Если все другие факторы, увеличивающие сопротивление движению судна, временны, могут изменяться и исчезать вовсе, то-обрастание корпуса само собой не исчезает и полностью может быть устранено только в доке. Интенсивное обрастание корпусам ракушками и особого вида травой наблюдается в основном в теплых водах, при температуре забортной воды выше 25°С, и преимущественно при стоянках в тропических портах. Процесс этот продолжается непрерывно, на слое уже умерших организмов развиваются новые, и при длительных стоянках в портах толщина слоя обрастания может достигать нескольких сантиметров.
Развитие процесса обрастания корпуса механики замечают по медленному и неуклонному падению частоты вращения главного дизеля при неизменном положении топливной рукоятки. Соответственно падает и скорость судна. Если даже путем увеличения подачи топлива достичь номинальной частоты вращения, то все равно скорость судна будет меньше обычной.
Но такая операция вызовет повышение давления рг сверх номинального, а следовательно, и перегрузку дизеля по мощности. На это механики обычно не идут и оставляют дизель работать при том положении топливной рукоятки, когда давление рг достигало бы заданных величин, дизель развивал бы соответствующие частоту вращения и мощность, а судно достигало заданной скорости.
Можно заметить, что дизель слабо реагирует на изменение подачи топлива как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения. Штатные приборы дизеля ничем не показывают, в каком состоянии находится дизель. Индикаторные диаграммы показывают, что давление сжатия pCi максимальное давление горения рг и среднее индикаторное давление рг по цилиндрам уменьшились. Вследствие уменьшения давления рг и частоты вращения п уменьшилась и мощность Nt дизеля. Температура выпускных газов, если и повысилась, то очень незначительно.
За исключением несоответствия частоты вращения дизеля цикловой подаче топлива, все кажется благополучным.
В действительности же дизель оказывается перегруженным в тепловом отношении. Известно, что тепловая напряженность определяется уровнем наивысших температур в отдельных точках деталей ЦПГ и температурный перепад в них растет с увеличением мощности.
Для каждого дизеля существует определенное соотношение величин рг и п, которому соответствует тепловая напряженность деталей ЦПГ.
Сочетания величин рг и п, соответствующие данному уровню тепловой напряженности, могут быть различными. С изменением частоты вращения изменяется рабочий процесс и, следовательно, процесс теплообмена между газом и стенками деталей. Оба эти процесса зависят в основном от коэффициента избытка воздуха.
При возрастании сопротивления движению судна частота вращения дизеля падает, но при неизменном положении топливной 'рукоятки цикловая подача топлива в цилиндры остается прежней. Вместе с падением частоты вращения падает и давление продувочного воздуха, а следовательно, и количество воздуха, подаваемого за цикл, уменьшается. При неизменной подаче топлива за цикл и уменьшении количества воздуха, подаваемого для сжигания этой порции топлива, уменьшается коэффициент избытка воздуха а и повышается весь температурный режим цикла. Однако, как сказано выше, температура выпускных газов при этом не возрастает, а во многих случаях она ниже номинального предела.
При таком процессе работы дизеля происходит перераспределение теплового баланса и детали ЦПГ получают за цикл большее количество тепла, чем в то время, когда дизель развивал полную частоту вращения.
Это можно пояснить следующим образом. При относительно чистом корпусе судна главный дизель развивает соответствующую загрузке судна частоту вращения, близкую к номинальной. С увеличением частоты вращения продолжительность теплообмена между газами и стенками цилиндра сокращается, что способствует повышению средней температуры цикла, а следовательно, и температуры выпускных газов. При частоте вращения, близкой к номинальной, количество поступающего в цилиндры воздуха за цикл близко расчетному.
Если сопротивление движению судна возрастает, частота вращения дизеля начнет падать, а цикловая подача топлива в цилиндры останется прежней, то время для теплообмена между газами и стенками деталей ЦПГ увеличится и они начнут воспринимать большее количество тепла, чем при полной частоте вращения.
Уменьшение коэффициента избытка воздуха способствует удлинению процесса теплообмена и увеличению средней температуры в наиболее напряженных точках деталей ЦПГ.
Поскольку амплитуда цикловых колебаний температуры стенок примерно обратно пропорциональна корню квадратному из величины частоты вращения и прямо щюпорциональна цикловой подаче топлива, то при падении частоты вращения и неизменной подаче топлива эта амплитуда будет возрастать и дизель окажется перегруженным в тепловом отношении.
Для большинства деталей при 100%-ной нагрузке и соответствующей частоте вращения амплитуда цикловых колебаний температуры стенок камеры сгорания находится в пределах 20°С. У перегруженного в тепловом отношении дизеля эта амплитуда достигает 50°С.
Рис. 52. Цикловые колебания температуры в стенке камеры сжатия малооборотного дизеля на режиме перегрузки
На рис. 52 показаны результаты измерений температуры деталей ЦПГ одноцилиндрового опытного отсека дизеля Доксфорд D= 670 мм, Sвер = 730 мм; SНиж=1370 мм; п=,125 об/мин; p1 = = 9,1 кгс/см2). Цилиндр перегружен по крутящему моменту, в результате чего частота вращения упала до 91 об/мин, а давление рг возросло до 10,12 кгс/см2.
Как видно из графика, резкие колебания температуры (кривая 1) наблюдаются только на поверхности деталей и уже на глубине 4 мм практически не ощущаются {2, 3, 4 — глубина соответственно 1, 2, 3 мм). Это явление безопасно только для деталей, не имеющих механических и структурных дефектов на поверхности, но желательно, чтобы амплитуда колебания была возможно меньшей.
Для того чтобы приблизить соотношение частоты вращения и подачу топлива на цикл к нормальному, необходимо убавить подачу топлива, изменив положение топливной рукоятки.
Поскольку ни один из штатных приборов дизеля не указывает уровня тепловой напряженности, его оценивают по доступным для механиков эксплуатационным показателям, одним из которых является отношение р2/p1. С увеличением этого отношения тепловая напряженность деталей ЦПГ возрастает. Однако, как констатируют Г. А. Давыдов и М. К. Овсянников, это заключение не имеет общего характера.
Например, для дизелей Бурмейстер и Вайн VTBF и VT2BF увеличение отношения p2/pi на 10% номинального повышает температуру газов на 25°С и уменьшает расход топлива на 5 г/э. л.с-ч. Получается, что тепловой баланс дизеля оказывается в этом случае более благоприятным для тепловой напряженности деталей ЦПГ.
В дизелях, например, МАН, которые считаются в тепловом отношении умеренно напряженными, отношение pzlpi выше, чем у многих дизелей других фирм. Фирма «Бурмейстер и Вайн» считает, что отношение P2/pi, равное приблизительно 7, является оптимальным при значении р\ по меньшей мере до 10 кгс/см2. Безусловно, это будет справедливо в том случае, когда удельный расход воздуха на цикл близок к расчетному. Об этом можно судить по частоте вращения ГТН и давлению продувочного воздуха, которые должны соответствовать спецификационным показателям.
Такой критерий, как отношение р2/ри1следует безусловно использовать, несмотря на то, что он не обладает универсальностью.
В инструкциях по обслуживанию дизелей различных фирм отношение pJPi как критерий теплонапряженности указывается редко, но механик может определить его оптимальные величины путем несложной статистики. Для этого на судне нужно просмотреть все копии индикаторных диаграмм и рассортировать их по группам так, чтобы в каждой группе были диаграммы, снятые в относительно близких условиях. Минимальные данные для этого имеются на бланках диаграммы (количество груза в рейсе, состояние моря, положение топливной рукоятки, род топлива, частота вращения дизеля, среднее индикаторное давление, давление продувочного воздуха, скорость судна при снятии диаграмм).
Для каждой группы следует определить средний показатель отношения Pz/Pi- За оптимальную величину р2/рг можно принять величину, полученную из диаграмм, которые сняты при плавании в полном грузу на относительно спокойной поверхностй мопя. Положение топливной рукоятки должно соответствовать заданной по р{ нагрузке дизеля и близким к номинальным значениям давления продувочного воздуха и частоты вращения коленчатого вала. Полученное по таким диаграммам отношение рг/р{ следует считать исходным, и в случае возрастания этой величины убавлять цикловую подачу топлива, несмотря на то, что скорость судна упадет.
В отличие от других видов дополнительных сопротивлений движению судна процесс обрастания корпуса протекает постепенно и прекращается только после постановки в док или при переходе судна в прохладную пресную воду. Поэтому при длительном плавании в одних и тех же условиях контролировать увеличение сопротивления движению судна определением отношения р2/р1 сравнительно не трудно.
В свое время был предложен еще один способ контроля за нагрузкой главного дизеля, доступный для использования в судовой обстановке: отношение скорости судна к частоте вращения дизеля v/n. Так же как и отношение p2/p1 оно не дает количественных показателей теплонапряженности и служит только как показатель изменения нагрузки дизеля. Пользуются им следующим образом.
Если судно имело скорость vu а дизель развивал частоту вращения пх и скорость судна и частота вращения изменились v2 и п2у то при разности отношений V\\rt\—v2fn2 меньше нуля сопротивление движению судна уменьшится. Если по давлению pi и другим параметрам дизель не достиг заданных инструкцией величин, можно добавить подачу топлива и использовать благоприятные условия для увеличения скорости.
Если же разность V\/ni—v2/n2 окажется больше нуля, то сопротивление движению судна возрастет и необходимо сразу же снять индикаторные диаграммы и выяснить, не превосходит ли давление рг по цилиндрам допустимых величин, а заодно проверить нагрузку дизеля по отношению pzlpi- Разумеется, это можно сделать при относительно небольших колебаниях частоты вращения дизеля вследствие килевой качки.
Может быть и такой вариант. Частота вращения дизеля и скорость судна упали, а отношения vxlnx и v2/n2 оказались равны. В этом случае причину следует искать в самом дизеле и прежде всего обратить внимание на состояние форсунок.
Предложенные два метода оценки степени тепловой нагрузки в сочетании с показаниями индикаторных диаграмм помогут механикам оградить главные дизели от тепловых перегрузок и увеличить срок службы деталей ЦПГ.
Развитие процесса обрастания корпуса механики замечают по медленному и неуклонному падению частоты вращения главного дизеля при неизменном положении топливной рукоятки. Соответственно падает и скорость судна. Если даже путем увеличения подачи топлива достичь номинальной частоты вращения, то все равно скорость судна будет меньше обычной.
Но такая операция вызовет повышение давления рг сверх номинального, а следовательно, и перегрузку дизеля по мощности. На это механики обычно не идут и оставляют дизель работать при том положении топливной рукоятки, когда давление рг достигало бы заданных величин, дизель развивал бы соответствующие частоту вращения и мощность, а судно достигало заданной скорости.
Можно заметить, что дизель слабо реагирует на изменение подачи топлива как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения. Штатные приборы дизеля ничем не показывают, в каком состоянии находится дизель. Индикаторные диаграммы показывают, что давление сжатия pCi максимальное давление горения рг и среднее индикаторное давление рг по цилиндрам уменьшились. Вследствие уменьшения давления рг и частоты вращения п уменьшилась и мощность Nt дизеля. Температура выпускных газов, если и повысилась, то очень незначительно.
За исключением несоответствия частоты вращения дизеля цикловой подаче топлива, все кажется благополучным.
В действительности же дизель оказывается перегруженным в тепловом отношении. Известно, что тепловая напряженность определяется уровнем наивысших температур в отдельных точках деталей ЦПГ и температурный перепад в них растет с увеличением мощности.
Для каждого дизеля существует определенное соотношение величин рг и п, которому соответствует тепловая напряженность деталей ЦПГ.
Сочетания величин рг и п, соответствующие данному уровню тепловой напряженности, могут быть различными. С изменением частоты вращения изменяется рабочий процесс и, следовательно, процесс теплообмена между газом и стенками деталей. Оба эти процесса зависят в основном от коэффициента избытка воздуха.
При возрастании сопротивления движению судна частота вращения дизеля падает, но при неизменном положении топливной 'рукоятки цикловая подача топлива в цилиндры остается прежней. Вместе с падением частоты вращения падает и давление продувочного воздуха, а следовательно, и количество воздуха, подаваемого за цикл, уменьшается. При неизменной подаче топлива за цикл и уменьшении количества воздуха, подаваемого для сжигания этой порции топлива, уменьшается коэффициент избытка воздуха а и повышается весь температурный режим цикла. Однако, как сказано выше, температура выпускных газов при этом не возрастает, а во многих случаях она ниже номинального предела.
При таком процессе работы дизеля происходит перераспределение теплового баланса и детали ЦПГ получают за цикл большее количество тепла, чем в то время, когда дизель развивал полную частоту вращения.
Это можно пояснить следующим образом. При относительно чистом корпусе судна главный дизель развивает соответствующую загрузке судна частоту вращения, близкую к номинальной. С увеличением частоты вращения продолжительность теплообмена между газами и стенками цилиндра сокращается, что способствует повышению средней температуры цикла, а следовательно, и температуры выпускных газов. При частоте вращения, близкой к номинальной, количество поступающего в цилиндры воздуха за цикл близко расчетному.
Если сопротивление движению судна возрастает, частота вращения дизеля начнет падать, а цикловая подача топлива в цилиндры останется прежней, то время для теплообмена между газами и стенками деталей ЦПГ увеличится и они начнут воспринимать большее количество тепла, чем при полной частоте вращения.
Уменьшение коэффициента избытка воздуха способствует удлинению процесса теплообмена и увеличению средней температуры в наиболее напряженных точках деталей ЦПГ.
Поскольку амплитуда цикловых колебаний температуры стенок примерно обратно пропорциональна корню квадратному из величины частоты вращения и прямо щюпорциональна цикловой подаче топлива, то при падении частоты вращения и неизменной подаче топлива эта амплитуда будет возрастать и дизель окажется перегруженным в тепловом отношении.
Для большинства деталей при 100%-ной нагрузке и соответствующей частоте вращения амплитуда цикловых колебаний температуры стенок камеры сгорания находится в пределах 20°С. У перегруженного в тепловом отношении дизеля эта амплитуда достигает 50°С.
На рис. 52 показаны результаты измерений температуры деталей ЦПГ одноцилиндрового опытного отсека дизеля Доксфорд D= 670 мм, Sвер = 730 мм; SНиж=1370 мм; п=,125 об/мин; p1 = = 9,1 кгс/см2). Цилиндр перегружен по крутящему моменту, в результате чего частота вращения упала до 91 об/мин, а давление рг возросло до 10,12 кгс/см2.
Как видно из графика, резкие колебания температуры (кривая 1) наблюдаются только на поверхности деталей и уже на глубине 4 мм практически не ощущаются {2, 3, 4 — глубина соответственно 1, 2, 3 мм). Это явление безопасно только для деталей, не имеющих механических и структурных дефектов на поверхности, но желательно, чтобы амплитуда колебания была возможно меньшей.
Для того чтобы приблизить соотношение частоты вращения и подачу топлива на цикл к нормальному, необходимо убавить подачу топлива, изменив положение топливной рукоятки.
Поскольку ни один из штатных приборов дизеля не указывает уровня тепловой напряженности, его оценивают по доступным для механиков эксплуатационным показателям, одним из которых является отношение р2/p1. С увеличением этого отношения тепловая напряженность деталей ЦПГ возрастает. Однако, как констатируют Г. А. Давыдов и М. К. Овсянников, это заключение не имеет общего характера.
Например, для дизелей Бурмейстер и Вайн VTBF и VT2BF увеличение отношения p2/pi на 10% номинального повышает температуру газов на 25°С и уменьшает расход топлива на 5 г/э. л.с-ч. Получается, что тепловой баланс дизеля оказывается в этом случае более благоприятным для тепловой напряженности деталей ЦПГ.
В дизелях, например, МАН, которые считаются в тепловом отношении умеренно напряженными, отношение pzlpi выше, чем у многих дизелей других фирм. Фирма «Бурмейстер и Вайн» считает, что отношение P2/pi, равное приблизительно 7, является оптимальным при значении р\ по меньшей мере до 10 кгс/см2. Безусловно, это будет справедливо в том случае, когда удельный расход воздуха на цикл близок к расчетному. Об этом можно судить по частоте вращения ГТН и давлению продувочного воздуха, которые должны соответствовать спецификационным показателям.
Такой критерий, как отношение р2/ри1следует безусловно использовать, несмотря на то, что он не обладает универсальностью.
В инструкциях по обслуживанию дизелей различных фирм отношение pJPi как критерий теплонапряженности указывается редко, но механик может определить его оптимальные величины путем несложной статистики. Для этого на судне нужно просмотреть все копии индикаторных диаграмм и рассортировать их по группам так, чтобы в каждой группе были диаграммы, снятые в относительно близких условиях. Минимальные данные для этого имеются на бланках диаграммы (количество груза в рейсе, состояние моря, положение топливной рукоятки, род топлива, частота вращения дизеля, среднее индикаторное давление, давление продувочного воздуха, скорость судна при снятии диаграмм).
Для каждой группы следует определить средний показатель отношения Pz/Pi- За оптимальную величину р2/рг можно принять величину, полученную из диаграмм, которые сняты при плавании в полном грузу на относительно спокойной поверхностй мопя. Положение топливной рукоятки должно соответствовать заданной по р{ нагрузке дизеля и близким к номинальным значениям давления продувочного воздуха и частоты вращения коленчатого вала. Полученное по таким диаграммам отношение рг/р{ следует считать исходным, и в случае возрастания этой величины убавлять цикловую подачу топлива, несмотря на то, что скорость судна упадет.
В отличие от других видов дополнительных сопротивлений движению судна процесс обрастания корпуса протекает постепенно и прекращается только после постановки в док или при переходе судна в прохладную пресную воду. Поэтому при длительном плавании в одних и тех же условиях контролировать увеличение сопротивления движению судна определением отношения р2/р1 сравнительно не трудно.
В свое время был предложен еще один способ контроля за нагрузкой главного дизеля, доступный для использования в судовой обстановке: отношение скорости судна к частоте вращения дизеля v/n. Так же как и отношение p2/p1 оно не дает количественных показателей теплонапряженности и служит только как показатель изменения нагрузки дизеля. Пользуются им следующим образом.
Если судно имело скорость vu а дизель развивал частоту вращения пх и скорость судна и частота вращения изменились v2 и п2у то при разности отношений V\\rt\—v2fn2 меньше нуля сопротивление движению судна уменьшится. Если по давлению pi и другим параметрам дизель не достиг заданных инструкцией величин, можно добавить подачу топлива и использовать благоприятные условия для увеличения скорости.
Если же разность V\/ni—v2/n2 окажется больше нуля, то сопротивление движению судна возрастет и необходимо сразу же снять индикаторные диаграммы и выяснить, не превосходит ли давление рг по цилиндрам допустимых величин, а заодно проверить нагрузку дизеля по отношению pzlpi- Разумеется, это можно сделать при относительно небольших колебаниях частоты вращения дизеля вследствие килевой качки.
Может быть и такой вариант. Частота вращения дизеля и скорость судна упали, а отношения vxlnx и v2/n2 оказались равны. В этом случае причину следует искать в самом дизеле и прежде всего обратить внимание на состояние форсунок.
Предложенные два метода оценки степени тепловой нагрузки в сочетании с показаниями индикаторных диаграмм помогут механикам оградить главные дизели от тепловых перегрузок и увеличить срок службы деталей ЦПГ.
Комментариев нет:
Отправить комментарий
Примечание. Отправлять комментарии могут только участники этого блога.