Удосконалення технічної експлуатації газотурбонагнетачів суднових малообертових дизелів

Удосконалення технічної експлуатації газотурбонагнетачів суднових малообертових дизелів

Вступ

морський газотурбонагнетач дизель

Загальновідомо значення морського транспорту, як однієї зі стратегічних галузей, що визначає стан економіки будь-якої країни. Саме ця галузь розглядалась багатьма експертами, як один із полюсів розвитку та прискорення інтеграції України у світову економіку. До того ж цьому сприяє й її вигідне географічне розташування.

Тенденції в розвитку світового морського флоту характеризуються підвищеною увагою до використання високорентабельних спеціалізованих суден, оснащених автоматизованими енергетичними й вантажними комплексами.

Значне підвищення технічної складності суднового обладнання спричинило збільшення первинної вартості судів і викликало підвищені вимоги до економічної ефективності їх експлуатації.

Розв'язання проблеми витрат на технічну експлуатацію в основному пішло по шляху оснащення суден коштами автоматизації й використання в суднових енергетичних установках високо-економічних двигунів. Перше дозволило скоротити чисельність суднового персоналу до мінімального рівня, необхідного для забезпечення вахтового і чергового обслуговування. Друге дозволило значно (на 15-20 %) скоротити витрати на паливо, що в умовах інтенсивної витрати запасів нафти грає першорядну роль.

Відомо, що місце морського транспорту і його роль в єдиній транспортній системі визначаються масштабами виконуваних морським транспортом перевозок, їх економічним і соціальним значенням, а також вирішенням екологічних проблем. У процесі поновлення морського флоту також важливо оптимально поєднувати будівництво нових суден і модернізацію діючих. Це створює умови для широких впроваджень досягнень науково-технічного прогресу, розвитку комплексної механізації та автоматизації виробничих процесів.

Розвиток і вдосконалення суднових дизельних установок відбувається в напрямку постійного збільшення циліндрової і агрегатної потужності, поліпшення економічності, а також підвищення надійності, довговічності та працездатності.

Одним з основних і розповсюджених способів підвищення потужності дизелів є газотурбінний надув, за допомогою якого збільшується заряд повітря в робочих циліндрах, що в свою чергу дозволяє збільшити циклову подачу палива. Отже, за інших рівних умов зростає і потужність, розвиває окремими циліндрами і дизелем у цілому.

Тому, у даній роботі показані методи підвищення технічної експлуатації суднових газотурбонагнетачів.

СДВЗ у складі СЄУ

Комплекс обладнання, призначеного для виробництва всіх необхідних на судні видів енергії, прийнято називати судновою енергетичною установкою (СЕУ). Та частина установки, яка виробляє енергію для основних виробничо-технічних завдань (руху судна, здійснення днопоглиблювальних робіт), називається головною, а інша частина, що обслуговує головну, а також забезпечує потреби в електроенергії, парі, гарячій воді та інших енергоносіях на судні, - допоміжною.

До складу головної енергетичної установки транспортного судна входять: парові машини або турбіни; двигуни внутрішнього згоряння, що перетворюють теплову енергію в механічну; механізми, які передають енергію від двигуна до рушіїв (як правило, гребного гвинта); трубопроводи; контрольно-вимірювальні прилади; фільтри; теплообмінні апарати та інші пристрої, що забезпечують нормальну роботу СЕУ.

Суднові двигуни внутрішнього згоряння (ДВЗ) підрозділяють на поршневі і газотурбінні. Робочим тілом у них є гази, які утворюються при згоранні палива безпосередньо в циліндрах поршневих ДВЗ або спеціальних камерах газових турбін. Якщо теплову енергію, перетворюючу двигуном в механічну, використовують для обертання рушіїв (на транспортних судах) або для основних виробничих цілей (на суднах технічного флоту), то двигуни називають головними. Для задоволення інших потреб (на річкових судах в основному для вироблення електричної енергії) використовують допоміжні двигуни.

Тип, конструкція, компонування і склад суднової енергетичної установки залежать від призначення судна та умов його експлуатації. Витрати на технічну експлуатацію головної енергетичної установки складають більше половини загально судових витрат, тому її техніко-економічні показники є визначальними при виборі головного двигуна. Економічність СЕУ залежить від розмірів початкових витрат на проектування, будівництво і поточних витрат на її обслуговування та ремонт.

На сучасних судах в якості головних експлуатуються виключно теплові двигуни, тому особливого значення набуває такий показник їх роботи, як ступінь використання теплової енергії, отриманої при спалюванні палива, в механічну роботу, що називається коефіцієнтом корисної дії (к.к.д.). У сучасних парових поршневих машин к.к.д. дорівнює 20-22%; у парових турбін - 34-35%; у газових турбін - 28 - 32%; у поршневих двигунів внутрішнього згорання-40-42%.

При виборі СЕУ враховуються не тільки її к.к.д., але і габаритні розміри, маса, складність пристрою, швидкість введення в дію, безпека обслуговування, надійність роботи при всіх можливих умовах експлуатації судна, чисельність обслуговуючого персоналу, ресурс двигуна (тривалість роботи до капітального ремонту) та інші характеристики. У даний час найбільш економічними та відповідаючи ми більшості зазначених вимог є установки з поршневими двигунами внутрішнього згоряння.

Як і в даний час, основними типами СЕУ на перспективу будуть установки з поршневими двигунами внутрішнього згоряння і механічною передачею потужності на гребної гвинт. Подальший розвиток СЕУ пов'язано в основному з підвищенням агрегатної потужності їх двигунів,забезпеченням більшої надійності її елементів, поліпшенням економічності, зниженням вартості та експлуатаційних витрат, зменшенням шкідливого впливу на навколишнє середовище, впровадженням автоматизованих комплексів управління судном.

Пропульсивний комплекс

Пропульсивний комплекс - гідромеханічна система, що включає корпус судна та пропульсивну установку, в якій енергія робочого тіла перетворюється в упор, повідомляючий рух корпусу судна. Пропульсивна установка є виконавчої частиною головної енергетичної установки. У найбільш загальному випадку складається з рушія, валопровода, головних суднових передач та головних двигунів. При наявності головних двигунів, в яких енергія палива безпосередньо перетворюється в механічну енергію, пропульсивна установка є головною електричної установкою. Взаємодія елементів П.К. може включати різні види прямих і зворотних зв'язків: механічних (наприклад, між головною передачею, валопроводом і гребним, гвинтом), гідродинамічних (наприклад, між гребним, гвинтом і корпусом) та інших. Поява цих зв'язків має досить складну закономірність і суттєво залежить від умов плавання (хвилювання, лід, буксирування і т.п.). Об'єднання корпусу та пропульсивної установки в єдину систему забезпечує можливість теоретичного дослідження складних явищ їх взаємодії з метою оптимізації використання енергії для руху судна в масштабі всього П.К., а не окремих його елементів.

Можливі різні моделі роботи П.К. найбільш проста - графічна, на якій поєднуються характеристики корпусу, гребного гвинта і головного двигуна. Графік представляє поле можливих режимів роботи двигуна з нанесеними на нього гвинтової характеристик і характеристики постійної швидкості. Така модель може застосовуватися для дослідження установленого прямолінійного руху П.К. з гвинтом фіксованого кроку. Кожна точка графічної моделі в поле можливих режимів відповідає певної потужності, частоті обертання гвинта і швидкості судна і у всьому діапазоні можливих ходових режимів (у разі жорсткої механічної передачі потужність і частота обертання двигуна в відносних одиницях будуть відповідати потужності і частоті обертання гвинта). Її зручно використовувати як в умовах проектування, так і в експлуатації. Більш складним є модель, що враховує динаміку взаємодії елементів П.К. Математична модель дозволяє оцінювати параметри роботи П.К. при неустановівшемося руху судна (розгін, зупинка, реверсіроване і т.п.), що має велике значення для створення систем автоматичного управління. Вибір типу моделі залежить від тимчасового інтервалу, на якому визначаються параметри роботи П.К., і припущень, прийнятих при її розробці. Технічна досконалість П.К. визначається його здатністю перетворювати механічну енергію головного двигуна в рух судна з найменшими втратами незалежно від умов плавання. Показником технічної досконалості П.К. служить ККД пропульсивної установки. Крім того, доцільність вибору елементів пропульсивної установки визначається ефективністю суднової енергетичної установки в цілому.

Перевага СДВЗ перед іншими видами силових установок

Дизельні установки займають провідне місце в транспортному флоті, причому їх інтенсивний розвиток дозволяє припустити, що вони будуть мати перевагу застосування та на будучих судах. Це пояснюється в першу чергу їх високої енергетичною ефективністю. ККД дизеля складає 45%, що визначає його паливну економічність. Дизеля надійні в роботі, прості в обслуговуванні та ремонті, мають обмежені витрати повітря, мало схильні до впливу атмосферних умов. Вони мають порівняно низький температурний рівень, простота дистанційного автоматичного управління. Позитивними якостями дизелів є їх швидкий запуск, значний гальмовий момент, що особливо важливо для транспортних установок. Суднові двигуни великої та середньої потужності можуть працювати на важкому паливі, ціна якого на світовому ринку значно нижче ціни дизельного палива. Поряд з позитивними якостями ДВЗ обкладають рядом недоліків. Серед них обмежена в порівнянні з паровими і газовими турбінами агрегатна потужність, високий рівень шуму, токсичність випускних газів, підвищена витрата мастила, велика чутливість до зростання навантаження, поява неврівноважених сил інерції та можливість виникнення крутильних коливань. Однак висока економічність дизелів, у тому числі з удосконаленою системою надуву окупає ці недоліки.

МОД і їх характеристики

До цієї категорії належать дизелі з частотою обертання від 55 до 155

об / хв. Потужні малообертові головні двигуни з безпосередньо передачею обертання на гвинт працюють виключно за 2-х тактному циклу і мають крейцкопфу конструкцію, яка забезпечує можливість повністю ізолювати порожнини циліндрів від картера. Вони найбільш нечутливі до якості використовуваного палива і дозволяють спалювати самі низькосортні з них з високої термічної ефективністю. Невисока швидкість поршня і мала кількість рухомих частин забезпечують високу економічність цих машин по витраті мастильних матеріалів, низькі значення швидкості зносу і виняткову довговічність. Хоча такі двигуни виробляють деякі фірми-виробники, вони домінують на ринку, особливо для великотоннажних океанських суден.

Для задоволення попиту на різноманітні потужності є широкий вибір однотипних двигунів, які відрізняються за розміром і кількістю циліндрів. На додаток до стандартних моделей виробляються їх модифікації з подовженим ходом поршня (відносини ходу поршня до діаметром циліндра - до 3.8) та зниженою швидкістю обертання-до 55 об / хв. Це дозволяє використовувати малообертові гребні гвинти великого діаметра з високою пропускною ККД. Короткоходні модифікації пропонуються для суден з обмеженою осадкою, для яких характерні невеликі габарити гвинтів і мала висота машинного відділення. Однак багато вузлів та деталей базової моделі використовуються у всіх її модифікаціях.

Опис судна, його технічні характеристики

Назва судна - Baltic Freedom

Тип судна - танкер

Призначення судна - для перевозки наливних вантажів

Район плавання - необмежений

Головні розмiрення:

Найбільша довжина L=182.55м

Ширина В=27.34м

Висота D=15.6м

Дедвейт DW=37.048т

Осадка d=11.21м

Брутто Реєстровий тоннаж GRT=23337рт

Нетто Реєстровий тоннаж NRT=10170рт

Швидкість судна v=18 вуз

Грибний винт 4-х лопастний

Головний двигун MAN B&W 7S 50MC-С

Потужність 11.060KW

Докладна характеристика і опис двигуна MAN B&W 7S 50MC-С (11.060 KW)

Рис.

MAN B&W - двотактний, крейцкопфний, реверсивний, з газотурбінним наддувом, з прямоточно-клапаною система газообміну. Двигун працює у якості головного з прямою передачею на гвинт. Завдяки перевагам прямоточно-клапанній системі газообміну в організацій робочого процесу, двигун B&W зарекомендував себе, достатньо економним, з високою мірою використання об’єму циліндра в робочому процесі.

Фундаментна рама скринчатой форми складається з високих продольних балок, зварених зі зварно-литими балками із стального лиття. Станина зварна і має високу твердість, блок циліндра чавунний. Фундаментна рама, станина і циліндровий блок стягнуті між собою довгими анкерними зв’язками.

Втулка циліндра опирається на блок циліндра, при чому верхня її частина виступає над блоком циліндрів і обведена тонкою сорочкою, яка створює порость охолодження, підводимо зі висвердленими тангенціальними каналами, завдяки чому температура дзеркала циліндра на верхньому рівні кільця при положенні поршня у ВМТ не перевищує 160-180 градусів Цельсія, що забезпечує надійну роботу та збільшує строк служби поршневих кілець. Втулка має просту симетричну конструкцію, у нижній частині якій розміщенні продуванні вікна, рівномірно розподілені по всій окружності. Осі каналів, утворюючи продуванні вікна, направлені по дотичній до окружності циліндра, що створюю завихрення потоку коли він поступає у циліндр. Штуцера для підводу циліндрового мастила розміщені у верхній частині втулки.

Кришка циліндра стальна кована ковпачного типу, виходячи з цього при положенні поршня у ВМТ головка поршня розміщується вище району ущільнення кришки і втулки циліндра. Кришка відокремлюється легкістю демонтування. Для інтенсифікації охолодження у самій поверхні вогневого днища висвердлені отвори радіальних каналів, по яким циркулює охолоджувальна вода. В кришці розміщається випускний, форсунки, а також пусковий та запобіжний клапан. Випускний клапан має гідропривід. Для обертання клапана використовується крилатка, що підвищує надійність спряження із сідлом. Суцільний відлитий із чавуна ресивер продувального повітря разом з діафрагмою охолоджується водою, що сприяє безпеці експлуатації двигуна. Поршень розрахований на підвищення тиску горіння, та охолоджується мастилом. Шатун має порівняльне короткий стержень, що сприяє пониженню загальної висоти двигуна. Колінчастий вал зварювального типу, при чому зварка здійснена посередині рамкових шийок. Упорний вал складає одне ціле з колінчатим валом, що зменшує загальну довжину двигуна з упорним підшипником. Розподільний вал приводиться до обертання від колінчатого валу ланцюговою передачею. Розподільний вал приводить у рух золотниковий паливний насос високого тиску та поршні гідравлічних приводів випускних клапанів. Паливні насоси золотникового типу зі мішеним регулюванням подачі, забезпечує низькі витрати палива.

Економічність двигуна підвищують за рахунок утилізації теплоти випускних газів у стандартизованій турбокомпаудній системі, яка наводиться у двох варіантах: ГТН з електрогенератором, вбудований в повітряний фільтр глушник чи утилізаційний турбогенератор. При цьому додаткова енергія може віддаватися гвинту чи в судову електростанцію. Остов підтримує та направляє рухливі частини, сприймає усі загрузки при роботі двигуна. КШМ сприймає зусилля від натиску газу і перетворює рухи поршня в обертаючі рухи колінчатого валу. Комбінований механізм газорозподілу використовується для управління процесами впуску та випуску в узгодженні з прийнятими фазами газообміну; складається із робочих клапанів і деталей, передаючих рух від колінчатого валу до клапанів, розподільного валу, вальцевих штовхачів, гідроприводів випускних клапанів. Випуск газів здійснюється через клапани, керуємий механізмом газорозподілу , закриття і відкриття продувальних вікон-верхньою кромкою днища поршня.

Система високого тиску здійснює вприск палива до камери горіння і включає в себе паливний насос великого тиску і форсунки об’єднані паливним шляхом високого тиску. Система високого тиску забезпечує: вприск точно дозованої циклової подачі палива. Регулювання системи високого тиску здійснюється шляхом змінення циклової подачі, а також началом та кінцем процесу вприску.

Система змащування забезпечує подачу мастила до тертьових поверхонь для зменшення їх тертя, відвід тепла, виділеної при терті, а також для очищення поверхонь тертя від продуктів зношування, нагару та інших по сторонніх частин. Мастило подається по втулці циліндра, підшипників колінчатого валу, та розподільного валу, турбокомпресорів , насосів, направляючих клапанів, штовхачів паливних насосів і механізму газорозподілу , приводів клапанів.

Система охолодження створена для охолодження двигуна, нагрітого від згорання палива і від тертя. А також для відводу тепла від робочих рідин (мастило, паливо, вода) ті надувного повітря. Одноступенева, багато компресорна, ізобарна, з охолоджувачами повітря, система повітряного постачання створена для подачі повітря, яке потрібно для горіння палива та продування циліндра.

Аналіз методів підвищення ефективності систем наддува

Збільшення заряду повітря найраціональніше здійснюється при газотурбінном наддуві, коли в циліндри дизеля надходить повітря, стиснуте в компресорі, що приводить у обертання газової турбіни, що використовує енергію випускних газів двигуна.

У сучасних малообертових суднових дизелях з великими діаметрами циліндрів середнє ефективний тиск досягає 1-1,2 Мпа при циліндровий потужності 2500-3500 КВт. У четирехтактних дизелів величини Ре досягають 1,5-1,8 МПа завдяки застосуванню високого наддуву. Таке значне форсування дизеля супроводжується збільшенням рівня теплонавантаженності циліндро-поршневої групи, що обмежує подальше підвищення потужності. Тому у суднових дизелях, до яких пред'являються підвищенні вимоги з точки зору забезпечення тривалої та надійної роботи при будь-яких умовах плавання судна, застосовують низький або середній наддув. У більшості суднових дизелів тиск наддуву становить 1,35-1,7 бар, і тільки в окремих моделях дизелів тиск наддуву складає 2,0-2,5 бар. Для забезпечення достатнього низького температурного рівня деталей циліндро-поршневої групи підтримують високі коефіцієнти збитку повітря як при горінні, так і при продуванні. Цього дабиваються підвищенням витрати повітря, досягнутої на останніх моделях 9 кг / (е.л.с. х ч).

Напрямок розвитку дизелів показує, що найбільш ранаціональним та ефективним способом збільшення Neц є підвищення середнього Ре шляхом збільшення масового заряду повітря, що надходять у циліндри, тобто наддуву двигунів.

Основними засобами збільшення масового заряду повітря є збільшення щільності заряду, зниження температури повітря (за компресором) приблизно до номінальної, збільшення коефіцієнта наповнення.

Рекуперативна (проміжна) система охолодження повітря надає великий вплив на ефективність наддуву; при охолодженні повітря до t = 40-60 ° С підвищується маса повітря (на 2-3% і на кожні 10% зниження температури повітря), знижуються температура Та й Тц, а також температура нагрітих деталей камери згоряння; середнє Ре зростає приблизно пропорційно Рк.

Для інтенсифікації процесу продувки-наддуву використовуються імпульси, що виникають у загальному випускному колекторі. Для цього колектор ділять на окремі гілки, підключаються до певних груп циліндрів, з тим, щоб отримати у окремих гілок найбільший зсув фаз тиску газів. У результаті уникають порушення процесу продувки окремих циліндрів і більш ефективно використовують енергію випускних газів.

Форсування потужності дизелів здійснюється різними засобами, але у суднових силових установках одним з основних способів підвищення потужності дизелів є наддув повітрям. Застосування наддуву дозволяє збільшити заряд повітря в робочих циліндрах, що в свою чергу дозволяє збільшити циклову подачу палива, а отже, зростає потужність, розвиває окремими циліндрами і дизелем в цілому.

Збільшення заряду повітря найраціональніше здійснювати при газотурбінному наддувві, коли в циліндри дизеля поступає повітря, стиснуте у компресорі, що приводить в обертання газову турбіну, що використовує енергію випускних газів.

Газовою турбіною називають лопаткову машину, в якій потенційна енергія газового потоку за рахунок обтікання лопаток перетворюється в механічну роботу на валу турбіни. Лопаточна ця машина називається тому що, її основними працюючими елементами є лопатки, встановленні на вертінні ротора і в корпусі турбіни.

Хід газу при обтікання лопаток може бути осьових і радіальним. На рисунку 4.1 а, приведена схема одноступенчатой осьовій газової турбіни, а на рисунку 4.1 6, - радіальної газової турбіни. Основними елементами турбіни є: сопловий або направляючий апарат, утворений нерухомими сопловими лопатками 1, які кріпляться у корпусі турбіни 2, диск 3, робочі лопатки 4 і вал 5. Нерухомі деталі утворюють статор турбіни, рухомі її ротор. У осьових газових турбін робочі лопатки виготовляються окремо та кріпляться на диску, у радіальних вони зазвичай виготовляються разом із ним. Диск спільно з робочими лопатками називають робочим колесом турбіни. Сукупність неподвіжного направляючого апарату і наступного за ним робочого колеса називають ступенем турбіни.

Рисунок 4.1 - Схема ходу газа через лопатки турбіни а-осева, б-радіальна

Класифікація газових турбін нуддувочного повітря

Наддувочні газові турбіни можна класифікувати за різними ознаками, що враховують як особливості газових турбін взагалі, так і специфічні особливості газових турбін, що працюють спільно з двигуном внутрішнього згоряння.

За напрямком потоку газів при їх русі через газову турбіну останні поділяються на осьові і радіальні.

У осьовій турбіні гази, проходячи через сопловий апарат і робоче колесо турбіни, рухаються паралельно її осі.

У радіальної турбіні потік газів при їх русі через сопловий апарат і робоче колесо спрямований за радіусом робочого колеса. Звідси і її найменування - радіальна турбіна. Для наддуву двигунів внутрішнього згоряння застосовуються як осьові, так і радіальні газові турбіни.

За принципом роботи, турбіни поділяються на активні і реактивні. Для наддуву двигунів внутрішнього згоряння в даний час застосовуються тільки реактивні турбіни.

За кількістю ступенів турбіни поділяються на одноступеневі і багатоступеневі. У двигунах внутрішнього згоряння застосовуються переважно одноступеневі турбіни. Турбіни з числом більше однієї застосовують у випадках, коли розмішений теплоперепад важко використовувати в одній ступені. Спрацювання великих теплоперепадів у одній ступені супроводжується великими втратами.

За характером передачі енергії випускних газів турбіни поділяються на турбіни постійного тиску і турбіни змінного тиску. Останні часто називають імпульсними.

Особливості наддува двотактних суднових дизедлів

У 4-х тактних двигунах застосовується єдина схема наддуву за допомогою одного або декількох газотурбонагнетачів, кінематичних не пов’язаних з двигуном, так званих вільно-обертальних ГТН, причому турбіни можуть працювати на випускних газах постійного або змінного тиску в залежності від пристрою випускного тракту.

Рисунок 4.2 - Схема індикаторної діаграми процесу випуску двотактного двигуна

Запуск двигуна і робота його на малій частоті обертання при цій системі наддуву в 4-х тактом двигуні забезпечується повністю внаслідок наявності двох насосних ходів, завдяки яким двигун сам засмоктує необхідну кількість повітря і витісняє продукти його згоряння.

Процес витікання випускних газів з двотактного двигуна з газотурбінним наддувом показаний на рисунку 4.2

При роботі на випускних газах постійного тиску, тобто за наявністю за випускним вікном ресивера більшого обсягу у турбінне може бути використана сума енергії циліндра і продув очного агрегату. Збільшення обсягу газів пояснюється, як і у 4-х тактних двигунах, переходом частини кінетичної енергії в тепло. Встановлення газової турбіни в безпосередній близькості до циліндра дає можливість використовувати значну частку енергії, безпосередньо на лопатки турбіни.

Для того, щоб ефективно використовувати енергію вільного випуску Е1 і обійтися, як у 4-х тактному двигуні, вільно-обертовими газотурбонагнетачами, на 2-х тактних двигунах були проведені експериментальні роботи з продувками різних систем.

Відносне збільшення кількості енергій газів, спрацьованою імпульсної турбіною, у порівнянні з кількістю енергії, що спрацьовує турбіна постійного тиску, можна оцінити коефіцієнтом використання енергії імпульсу.

Застосовують два принципово різних способи використання енергії випускних газів:

робота турбіни на газах постійного тиску

робота турбіни на газах змінного тиску

При системі наддуву з постійним тиском перед турбіною вихлопні гази з усіх циліндрів двигуна випускаються в загальний ресивер достатнього великого об'єму, де встановлюється практично постійний тиск, а потім газ прямує до турбіні. Схема системи наддуву при постійному тиску наведено на рисунку 4.3

При постійному наддуві продукти згоряння з усіх циліндрів 1 направляються в один загальний вихлопною колектор 2, в якому завдяки його великим обсягом тиск газу, незважаючи на цикличность його надходження, вирівнюється і підтримується на постійному рівні Рт, що визначається кількістю надходженого газу, його параметрами і пропускною спроможністю турбіни. З колектора газ надходить в одну або дві турбіни 3 (4 - компресор; 5-повітряохолождувач; 6 - ресивер). При такій організації вихлопного тракту велика частина енергії Е1, не використовується, так як вона губиться на дросселірованіе газу у випускних органах, на його перетікання з циліндра в колектор, на розширення газу в колекторі, віхреобразовання та інше. Частина зазначених втрат супроводжується тепловиділенням, завдяки чому кілька підвищується температура газу і збільшується його об'єм на ΔV.

Рисунок 4.3 - Схема системи наддуву при постійному тиску

-циліндри; 2-вихлопні патрубки; 3-газова турбіна; 4-компресор;

-повітряохолоджувач; 6-ресивер надувочного повітря.

Рисунок 4.4 - Схема системи імпульсного наддуву

При змінному тиску перед турбіною вихлопні гази від одного або послідовно від декількох циліндрів направляються в турбіну. Тому тиск газу перед турбіною змінюється в часі практично так само, як на випуску із циліндра. На рисунку 4.4 наведена схема системи імпульсного наддуву.

Переваги системи постійного тиску газу перед турбіною - проста система підведення газів до турбіни, можливість розташування турбіни в більш зручному місці, сталість потоку газу забезпечує високий ККД турбіни близько 0.8.

Недоліки: Виникають труднощі в організації ефективної продувки циліндрів у зв'язку з постійним тиском у вихлопних тракті; втрачається велика складова енергії газів; турбіна гіршою приємністю і не розвиває достатньої потужності при пуску і на малих оборотах.

Переваги імпульсної системи: більш повне використання енергії газів, що полегшує задачу балансування потужностей турбіни і компресора; Краще постачання двигуна повітрям під час пуску і на малих ходах; швидке реагування турбокомпресора на зміни режиму роботи двигуна; краща продування циліндрів завдяки низькому тиску у випускних патрубках у період продувки.

Недоліки: Складність випускного тракту; більш низький ККД турбіни.

Системи наддуву двотактних двигунів

Наддув двотактних двигунів здійснити значно важче, ніж четирехтактних. Причини цієї обставини можна пояснити наступним:

по-перше, у двотактних двигунів відсутній хід вибовкування продуктів згорання з циліндрів, тому для продування і наповнення циліндрів середній тиск газу перед турбіною повинно бути менше, ніж тиск повітря в продувних ресивері двигуна Рк/Рт = 1.15-1.25

по-друге, температури вихлопних газів у двотактних двигунах істотно нижче, ніж у четирехтактних.

В результаті цього забезпечення балансу потужностей на валу турбокомпресора у двотактних двигунів пов'язано з значними труднощами. Ці труднощі посилюється в разі застосуванні контурних систем продувок (двигуни фірм МАН, ЗУЛЬЦЕР та інших), для яких, в порівнянні з прямоточною, необхідно великий надлишок повітря і підвищений перепад тиску, тобто при однакових тиску наддуву тиск перед турбіною у двигунів з контурною продувкою повинен бути менше, ніж у двигунів з прямоточною продувкою. Для усунення цих ускладнень були прийняті наступні заходи: для забезпечення надійного пуску знайдено ряд вдалих конструктивних рішень; використана система імпульсного наддуву; зменшений коефіцієнт надлишку продувочного повітря та інша. В результаті вдалося здійснити процес з вільним газотурбінним наддувом, не потребуючи будь-яких додаткових нагнітачів з приводом від двигуна для забезпечення роботи на всіх експлуатаційних режимах (наприклад, у дизелів фірми MAN B & W) рисунку 4.5. Найбільш простою і поширеною є система газотурбінного наддуву з «вільним» турбокомпресором, що приводиться в дію чисто газовим зв'язком з дизелем рисунку 4.5

Рисунок 4.5 - Схема систем газотурбінного наддування

а - з вільним турбокомпресором; б - послідовна; в - паралельна; г - паралельна з автономним електрокомпрессором; д - з механічним зв'язком турбокомпресора з дизелем; е - з двоступінчастим наддувом. Х-холодильник; Н-нагнітач; Е-еле-ктродвигун; М-муфта; ЗП-зубчата передача; Р-ресівер; Т-турбіна; К-компресор

При цій системі потужність турбіни на всіх режимах дорівнює потужності компресора. У послідовній системі наддуву здійснюється двоступінчатий стиск повітря спершу в турбокомпресорі (I ступінь), а потім у привідної від дизеля (II ступінь); останній може мати різне конструктивне виконання (відцентровий компресор, роторнозубчатий насос та інші.) Паралельна система наддуву полягає в тому, що повітря подається в загальний ресивер дизеля паралельно як з турбокомпресора, так і привідних нагнітачів, при цьому недостатня продуктивність турбокомпресора (на ряді режимів) компенсується приводними нагнітачами; останній може приводиться не тільки від дизеля , але в деяких випадках виконуватися у вигляді автономного електрокомпресора, встановленого поза дизелем (наприклад, на установках фірми MAN з МОД).

У комбінованій системі з турбокомпресорами, механічно пов'язаних з дизелем при помочі зубчатої передачі, при балансі потужностей (Nт=Nк) механічний привід розвантажується і відповідно зростає. При небалансі (Nт<Nк), наприклад, на долевих режимах, відсутня потужність відбирається від дизеля.

Комбінована система для двоступінчатого наддуву застосовується при високих λн; система має дві модифікації: використання для I ступені імпульсного наддуву, а для II ступені - наддуву постійного тиску; використання в обох ступенях системи наддуву постійного тиску. В обох модифікаціях передбачається двоступінчате охолодження повітря.

Газотурбонагнетач фірми MAN B&W

Рисунок 4.6 - Газотурбонагнетач «MAN B & W» TL680

На рисунку 4.6 наведена конструкція газотурбонагнетача TL 680. Вал ротора складається з трьох частин. Диск 21 з'єднується з валом 34 турбіни і валом компресора 19 болтами. Колесо 14 нагнітачів з радіальними лопатками та направляючій аппарат 13 з вигнутими лопатками закріплені на валу за допомогою шпонкі и гайки 12. Робочі лопатки 23 турбіни кріпляться до диску ялинковим замком. Між бортом і колесом закріплено балансировочне кільце 43.

Ротор має знімні опорні підшипники ковзання 11 і 27 і бронзови втулки 45 і 30. упорний фланець 6 на втулки розміщений між секторами 10, робочі поверхні яких залити баббітом. Втулка 4 упорного підшипника разом з корпусом упорного підшипника 11 кріпляться до корпусу нагнітачів шпильками.

Від самостійної циркуляційної системи масло до опорного-упорному підшипнику підводиться по трубі 8 через систему отворів. Аналогічно змащення надходить до опорного підшипника 27. У сточу цистерну олія відводиться по трубах 3.

Для запобігання попадання масла в нагнітач, у корпус запресована уплотнітельна втулка 44 з сальником. На внутрешній поверхні втулки з лівого боку є прямокутна різьба з направленням, зворотним напрямку обертання ротора, що викликає повернення масла в підшипник. З правої

сторони на втулки виконані гребені лабіринтового уплотніння. У порожнину-Н-підводиться стиснуте повітря на равлики.

З боку турбіни для повернення масла в підшипник встановлено кільце 26 з квадратної різьбою, що має також направлення, що й у втулки 44.

Втулка 25 має на внутрішній поверхні гребні лабіринтові ущільнення та порожнину-М-для ущільнення стислим повітрям з равликом. Додатково ротор ущільнюється кільцями 24 і 38 з лабіринтовими виточками.

Для усунення пропусків повітря передбачені лабіринтові виточкі-І-на торцевих поверхнях робочого колеса нагнітачів і перегородки, а також у втулки 39.

Від впливу високих температур ротор захищається чугуним кожухом 20.

До газовипускного корпусу з приймальними патрубками 29 шпонками кріпиться кільце направляючих лопаток 23 і чугуне кільце 37 за допомогою скоб 22.

Для зменшення притоків тепла від газів до наддувочного повітря є порожня перегородка 15.

Равлик 42 з диффузором 41 кріпиться до корпусу нагнітача болтами. По торцях корпусу нагнітача для доступу до підшипника та ущільнення ротора є знімні кришки 7 і 31 з вентиляційними отворами 1, закриті латуні та мідню сіткою, обтисненні гратами. До лівого торця ротора підключається привід дистанційного тахометра.

Прісна охолоджуюча вода підводиться до газовпускній 32, і газовипускний 18 корпуси та перегородку по трубах 33,36 і 40 і подається по трубах 16, 17 і 28.

Повітряний фільтр має вісім знімних рамок 9 з фільтруючім елементом, що складається з двох шарів металевої сітки, між якими знаходиться фільтруюча тканина. Фільтруючій елемент має розвинену зигзагоподібну форму для збільшення абсорбуючий поверхні.

Глушник шуму при всмоктування складається з металевих дисків 47, обклеєна тонким шерстяним войлоком 46, кінці дисків закріплюються шайбами на заклепках. Войлоком 1 обклеєна направляюся вставка 2.

Причини появи помпажу

Розглянемо більш детально причини виникнення помпажа (зриву потоку в

робочому колесі і диффузорі). Згідно з результатами останніх досліджень ГТА при номінальному расході повітря на виході з робочого колеса спостерігаються періодичні пульсації тиску, число яких відповідає nzк. Ці пульсації викликані аеродинамічним слідом за робочими лопатками і не впливають на стійкість роботи компресора.

При зменшенні витрати повітря ширина аеродинамічного сліду за робочим колесом збільшується. Частота пульсація стає менше і за колесом настає хаотичне нестацінонарність, що переміщуються по колу і представляє собою обертовий зрив потоку. Подальше зменшення витрат викликає збільшення пульсацій, які в певний момент стрибкоподібно зростають у кілька разів. Режим до стрибка можна назвати - м'яким обертальним зривом, після стрибка - жорстким зривом.

Результ траверсірованья потоку в диффузор показує, що при виникненні м'якого обертового зриву різко змінюється напруга потоку, а при жорсткому зриві у стінок дифузора виникає протиток. Крім того, при жорсткому зриві нестійкості потоку спостерігається і в дифузора, що в сукупності із зривом у робочому колесі призводить до помпажу компресора.

Помпаж компресора може бути викликаний різними факторами, головні з яких наступні:

зрив потоку у диффузорі;

зрив потоку у обертаємому направляючому апараті крильчатки;

зрив потоку у робочому колесі;

нестійкість течії в безлопаточному просторі;

Надійність роботи компресора, розташування розрахункової точки його роботи щодо кордону помпажной зони оцінивають коефіцієнтом запасу стійкості Кст. Під цим коефіцієнтом розуміють відношення ступені підвищення тиску π до витрати повітря Gв, визначеними при однаковій частоті обертання на кордоні помпажа і в точці, що відповідає режиму спільної роботи з дизелем.

У деяких випадках помпаж компресора може виникати із-за низко-частотної пульсації, що утворюється в продувному ресивері у зв'язку з поперемінно відкриттям і закриттям впускних органів. Як показує досвід, найбільш часто з цієї причині помпаж виникає в двотактних двигунах.

Необхідно відзначити, що виникнення помпажа великою мірою сприяє порушення рівномірності потоку повітря на вході у компресор. Рівномірність потоку може порушуватися з-за його турбулізації в повітряному фільтрі, що викликається стойками, значними вм'ятинами та експлуатаційними причинами. Нерівномірність поля швидкостей перед компресором може бути і наслідком різких поворотів повітря каналу, особливо при заборі повітря з палуби.

Спотворення розрахункового розподілу швидкостей на вході в компресор (незалежно від причин) звужує діапазон стійкої роботи компресора. Тому в процесі проектування і експлуатації двигуна необхідно приймати всі заходи до того, щоб потік повітря на вході у компресор був більш рівномірний.

Характерні ознаки нестійкої помпажной роботи компресора - різкі звукові шуми і вібрація корпусу. Експлуатація турбокомпресора в помпажной зоні може призвести до ротора о статор, поломки робочих лопаток турбіни і компресора, виходу з ладу підшипників. Тому експлуатація двигуна на такому режимі, коли виникає помпаж компресора, неприпустима. На основі аналізу показників роботи двигуна і турбокомпресора (температура вихлопних газів, тиск наддуву, частота обертання) необхідно встановити причину помпажа і усунути її.

У тих випадках, коли (незважаючи на помпаж компресора) неможливо зупинити двигун чи навіть зменшити частоту його обертання (проходження судна в узкості, штормові умови і т. п.), необхідно перепускають частину повітря мимо двигуна. Для цієї мети треба видалити заглушки, звичайно встановлюються на воздухосборних равликах компресорів, відкрити крани на холодильниках повітря і ресивері продувочного повітря. При цьому слід спостерігати за температурою газу перед турбіною, щоб вона не перевищила допускаємо. Перепуск частини повітря зазвичай дозволяє усунути помпаж.

При експлуатації двигуна зрив потоку у дифузорі, на лопатки ГТНА або робочого колеса, і нестійкість напірних характеристик можуть бути викликані різними факторами, главні з яких наступні:

забруднення лопаткового дифузора і вхідного равлика;

закоксовання продувних і вихлопних вікон двигуна;

забруднення або пошкодження соплових лопаток турбіни;

відключення циліндрів двигуна з роботи;

забруднення повітряного фільтру;

несприятливі окремі режими роботи двигуна, наприклад, при оголенні гвинти, плаванні судна у льодах.

Всі ці фактори позначаються на течею повітря у компресорі і на становищі його робочої точки на характеристиці.

Процес стиску повітря у цінтробіжному компресорі

На рисунку 4.7 дане схематичне креслення цінтробіжного компресора. Через прийомний патрубок 1 повітря надходить на робоче колесо 2 з радіальними лопатками, де стискується, переміщаючись за рахунок цінтробіжних сил від центра до периферії. На виході з робочого колеса в корпусі розміщений лопатковий дифузор 3, у якому частина енергії вихідної швидкості використовується для підвищення тиску. Після дифузора стиснене повітря через равлик 5 іде з компресора. Для зменшення витрат у робочому колесі робочі лопатки постачені передкрилками 6, загнутими в напрямку обертання так, щоб забезпечувався без ударний вхід потоку. Без ударного натікання можна досягти також установкою перед робочим колесом нерухливого напрямного апарата.

Рисунок 4.7 - Цінтробіжний компресор.

Зовнішній вигляд робочого колеса цінтробіжного компресора з радіальними лопатками показаний на рис. 4.8. Крім радіальних, застосовуються також криволінійні робочі лопатки, загнуті вперед або назад. Загнуті вперед лопатки дозволяють одержати більший напір у ступені, однак при цьому значно зменшується ККД. Загнуті назад лопатки можуть забезпечити деяке підвищення ККД за рахунок зниження ступені. Радіальні лопатки забезпечують досить високі значення напору й ККД ступені; крім того, вони більше технологічні, чим криволінійні. Тому вони одержали найбільше поширення.

На рис. 4.9 показаний процес стиску в компресорній ступені на діаграмі іs. Крапки 1, 2 і 3 відповідають стану повітря в перетинах перед робочими лопатками, за ними й за напрямними лопатками. Цифрами й буквами із зірочкою позначені крапки й величини, що відповідають повним параметрам потоку, без зірочок - крапки й величини, що відповідають статичним параметрам.

Рисунок 4.8 - Робоче колесо цінтробіжного компресора з радіальними лопатками постачені передкрилками.

Статичний ізоентропійний перепад тепла в ступені h, що відповідає корисній роботі стиску, дорівнює сумі статичних ізоентропійних перепадів у робочих hp і напрямних hн лопатках. Швидкість виходу із щабля звичайно практично дорівнює швидкості входу. У цьому випадку корисний перепад тепла по повним h* і статичних параметрах перед і за ступеню практично рівні, тобто

Перепад тепла, що відповідає витраченої в роботі h0, завжди більше корисного перепаду h*. Він дорівнює різниці повних ентальпій перед і за ступеню.

Цей перепад тепла називають теоретичним: при відсутності втрат вся теоретична робота була б витрачена на стиск повітря. Відношення корисного перепаду тепла до теоретичного (тобто витраченому) називають ізоентропійним ККД ступені:

Рисунок 4.9 - Процес стиску у компресорної ступені на IS діаграмі.

Відношення статичного ізоентропійного перепаду тепла в робочих лопатках до ізоентропійного перепаду ступені називають, як і в теорії турбін, ступенем реактивності

 або

Удосконалення систем наддуву. Коригування експлуатаційних режимів

На відміну від транспортних дизелів системи наддуву суднових дизелів зазвичай не мають пристроїв для регулювання і коригування робочих режимів турбокомпресорів в експлуатації. Це пояснюється достатністю саморегулювання параметрів наддуву, тривалістю режимів повного ходу і малою часткою маневрених режимів.

Рисунок 5.1 - Схема підключення силової турбіни до дизеля

Можливості управління режимом роботи турбокомпресора є в сучасних суднових дизелях з високоефективними агрегатами наддуву. При ККД турбокомпресора 67% необхідні параметри наддуву забезпечуються при використанні частини енергії газів (до 90%). Узгоджена робота дизеля і турбокомпресора 1 (рисунок 5.1) в цих умовах досягається різними шляхами, наприклад перепуском частини газу крім турбокомпресора або підводом газу до силової турбіни (СТ) 6. Потужність СТ становить 3-4% потужності дизеля - 2, на стільки ж відсотків знижується питома витрата палива.

Потужність передається на вал дизеля механізмом відбору 3 через редуктор 5 і гідромуфти 4. При зниженні потужності дизеля до Ne = 0.55 ∙ Nеном. подача газу на силову турбіну припиняється. Але, як видно з мал. 5.2. економічність дизеля підвищується на всіх експлуатаційних режиму, в тому числі і на режимах малого ходу. Це пояснюється поліпшенням повітряснабжжіння дизеля коли при підводі до турбокомпресора всієї маси газу ефективність роботи системи наддуву підвищується в порівнянні з некерованою системою наддуву. Отже, перепуск газу або його відвід на силову турбіну можуть розглядатися як елементи управління режимом турбокомпресора в експлуатації. З погіршенням технічного стану дизеля і системи наддуву або при роботі в тропічних районах припинення перепустка або подачі газу на силову турбіну дозволяє підвищити продуктивність турбокомпресора і підтримати режим роботи дизеля. Таким чином, система наддуву, налаштована на режим номінальної потужності, в експлуатаційних умовах не завжди відповідає вимогам оптимального повітряснабжіння дизеля в діапазоні зміни робочих режимів і параметрів зовнішнього середовища.

Рисунок 5.2 - Питома ефективна витрата палива ge на режимах без силової турбіни (1) і при включенні силової турбіни (2)

Як зазначалося, особливо чутливі до зміни режиму четирехтактні дизелі, що працюють на ВРШ. В силу впливу експлуатаційних факторів і недостатньої надійності головних дизелів тривалі режими повного ходу зазвичай призначають при потужності головних дизелів не більше (0.7-0.75) ·N е ном. Робота на цій потужності і номінальною частоті обертання супроводжується суттєвим зниженням ККД турбокомпресора у зв'язку з відхиленням робочої точки b компресора від лінії оптимального узгодження турбокомпресора (рисунок 5.3). Супутні експлуатаційні фактори (забруднення, параметри зовнішнього середовища) призводять до додаткового зниження тиску наддуву і витрати повітря. У результаті на режимі тривалої роботи досягаються граничні температури випускних газів і знижується надійність роботи дизеля. Містити підвищення теплонапруженісті дизеля в певною мірою допомагають регулярні промивки турбокомпресорів і повітряохолоджувачив фільтрів. Однак більш радикальні заходи вимагають оптимального узгодження характеристики турбокомпресора і дизеля саме на режимі тривалої експлуатаційної потужності. Найбільш просто необхідна корекція робочого режиму турбокомпресора досягається зменшенням пропускної здатності турбіни шляхом встановлення нового соплового апарата з меншим (на 5-10%) прохідним перетином соплових каналів. Без істотного впливу на ККД турбіни «стиснення» перетину соплового апарату на 5-7% виконують також підгібом вихідних кромок соплових лопаток або глушенням двох-трьох соплових каналів. Корекція соплових лопаток особливо необхідна, коли їх вихідні кромки деформовані в бік розкриття каналів, що іноді спостерігається в практиці очистки соплових апаратів пневмоінструментом.

Рисунок 5.3 - Корекція режимної лінії компресора четирехтактного дизеля зменшенням пропускної здатності турбіни (лінія 1) і частоти обертання дизеля (лінія 2): точка а - номінальний режим; b, с - експлуатаційний режим до корекції і після корекції.

На характеристиці системи наддуву викликаною такою корекцією зміна робочих режимів турбокомпресора показано стрілками. Зауважимо що при роботі на гвинт регульованого кроку зі зниженою частотою обертання дизеля робочі точки компресора розташовуються ближче до кривої оптимального ККД. Отже, в умовах роботи на ВРШ без валогенератора перехід на знижену частоту обертання шляхом збільшення кроку гвинта також сприяє кращому повітряснабжінню дизеля на режимі тривалої експлуатаційної потужності. У судовій практиці при узгодженні характеристик двотактних дизелів і турбокомпресора доводиться стикатися і з проблемою повітряснабжіння на режимах малого ходу.

У системах імпульсного наддуву вимоги Регістра до мінімально стійкої частоті обертання nmin<0.3·nnom. іноді вдається задовольнити зменшенням площі соплового апарата, або для підтримання продувки циліндрів і обертання турбокомпресора на режимах малого ходу передбачається додаткова подача повітря від вентилятора. У системі ізобарного наддуву це завдання вирішується шляхом установки на дизелі штатних, що забезпечують дизель повітрям при пусках і режимах малого та середнього ходу. Корекції турбокомпресора приділяється велика увага у зв'язку з оптимізацією витрат палива на робочих режимах повного ходу. В залежності від обраних параметрів гвинта і дизеля зміна пропускної здатності турбіни може становити до 15%. В окремих випадках може знадобитися і перехід на інший тип турбокомпресора.

На підставі викладеного сформулюємо основні положення по забезпеченню процесів газообміну і наддуву суднових дизелів в експлуатації.

Змінення основних параметрів тиску наддуву і витрата повітря, що визначають якість очищення і заряд повітря, обумовлюється впливом режимних факторів, параметрів зовнішнього середовища, станом дизеля, газоповітряних трактів та елементів систем повітряснабжіння.

Для головних суднових дизелів, що працюють на ВФШ, режимні фактори позначаються на погіршення газообміну наддуву у зв'язку зі збільшенням опору руху судна, коли робочі точки турбокомпресора зміщуються в область знижених значення ps і Gs. Аналогічний вплив мають підвищені температури зовнішнього повітря та забортною води при роботі в тропіках внаслідок зростання температур випускних газів і зниження масового заряду повітря. 3 Забруднення газорозподільних органів, трактів та елементів системи наддуву веде до підвищення гідравлічних опорів, зниження ККД і продуктивності компресора, росту температур випускних газів. У цих умовах нормальне повітряснабжіння ускладняться, посилюється ймовірність помпажа компресора, знижується потужність дизеля.

Регулярна промивка турбокомпресора і газоповітряного тракту є обов'язковим і ефективним заходом підтримання робочих параметрів наддуву в періоди між регламентними розкриттями і оглядами агрегатів наддуву.

Комбіновані системи наддування

Крім розглянутих основних систем, застосовують деякі більш складні комбіновані системи, до числа яких можна віднести двоступінчатий наддув і наддув із застосуванням перетворювачів імпульсів або ежекторів. Принцип роботи комбінованої системи з двоступінчатим наддувом схематично зображена на рисунку 5.4. Газ змінного тиску з циліндрів двигуна надходить до турбіни турбокомпресорів другої ступені. Після виходу з цих турбін газ надходить в ресивер 4 і вже при постійному тиску направляється в турбіну турбокомпресора першої ступені наддуву. Повітря спочатку стискується в компресорі першої ступені, а потім, пройшовши через проміжний холодильник повітря, у компресорі другого ступені наддуву і далі надходить у продувочний ресивер двигуна. Таким чином, турбіна першого турбокомпресора працює при змінному тиску газів, а друга - при постійному тиску. Сумарна ступінь підвищення тиску повітря

πк=πк1·πк2

де πк1 і πк2 - ступінь підвищення тиску відповідно в першому та другому ступенях наддуву. Така система дозволяє отримати високий тиск наддуву і застосовується для двигунів з підвищеним середнім ефективним тиском.

Рисунок 5.4 - Схема двоступінчатого наддуву

- ресивер продувного повітря першої ступені наддува; 2 - холодильник повітря першої ступені; 3 - турбокомпресор першої ступені наддува; 4 - ресивер вихлопних газів; 5 - турбокомпресор другої ступені наддува; 6 - холодильник повітря другої ступені; 7 - основний ресивер продувного повітря; 8 - циліндри двигуна.

Комбінована система наддуву з використанням перетворювачів імпульсів, що забезпечує майже постійний тиск газу перед турбіною при змінному тиску у вихлопних патрубках, об'єднує позитивні якості обох основних систем наддуву. Досягається це завдяки встановленню між вихлопними колекторами двигуна і турбокомпресора спеціального пристрою - перетворювача імпульсів, що складається з соплових і діффузорних ділянок. Вихлопні колектори двигуна приєднують до сопла перетворювача, в яких збільшується швидкість течії газу. Йдучи з великою швидкістю потік надходить у змішувальну камеру, з якої з'єднані і інші вихлопні колектори, і створює у них, внаслідок ежектірующего ефекту, зниження статичного тиску. Надходячи далі в дифузор, швидкість потоку кілька вирівнюється, імпульси тисків згладжуються. Таким чином, перетворювач імпульсів підтримує низький тиск у вихлопних колекторах в період продувки, що є перевагою системи зі змінним тиском, і встановлює практично постійний тиск газу перед турбіною, забезпечуючи їй високий к.к.д., можливий тільки в системі з постійним тиском газу.

Результати дослідження роботи двигуна з комбінованої і звичайною системами наддуву наведені на мал.5.5. Комбінована система наддуву з перетворювачами імпульсів підвищує економічність двигуна в зоні потужностей, близьких до номінальної, на 4-5 г / (є. кВт г.). Це пояснюється поліпшенням індикаторного процесу і збільшенням ККД турбокомпресора.

Рисунок 5.5 - Вплив системи наддуву на питома витрати палива

- Система зі змінним тиском газу; 2- Система з перетворювачем імпульсів.

Різновид комбінованої системи - наддуву за допомогою ежектора, що застосовується, зокрема, на двотактних двигунів K-10Z84/160, наведено на рисунку 5.6

Ця система призначена для забезпечення беспомпажної роботи турбокомпресора при частковому навантаженні двигуна з паралельно підключеними насосами - використовують додаткову систему інжекції або ежекції. При цьому потік повітря надходить з підпоршневих порожнин через інжектори у вихідний патрубок компресора ГТН. Пройшовши сопла інжекторів малого перерізу, повітря виходить з них з високою швидкістю і захоплює за собою повітря з компресора.

Внаслідок цього при малих навантаженнях двигуна компресор ГТА подає повітря з дещо меншим тиском, ніж при відсутності інжектора. На характеристиці компресора (рисунок 5.6.б) лінія його роботи зсувається вправо від лінії помпажа. При більш високому навантаженні двигуна, коли компресор ГТА може працювати цілком стійко, автоматично під тиском повітря з підпоршневих порожнин відкривається клапан 4 і підпоршневі порожнини безпосередньо з'єднуються з реcсівером продувного повітря. З цього моменту починається паралельна робота ГТА і поршневих насосів. Система інжекції забезпечує стійку роботу компресорів ГТА при малій навантаженністі і дозволяє ГТА працювати з максимальним ККД при повному навантаженні двигуна. У системі не застосовується послідовне підключення підпоршневих компресорів до ГТА. Тому ресивер продувочного повітря складається з однієї нероздільної порожнини. Крім того, поліпшується характеристика роботи двигуна при малому числі обертів і на часткових навантаженнях.

Рис. 1 - інжектор; 2 - ресивер випускних газів (в двигуні з турбіною постійного тиску); 3 - кран для перемикання інжектора на паралельну роботу; 4 - автоматично відкриваємий клапан; 5 - короткий випускний патрубок в двигуні з імпульсним турбонаддувом; 6 - підпоршневий продувний насос

Технічна експлуатація газотурбонагнетачів

Під час експлуатації ГД найбільший вплив на цю характеристику надає стан продувочно-випускного тракту, холодильників Забруднення повітря, коксування продувних і вихлопних вікон, занос проточної частини турбіни, прохідного перерізу продувочно-вихлопного тракту - все це погіршує гідравлічні характеристики, яка буде проходити більш круто і зміститься у сторону зони помпажа. Для збереження колишнього значення тиску і номінальної кількості продувного повітря GB буде потрібно збільшити потужність турбіни.

Відкладення на лопатках соплового апарату турбіни та забруднення його в цілому призводять до зменшення площі прохідного перерізу випускного тракту, що тягне за собою збільшення тиску газів перед турбіною РТ, чим вище РТ, тим більше розташовуються перепад Н, потужність і частота обертання турбіни. Однако при цьому погіршується процес очищення циліндрів ГД внаслідок зменшення відносини РК / РТ, погіршуються процеси наповнення та продування циліндрів свіжим зарядом повітря. Це викликає збільшення температури випускних газів ТГ і частоти обертання ГТН, при якому знижується економічність ГД і зменшується к.к.д. турбіни. Ця обставина призводить до зменшення витрати повітря в двигуні на величину GB і зниження індикаторної потужності; гідравлічна характеристика зміщується у бік зони помпажа і проходить через точку В, що відповідає новому режиму роботи ГД і ГТН.

Відкладення нагару на робочих і соплових лопатках, тріщини та поломки лопаток турбіни призводять до зниження окружного к.к.д. турбіни. Коефіцієнт φ, що виражає зниження швидкості газу в сопловом апараті з ло-патками, що працюють по чисто активному принципом, характеризується відношенням швидкостей С1/C0.

Відклади забруднень на лопатках компресора призводять до зниження тиску продувного повітря. Для підтримки його в номінальних межах потрібно збільшення потужності турбіни, яка не може бути досягнуто без збільшення подачі палива у двигун. Забруднення компресора призводить також до зменшення витрати повітря в двигуні і росту температури відходящих газів ТГ.

Забруднення продувочно-випускного тракту двигуна призводить до зменшення його прохідного перерізу і зниження витрати повітря в двигуні. Характеристики витрати повітря зміщується в зону менших витрат, і нова рівновага режиму роботи двигуна наступає в точці М, що знаходиться на іншій гідравлічной характеристиці. При цьому знижується якість продувки, погіршується процес газообміну і у випадку, збереження циклової подачі палива у двигуна підвищується температура вихлопних газів ТГ. Однак підвищення ТГ не може компенсувати зниження витрати повітря в двигуні, що призводить до зниження числа обертів турбіни, зменшення тиску наддуву, і , як наслідок, до зниження індикаторної потужності двигуна. Збільшення протівотиску на випуску газів з турбіни внаслідок забруднення газового боку поверхні нагріву утилізаційного котла погіршує умови продувки та очищення циліндрів, знижує ефективність робочого процесу в двигуні.

При постійній подачі палива у двигун із зростанням тиску за турбіною зменшується ступінь розширення газів у турбіні, що, незважаючи на збільшення температури випускних газів ГД, призводить до зменшення дисконуємого теплоперепада, зниження потужності та частоти обертання ГТН. Отже, характерна ознака забруднення вихлопного, продувочного тракту і утилізаційного котла - одночасне зниження частоти обертання ГТН, пониження тиску наддува ГД і зростання температури відходящих газів при збереженні циклової подачі палива у двигун.

Наведений аналіз причин зниження індикаторної потужності внаслідок забруднення продувочного-вихлопного тракту ГД і ГТН показує, що при кваліфікованої експлуатації, своєчасному виявленні першопричин зниження потужності та усунення їх суднові екіпажі в змозі підтримувати номінальні експлуатаційні характеристики двигунів без виведення їх на передчасний профілактичний і відновлювальний ремонт.

Досвід експлуатації двигуна MAN B & W показує, що для збереження тиску продувки РК і витрати повітря в двигуні GB, близькими до номінальним значенням, необхідно через 800-1000 ч роботи двигуна чистити ресивери продувного повітря, підпоршневі простори, продувні та випускні вікна від смолистих відкладень і продуктів згоряння. Ця періодичність диктується також міркуваннями пожежної безпеки в підпоршневому просторі, Пожежа в підпоршневом просторі, як правило, призводить к задірам і тріщинами в районі випускних вікон циліндрових втулок, заклинювання тронка поршня втулки, до повної заміни деталей ЦПГ.

Конструктивна особливість посадки циліндрової втулки двигуна в блок і нерівномірність температурного поля в перерізі продувочно-випускних вікон висувають жорсткі вимоги в частині підтримки температури випускних газів перед турбіною в номінальних межах. Незалежно від району плавання судна чистку повітряних фільтрів компресора необхідно проводити через 700 - 1000 год роботи ГД з метою підтримки продув очного повітря і температури випускних газів двигуна в заданих межах.

Вимоги до регулярного очищення проточної частини ГТН висуваються не тільки техніко-економічними показниками головного двигуна, але й тривалістю експлуатації таких вузлів, як підшипники, лабіринтові ущільнення, стан яких залежить від балансування обертання маси ротора з забрудненням проточної частини турбіни і компресора балансування ротора порушується, - виникає значна вібрація, яка призводить до руйнування підшипників, обрив болтів кріплення корпусу ГТН на фундаменті. З метою підтримання ГТН у доброму технічному стані ряд машинобудівних фірм (Броун-Бовері, Бурмейстер і Вайн, Ісиков-вадзіма Харімови Індастрі) широко застосовують очищення ГТН шляхом промивки останніх прісною водою при роботі ГД. Цей метод очищення ГТН дозволяє експлуатувати їх без розбирання до 12 000-16 000 ч (замість 5000-6000 год. відповідно до рекомендацій ) і поєднувати розбирання із заміною підшипників котіння.

Найбільше поширення отримав метод промивки ГТН, запропонований фірмами Броун Бовері і Бурмейстер і Вайн.

Метод фірми Броун Бовері полягає в тому, що промивка компресора проводиться при номінальних обертах ГД і ГТН через витіснення промивочної води із спеціального бачка під дією тиску повітря, відбирає з боку нагнітання компресора. Процес промивки триває 4-10 c періодичність очистки - кожну добу.

Промивка газової турбіни ГТН проводиться при знижених оборотах ГД, лімітованих умовами промивки залежності від типу розміру, числа циліндрів, які працюють на один ГТН, тиск промивочної води вибирається діаметром дросельної шайби (у мм), які необхідно встановити в місце підведення промивочної води до колектора вихлопних газів перед захисними гратами ГТН.

Температура промивочної води повинна підтримуватися в межах 50° С, періодичність промивки 200-250 год. Тривалість при циклічному промиванні (10-20 хв) залежить від ступеня забруднення газової турбіни ГТН. Промивка виробляється чистою прісною водою.

Метод, рекомендований фірмою Бурмейстер і Ваш, полягає в промиванні турбіни і компресора прісною водою при тиску 2-5 кг/см², повітрям під тиском 4 кг/см², Вода і повітря для промивки підводяться одночасно за допомогою спеціально виготовленого пристосування. Промивка турбіни і компресора здійснюється при знижених оборотах ГТН, частоту обертання необхідно підтримувати в межах 2000-2500 об / хв. Цикл промивки турбіни складає 25-20 хв, компресора 5 мін.    Після закінчення промивки необхідно частоту обертання дизеля і ГТН підняти до номінальних значень і витримати цей режим не менш одного часу. Маються повідомлення про промивання компресорів ГТН дизельним паливом. Цей метод не отримав широкого впровадження, так як попадання додаткової кількості дизельного палива в продувний ресивер і в підпоршневі простори може послужити причиною аварійних пошкоджень.

При повному розбиранні ГТН під час ревізій після 9000 год експлуатації ГД встановлено повна відсутність відкладень нагару на лопатки проточної частини і внутрішньої поверхні корпусів ГТН, що підтвердило ефективність цього методу очистки ГТН без розбирання.

Ця економія обумовлена відсутністю необхідності повного демонтажу ГТН для очищення після експлуатації їх протягом 5000-6000 год і заміни підшипників котіння після 12000-14000 годин роботи. Описані методи промивки поряд з позитивними мають і негативні сторони. Якщо промивка турбіни ГТН діючої силової установки не викликає особливих труднощів, то промивка компресора пов'язана з неминучою подачею води в продувний ресивер двигуна, так, наприклад, при промиванні ГТН типу VTR - 500 в продувних тракт вноситься додатково 36 л, а при промиванні ГТН VTR - 750 - 75 л води (без урахування вологи, що вноситься з продувним повітрям).

З метою усунення можливості конденсації води в ресивері потрібно підвищення температури продувного повітря, що призводить до збільшення витрат палива на двигун. Так, підвищення температури продувного повітря на 10 ° С в інтервалі робочих температур 20-45 ° С призводить до збільшення на 0,65-1,3% витрат палива, росту на 15-20% температурних напружень.

Необхідно відзначити, що промивка ГТН по методу фірми Броун Бовері найбільш проста і безпечна, не вимагає складних додаткових пристроїв. Очищення ГТН шляхом промивання водою може бути впроваджена тільки при хорошому технічному стані проточних частин турбіни і компресора, а також всього газоповітряного тракту; поверхні лопаток, соплових апаратів, ресиверів і т.п. повинні бути чистими. Впровадження на судах описаного методу регулярної очистки ГТН спрощує обслуговування силових дизельних установок, підвищує її надійність, протягом тривалого терміну експлуатації зберігає техніко-економічні характеристики установки на рівні, що наближається к номінальним побудованим значенням, знижує працевтрати екіпажу на технічне обслуговування.

Технологія ремонту газотурбонагнетачів

За своєю періодичності найбільш часті розбирання турбокомпресорів відповідають поточному ремонту і як правило, вони виконуються по закінченні навігації судновими досвідченими фахівцями в умовах спеціалізованій ділянки РЕБ або судноремонтного заводу. Поряд з цим звертає на себе увагу той факт, що часті розбирання турбокомпресора, і в особливості його ротора, порушують встановлені в сполуках зазори і натяги, а також балансувальні дані, що призводять до неприпустимих ненормальністям в роботі системи газотурбінного наддуву двигуна.

Демонтаж турбокомпресора з двигуна починається з від'єднання всіх пов'язаних з ним трубопроводів, газоповітряного тракту, системи охолодження і змащення, вентиляції картера двигуна і болтів кріплення турбокомпресора до кронштейна, встановленому на блоці циліндрів двигуна. Перед зняттям турбокомпресора з двигуна всі відкриті його порожнини і отвори, а також належні йому трубопроводи охороняють заглушками від потрапляння бруду і сторонніх предметів. Потім через вушок за допомогою троса охоплюють газовипускну частина корпуса турбокомпресора і знімають останній з двигуна.

До початку розбирання турбокомпресор необхідно ретельно очистити від бруду і відзначити (якщо такі є) сліди підтікання води, масла, витоку газів або повітря, а також перевірити стан корпусів на відсутність в них слідів перегріву. Після цього через пробки потрібно опустити масло з маслосбірників і воду з порожнин охолодження турбокомпресора. Поставивши на місце спускні пробки, ретельно очищають турбокомпресор, обдувають його стисненим повітрям і насухо витирають. На сполучених деталях, взаємне положення яких регламентовано (фланцеві з'єднання в корпусі, дифузор и т.п.), необхідно нанести кернів контрольні мітки для полегшення виконання зборки турбокомпресора після його ремонту.

Розбирання турбокомпресора виконується спеціальними інструментами і пристроями, при цьому гайкові ключі та викрутки повинні мати рукоятки, що забезпечують отримання необхідного обертального моменту. Застосовувати наставник трубки або молотки забороняється.

У процесі розбирання турбокомпресора стежать за тим, щоб не були пошкоджені распорні втулки, регулювальні шайби, прокладки та інші деталі ротора. В іншому випадку при збірці доведеться виконувати значні додаткові роботи. Так, наприклад, заміна балансирних шайб або втулок вимагає проведення динамічного балансування ротора та інших операцій. Крім того усі прокладки (паперові, з гнучкого текстоліту), що залишилися у процесі розбирання турбокомпресора на місці в придатному для подальшої роботи стані, рекомендується не знімати, щоб не зіпсувати при знятті.

Турбокомпресори за своєю конструктивною компонуванністью однотипні і уніфіковані, що дозволяє нижче викласти послідовність їх розбирання і дефекації на прикладі найбільш поширених з них.

Технологія розбирання турбокомпресорів типу ТК-23 і PDH-35 з осьовим газовою турбіною, які відрізняються між собою конструкцією опорних підшипників, включає наступні операції:

Рисунок 7.1- Інструменти і пристосування для розбирання турбокомпресора. 1 - гайкові ключі: 2 - викрутка; 3 - торцеві ключі для кінцевих: 4-напрямна штанга; 5 - отжімной болт; 6 - притиск для оглядового скла: 7 - знімачі для підшипників: 8 - знімач для колеса компресора; 9 - стопорних планка ротора; 10 - вимірювальний щуп; 11 - рими для підйому ротора; 12 - вороток; 13 - ковпачок: 14 пристосування для заміру осьового люфту; 15 - набір чеканов для виїмки і ремонту ущільнень.

. ТК-23. Вивернути штуцери підведення масла, відвернути гайки (болти) кріплення кінцевих кришок і зняти останні. Після цього навернути на кінець вала ротора з боку газової турбіни запобіжний ковпачок і провести демонтаж глушника шуму.. Відвернути болти і зняти кінцеві кришки опорних підшипників, а також глушник шуму. Знявши кінцеві кришки опорних підшипників та глушник шуму, отримують доступ до опорного підшипника, демонтаж яких починається з опорного підшипника, розташованого з боку компресора.

. Демонтаж і розбирання опорного підшипника з боку компресора. Турбокомпресор встановити компресором вгору так, щоб ось вала ротора займала вертикальне положення. Потім відігнути замкову пластину з паза гайки на кінці вала ротора. Спеціальним торцевих ключем з воротком відвернути кінцеві гайки з обох кінців вала ротора. Після цього, щоб уникнути пошкодження різьби вала ротора, на його кінець необхідно навернути ковпачок і, користуючись спеціальним знімачем, вийняти цілим опорно-завзятий підшипник, який в подальшому легко розбирається на складові частини (корпус і втулку).

Рисунок 7.2 - Демонтаж кінцевих кришок опорних підшипників у турбокомпресора ТК-23 і PDH-35 1 - стопорних планка: 2 - торцевих ключ

. Демонтаж спіральної камери й дифузора компресора починається з від'єднання спіральної камери за допомогою отжімних болтів. У разі відсутності різьбових отворів під отжімні болти застосовують важіль, який своїми вістрями закладається в виїмки на фланці, і невеликим зусиллям обидві частини корпусу турбокомпресора роз'єднують один від одного.

Спіральну камеру компресора слід виймати без перекосів і обережно з тим, щоб не пошкодити лабіринтове ущільнення. Після цього виймають дифузор компресора, запобіжний ковпачок і його на протилежний різьбової кінець вала ротора, а на що звільнилася різьба рим, необхідний для виконання наступної операції розбирання турбокомпресора.       4. Демонтаж і розбирання ротора (рисунок 7.3). За допомогою рима навернути на кінець вала ротора, останній разом з лабіринтові ущільнення і теплоізоляційної вставкою обережно піднімають вгору і витягують його з корпусу турбокомпресора.

Рисунок 7.3 - Демонтаж ротора

Дефекація ротора в зборі здійснюється на токарні верстанні, де він встановлюється в центри із застосуванням звичайних технічних засобів вимірювань у вигляді індикаторів та спеціальних шаблонів. Обертаючи ротор від руки, вимірюють биття в декількох перерізах по довжині вала і на торцевих поверхнях, а також відхилення шийок від правильної циліндричної форми в кожному з прийнятих поясів вимірів по довжині вала ротора.

Гранично допустимими відхиленнями биття в місцях установки лабіринтових ущільнень до 0,06 мм; биття на поверхні опорних шийок до 0,03 мм; биття на торцевих поверхнях до 0,02-0,0.3 мм ; конусною на робочій довжині опорної шийки до 0,015-0,025 мм; елліптічність і бочкообразної (корсетних) опорної шийки до 0,02 мм.

Крім того, при вимірах биття необхідно встановити надійність посадки робочих коліс газової турбіни і компресора. З цією метою робоче колесо погойдують в осьовому напрямку і щодо відхилення стрілки індикатора оцінюють ослаблення посадки того чи іншого колеса на валу ротора. У разі перевищення гранично допустимих відхилень і наявності одного або декількох дефектних ознак турбокомпресора піддають розбиранні і дефекації його складових частин.

Робоче колесо компресора пресують з валу ротора за допомогою спеціального знімача та перехідної втулки, при цьому, втулку накручують на маточині колеса, а болті знімача в різьбові відчини втулки. Обертаючи комірчик знімача, знімають колесо компресора, який пресується зі свого посадкового місця.

Ремонт статорних деталей компресорів

Ремонт статорних деталей турбокомпресора з дефектами у вигляді тріщин, свищів і пористість в основному виконують їх заварку, рідким склом або заповненням епоксидних смол, а в окремих випадках він обмежується зачисткою або шабровою дефектних поверхонь.

Корпус турбокомпресора ремонтується в залежності від величини та місця розташування дефекту. При цьому на корпусі компресора і його патрубки допускається наявність тріщин у кількості не більше трьох і завдовжки не більше 40-60 мм, які можуть бути виправлені заварки. Тріщини і свищі, виявлені на корпусах газової турбіни, заварювати не дозволяється, і останні підлягають заміні на нові.

Ремонт тріщин зазначених розмірів здійснюється газової зварюванням із застосуванням чавунних прутків діаметром 6-12 мм, латунних або мідних електродів, і електродугової зваркою - чавунними електродами з прутків діаметром 7-8 мм; 6-12 мм або електродугової з застосуванням електродів. До початку зварювальних робіт дефектні місце зачищається до чистого металу, при цьому тріщини попередньо засверлівают по кінцях, вирубують і ретельно готують під зварювання з кутом обробки 30-40 ° від вертикалі, а раковини обробляють до плавного виходу на кромки. Під час проведення зварювальних робіт ремонтуємий корпус, за винятком дефектного місця, що підлягає зварці, закривають листовим азбестом, а сам процес зварювання ведуть відновних полум'ям, не допускаючи дотику ядром полум'я металу електродного прутка або самого корпусу.

Дефекти у литих корпусах з алюмінієвих сплавів можуть бути виправлені висококваліфікованими газовим зварюванням або електрозварювання вугільними електродами.

У цьому випадку дефектні місце під зварювання обробляють під кутом не менше 90 ° без залишення гострих крайок, а тріщини після їх вирубки по кінцях. В якості присаджувальних матеріалів застосовують відлиті в кокіль прутки діаметром 7-10 мм, за хімічним складом близькі до матеріалу корпусу. В якості покриття прутків рекомендується суміш з 35% кріоліту, 50% хлористого калію і 15% хлористого натрію. Корпуса, відлиті зі сплаву АЛ 9, рекомендується перед заваркою підігрівати до температури 250 ° С.

Зварювальний процес ведеться швидко на постійному струмі при прямій полярності з величиною струму в межах 200-450 А, яка регулюється в залежності від товщини заварювального місця. Вугільні електроди повинні бути приготовлені з графітових заготівель і загострити на кінці, при цьому кінець знову загострюється.

Рух вугільних електродів при заварки повинен бути круговим з радіусом кола 15-20 мм і без будь-якої затримки на одному місці.

Після ремонту складових частин корпусу турбокомпресора герметичність зварювальних швів перевіряють наливом гасу, канали та отвори в корпусі продувати стисненим повітрям, а його водяну порожнину пресують водою, яка подається під тиском 3-4 кг-с/см² при температурі 70-60 ° С у протягом 5 хв. Течі і не допускаються.

Поява під час гідравлічного випробування незначних або просочування води на чавунних корпусах виправляється способом пре совки (заповнення пор) рідким склом.

Технологія полягає у підігріву рідкого скла та лагодженого корпусу до 100-120 ° С наступною заливання в порожнину рідкого скла під тиском 4-6 кг-с/см² до моменту появи крапель скла на поверхні даного корпусу. Після цього рідке скло зливають, а деталь піддають природному сушінню на відкритому повітрі протягом доби або при температурі 120 ° С протягом 4-6 ч. Після сушіння поверхню лагодженого корпусу очищають, а потім повторно випробовують на герметичність.

Дефекти у вигляді окремих свищів в корпусах турбокомпресора усуваються шляхом постановки різьбових заглушок. Для цього в місці виявленого свища отвір, нарізають в ньому різьблень (не більше 8 мм) і ставлять заглушку з алюмінієвого сплаву. Після цього заглушка зачищається зі стінкою корпусу і потім тріскається.

Дефекти на сполученої поверхнях окремих частин корпусу турбокомпресора у вигляді задирів і забоїн усуваються шабером. В корпусах з горизонтальним роз'ємом (турбокомпресор Д-50) сполучні площини по плиті з розрахунком, щоб після з'єднання обох частин корпусу в площину роз'єми щуп товщиною 0,05 мм заходив на глибину не більше 10 мм.

Пошкоджені і зношені різьблення у корпусах турбокомпресора при ремонті зазвичай виправляють на наступний більший розмір. При зносі втулок лабіринтових ущільнень їх шабрують або замінюють на нові.

Дифузор, що має дефекти у вигляді слідів дотику ротора, піддається зачистці дрібної крокусовой шкіркою, змоченою в гасі. Забороняється для цієї мети користуватися наждачним папером. Після зачистки дефектного місця дифузор ретельно промивають за допомогою щітки з жорсткої щетини.

Для складових дифузор їх стикових поверхні перевіряються на плиті, при цьому зазор між плитою і поверхнею стику допускається не більше 0,05 мм. Сопловий апарат. При цій дефекації особливу увагу звертають на стан лопаток, які при обстукуванні молотком не повинні видавати  звуку, в іншому випадку це свідчить про наявність тріщини у перевіряє мої лопатки. Виявлені тріщини підлягають заварку якісними електродами з наступною зачисткою зварювального шва особистим навильником. Відремонтована лопатка контролюється по товщині.

Місця зі слідами корозії в сопловому апараті зачищається шкіркою з наступною протирання ганчіркою, змоченою у бензині; незначні забоїни або сліди дотику ротора на сопловім апараті підлягають зачистці подібно дифузора компресора. Короблені стикові поверхні соплового апарату перевіряється на плиті, при цьому в середньому допускається зазор між плитою і внутрішнім ободів не більше 0,15 мм, а між плитою і зовнішнім ободів - не більше 0,25 мм.

Після ремонту соплового апарата рекомендується перевірити величину сумарної площі вихідних перерізів, яка повинна дорівнювати розрахунковим значенням. Якщо площа вихідних перерізів соплового апарату більше розрахункової, необхідно зробити подгібку вихідних кромок його лопаток.

Безпека життєдіяльності. Профілактика й заходи щодо зменшення впливу шуму на організм людини в суднових умовах

Насичення сучасних суден енергетичним устаткуванням і системами нових видів, що найчастіше мають значну віброакустичну активність, нерідко приводить до різкого підвищення рівнів шуму в суднових приміщеннях. Шум є найбільш розповсюдженим і важко переборним шкідливим виробничим фактором. Високий рівень шуму особливо характерний для приміщення суден з кормовим розташуванням надбудов, що знаходяться в безпосередній близькості до суднової енергетичної установки і гребних гвинтів, які є одними з основних джерел шуму на суднах. Найбільш високі рівні шуму зафіксовані на суднах з енергетичною установкою, обладнаною середньо- і високо-обертовими двигунами внутрішнього згоряння і двигунами із вільно-поршневими генераторами газу.

Вплив шуму на людину. Сильний шум погіршують умови праці, справляючи несприятливий вплив на організм людини і знижуючи продуктивність праці. Впливаючи на центральну нервову систему, шум впливає на весь організм людини. Тривалий та інтенсивний шум впливає на органи слуху, приводячи іноді до глухоти, викликає серйозні розлади нервово-психічної і серцево-судинної діяльності організму. Стомлення працюючих через сильний шум сприяє уповільненню швидкості психічних реакцій, що збільшує число помилок при роботі й може стати причиною аварій суднових механізмів і травматизму особового складу.

Ступінь шкідливості шуму визначається її інтенсивністю і тривалістю виливу на людину. З цього погляду в найбільш несприятливих умовах знаходяться члени машинних команд, що несуть вахти в машинно-котельних відділеннях (МКВ) на суднах, не обладнаних системами дистанційного автоматизованого управління енергетичними установками.

Інтенсивний шум у машинних відділеннях, де встановлені двигуни підвищеної шумності, значно знижує чутність і погіршує сприйняття мови, що може стати причиною аварій чи нещасних випадків. Так, при рівні шуму в МКВ, що досягає 110...115дБ, сприйняття вахтовим мови й усних команд різко знижується, а при рівні, що перевищує 116дБ, цілком припиняється.

Тому на флоті приділяють підвищену увагу питанням зниження шкідливого впливу шуму на людину.

Основні фізичні та фізіологічні характеристики шуму

Звук являє собою хвильове коливання часток пружного середовища під впливом якої-небудь сили. У залежності від виду середовища, в якому поширюється звук, розрізняють повітряний, підводний і структурний шуми.

Звук, що поширюється у повітряному середовищі, називають повітряним, у воді - підводним звуком. Структурний звук викликається вібрацією твердих тіл.

Швидкість поширення звукової хвилі у будь-якому середовищі називають швидкістю звуку. Вона залежить від пружності та щільності середовища. Так, наприклад, швидкість поширення звукової хвилі в повітрі при норрисьних атмосферних умовах становить 344 м/с, у воді - 1500 м/с, у суцільній сталевій чи алюмінієвій конструкції відповідно 6110 і 6400 м/с. При підвищенні температури середовища швидкість звуку збільшується.

Шум - це комплекс звуків різної сили і частоти, що знаходяться у безладному поєднанні. З фізіологічної точки зору шумом є всякий заважаючи або небажаний звук, що порушує тишу і справляє дратівний вплив на організм людини.

У суднових умовах повітряний шум, створюваний головними двигунами і різним устаткуванням, поширюється в суднові приміщення безпосередньо через повітря. Крім того, повітряний шум головних двигунів викликає вібрацію конструктивних огороджень машинного відділення, що створює шум у суміжних приміщеннях. Аеродинамічний шум супроводжує процеси всмоктування, нагнітання і випуску газу чи пари (наприклад, у системах вентиляції і кондиціювання повітря). Механічний шум виникає в результаті роботи машин і механізмів. У суднові приміщення, в яких немає джерел шуму, структурні звукові коливання передаються по корпусних конструкціях і системах, створюючи повітряний шум.

У залежності від частоти звукові хвилі розділяють на інфразвукові - з частотою менше 8...20 Гц; звукові, або чутні, звуки з частотою в межах від 16 до 20 тис. Гц; ультразвукові з частотою від 10³ до 10⁹ і гіперзвукові з частотою понад 10⁹ Гц.

Поширення звукової хвилі у середовищі характеризується миттєвою зміною тиску середовища і періодичними згущеннями і розрідженнями її часток. Довжиною звукової хвилі називають відстань між центрами двох згущень чи двох розріджень середовища. Найбільшу величину зміни тиску середовища при зближеннях, що чергуються, і віддаленнях її часток прийнято називати амплітудою звукового тиску Р. Амплітуда звукового тиску характеризує величину звукового тиску.

Звуковий тиск вимірюють за допомогою спеціальних датчиків, що сприймають перемінне значення тиску.

Частота звукових коливань (Гц) визначає висоту звуку і є однією з основних його характеристик. Чим вище частота, тим вище тон чутного звуку.

Вухо людини здатне сприймати звуки в діапазоні коливань від 16 до 20000 Гц. Звуки з частотою нижче 16 Гц і понад 20000 Гц слуховим апаратом людського вуха не сприймаються як чутні.

Мінімальне значення звукової енергії, що відповідає слабким звукам, які уловлюються вухом людини, називають порогом чутності, прийнятим за нуль голосності. Звук, звуковий тиск якого менше порога чутності, вухом не сприймається. Поріг чутності для різних частот неоднаковий.

Максимальні значення звукової енергії, що викликають хворобливі відчуття у вухах і є порогом больового сприйняття звуку, називаються больовим порогом.

Звукові коливання з енергією, що перевищує больовий поріг, викликають пошкодження слухового апарата людини.

Інтенсивність звуку больового порогу перевищує інтенсивність звуку порога чутності у 10¹³ разів. Сила (інтенсивність) звуку визначається кількістю звукової енергії, що проходить у середовищі за одну секунду через одиницю поверхні, перпендикулярної напрямку руху хвилі.

Поряд з поняттям сили (інтенсивності) звуку введене й поняття його голосності.

Голосність звуку - це суб'єктивна оцінка сили (інтенсивності) звуку. Рівень сили звуку виражає тільки фізичну його характеристику, а голосність - фізіологічний фактор сприйняття звуку вухом людини. Таким чином, голосність є суб'єктивним аналогом цієї фізичної величини.

Голосністю звуку називають інтенсивність слухового відчуття, що викликається звуковою хвилею. За одиницю виміру рівня голосності прийнято тло.

Слуховий апарат людини здатний реагувати на відносну зміну акустичних параметрів, а не на абсолютну. Якщо збільшити силу звуку якогось тону від порога чутності до больового порога, то наростання голосності звуку сприймається набагато повільніше, ніж зростає його інтенсивність. Наприклад, збільшення сили звуку в 10 разів відчувається вухом як збільшення голосності звуку лише в 2 рази. Це пояснюється тим, що між силою звуку як фізичною одиницею і його голосністю як суб'єктивним фактором сприйняття звуку не існує прямої пропорційності.

У техніці користуються поняттям рівня віброакустичних параметрів у зв'язку з тим, що абсолютні їх значення змінюються у величезних діапазонах. Рівнем віброакустичного параметра вважають логарифмічне відношення абсолютної його величини до деякого значення цього параметра, обраного за початок відліку (опорна, чи гранична, величина).

Чутливість слухового апарата людини до зміни інтенсивності звуку значно нижча, ніж до зміни його частоти. Для того, щоб людина відчула ледь помітну зміну голосності звуку, необхідно його інтенсивність збільшити на 26 % відносно первісної. Зміна ж частоти звуку тільки на 0,3 % уже сприймається вухом людини як зміна його висоти (тону). Крім того, слуховий апарат людини неоднаково чутливий до звуків різної частоти. Виявляється, найбільш чутливий слух до звуків у діапазоні від 800 до 4000 Гц. Для цих частот поріг чутності найменший. Тому для оцінки рівнів голосності шумів за міжнародною згодою прийнятий звук частотою 1000 Гц. Умовному нулю відповідає голосність звуку частотою 1000 Гц із силою звуку = 10... 12 Вт/м², що відповідає граничному звуковому тиску Па.

Нормування шуму

З метою визначення відповідності віброакустичних параметрів середовища санітарним нормам (ДСТ 12.1.003-83. Шум. Загальні вимоги безпеки) здійснюється вимірювання рівня шуму. Основним приладом для вимірювання шуму є шумомір.

На основі вивчення шкідливого впливу шуму на суднові екіпажі встановлено норми допустимих рівнів шуму на морських суднах, що передбачають величини рівнів шуму для машинно-котельних відділень, житлових, громадських і службових приміщень.

Визначення якості суднового устаткування за рівнями шуму проводять звичайно в період ходових випробувань, а також ремонтів суден і їхнього устаткування.

Методика вимірювання рівнів шуму регламентується ГОСТ 12.1020-79 «ССБТ. Шум. Методи контролю на морських суднах».

На підставі ретельного вивчення шкідливого впливу шуму на суднові екіпажі з урахуванням вимог Держстандарту Санітарними правилами для морських суден встановлено норми шуму.

Норми встановлюють гранично допустимі величини рівнів шуму на робочих місцях екіпажу, в житлових і громадських приміщеннях, зонах відпочинку. Рекомендується визначати рівень шуму у восьми октавних смугах (63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 і 8000 Гц). При цьому встановлено граничні (безпечні) значення рівнів шуму по кожній октавній смузі.

Запобігання шкідливому впливові шуму

Зменшення шкідливого впливу шуму здійснюють по таких напрямках: зменшення шуму в джерелах виникнення, зміна спрямованості шуму (екранування) або його ізоляція, поглинання шуму, раціональне планування суднових приміщень і їх віброакустична обробка.

Найбільш радикальним заходом боротьби з шумом на суднах є ослаблення їх у джерелах виникнення. Головними генераторами шуму на судні є механізми енергетичної установки, гребні гвинти, системи вентиляції і кондиціювання повітря. Рівні звукової потужності джерел визначаються відповідно до ДСТ 12.1.023-80, ДСТ 12.1.029-80.

Потужність звукового випромінювання суднового енергетичного устаткування можна зменшити засобами конструктивного, технологічного характеру, а також оптимізацією режимів його експлуатації.

До числа найбільш ефективних заходів по зменшенню шуму в джерелі виникнення можна віднести наступні: підвищення віброакустичних параметрів машин і механізмів при їх конструюванні і виготовленні (заміна швидких зворотно-поступальних рухів деталей рівномірним обертальним, зменшення маси елементів, що стикаються, підвищення чистоти обробки поверхонь тертя і спільне притирання взаємно дотичних деталей, запобігання можливим резонансам тощо); застосування примусового мащення поверхонь тертя у зонах контакту; поліпшення віброакустичних характеристик насосів, вентиляторів та суднових систем вентиляції і кондиціювання повітря.

Ефективним засобом боротьби з шумом є запобігання поширенню його у навколишнє середовище. Це досягається шляхом застосування засобів акустичного захисту: акустичною обробкою приміщень і устаткування, а також застосуванням глушителів.

Акустична обробка приміщень і устаткування полягає у застосуванні звукоізолюючих і звукопоглинальних матеріалів, спеціальних ізолюючих вигороджувань і кожухів з звукопоглинальним покриттям, а також здійснюється за допомогою герметизації і звукоізоляції суднових машинних відділень.

Звукову ізоляцію звичайно поєднують із застосуванням звукопоглинальних матеріалів для облицювання звукоізолюючих кожухів і вигороджувань.

Кардинальним способом вирішення проблеми зниження шкідливого впливу шуму на людей є впровадження засобів автоматизації і дистанційного управління головними енергетичними установками та іншим судновим устаткуванням, а також впровадження без вахтового їх обслуговування на суднах морського флоту.

Для зменшення шкідливого впливу шуму на обслуговуючий персонал на судні передбачається управління енергетичної установки із ЦПК.

Організація пожежної безпеки на судах

Боротьбою з пожежами - називається комплекс технічних і організаційних заходів, що проводяться з метою запобігання пожежі, обмеження поширення вогню і створення умов безпечної евакуації людей.

Найбільш важливою частиною протипожежного захисту суден є проти пожежна профілактика. Вона включає комплекс активних організаційних заходів щодо боротьби за живучість судна і питання конструктивного протипожежного захисту (КПЗ). Основою організації боротьби за живучість судна є вимоги Міжнародного кодексу по управлінню безпечною експлуатацією суден і запобіганням забрудненню (МКУБ - 94,ІSМ - Соdе), Конвенції SOLAS - 74, статуту служби на морських суднах, НБЖС (РД 31.60.14-81), а також класифікаційних товариств судноплавства. За вимогою Конвенції SOLAS - 74 на кожному судні повинен бути план протипожежного захисту судна і план дій екіпажу при оголошенні пожежної тривоги (FIREPLAN), складений на національній і англійській мовах,один екземпляр якого розміщується у доступному місці.

Відповідно до цих документів, складається розклад по тривогах, що встановлює обов'язки для кожного члена екіпажу судна, який під розписку інформується про його дії при оголошенні пожежної тривоги.

Усі профілактичні протипожежні заходи, що проводяться на судні, інформація про протипожежні конструкції судна, системи пожежної сигналізації, системи виявлення пожежі й пожежні проходи із виказанням всіх приміщень на кожній палубі, повинні знайти відображення в судновому пожежне-контрольному формулярі FIREPLAN і папці керівних документів по боротьбі за живучість судна. На всі суднові приміщення розробляються відповідними підрозділами судноплавної компанії оперативні плани (ОП), що доводяться до кожного члена екіпажу під розписку. Один екземпляр цих планів знаходиться в папці керівних документів на головному командному пункті (ГКП), інші екземпляри - у командирів аварійних партій і груп.

Командний склад судна, призначений керувати операціями по боротьбі з пожежею, мусить пройти підготовку з методів боротьби з пожежею за розширеною програмою, звертаючи увагу на організацію, тактику й управління, і показати компетентність, що дозволяє йому прийняти на себе виконання завдань, обов'язків і відповідальності відповідно до вимог розділу А - У1/3 Міжнародного Кодексу STCW-Соdе'78/95.

До основних завдань сфери компетентності належать:

) керівництво операціями по боротьбі з пожежею на суднах;

) організація і підготовка пожежних партій;

) перевірка і обслуговування систем і устаткування для виявлення пожежі й пожежогасіння;

) розслідування і складання доповідей про інциденти, пов'язані з пожеже

З метою методологічного забезпечення вивчення курсу по боротьбі з пожежами на суднах необхідно враховувати рекомендації спеціальної моделі курсу ІМО 2.03 Аdvance Training іn Fіге Fighting. До проходження цього курсу необхідно пройти базову підготовку по боротьбі з пожежею Ваsіс Fіге Fighting, що є однією із складових частин курсу «Виживання в екстремальних умовах» відповідно до підрозділу А-УІ/1-2 «Специфікація мінімального стандарту компетентності в області протипожежної безпеки і боротьби з пожежею» Кодексу STCW-Соdе'78/95.Головна роль у забезпеченні пожежної безпеки суден приділяється екіпажу. При цьому треба враховувати, що члени екіпажу не є професійними пожежниками тому піддавати їх невиправданому ризику неприпустимо. Ризик виправданий тільки у випадку порятунку інших людських життів. Тому всі члени екіпажу при надходженні на судно обов'язково одержують інструктаж з пожежної профілактики. Вони повинні добре знати пожежогасіння, постів сигналізації, пожежного інструмента, а також своє місце й обов'язки у випадку пожежної тривоги.

На окремих і загально-суднових навчаннях з пожежної безпеки, на заняттях і тренуваннях здійснюється відпрацьовування практичних навичок з ліквідації пожежі в кожному судновому приміщенні, чітких дій в різній обстановці (у простих чи ускладнених умовах), уміння використовувати пожежний інвентар, устаткування, а також засоби індивідуального захисту. При проведенні загально-суднових навчань у морі або в портах рекомендується застосовувати засоби імітації пожежі («Вогнище пожежі», «Спалах», нейтральні дими тощо). При цьому необхідно передбачити заходи безпеки, що виключають можливість фактичної аварії судна і травмування людей під час навчань.

Протипожежний режим суднових приміщень характеризується низкою особливостей, обумовлених ступенем їх пожежної небезпечності. Тому командний склад судна повинен добре орієнтуватися в суднових приміщеннях, досконально вивчити устрій і конструктивні особливості судна, межі проти пожежних зон. Кожен командир повинен знати правила використання усіх засобів пожежогасіння, а також заходи для запобігання пожежам і способи боротьби з вогнем. До обов'язків командного складу входить також підготовка і навчання підлеглих осіб боротьбі за живучість судна.

Для боротьби з пожежами, водою і всілякими ушкодженнями суднових технічних засобів на кожному судні створюються аварійні партії. Кількість аварійних партій залежить від розмірів і призначення судна, а також від чисельності екіпажу. При чисельності екіпажу більше 100 чоловік створюється 3 аварійні партії, при чисельності 50... 100 чоловік - дві аварійні партії й одна група для машинного відділення, при, чисельності 15...50 чоловік - 1 аварійна група. На сучасних транспортних суднах, де чисельність екіпажу звичайно не перевищує 20 чоловік, створюється одна аварійна партія.

Розподіл членів екіпажу по аварійних партіях і групах здійснюється з урахуванням їх досвіду роботи на суднах та інших ділових якостей. Кожному члену аварійної партії визначається коло обов'язків, що фіксуються «Розкладом по тривогах» у відповідних планах і в каютній картці. Розробляється і здійснюється система патрулювання по судну.

При звільненні частини: екіпажу на берег створюється аварійна щодобова стоянкова партія чи група, виходячи з конкретних умов і чисельності екіпажу, при стоянці судна на рейді аварійна стоянкова партія (група) повинна створюватися, виходячи з третини екіпажу, а при стоянці біля причалу - не менше 1/5 частини екіпажу. Командирами аварійних груп і партій призначаються особи командного складу. Командиром аварійної стоянкової партії є вахтовий помічник капітана, а його заступником - вахтовий механік.

Відповідальність за пожежну безпеку судна покладена на капітана. Обов'язки осіб командного і рядового складу визначаються розкладом по суднових тривогах.

У випадку пожежі загальне керівництво боротьбою за живучість судна з головного пожежного поста (як правило, ходового містка) здійснює капітан. Він організує боротьбу екіпажу з пожежею і направляє його діяльність на виявлення місця і розмірів пожежі, установлення наявності і можливості евакуації людей з палаючих приміщень, обмеження поширення вогню по судну, і ліквідацію наслідків пожежі. Старший помічник капітана керує носовою і кормовою аварійними партіями, групами розвідки і водотічності, пунктом медичної допомоги, групою охорони порядку і евакуації (на пасажирських суднах).

Старший (головний) механік зобов'язаний забезпечувати: живучість судна, постійну справність і готовність суднової енергетичної установки і всіх стаціонарних засобів гасіння пожеж.

Завідувачі приміщеннями й окремими частинами судна зобов’язані підтримувати в них протипожежний режим, доповідати вахтовій службі про помічені несправності і контролювати усунення неполадок у приміщеннях, що знаходяться в їхньому завідуванні. На доступних для огляду місцях повинні бути вивішені оперативно-тактичні документи з пожежогасіння, схеми шляхів евакуації людей з приміщення, суднових систем.

Аварійні та пожежні пости повинні постійно бути цілком укомплектовані відповідним майном. Аварійні пости фарбують синьою фарбою, чи наноситься синя смуга та забезпечуються написом «Аварійний пост» (ЕМЕRGЕNСY ЕQUIРМЕNТ), пожежні пости фарбуються червоною фарбою і забезпечуються написом «Пожежний пост» (FIRE STATION) або знаками - F, FЕ. Написи виконуються білою фарбою. Використання майна цих постів не за призначенням категорично забороняється. Двері й люки аварійних виходів і шляхи до них повинні мати чітке позначення, маркірування і написи (РІКЕ ЕХІТ). Окремо позначаються місця для паління. Зварювальні роботи і роботи з відкритим вогнем можуть проводитися тільки з дозволу капітана судна й у повній відповідності з Правилами введення вогневих робіт.

При виникненні пожежі подається пожежна тривога сигналами тривоги і по, судновій трансляції. Якщо об'являються пожежні навчання, то про це повинно бути зроблене спеціальне попередження.

Таким чином, пожежна безпека суден багато в чому залежить від чіткої організації профілактичних протипожежних заходів, а також підготовленості екіпажів.

Висновки

Наддув є обов'язковою конструктивною ознакою сучасних суднових дизелів. Агрегати наддуву складають значну частину всіх вузлів дизеля і є специфічними пристроями, що вимагають глибоких знань для забезпечення кваліфікованої експлуатації. Збільшення заряду повітря найраціональніше здійснюється при газотурбінному наддуві, коли в циліндри дизеля поступає повітря, стисле в компресорі, що приводиться в обертання газовою турбіною, використовуючою енергію випускних газів.

Для створення обґрунтованої методики дослідження і проектування двигуна потрібне узагальнення і уточнення завдань, понять і способів розрахунку суднових малооборотних двигунів з ГТН. У даній роботі розглядаються результати роботи двигунів з ГТН, різні системи наддуву з ГТН. Також торкнулися питання по технічній експлуатації і ремонту ГТН, запропонований метод підключення силової турбіни до дизеля.

Список використаної літератури

. Б.И. Андросов, А.И. Кравцов. Дизели морских судов. Атлас конструкцій

. Под. ред. В.А. Ваншейдта, Н.В. Иванченко. Справочник по дизелямм 1977г.

. И.В. Возницкий. Судовые двигатели внутреннего сгорания 2003 г.

. А.Д. Межрицкий . Турбокомпрессоры судовых дизелей 1988 г.

. С.В. Камкин. Газообмен и наддув судовых дизелей.

. Л.Н. Карпов, И.Л. Лютов, В.С. Гаврилов. Двигатели с турбонаддувом <транспорт> 1981 г.

. Е.В. Корнилов, П.В.Бойко. Системы газотурбинного наддува судовых дизелей. 2006 г.

. В.И. Ланчуковский. Безопасное управление судовыми енергетическими установками. 2004 г.

. Е.М. Половинка. Наддув судовых дизелей 2006г.

. Manual MAN B&W - chapter Turbocharger, Operation, maintanence, broken, damage.

. Machinery Operating Manual Ramsey Maersk.

. Wachtmeister G. <Turbocharger MAN B&W> medium speed diesel engine. Amsterdam 2005 year.

. Б.Н. Иванов. Охрана труда на морском транспорте - М.Транспорт 1989

. М.А. Колегаев, Б.Н. Иванов, И.Ю. Касилов, А.И. Иванов. Основи охорони праці на морському транспорті. изд.<Компас> Одесса 2003.

. М.А. Колегаев, Б.Н.Иванов, Н.Г. Басанец. <Безопасность жизнедеятельности и выживание на море >. Изд. КП ОМД 2007.

. Конституция Украины. Рубіком, 1996г.