Systém sekvenčného preplňovania naftového motora dokáže efektívne vyriešiť problém zosúladenia naftového motora a turbodúchadla pri nízkych otáčkach a nízkom zaťažení a efektívne zlepšiť výkon, hospodárnosť a emisné charakteristiky naftového motora pri nízkych prevádzkových podmienkach. Je široko používaný v lodných dieselových motoroch.
Tento článok predstavuje štruktúru a súvisiace charakteristiky systému sekvenčného preplňovania turbodúchadlom určitého typu lodného dieselového motora. Na základe bežných chýb nahromadených počas dlhodobých{1} testov údržby tohto typu motora sumarizuje, zovšeobecňuje a študuje riešenia a navrhuje relevantné opatrenia.
Tento článok má významnú referenčnú hodnotu pre proces údržby a opravy tohto typu systému sekvenčného preplňovania turbodúchadlom, ako aj pre odstraňovanie podobných porúch.
I. Štruktúra, pracovný proces a charakteristika systému sekvenčného turbodúchadla
Sekvenčné preplňovanie dieselových motorov sa vzťahuje na konfiguráciu, kde je jeden dieselový motor vybavený dvoma alebo viacerými turbodúchadlami, ktoré sú zapojené paralelne, spolu s výfukovým a sacím systémom lodného dieselového motora, aby vytvorili systém preplňovania turbodúchadlom. Všetky turbodúchadlá pracujú podľa určitej logiky buď postupne alebo súčasne. Je známe aj ako sekvenčné preplňovanie turbodúchadlom.
Vďaka vynikajúcemu zodpovedajúcemu výkonu, výkonu a hospodárnosti sekvenčných turbodúchadiel sa tieto turbodúchadlá bežne používajú vo vysokovýkonných{0}}motoroch a dieselových motoroch pre lode s premenlivým zaťažením.
1. Štruktúra a postupný proces posilňovania
Na príklade systému sekvenčného preplňovania turbodúchadlom určitého typu lodného dieselového motora predstavíme štruktúru systému sekvenčného preplňovania.
Tento typ naftového motora je vybavený dvoma rovnakými turbodúchadlami, ktoré vyrába domáca firma. Za predpokladu, že štruktúra vznetového motora a systém preplňovania turbodúchadlom zostane v podstate nezmenený, je tento systém sekvenčného preplňovania navrhnutý tak, aby vyhovoval rôznym prevádzkovým podmienkam lode. Na prácu pri čiastočnom zaťažení využíva jedno z turbodúchadiel, ktoré sa prispôsobujú podmienkam čiastočného zaťaženia, takže naftový motor má vysoký súčiniteľ spaľovacieho prebytku vzduchu a maximálny možný krútiaci moment.
Pri vstupe do stavu vysokej{0}}záťaže sa uvedie do činnosti riadené turbodúchadlo (druhé).
Obrázok 1 Schéma štruktúry systému sekvenčného preplňovania turbodúchadlom pre dieselové motory
Jeho štruktúra je znázornená na obrázku 1. Po úspešnom naštartovaní naftového motora sa posilňovač TCA v stĺpci A okamžite spustí, zatiaľ čo posilňovač TCB v stĺpci B nefunguje. Všetky výfukové plyny zo stĺpcov A a B sa teda centrálne privádzajú do posilňovacej TCA v stĺpci A, čím poháňajú turbínu pomocnej TCA do otáčania. Posilňovač TCA potom stlačí vzduch a prečerpá ho do medzichladiča. Stlačený vzduch je ochladzovaný medzichladičom a rovnomerne vstupuje do valcov stĺpcov A a B.
Zosilňovač TCB v stĺpci B je riadený posilňovač, ktorý je ovládaný hlavne vzduchovým ventilom a plynovým ventilom, aby sa dosiahlo spustenie{0}}zastavenie riadeného posilňovača. Plynový ventil ovláda spojenie a odpojenie medzi výfukovým potrubím stĺpca B a turbínovým koncom TCB, zatiaľ čo vzduchový ventil ovláda spojenie a odpojenie medzi kompresorom TCB a sacím potrubím stĺpca B. Keď sa zvýšia otáčky, zaťaženie a plniaci tlak, riadiaci systém STC (Sequential Turbochargeing System) automaticky otvorí plynový ventil a vzduchový ventil a riadený posilňovač TCB sa uvedie do prevádzky.
Z vyššie uvedeného procesu je zrejmé, že postupné posilňovanie tohto typu naftového motora možno považovať za systém preplňovania turbodúchadlom, ktorý nie je -priebežne premenlivý{1}}.
Pri vysokých zaťaženiach pracujú oba zosilňovače súčasne;
Pri nízkych zaťaženiach prestane fungovať posilňovač TCB, čo je ekvivalentné zmenšeniu prietokovej plochy dýzy turbíny, takže pred a za turbínou je stále relatívne vysoký tlak, ktorý vytvára vyšší plniaci tlak, spĺňajúci požiadavky na objem nasávaného vzduchu, keď dieselový motor pracuje pri nízkych otáčkach a veľkom krútiacom momente.
2. Charakteristika tohto typu sekvenčného preplňovania
(1) Dieselový motor a systém sekvenčného preplňovania turbodúchadlom majú dobrú zhodnú charakteristiku.
Dobré zosúladenie sa konkrétne prejavuje takto: pri akomkoľvek zaťažení, úpravou tlaku vzduchu a prietoku vstupujúceho a vystupujúceho z kompresora a naftového motora, môže systém sekvenčného preplňovania vždy pracovať efektívne. Prechodná odozva je rýchla, nízke-preplňovanie je dostatočné, vysoké-otáčky sa neprehrievajú ani nepretáčajú, zrýchlenie je rýchle a nevychádza čierny dym. Spotreba paliva, teplota výfukových plynov, emisie atď. vznetového motora – to všetko dosahuje optimálny stav.
(2) Systém sekvenčného preplňovania turbodúchadlom umožňuje lodnému dieselovému motoru mať vynikajúcu spotrebu paliva a účinnosť pri nízkom-zaťažení, ako aj vysoký výkon a stabilitu pri vysokom-zaťažení.
Prevádzka lodného dieselového motora počas plavby vyžaduje, aby pracoval pri rôznych podmienkach zaťaženia a je potrebné časté prepínanie zaťaženia motora. Dobre{1}}zladený systém sekvenčného preplňovania turbodúchadlom umožňuje lodnému dieselovému motoru splniť tieto požiadavky.
(3) Systém sekvenčného preplňovania turbodúchadlom je pomerne zložitý.
Tento systém preplňovania turbodúchadlom vyžaduje pridanie sady regulačných zosilňovačov (TCB) pre plynové a vzduchové regulačné ventily, ako aj riadiaci systém. To zvyšuje počet poruchových bodov a poruchovosť a zvyšuje náklady na údržbu.
Okrem toho sú počas procesu navrhovania potrebné presné výpočty zosúladenia posilňovačov a prietoku a tlaku nasávania a výfukových plynov a tlaku naftového motora a je potrebné určiť načasovanie činnosti riadených posilňovačov TCB.
II. Bežné chyby a analýza príčin
1. Náraz turbodúchadla
Náraz turbodúchadla označuje jav, kedy otáčky turbodúchadla zostávajú konštantné, ale ak sa prietok vzduchu vstupujúceho do kompresora turbodúchadla zníži na určitú úroveň, smer plynu vstupujúceho do obežného kolesa kompresora a do difúzora sa odchyľuje od optimálnej hodnoty, čo spôsobuje výrazné kolísanie tlaku plynu v kompresore. Turbodúchadlo sa dostane do nestabilného pracovného stavu a na konci turbodúchadla vydáva dunivé alebo pískavé zvuky.
Táto chyba sa často vyskytuje v lodných dieselových motoroch so sekvenčnými turbodúchadlami. Prepätie môže urýchliť únavové poškodenie vnútorných častí, ako sú čepele, alebo urýchliť expanziu existujúcich trhlín. V závažných prípadoch môže viesť k zničeniu turbodúchadla.
Nárazy lodných dieselových motorov sa často vyskytujú v systémoch sekvenčného preplňovania turbodúchadlom. Tento systém pozostáva z komplexného sacieho a výfukového systému dieselového motora a turbodúchadiel a sacích a výfukových systémov. Existuje na to niekoľko hlavných dôvodov.
(1) Nedostatočný alebo nerovnomerný objem nasávaného vzduchu turbodúchadlom
Z určitých dôvodov je objem nasávaného vzduchu na konci kompresora turbodúchadla naftového motora nedostatočný alebo nie je plynulý. To spôsobí vzduchové víry alebo nestabilný tlak na vstupe a výstupe kompresora, čo vedie k rázom v turbodúchadle.
Turbínové trysky turbodúchadla sú navyše počas prevádzky náchylné na zanesenie nečistotami alebo cudzími predmetmi. To spôsobí, že vzduch v lopatkách turbíny sa zmení z laminárneho prúdenia na turbulentné prúdenie, čo zmení optimálny uhol dopadu na lopatky turbíny a tiež spôsobí rázy v turbodúchadle.
(2) Nestabilné otáčky dieselového motora alebo nerovnomerný výkon každého valca
Ak otáčky naftového motora kolíšu, energia plynu, ktorý tlačí turbínu turbodúchadla, sa stáva prerušovanou, čo vedie k nestabilnej prevádzke turbodúchadla a spôsobuje zlé prúdenie vzduchu na strane kompresora. V dôsledku toho dochádza k rázom v turbodúchadle.
Navyše, keď tento typ lodného dieselového motora pracuje pri nízkych otáčkach, často dochádza k situáciám, kedy sa niektoré valce nezapália. Tým sa znižuje potreba vzduchu, ktorá môže byť dokonca nižšia ako zásobovacia kapacita kompresora. Prebytočný vzduch prúdi späť na výstup kompresora, čo spôsobuje zablokovanie prúdu vzduchu na výstupe kompresora, zlé prúdenie vzduchu, zvýšený protitlak kompresora a ďalšie stavy, ktoré vedú k rázom v turbodúchadle.
(3) Systém sekvenčného preplňovania turbodúchadlom pracuje nekonzistentne s činnosťou naftového motora.
Činnosť systému sekvenčného preplňovania sa nezhoduje s činnosťou naftového motora. Riadiaci systém systému sekvenčného preplňovania turbodúchadlom nefunguje správne a nespĺňa požiadavky prevádzkových podmienok naftového motora, čo vedie k jeho zastaveniu alebo k riadenej činnosti riadeného kompresora.
Zjednodušene povedané, pri prevádzke za nízkych podmienok by sa riadené preplňovanie TCB malo používať iba vtedy, keď sa používa TCA, čo znamená, že TCA aj TCB sa používajú súčasne;
Pri použití TCA aj TCB počas vysokých podmienok však riadené preplňovanie TCB nefunguje a používa sa iba TCA.
Tento jav sa vyskytuje veľmi často pri určitom type lodného dieselového motora a je spôsobený najmä poruchami riadiaceho systému.
Podmienky pre uvedenie riadeného kompresora TCB do prevádzky v tomto type lodného dieselového motora sú:
Otáčky hlavného motora Väčšie alebo rovné * * * ot/min, otáčky kompresora väčšie alebo rovné * * *00 ot/min a plniaci tlak väčší alebo rovný 0. * * MPa.
Počas prevádzky naftového motora je celý proces automaticky riadený riadiacim prístrojom STC a pneumatickým pohonom s riadiacim tlakom vzduchu 0. * MPa dokončuje otváranie a zatváranie plynového ventilu a vzduchového ventilu a realizuje automatické spínanie. Okrem toho riadiaci vzduch tiež tlačí na piest ventilu, aby sa zabránilo otvoreniu alebo zatvoreniu ventilu v dôsledku vibrácií alebo iných dôvodov.
Obrázok 2 Riadiaci systém STC
Preto ak niektorý komponent v riadiacom systéme STC (ako je znázornené na obrázku 2) alebo jeho ovládače počas prevádzky naftového motora zlyhá, povedie to k problému zhody medzi turbodúchadlom a naftovým motorom, čo spôsobí rázovú poruchu v turbodúchadle.
Riadené turbodúchadlo TCB je navyše aktivované hlavne ovládaním otvárania a zatvárania plynového ventilu a vzduchového ventilu. Po dlhšom chode naftového motora sa v potrubí hromadí popol a karbónové usadeniny, ktoré môžu brániť úplnému uzavretiu plynového alebo vzduchového ventilu. To bude mať za následok únik plynu vypúšťaného naftovým motorom alebo vzduchu, ktorý sa doň dostane, a v závažných prípadoch to môže spôsobiť aj poruchu štart{2}}stop riadeného TCB turbodúchadla, čo spôsobí rázy v turbodúchadle.
2. Znížte plniaci tlak
Pomerne častou chybou je aj pokles plniaceho tlaku systému sekvenčného turbodúchadla. Medzi hlavné dôvody patrí zníženie otáčok posilňovacieho čerpadla, zlé nasávanie vzduchu v sacom kanáli pomocného čerpadla a poškodenie lopatiek kompresora. Konkrétna analýza je nasledovná.
(1) Zníženie otáčok posilňovacieho čerpadla
Pokles otáčok posilňovacieho čerpadla je zvyčajne spôsobený nedostatočným vstupom plynu do pomocného čerpadla. Najprv by sa mala skontrolovať hladkosť a tesnenie plynového kanála. Dlhodobá- prevádzka naftového motora môže spôsobiť nahromadenie sadzí na vnútornej stene výfukového potrubia, čo má za následok menší vnútorný priemer prietokovej cesty výfukového potrubia a slabý prietok plynu. Okrem toho je potrebné skontrolovať hladkosť trysky posilňovacieho čerpadla.
Tento typ motora sa kontroluje hlavne v troch aspektoch. Najprv by sa malo skontrolovať tesnenie výfukového potrubia. Výfukové potrubie tohto typu dieselového motora je rozdelené na 8 častí, pričom každá časť je integrovaná s 8-valcovým výfukovým potrubím a je inštalovaná na hlave valcov. 8 častí hlavného výfukového potrubia každého valca je spojených dohromady pomocou svoriek. Dlhodobá- prevádzka dieselového motora môže spôsobiť starnutie tesniacich krúžkov na spojovacích bodoch každého hlavného potrubia v dôsledku vysokých teplôt a tiež môže dochádzať k úniku plynu v spojovacích bodoch medzi každým hlavným výfukovým potrubím a výfukovým potrubím valcov a hlavou valcov.
Po druhé, skontrolujte, či v mieste spojenia medzi hlavným výfukovým potrubím a koncom turbíny turbodúchadla nie je uvoľnenie spôsobené vibráciami alebo z iných dôvodov. Môže dôjsť k úniku plynu a zlému tesneniu.
Po tretie, ak sa porucha plniaceho čerpadla pri nízkych otáčkach vyskytne počas nízko{0}}zaťaženia naftového motora, t. j. keď nie je v prevádzke riadené plniace čerpadlo TCB, najskôr skontrolujte utesnenie plynového ventilu ovládajúceho TCB riadeného plniaceho čerpadla. Ak plynový ventil nie je pevne zatvorený, časť plynu unikne cez zle utesnený plynový ventil do regulovaného posilňovacieho čerpadla, čo bude mať za následok zníženie objemu plynu vstupujúceho do A stĺpcového pomocného čerpadla TCA pri nízko{2}}zaťažení naftového motora, čo spôsobí, že otáčky posilňovacieho čerpadla budú pri nízkom-zaťažení nízke. Základom pre toto posúdenie chyby môže byť kontrola, či riadené posilňovacie čerpadlo TCB beží pri nízkej rýchlosti. Ak TCB beží pri nízkych otáčkach, znamená to, že plynový ventil nie je pevne zatvorený, do TCB uniká malé množstvo plynu, čo spôsobuje rotáciu, čo vedie k zníženiu plniaceho tlaku pri nízko{6}}zaťažení naftového motora. V závažných prípadoch môže spôsobiť prepätie posilňovacieho čerpadla.
(2) Hladkosť sacieho kanála a zhoršenie tesniaceho výkonu nasávacieho potrubia dieselového motora sú niektoré z problémov tohto typu dieselového motora, keď sa používa ako lodný dieselový motor. Spôsob príjmu sa líši medzi rôznymi typmi lodí. Existujú hlavne dva spôsoby: nasávanie strojovne a externé nasávanie.
Pri dieselových motoroch využívajúcich metódu nasávania do strojovne, ak sú všetky ventilátory strojovne výfukové, spôsobí to podtlak v strojovni, čo má za následok zníženie sacieho tlaku a nasávacieho objemu turbodúchadla.
V prípade dieselových motorov, ktoré používajú metódu externého nasávania, po-dlhodobej prevádzke počas inštalácie sacieho kanála a sacieho filtra vonkajší nečistý vzduch spôsobí nečistoty a upchatie sacieho filtra, sacieho potrubia, tlmiča a medzichladiča, čo povedie k zníženiu odporu nasávania, čo vedie k zníženiu nasávacieho tlaku a objemu nasávania a v konečnom dôsledku spôsobí zníženie plniaceho tlaku.
Okrem toho sa v dôsledku vibrácií lode a dieselového motora z času na čas vyskytujú problémy s uvoľnením v miestach pripojenia sacieho potrubia, čo povedie k netesnosti sacieho potrubia a zníženiu sacieho tlaku.
Pri nízko{0}}zaťaženej prevádzke, ak vzduchový ventil riadeného turbodúchadla nie je tesne uzavretý, časť vzduchu z riadeného turbodúchadla ním unikne, čo má za následok zníženie sacieho tlaku naftového motora.
Na záver je potrebné skontrolovať celistvosť lopatiek kompresora turbodúchadla. Ak toto turbodúchadlo niekedy zaznamenalo rázy, lopatky kompresora, najmä hroty lopatiek, sa môžu zdeformovať alebo inak poškodiť rotor kompresora, čo spôsobí zníženie účinnosti kompresora a zníženie objemu kompresora, čo má za následok pokles plniaceho tlaku.
3. Abnormálny hluk alebo vibrácie
Počas{0}}vysokorýchlostnej prevádzky kompresora sa môžu okrem nárazového hluku vyskytnúť aj iné typy porúch hluku, ako je prenikavý zvuk trenia alebo nárazu kovu, ktorý môže spôsobiť vibrácie kompresora.
Dôvody tohto problému sú mnohé. Napríklad zlé mazanie kompresora vedie k silnému opotrebovaniu podporných ložísk;
Dlhodobá{0} prevádzka naftového motora spôsobuje uvoľnenie spojovacích skrutiek medzi naftovým motorom a kompresorom;
Nerovnomerný krútiaci moment spojovacích skrutiek počas inštalácie kompresora;
Cudzie kovové predmety poškodzujúce rotor môžu spôsobiť odchýlenie kompresora alebo trenie s vonkajším okrajom krytu;
Včasná prevádzka riadeného kompresora TCB nie je včasná, čo vedie k nadmernej rýchlosti otáčania A stĺpcového kompresora TCA atď.
III. Bežné riešenia alebo preventívne opatrenia pre následné zlyhania systému zvyšujúce tlak
Prostredníctvom dlhodobej{0}}účasti na údržbe tohto typu lodného dieselového motora sme zhromaždili a zhrnuli bežné opatrenia na riešenie problémov a preventívne metódy pre bežné poruchy systému sekvenčného preplňovania turbodúchadlom tohto typu motora.
Pretože systém sekvenčného preplňovania je pomerne zložitý systém zložený zo systému sacieho a výfukového potrubia naftového motora, systému sacieho a výfukového potrubia preplňovacej jednotky a systému riadeného riadenia preplňovacej jednotky, pričom každý komponent je vzájomne závislý a vzájomne sa ovplyvňujúci, príčiny porúch nie sú izolované. Riešenia pre každú poruchu nie sú jedinečné. Na základe relevantných postupov sú zhrnuté nasledujúce bežné opatrenia na riešenie problémov a preventívne metódy pre systém postupných preplňovacích jednotiek.
(1) Keď turbodúchadlo naftového motora zaznamená ráz alebo má nízky plniaci tlak, mali by sa komplexne analyzovať príslušné parametre, aby sa určila príčina. Ak je to potrebné, motor by sa mal vypnúť kvôli kontrole.
Ak sa vyskytnú abnormálne zvuky alebo vibrácie a príčina sa nedá určiť, motor by sa mal najskôr vypnúť kvôli kontrole, aby sa predišlo ďalšiemu rozširovaniu rozsahu poruchy.
(2) Podľa skutočných podmienok používania, v súlade s požiadavkami na údržbu by sa mala vykonávať včasná údržba a údržba sacieho a výfukového potrubia naftového motora a sacieho a výfukového potrubia turbodúchadla. To zahŕňa najmä pravidelné čistenie vnútorných stien potrubí, aby sa zabránilo upchatiu a zabezpečila plynulosť; posilnenie kontroly tesnenia potrubia, najmä venovanie pozornosti problémom s tesnením spôsobeným koróziou steny potrubia alebo problémami s pripojením, aby sa zabránilo úniku výfukových plynov a dymu.
(3) Posilnite kontrolu protitlaku výfukových plynov, aby ste zabránili slabému prietoku výfukových plynov a znížili rázy v turbodúchadle. Najprv skontrolujte, či nie je tlak výfukových plynov na konci kompresora turbodúchadla príliš vysoký a skontrolujte znečistenie a upchatie vzduchového chladiča. Pravidelne čistite a udržiavajte chladič vzduchu, aby bol bez prekážok. Po druhé, skontrolujte prietok výfukových plynov a výfukových plynov z konca turbíny turbodúchadla. Niektoré lode inštalujú zariadenia na úpravu dymu, ako je zníženie hluku, a mali by sa pravidelne čistiť a udržiavať.
(4) Aby ste predišli hluku a vibráciám turbodúchadla, v kombinácii s opravou alebo údržbou pravidelne kontrolujte a vymieňajte konštrukciu rotora a tvar lopatiek. Udržujte tvar neporušený a bez deformácií. V prípade novo nainštalovaných alebo továrensky opravených turbodúchadiel-vykonajte testy dynamického vyváženia rotora. Ak je dynamické vyváženie nekvalifikované, malo by sa vykonať nastavenie mletia.
(5) Pravidelne kontrolujte a udržiavajte riadiaci systém STC za sebou nasledujúcich turbodúchadiel, aby ste zabezpečili, že moduly zberu, prenosu a spracovania údajov riadiaceho systému fungujú normálne. Podľa nastavenej logiky presne uchopiť stav riadených turbodúchadiel a podľa potreby vysielať pracovné signály štart alebo stop.
(6) Zabezpečiť normálnu činnosť plynových ventilov, vzduchových ventilov, zdrojov plynu atď. riadených turbodúchadiel. Zabráňte prilepeniu ventilu, čo by spôsobilo výfuk alebo únik vzduchu. Zabráňte nemožnosti normálneho spustenia alebo zastavenia plynového ventilu a vzduchového ventilu v dôsledku porúch iných výkonných mechanizmov, čím sa ovplyvní štart a zastavenie riadeného turbodúchadla.
(7) V systéme postupného preplňovania turbodúchadlom STC určitého typu dieselového motora, ktorý sa skúma v tomto článku, stĺpce A a B používajú turbodúchadlá rovnakej špecifikácie. Pre zlepšenie životnosti systému preplňovania turbodúchadlom a zníženie poruchovosti má riadené turbodúchadlo v stĺpci B kratšiu dobu prevádzky. Odporúča sa striedať otáčanie dvoch stĺpcov turbodúchadiel podľa pracovného času tak, aby boli servisné cykly oboch turbodúchadiel približne rovnaké a aby sa zlepšila miera využitia turbodúchadiel.
IV. Záver
Tento článok stručne predstavuje štruktúru a súvisiace charakteristiky postupnosti Turbodúchadlový systém určitého typu lodného dieselového motora. Na základe dlhodobých- praktických skúseností z testov údržby tohto typu motora autor sumarizuje a uzatvára bežné poruchy a navrhuje súvisiace riešenia, ako je pravidelná výmena sád kompresorov A a B. Tento článok má dobrú kvalitu a ekonomický prínos pre údržbu a opravu systému sekvenčného preplňovania turbodúchadlom tohto typu motora.