Двигатель 6NVD AU (стр. 3 из 4)
Из этого получим:
Допускаемое напряжение на смиятие σсм.д
500 кг/см2.Вопрос эксплуатации
Неустановившиеся режимы работы. Режим работы при пуске
Реверсивно-пусковые качества двигателя являются одним из важнейших факторов, определяющих безопасность мореплавания в сложных ситуациях: при входе в порты, следовании узкостями, плавании в условиях интенсивного судоходства. Пусковые режимы кратковременны, но среднегодовое число пусков двигателей транспортных судов 800–900, пассажирских судов 1200–1500. Число пусков за одну швартовку достигает 20–30 и более при периодичности 30–120 с. Пусковые условия оказывают влияние на характер протекания рабочего процесса двигателя, состояние тепловой и механической напряженности его узлов и деталей, интенсивность изнашивания трущихся пар и, в конечном счете, определяют надежность и долговечность работы двигателя.
При пуске двигателя ухудшаются условия для самовоспламенения и сгорания топлива, что объясняется пониженным температурным режимом стенок камеры сгорания и переохлаждением пускового воздуха при его расширении в цилиндре. Это приводит к увеличению периода задержки воспламенения топлива, вследствие чего возрастает скорость нарастания давления, достигая 1,5 – 2 МПа на 1 гр. ПКВ и может повышаться максимальное давление сгорания.
Механическая и тепловая напряженность двигателя увеличиваются вследствие возрастания динамических показателей рабочего процесса. Кроме того, рост напряжений в деталях двигателя объясняется сменой режимов работы при повторных пусках и особенно при резком изменении нагрузки двигателя, когда меняется не только характер действующих усилий, но также зазоры и посадки в сопряженных рабочих узлах. Надо учитывать и изменение условий смазывания трущихся поверхностей, возможность нарушения гидродинамической масляной пленки. Условия становятся еще более жесткими при пуске холодного двигателя и использовании тяжелых топлив с низким значением цетанового числа, характеризующего способность топлива к самовоспламенению.
На характер нарастания нагрузок влияют также конструктивные особенности двигателя: форма камеры сгорания, схема газообмена, давление впрыскивания топлива в пусковой период, способ пуска (раздельный или смешанный), пусковая цикловая подача топлива.
При пуске двигателя на сжатом воздухе увеличивается степень неравномерности вращения коленчатого вала, которая при определенных условиях может достигать значений 1/10 и более. Это происходит вследствие пропуска вспышек в отдельных цилиндрах из-за ухудшения условий для воспламенения топлива.
На пусковых режимах происходит интенсивное изнашивание трущихся пар, особенно цилиндровых втулок. По статическим данным износ втулки за каждый пуск примерно равен износу за 6 – 10 ч стабильной работы на режимах полного хода. Наблюдается и повышенная химическая коррозия от воздействия серной, угольной и азотной кислот, образующихся вследствие конденсации паров воды на поверхности втулок из-за низкой температуры.
Таким образом, режимы пуска относятся к наиболее напряженным режимам работы двигателя, на долю которых приходится наибольшее число отказов и повреждений.
Для создания более благоприятных условий пуска двигателя и повышения надежности работы в пусковой период осуществляют следующие мероприятия: предварительный постепенный прогрев двигателя путем подогрева воды в системах охлаждения цилиндров, поршней, форсунок; подогрев смазочного масла в циркуляционной системе до 40 – 45 гр.; пуск двигателя на дизельном топливе, обладающем хорошей способностью к самовоспламенению; повышение давления впрыскивания топлива для улучшения качества смесеобразования; подогрев пускового воздуха для предотвращения его переохлаждения при расширении; выбор наиболее рациональных значений пусковой частоты вращения и цикловой подачи топлива. Эти факторы тщательно исследуют и находят непосредственное отражение в математических программах обеспечения автоматических систем управления.
Режимы прогревания и остывания двигателя
Прогревание двигателя, ввод в режим эксплуатационной нагрузки, снижение нагрузки и внезапная остановка относятся к переходным режимам, во время которых в деталях ЦПГ возникают значительные термические напряжения, а скорость изменения температур деталей и перепады температур по толщине стенки цилиндра достигают максимальных значений.
Во время пуска и при повышении нагрузки двигателя вследствие резкого, неравномерного повышения температуры рабочих узлов меняется зазоры в трущихся парах и условия смазывания, характер трения приближается к границам полужидкостного и полусухого. Наиболее интенсивный рост температуры наблюдается в течение первых 40 – 60с после перехода двигателя на работу на топливе. Основные детали ЦПГ прогреваются. Головка поршня нагревается почти мгновенно, воспринимая поток теплоты от воздействия пламени, юбка прогревается значительно медленнее вследствие теплопроводности материала. Быстрому нагреву подвержены также верхняя часть цилиндровой втулки и днище крышки цилиндра. Чем быстрее нарастает нагрузка двигателя, тем больше рост температур, а следовательно, и их перепад в различных частях деталей.
Неравномерный прогрев втулки цилиндра приводит к ее деформации, а повышенный нагрев поршня приводит к уменьшению зазора между ними, что в свою очередь способствует повышенному износу трущихся поверхностей.
Температурный перепад и скорость нарастания температур в значительной мере зависят от начального теплового состояния двигателя, поэтому для всех главных и особенно мощных малооборотных двигателей предварительное прогревание перед пуском обязательно в соответствии с требованиями завода-изготовителя. Чем больше масса двигателя, тем больше тепловая инерция деталей ЦПГ и, следовательно, более длителен процесс прогревания.
Предварительно прогретый двигатель может быстро выводиться на режим 50%-ной нагрузки. В дальнейшем нагрузку увеличивают ступенями с выдержкой времени на каждой ступени, что оговаривается конкретно для каждого двигателя в инструкции по эксплуатации. В системах автоматического дистанционного управления режимы прогревания заложены в программы обеспечения, причем предусматривается несколько вариантов ввода двигателя в режим: экстренный (аварийный) с выводом на номинальную частоту вращения за 30 – 60с; ускоренный – за 12 – 20 мин; нормальный – в течение времени, предусмотренного в инструкции (до 1,5 – 2 ч).
При планируемой остановке понижение нагрузки двигателя начинается заблаговременно с получением сообщения с мостика. Нагрузка понижается до 50% номинальной шестью – семью ступенями с выдержкой времени на каждой ступени 2 – 5 мин. На пониженной нагрузке до начала маневров двигатель должен отработать не менее 30 мин.
При экстренной остановке необходимо принять меры для поддержания температурного режима охлаждения и смазывания на нормальном рабочем уровне.
При остановке двигателя и получении команды о том, что он больше не потребуется, необходимо обеспечить его постепенное равномерное охлаждение. Для этого двигатель продолжают прокачивать охлаждающей водой и циркуляционным маслом до установления нулевого перепада температур на входе и выходе. Запрещается сокращать время ввода в режим и вывода двигателя из ходового режима за исключением аварийных случаев.
Режим работы при реверсировании
Реверсирование двигателя в зависимости от эксплуатационных ситуаций производят в широком диапазоне скоростей судна: от близкой к нулю при маневрировании, до скорости полного хода в открытом море. Скорость реверсирования двигателя является важной характеристикой маневренных качеств судна в целом. Реверсирование является тяжелым для двигателя режимом, так как на характер изменения нагрузок воздействуют одновременно два фактора: изменение динамических показателей рабочего процесса двигателя и изменение гидродинамических условий работы гребного винта.
Реверсирование начинают с остановки двигателя переводом топливных насосов на нулевую подачу (топливная рукоятка в положении «Стоп»). При этом вал двигателя продолжает вращаться под действием потока воды, вращающей гребной винт в прежнем направлении, и сил инерции вращающихся масс системы двигатель – валопровод. Вращение вала называется свободным выбегом двигателя, продолжительность которого зависит от тоннажа и скорости судна.
Как видно из графика (рис. 10.7), при нормальной частоте вращения 90 об/мин время свободного выбега (кривая 1) может достигать 60 с. Для сокращения времени выбега применяют торможение вала двигателя подачей в цилиндры контрвоздуха через пусковые клапаны на линии сжатия. При этом принужденный выбег (кривая 2) уменьшается до 10 с. Очевидно, что при сокращении выбега двигателя сокращается и выбег корпуса судна, под которым понимают путь, проходимый до полной остановки по инерции, следовательно, ускоряется и процесс реверсирования.
Эффективность применения контрвоздуха можно оценить по индикаторной диаграмме торможения (рис. 10.8). Линия ab соответствует процессу сжатия воздуха в цилиндре, bc – подаче в цилиндр контрвоздуха, сопровождаемой резким повышением давления, cd – заключительному этапу сжатия воздуха, влияющему на тормозной момент, de – выпуску воздуха в ресивер. Чем выше давление контрвоздуха и чем больше время его подачи в цилиндры (время открытия пускового клапана), тем больше площадь индикаторной диаграммы торможения и, следовательно, больше тормозной момент. Чем выше частота вращения, тем меньше тормозной эффект, так как уменьшается время открытия пусковых клапанов, поэтому подачу контрвоздуха в цилиндры надо начинать при снижении частоты вращения до малого хода.