Эксплуатация современных судовых дизельных установок

При работе КД контролируются давления масла на управление и смазку, температура рабочего масла, и давление воды на уплотнение вала ротора, уровни масла в нижнем корпусе движителя и напорных бачках; отсутствие постороннего шума и плавность работы рычага управления. Необходимо также регулярно промывать фильтрующие элементы.

Проверяется поступления воды на охлаждение нижнего уплотнения вала ротора (вода может не поступать на слив из уплотнения). Если манометр подтверждает поступление воды к уплотнению, то отсутствие воды на выходе не должно беспокоить обслуживающий персонал, так как в этом случае вода, охладив уплотнение, уходит в зароторное пространство.

Выход на режим полной нагрузки разрешается после достижения температуры масла в корпусе 15…20°С.

В случае выхода из строя дистанционного управления необходимо перейти на аварийное управление с помощью рычагов, расположенных на сервомоторах. Перекладка рычагов производится плавно, без рывков. Время перекладки рычагов из одного крайнего положения в другое должны быть не более 7 сек.

Гидросистема движителя является одним из основных органов, обеспечивающих работу движителя.

Вязкость смеси масла выбирается в зависимости от нагруженности движителя. Необходимость составления смеси масел диктуется требованием обеспечения необходимой скорости деэмульсации масла (не более 15 мин), так как возможно попадание воды в масло. Турбинное масло обладает высокой скоростью деэмульсации.

Применяемое масл должно обеспечить работу редуктора (вязкое масло) и надежную смазку трущихся соединений. Но вязкое масло в чистом виде трудно перекачивается через движитель, если температура масла ниже 10°С. Поэтому иногда используют смеси масел. В авиационное масло добавляют турбинное масло в такой пропорции, чтобы обеспечить необходимую вязкость смеси.

Вязкость смеси масел составляет: для средненагруженных КД (типа ДКК 20/5) 59–62 сСт при 50°С; для высоконагруженных КД (типа ДКК 26/6) 85–87 сСт при 50°С. Смесь масел для КД составляют согласно специальной инструкции, которая входит в состав эксплуатационной документации.

Одним из способов контроля состояния масляной системы может быть наблюдение за уровнем масла в подпорном бачке. Обычно масло в бачке после длительной стоянки движителя опускается относительно контрольной отметки, т. е. ниже уровня фланца сливной трубы. А так как в этот бачок поступает масло из ротора, где оно собирается из всех зазоров, то восстановление уровня масла до отметки слива его из бачка будет являться определенной гарантией того, что масло поступает в зазоры движителя.

Если за период бездействия движителя уровень масла в подпорном бачке не понизился или понизился незначительно, что свидетельствует о нормальной работе всех уплотнений.

При длительной работе КД температура штатной смеси масла устанавливается порядка 45…60°С в зависимости от типа масла.

В период эксплуатации содержание воды в масле не должно быть выше 3 %.

Имеется ряд движителей, у которых нет системы постоянного подпора ротора маслом, т. е. в период работы движителя подпор осуществляется за счет центробежной силы в роторе. Масло распирает манжеты гнезд лопастей, и попадание воды через данные манжеты исключается. Однако в период остановки движителя из-за того, что уровень подпора находится ниже ватерлинии, необходимо производить подкачку масла в движитель, чтобы обеспечить противодавление на манжеты гнезд лопастей по отношению к забортной воде. Причем время после остановки движителя до закачки масла до уровня выше ватерлинии должно быть минимальным. В противном случае, если одна из двух манжет (нижняя) какого-либо гнезда лопасти потеряет герметичность, механизм движителя может быть обводнен.

В состав гидросистемы входят сервомоторы и масляный насос. Сервомоторы выполнены по следящей системе, т. е. каждому положению золотника соответствует определенное положение поршня.

Ходовой сервомотор движителя имеет блокировку, назначение которой – уменьшить шаг переднего или заднего хода в период боковых ходов, чтобы исключить перегрузку приводного двигателя.

Критерием нормальной работы сервомоторов является исполнение команды с «Полного вперед» на «Полный назад» (и наоборот) во всем диапазоне рабочих оборотов (частоты вращения) приводного двигателя за время не более 7 сек. После снятия давления рычаг управления с помощью пружин сервомоторов должен возвращаться в нулевое положение.

Масляный насос движителя обеспечивает работу гидросистемы движителя. Производительность масляного насоса движителя типа ДКК 20/5 составляет не менее 2 л/с при 500 об/мин ведущего вала движителя и температуре масла 40…50 °С.

Периодического наблюдения требуют Приводная цепь и звездочки приводов необходимо периодически осматривать, производя замер провисания цепи, который является критерием нормальной ее работы. Допустимое провисание цепи – не более 15 мм.

На всасывающем патрубке насоса традиционно устанавливается сдвоенный масляный фильтр.

При эксплуатации нового движителя масляный фильтр часто забивается краской, отстающей от деталей, расположенных в масляной ванне, а при эксплуатации движителя после ремонта в фильтре иногда задерживается грязь.

При эксплуатации движителя желательно на всасывающем патрубке иметь магнитный фильтр, чтобы обнаружить износ по появлению стального порошка в нем.

Рассмотрим ряд возможных типовых неисправностей КД типа ДКК 20/5.

1. Значительное снижение уровней масла в корпусе КД и в маслоподпорном бачке ротора и появление масляных пятен на воде. Причина: Нарушение герметичности ротора из-за неисправности манжетного уплотнения. Действия: постановка в док или его дифферентовка до выхода ротора из воды, выявление и устранение неисправности.

2. Те же признаки во время работы КД, но снижение уровня масла незначительно. Причина: неплотность одной или нескольких верхних манжет уплотнений гнезд лопастей из-за ослабления или поломки пружины, попадания грязи под уплотняющий ус манжеты и выработки кольца лопасти или его коррозия в месте соприкосновения с рабочим усом манжеты; незначительное нарушение герметичности ротора. Действия: периодически пополнять систему маслом и при первой возможности неисправность устранить.

3. Содержание воды в масле КД более 3 %, но количество воды в масле не увеличивается. Причина: при неработающем КД не был обеспечен масляный подпор ротора (не пополнялся уровень в маслоподпорном бачке). Действия: масло отсепарировать и обеспечить непрерывность масляного подпора при неработающем КД.

4. Содержание воды в масле КД более 3 %, количество воды в масле увеличивается. Причина: не работает система масляного подпора ротора, нарушена водонепроницаемость уплотнений гнезд лопастей и герметичность ротора. Действия: масло отсепарировать и произвести его анализ, при первой возможности неисправность устранить, движитель вывести из эксплуатации.

5. Через контрольные трубы от уплотнений вала ротора в карманы поступает масло, падает уровень масла в маслоподпорном бачке уплотнения вала ротора. Причины: нарушена плотность верхней манжеты нижнего уплотнения вала ротора, соединений пакета нижнего уплотнения вала ротора. Действия: пополнить масло в бачке, собрать просочившееся масло. неисправность устранить при первой возможности

6. Через контрольные трубы поступает масло, уровень масла в маслоподпорном бачке уплотнения вала ротора не падает. Причины: нарушена плотность манжеты или соединений верхнего уплотнения вала ротора. Действия: собрать просочившееся масло, неисправность устранить.

7. Уровень масла в маслоподпорном бачке уплотнения вала ротора падает, через контрольные трубы масло не поступает, в районе установки КД появляются масляные пятна на воде. Причины: Нарушена плотность средней манжеты нижнего уплотнения вала ротора, большой износ бандажа. Действия: пополнить масло в маслоподпорном бачке, неисправность устранить при первой возможности.

8. Масляный насос не забирает масло или время выхода на режим рабочего давления превышает 10 с после запуска КД. Причины: неплотность на всасывающем трубопроводе, засорилась работающая секция масляного фильтра, увеличены зазоры в масляном насосе. Действия: устранить неплотность трубопровода, фильтр переключить на чистую секцию, насос разобрать и неисправность устранить.

9. Давление масла в магистрали высокого давления постепенно падает. Причины: засорились фильтрующие элементы работающей секции фильтра. Действия: перейти на другую секцию, очистить загрязненную секцию.

10. Движитель не выполняет заданной команды, давление масла в магистрали высокого давления понижено. Причина: лопнула пружина редукционного клапана высокого давления масляного насоса. Действия: остановить КД, пружину заменить, клапан отрегулировать.

11. КД не выполняет заданной команды, давления масла в магистралях высокого и низкого давления нет. Причины: оборвалась цепь привода масляного насоса, сорвало шпонку крепления звездочки насоса или ведущего вала. Действия: движитель остановить, неисправность устранить

12. Вибрация корпуса судна вблизи движителя и самого движителя, игла рычага управления держится неустойчиво, наблюдаются толчки. Причины: поломка или деформация лопасти, неисправен механизм привода лопастей, вышел из строя узел рычага лопасти. Действия: лопасть заменить или выправить, движитель демонтировать и устранить неисправность механизма привода лопасти, рычаг управления вынуть и узел отремонтировать

1.5. Вопросы для самопроверки

1. В чем выражается влияние попутного потока на работу ПК?

2. Что учитывает КПД пропульсивного комплекса?

3. Что осуществляется раньше при пуске МОД подача воздуха в систему или пуск насоса смазки?

4. Для чего нужно именно медленное проворачивание МОД?

5. Как проверить перед пуском регулировку механизма подачи топлива?

6. Как осуществляется впрыск топлива в двигателях серии МЕ?

7. Преимущества системы CR, установленных на двигателях MAN.

8. Какое назначение телемотора-приемника шага винта?

9. Какую температуру масла следует обеспечить в системе гидропривода ВРШ при работе?

10. Особенности конструкции и работы системы наддува двигателей Вяртсиля.

11. Как регулируется максимальное давление сгорания в СОД двигателях MAN?

12. От каких факторов зависят динамические качества ПК?

Раздел 2. Режимы работы СДЭУ

2.1. Общая характеристика режимов СДЭУ

Эксплуатация СДЭУ происходит в различных условиях и характеризуется целым рядом показателей.

Режимы работы главного двигателя, являющегося основным элементом СДЭУ и ПК в целом, определяются типом судна, конкретными условиями его плавания, конструктивными особенностями корпуса судна, движителя, редуктора, машинной установки, а также способом передачи мощности.

Под режимом работы ГД обычно понимают эксплуатационное состояние двигателя, его систем и потребителя энергии [1].

Любой режим СДЭУ характеризуется комплексом технико-эксплуатационных показателей и прежде всего нагрузкой ГД и частотами вращения двигателя и винта, а также эксплуатационными показателями (температурами, давлениями, расходами рабочих сред), которые не должны выходить за допустимые значения.

Изменение режима может происходить преднамеренно (изменение скорости или направления движения судна) или случайно под влиянием внешних неуправляемых факторов воздействия.

Режимы работы бывают установившимися и неустановившимися.

Установившиеся режимы характеризуются постоянством во времени показателей работы. Неустановившиеся режимы характеризуются изменением показателей. Неустановившиеся режимы возникают при пуске, трогании судна с места, маневрировании, реверсировании, работе в штормовых условиях и др.

Различают номинальные и неспецификационные режимы СДЭУ. Номинальные режимы гарантируются изготовителем и оговариваются условиями на поставку, а неспецификационные режимы требуют введения дополнительных ограничений.

Особенности и специфика режима работы ДЭУ зависит от состава установки.

2.2. Установившиеся режимы совместной работы ГД и гребного винта

2.2.1. Совместная работа ГД и ВФШ

На рис. 2.1. изображены зависимости, определяющие возможные режимы работы дизеля с ВФШ при прямой передаче. Возможные режимы совместной работы получаются при пересечении винтовых характеристик, характеризующих сопротивление движению судна, с внешними, регуляторными или ограничительными характеристиками. Мощность, поглощаемая гребным винтом, зависит от конструкции корпуса судна и состояния моря.

Рис. 2.1. Режимы совместной работы дизеля с ВФШ [9].

Винтовые характеристики описывают показательной функцией

NВ = с nm,

где с – коэффициент пропорциональности;

nв – частота вращения.

Показатель степени m для современных водоизмещающих судов составляет 2,9…4,5; а для глиссирующих катеров – 1,6…3,2.

Кривая II представляет собой номинальную винтовую характеристику, относящуюся к расчетным условиям движения судна в полном грузу. Кривые 1 и 2 – соответственно внешняя и ограничительная характеристики дизеля, кривые III и IV – утяжеленные винтовые характеристики, кривая I – винтовая характеристика при плавании судна в балласте. Линии R0, R1, R2 – регуляторные характеристики.

Пересечение нормальной винтовой характеристики двигателя с его номинальной внешней и ограничительной характеристиками (точка А) определяет величину допустимой длительной нагрузки и частоту вращения вала ГД (и гребного винта).

При плавании судна в балласте винтовая характеристика становится «облегченной», что связано с уменьшением осадки и, как следствие, снижением сопротивления воды движению судна. При той же частоте вращения гребного винта скорость судна возрастает.

В условиях эксплуатации довольно часто наблюдается так называемое утяжеление винтовой характеристики (кривая III). Это может быть вызвано увеличением осадки, обрастанием корпуса, волнением моря, перекладками руля при маневрировании, влиянием мелководья, буксировкой воза, тралением, работой на швартовах и др.

При работе по утяжеленной винтовой характеристике (рисунок 2.1, кривая III) допустимая нагрузка определяется положением точки Б, лежащей на ограничительной характеристике, которая условно показана прямой линией, а не ломанной кривой. В дальнейшем виды ограничительных характеристик будут рассмотрены более подробно.

Работа на швартовах соответствует кривая IV; предельную нагрузку на ней определяет точка Б'. Точка В' соответствует, значительной перегрузке при работе по внешней характеристике.

Винтовая характеристика при движении судна может располагаться левее, чем швартовная. Это может происходить на второй стадии реверса при подаче контрвоздуха, когда судно по инерции еще движется вперед, а двигатель уже раскручивает винт на задний ход. ГД в этих случаях значительно перегружается.

Мощность двигателя используется полностью при номинальном числе оборотов, в точке пересечения винтовой и внешней номинальной характеристик.

Значительная недогрузка двигателя сопровождается увеличением удельного расхода топлива, и при пониженных оборотах приводит к неустойчивой его работе, если не предусмотрены специальные конструктивные мероприятия, например, аккумуляторные системы топливоподачи.

Для судна, движущегося с определенной эксплуатационной скоростью, при определенном неизменном водоизмещении можно подобрать оптимальный винт, обеспечивающий наиболее высокий для данных условий коэффициент полезного действия, но только при nном. Теоретическая винтовая характеристика при этом проходит через точку А.

Сегодня широко распространена практика проектирования ДЭУ с винтами облегченного типа. Облегченная винтовая характеристика располагается правее теоретической, образуя 10…20 % запас по мощности. Наличие такого запаса позволит в штормовую погоду и при других сложных условиях плавания поддерживать частоту вращения, а с ней и скорость судна на прежнем уровне без перегрузки ГД.

Если произойдет утяжеление винтовой характеристики, то КПД винта, спроектированного на максимальное значение ηp при эксплуатационной или номинальной частоте вращения, будет снижаться, а коэффициенты к1 и к2 возрастать (рис 1.1).

Потребляемая эффективная мощность Ne будет уменьшаться (точки B или Б на рис 2.1) и для обеспечения прежних оборотов ГД и скорости судна потребуется увеличение мощности и крутящего момента (точка А1). Возникшая перегрузка двигателя приведет к росту максимального давления сгорания Pz, температуры выхлопных газов и удельного расхода топлива.

При плавании в балласте с уменьшенной осадкой сопротивление движению судна снижается, винтовая характеристика смещается вправо («легкий винт»), поступь винта растет, КПД винта резко снижается, коэффициенты момента и упора уменьшаются.

Момент сопротивления Mc в этом случае буде значительно меньше крутящего момента развиваемого ГД при nном. Если ничего не предусмотреть, то ГД будет разгоняться до перегрузочного режима по частоте вращения, находящегося в точке пересечения мощностей соответствующих указанным моментам (точка А2). Подачу топлива и мощность ГД надо снизить, поддерживая при помощи регулятора приемлемые значения частоты вращения (не более 103…105 % nном).

При спокойной погоде скорость судна увеличивается на 1…2 узла за счет снижения сопротивления движению при меньшей осадке. Однако при сильном волнении моря высокую скорость обеспечить не удастся из-за ухудшения остойчивости судна и увеличения динамических нагрузок.

Для ВФШ рекомендуют подбирать эксплуатационную мощность при номинальной частоте вращения [1]. При этом соответствие между номинальной мощностью и номинальной частотой вращения будет достигнуто позже, при обрастании корпуса судна или при ухудшении условий плавания (волнение, движение во льдах, встречные течения и ветер).

В современных установках с ВФШ получили распространение винты с оребренным обтекателем ступицы ГВ и обтекателями с крыльевыми элементами. Они обеспечивают увеличение эффективности ГВ на 4…5 % при увеличении скорости хода судна на 1…2 % и частоты вращения ГВ на 1…1,5 оборота [5].

2.2.2. Режим работы двигателя с редукторной передачей

Работа двигателя с ВФШ и редукторной передачей позволяет существенно увеличить упор и крутящий момент на гребном винте при том же заданном значении мощности двигателя. Увеличение упора гребного винта составляет приблизительно 30 %, но при этом потребуется увеличить и диаметр винта [1]. Более значительное улучшение тяговых характеристик может быть достигнуто путем использования многоскоростных редукторов

Перед вводом в действие редуктора ГД необходимо ознакомиться с руководством по эксплуатации от производителя. Перед пуском следует убедиться в том, что уровень масла в редукторе соответствует норме, то есть убедиться в том, что на панели АПС отсутствует предупредительный сигнал. Уровень масла можно проверить и масляным щупом.

В рамках подготовки к пуску производится ручная прокачка маслом системы при помощи вспомогательного масляного насоса редуктора. Потом редуктор следует провернуть вместе с ГД. Затем вспомогательный маслонасос устанавливается в автоматический режим. Он автоматически запускается системой ДАУ перед пуском главного двигателя и работает до достижения определенного давления масла (например, для редуктора REINTJTSS VA1060K41 более 1,2 бар), потом насос автоматически отключается и смазка редуктора будет осуществляться от навесного шестеренного насоса.

При остановке ГД или падении давления ниже 1,2 bar вспомогательный насос автоматически запускается и будет работать по заданной производителем выдержке времени 10 минут после полной остановки главного двигателя.

2.2.3. Режим работы ГД в многовальных и многомашинных установках с гидромуфтами

Особенности работы в системе многовальных и многомашинных установок состоят в том, что улучшается использование мощности установки при возможности отключения отдельных двигателей. В качестве соединительно-разобщительных муфт часто используются гидравлические муфты.

В гидродинамической передаче энергия от ведущего вала передается за счет скоростного напора циркулирующей жидкости. Гидродинамическая передача включает центробежный насос, приводимый двигателем, и гидротурбины, сближенные так, что их колеса образуют торообразную полость, заполняемую рабочей жидкостью. Гидротурбина связана с валом движителя. Моменты на входном и выходном валах одинаковы и равны крутящему моменту ГД, а снижение частоты обусловлено только потерями энергии в муфте.

Общий КПД гидромуфты – это отношение мощности развиваемой гидротурбиной к подведенной мощности насоса и равен отношению частот вращения роторов турбины и насоса или иначе произведению их КПД.

Муфта должна быть заполнена жидкостью (водой, маслом или специальными смесями для гидромашин). Для включения муфты следует открыть золотник подвода рабочей жидкости из напорной цистерны на всасывание насоса гидромуфты. Энергия циркулирующей жидкости используется в турбине.

Часть жидкости сливается в сточную цистерну, откуда она забирается насосом и через фильтры и маслоохладитель подается в напорную цистерну.

При обслуживании надо обеспечить чистоту фильтров, подачу забортной воды в охладитель, чистоту забортной воды (в южных широтах на входе в охладитель следует установить ловушки для ракушек).

Следует контролировать уровни рабочей жидкости в цистернах и обеспечить надежную работу насоса.

При снижении частоты вращения ведомого вала и неизменной частоте вращения ведущего вала момент на турбинном колесе может значительно возрастать, что в случае сохранения равенства моментов на ведомом и ведущем колесах приводит к перегрузке двигателя.

Таким образом, гидромуфта не предохраняет двигатель от перегрузок, но имеется устройство для ограничения нагрузки. При заклинивании гребного винта ГД следует немедленно остановить.

Гидромуфты имеют следующие основные свойства: независимость вращения ведомого и ведущего валов, плавное трогание с места и плавный разгон, ограничение крутильных колебаний, бесшумность работы, надежность в эксплуатации, высокий КПД на номинальном режиме, простота автоматизации и управления.

Гидромуфты применяют обычно в дизель-редукторных агрегатах для эластичной связи между двигателем и движителем, демпфирования крутильных колебаний в системе валопровод-двигатель, для включения и отключения движителя, для снижения частоты вращения с целью уменьшения скорости судна.

Демпфирующая способность гидромуфт особенно значима при плавании во льдах. Элементы пропульсивного комплекса испытывают меньшие динамические нагрузки при ударах винта об лед.

При эксплуатации следует обеспечить исправность автомата безопасности, наличие которого обязательно по требованиям Морского Регистра судоходства при использовании в составе гидромуфт в составе ПК.

Автомат безопасности страхует регулятор и защитит двигатель от разноса при внезапном отключении муфты [2].

Гидропередачи способны обеспечить высокие тяговые характеристики на пониженных частотах ГВ без превышения нагрузки на двигатели.

Гидропередачи по сравнению с редукторной имеют меньший К. П. Д. и большую массы и габариты. Наиболее эффективна комбинация гидродинамической и редукторной передач. На рис. 2.2. приведена типичная схема смазки редукторного агрегата и управления гидравлической муфтой.

Рис. 2.2. Схема системы смазки редуктора и управления гидромуфтой:

1 – вал отбора мощности на винт; 2 – главный упорный подшипник; 3 – управляемый клапан гидромуфты; 4 – фильтры; 5 – отсечной клапан гидромуфты; 6 – шестерня; 7,8 – роторы гидромуфты; 9 – управляемый сливной клапан; 10 – трубка подачи масла; 11 – упорный подшипник; 12 – поплавковое устройство включения резервного масляного насоса; 13,18 – напорная и маслосборная цистерны; 14,16 – терморегулировочный и невозвратно-запорный клапаны; 15 – охладители масла; 17 – резервный масляный насос с электроприводом и автоматическим управлением; 19 – основной масляный насос; 20 – опорные подшипники; 21 – зубчатое колесо

При работе масло из гравитационной цистерны поступает к отсечному клапану 5 управления гидромуфтой, который управляется пневматически дистанционно с помощью управляемого клапана 3. Масло от клапана 5 идет к сливным каналам 9, которые поддерживаются в закрытом состоянии. Затем по наполнительному каналу в ведомом валу оно поступает в межлопаточные полости ротора гидромуфты, вводя ее в действие. При перемещении золотника отсечного клапана в верхнее положение масло сливается в картер освобождая клапаны. Одновременно доступ масла к гидромуфте прекращается, а имеющееся там масло сливается в картер в течение 10…15 секунд. Таким образом муфты разобщаются