

-- проинструктировать обслуживающий персонал и оснастить его средствами индивидуальной защиты;

-- оборудовать стационарное и переносное освещение;

-- осушить полости корпуса компрессора от масла;

-- разработать схему размещения крупногабаритных деталей, так чтобы был обеспечен доступ к ремонтируемому объекту;

-- разработать правила техники безопасности.

Разборка компрессора выполняется стандартными и специальными фирменными инструментами, и приспособлениями. Работы по разборке, дефектации, ремонте и сборке компрессора проводятся в присутствии механика, в чьем заведовании находится компрессор или лица, ответственного за ремонт [54].

Подготовка к дефектации деталей компрессора.

Очистка и промывка составных частей компрессора проводится после его разборки. После промывки все детали обдувают чистым сухим сжатым воздухом и направляют на дефектацию.

Дефектации деталей компрессора.

Дефектация - это оценка технического состояния и выявление различных дефектов с применением методов дефектоскопии.

Задачи дефектации, выполняемой при сдаче компрессора на ремонт, следующие [54]:

-- в зависимости от условий работы для основных элементов компрессора установить соответствие фактической величины и характера, износа или разрушения ожидаемой величине, заданной при проектировании;

-- выявить изнашивание, разрушение, которое может привести к внезапным отказам и являющееся результатом нарушений правил эксплуатации, технологии изготовления или ошибок при конструировании;

-- уточнить объем работ, предусмотренных ведомостью ремонтных работ, номенклатуру и количество узлов, сменных деталей и других материалов;

-- установить необходимость выполнения ремонтных работ, при этом определить их срочность (необходимо их выполнять немедленно или можно ожидать очередного ремонта).

В зависимости от характера возможных дефектов и от конструкции проверяемой детали при ремонте компрессора применяются три основных вида дефектации [15]:

1) Наружный или визуальный осмотр - при помощи лупы 5-10 кратного увеличения, мелокеросиновой или цветной пробы, дополнительного обстукивания. Более эффективным методом является люминесцентная дефектоскопия;

2) Выявление скрытых дефектов - проверка с использованием методов дефектоскопии: гидравлической, магнитной, рентгеновской, звуковой (в том числе ультразвуковой);

3) Определение конструктивных дефектов и отклонений от правильной геометрической формы - производят различным контрольно-измерительными инструментоми, приборами и оборудованием.

В процессе дефектации детали по своему техническому состоянию разделяются на три группы:

1) годные;

2) требующие ремонта;

3) негодные.

По результатам дефектации составных частей и деталей компрессора составляются ремонтные ведомости, являющиеся в дальнейшем руководящим документом для ремонта деталей компрессора.

Дефектация коленчатого вала компрессора.

Определение износа рамовых и мотылевых шеек коленчатого вала.

Диаметры шеек измеряют микрометрической скобой в трех поперечных сечениях по длине шейки и двух диаметрально противоположных плоскостях в каждом сечении. Крайние замеры выполняют в сечениях на расстоянии 15-20 мм от шеек. Наибольший допустимый износ рамовых и мотылевых шеек коленчатого вала, выражается в образовании эллиптической и конусной форм, может быть установлен из выражения:

D = 0,00078d + K,(4.1)

где d - диаметр шейки вала, мм;

K=0,03 мм для рамовых и 0,05 для мотылевых шеек.

Существуют специальные скобы, приспособления и способы определения износа рамовых шеек без подъема вала с подшипников.

Измерение микрометрической скобой малого сечения позволяет ввести ее в пространство между шейкой и гнездом после выкатывания вкладыша рамового подшипника. После измерения данной рамовой шейки вкладыш заводят на место и приступают к измерению следующей шейки.

Измерение с помощью специального приспособления, состоящего из двух ножек, жестко соединенных двумя валиками с правой и левой резьбой. При вращении гайки ножки смещаются по размеру шейки вала. Стержень, по которому ножки перемещаются, предназначены для придания устойчивости приспособлению. В валиках имеются призматические шпонки, предотвращающие проворачивание на валике державки [15].

4.2 Современные методы диагностики компрессорного оборудования

Эти методы могут быть применены как для диагностики причин аварий компрессоров, так и для анализа состояния узлов агрегата после ремонта.

В практике диагностирования компрессорного оборудования известны и получили распространение различные методы определения их технического состояния.

Органолептические методы используются для предварительной оценки технического состояния машины. В неисправной машине появляются дополнительные шумы, стуки, повышение температуры, по которым судят о характере дефекта. Визуальный осмотр труднодоступных зон промышленных установок, который является одним из видов метода, проводится с помощью эндоскопов. Они выпускаются фирмами: ДАО "Оргэнергогаз" ИТЦ "Оргтехдиагностика" (Россия), МНПО "Спектр" (Россия), IT Concepts/Интек (Россия), OLYMPUS (США), EVEREST VIT (США), Helling GmbH (Германия) и другими. Эндоскопы имеют различные конструкции: гибкие и жесткие, волоконно-оптические и линзовые, и подразделяются, в свою очередь, на фиброскопы, бороскопы, видеоэндоскопы. Для освещения контролируемого участка в них устанавливается источник света, а встроенная видеокамера позволяет отображать информацию на экран монитора. Визуальный контроль может быть дополнен стробоскопическими методами

Иногда применяются технические стетоскопы (функционирующие в звуковом диапазоне частот), которые позволяют локализовать дефектный узел машины с повышенными стуками и шумами.

Для количественной оценки технического состояния машины необходимо применение инструментальных методов диагностирования. В настоящее время определен комплекс параметров, которые характеризуют техническое состояние основных узлов и систем компрессорного оборудования.

Параметрическая диагностика (по термогазодинамическим параметрам) широко применяется при контроле состояния проточной части центробежных машин, цилиндропоршневой группы и клапанов поршневых машин, негерметичности уплотнений и тому подобное. В качестве диагностических признаков используются параметры давления и температуры газа ступеней компрессора, его производительность, температура охлаждающей воды в холодильниках, рубашках цилиндров, ее расход, ток, потребляемый электродвигателем из сети и тому подобное. Результаты этих измерений представляются на регистрирующих устройствах центрального пульта управления цеха или на ЭВМ. В дополнение к этим параметрам могут измеряться температура подшипников, давление масла, уровень вибрации.

Эффективным методом диагностирования состояния трущихся деталей является анализ продуктов износа в смазочном масле (трибодиагностика). Одним из отечественных основоположников этого метода являются ученые РГУНГ им. И.М. Губкина. Среди всего многообразия способов определения концентрации продуктов изнашивания в отработанном масле наибольшее распространение получили спектральные методы, характеризующиеся высокой точностью и чувствительностью. Посредством анализа проб масла определяют концентрацию в нем того или иного составляющего элемента материала трибосопряжения, по величине которой оценивают осредненный износ соответствующей детали. Недостатком метода является определение суммарного износа деталей, изготовленных из одних и тех же конструкционных материалов. Следует отметить, что широкого распространения в промышленности трибодиагностика пока еще не получила.

Для контроля деградационных процессов деталей машин и элементов конструкций оборудования нашел распространение метод поверхностной активации (МПА), разработанный в МГТУ им. Н.Э. Баумана, ГНЦ РФ Физико-энергетического института (г. Обнинск) и других научно-исследовательских институтах. Он основан на измерении интенсивности излучения радионуклидной метки установленной на контролируемом участке поверхности объекта. В результате уноса радиоактивного вещества смазочным маслом в машине или транспортируемой средой в трубопроводе - ее излучение уменьшается. По градуировочным кривым это изменение переводят в величину износа. Этот метод применяется при определении износа цилиндров, подшипников двигателей, компрессоров, коррозии трубопроводов и другого оборудования газовой и нефтехимической промышленности.

Практический опыт показал, что для контроля технического состояния узлов машинного оборудования и трубопроводов нагнетателей вибрационный метод является одним из наиболее информативных. Он основан на использовании информации содержащейся в колебательных процессах. При этом любой дефект какого-либо узла, который подвергается механическому воздействию со стороны движущихся частей или потока пульсирующего газа, характеризуется индивидуальным "вибрационным портретом" [54].

Однако развитие того или иного дефекта в узле машины приводит не столько к увеличению суммарного значения вибрации, сколько к возрастанию амплитуды отдельных гармоник, даже незначительного относительно общего уровня и поэтому организация контроля поведения отдельных частотных составляющих позволяет распознавать различные неисправности и следить за ходом их развития. Технически это реализуется при разложении вибросигнала в спектр с помощью преобразования Фурье.

Статистическое накопление и анализ корреляционно-спектральных характеристик вибросигнала, проведенные применительно к оппозитным компрессорам, позволили установить их взаимосвязи с износом в узлах механизма движения.

Существенную помощь при диагностировании и хорошим дополнением к экспериментальным методам оценки технического состояния машинного оборудования может служить компьютерное моделирование динамики и изнашивания узлов, позволяющее связать воедино изменение функциональных и динамических параметров машины с износом отдельных ее элементов и прогнозировать эти процессы на время будущей эксплуатации.

Неисправный узел, работа которого сопровождается ударом, эффективней диагностировать с помощью анализа амплитуды огибающей вибросигнала. Этот метод базируется на том, что периодическая последовательность ударных импульсов, возбуждающая в той или иной степени весь спектр собственных частот механизма, наилучшим образом - без помех, вызванных рабочим процессом, проявляется в высокочастотной области в виде амплитудной модуляции вибрационного процесса.

Полосовая фильтрация высокочастотного сигнала с последующим преобразованием Гильберта (либо детектированием) и спектральным анализом амплитудной огибающей позволяет по частоте следования удара локализовать дефектный узел. Наибольшее применение этот метод нашел при контроле состояния подшипников качения и зубчатых передач. Его использование перспективно и для выявления некоторых дефектов поршневых компрессоров

4.3 Ремонт основных узлов и деталей

Основными узлами поршневого воздушного компрессора являются: станина (рама), коленчатый вал, шатуны, шатунные болты, крейцкопф, шток, поршень, поршневые кольца, клапаны, цилиндр [53].