Systém sekvenčního přeplňování vznětového motoru může účinně vyřešit problém sladěnosti vznětového motoru a turbodmychadla při nízkých otáčkách a nízkém zatížení a účinně zlepšit výkon, hospodárnost a emisní charakteristiky vznětového motoru za nízkých provozních podmínek. Je široce používán v lodních dieselových motorech.
Tento článek představuje strukturu a související charakteristiky systému sekvenčního přeplňování turbodmychadlem určitého typu lodního dieselového motoru. Na základě běžných závad nashromážděných při dlouhodobých-testech údržby tohoto typu motoru shrnuje, zobecňuje a studuje řešení a navrhuje příslušná opatření.
Tento článek má významnou referenční hodnotu pro proces údržby a oprav tohoto typu systému sekvenčního přeplňování turbodmychadlem, stejně jako pro odstraňování podobných závad.
I. Struktura, pracovní proces a vlastnosti systému sekvenčního přeplňování
Sekvenční přeplňování vznětových motorů se týká konfigurace, kde je jeden vznětový motor vybaven dvěma nebo více turbodmychadly, která jsou zapojena paralelně, spolu s výfukovým a sacím systémem lodního vznětového motoru, aby vytvořily systém přeplňování. Všechna turbodmychadla pracují podle určité logiky buď postupně, nebo současně. Je také známé jako sekvenční přeplňování turbodmychadlem.
Vzhledem k vynikajícímu odpovídajícímu výkonu, výkonu a hospodárnosti sekvenčních turbodmychadel se tato turbodmychadla široce používají ve vysoce{0}}výkonových a dieselových motorech pro lodě s proměnným zatížením.
1. Struktura a postupný proces posilování
Vezmeme-li jako příklad systém sekvenčního přeplňování určitého typu lodního dieselového motoru, představíme strukturu systému sekvenčního přeplňování.
Tento typ vznětového motoru je vybaven dvěma stejnými turbodmychadly, které vyrábí tuzemská firma. Za předpokladu, že konstrukce vznětového motoru a systému přeplňování turbodmychadlem zůstane v podstatě nezměněna, je tento systém sekvenčního přeplňování navržen tak, aby vyhovoval různým provozním podmínkám lodi. Využívá jedno z turbodmychadel k provozu při částečném zatížení, přizpůsobuje se podmínkám částečného zatížení, takže vznětový motor má vysoký koeficient spalovacího přebytku vzduchu a maximální možný točivý moment.
Při vstupu do stavu vysokého-zátěže se uvede do provozu řízené turbodmychadlo (druhé).
Obrázek 1 Schéma struktury systému sekvenčního přeplňování turbodmychadlem pro vznětové motory
Jeho struktura je znázorněna na obrázku 1. Po úspěšném nastartování vznětového motoru okamžitě funguje posilovač TCA ve sloupci A, zatímco posilovač TCB ve sloupci B nefunguje. Všechny výfukové plyny ze sloupců A a B jsou tedy centrálně přiváděny do pomocného TCA ve sloupci A, což pohání turbínu pomocného TCA do otáčení. Booster TCA pak stlačuje vzduch a pumpuje jej do mezichladiče. Stlačený vzduch je chlazen mezichladičem a rovnoměrně vstupuje do válců kolon A a B.
Posilovač TCB ve sloupci B je řízený posilovač, ovládaný hlavně vzduchovým ventilem a plynovým ventilem, aby se dosáhlo ovládání start{0}}stop řízeného posilovače. Plynový ventil ovládá spojení a odpojení mezi výfukovým potrubím sloupce B a turbínovým koncem TCB, zatímco vzduchový ventil řídí spojení a rozpojení mezi kompresorem TCB a sacím potrubím sloupce B. Když se zvýší otáčky, zatížení a plnicí tlak, řídicí systém STC (Sequential Turbocharging System) automaticky otevře plynový ventil a vzduchový ventil a uvede se do provozu řízený posilovač TCB.
Z výše uvedeného procesu je vidět, že postupné přeplňování tohoto typu vznětového motoru lze považovat za systém přeplňování turbodmychadlem v oblasti ne-s kontinuální proměnnou{1}}.
Při vysokém zatížení pracují oba boostery současně;
Při nízkém zatížení přestane fungovat posilovač TCB, což je ekvivalentní zmenšení průtočné plochy trysky turbíny, takže před a za turbínou je stále relativně vysoký tlak, generující vyšší plnicí tlak, splňující požadavky na objem nasávaného vzduchu při provozu naftového motoru při nízkých otáčkách a velkém točivém momentu.
2. Charakteristika tohoto typu sekvenčního přeplňování
(1) Vznětový motor a systém sekvenčního přeplňování mají dobrou shodu.
Dobré sladění se konkrétně projevuje následovně: za jakýchkoli podmínek zatížení může sekvenční přeplňování vždy efektivně pracovat úpravou tlaku a průtoku vzduchu vstupujícího a vystupujícího z kompresoru a vznětového motoru. Přechodová odezva je rychlá, nízko-rychlostní přeplňování je dostatečné, vysoká-rychlost se nepřehřívá ani nepřetáčí, akcelerace je rychlá a nevychází černý kouř. Spotřeba paliva, teplota výfukových plynů, emise atd. vznětového motoru – to vše dosahuje optimálního stavu.
(2) Systém sekvenčního přeplňování turbodmychadlem umožňuje lodnímu dieselovému motoru mít vynikající spotřebu paliva a účinnost při nízkém-zatížení a také vysoký výkon a stabilitu při vysokém-zatížení.
Provoz lodního dieselového motoru při plavbě vyžaduje, aby pracoval v různých podmínkách zatížení a je nutné časté přepínání zatížení motoru. Dobře sladěný-systém sekvenčního přeplňování umožňuje lodnímu dieselovému motoru tyto požadavky splnit.
(3) Systém sekvenčního přeplňování turbodmychadlem je poměrně složitý.
Tento systém přeplňování vyžaduje přidání sady řídicích posilovačů (TCB) pro plynové a vzduchové regulační ventily a také řídicí systém. To zvyšuje počet poruchových bodů a poruchovost a zvyšuje náklady na údržbu.
Kromě toho jsou během procesu návrhu nutné přesné výpočty shody pro posilovače a sací a výfukový průtok a tlak vznětového motoru a musí být stanoveno pracovní načasování řízených posilovačů TCB.
II. Analýza běžných poruch a příčin
1. Náraz turbodmychadla
Náraz turbodmychadla označuje jev, kdy otáčky turbodmychadla zůstávají konstantní, ale pokud proud vzduchu vstupující do kompresoru turbodmychadla klesne na určitou úroveň, směr plynu vstupujícího do oběžného kola kompresoru a difuzoru se odchyluje od optimální hodnoty, což způsobuje výrazné kolísání tlaku plynu v kompresoru. Turbodmychadlo přejde do nestabilního pracovního stavu a na konci turbodmychadla vydává dunivý nebo sípavý zvuk.
Tato porucha se často vyskytuje u lodních dieselových motorů se sekvenčním přeplňováním turbodmychadlem. Náraz může urychlit únavové poškození vnitřních částí, jako jsou lopatky, nebo urychlit expanzi stávajících trhlin. V těžkých případech může vést až ke zničení turbodmychadla.
Náraz lodních dieselových motorů se často vyskytuje v systémech sekvenčního přeplňování. Tento systém se skládá ze složitého sacího a výfukového systému vznětového motoru a turbodmychadla a sacího a výfukového systému. Existuje pro to několik hlavních důvodů.
(1) Nedostatečný nebo nerovnoměrný objem nasávaného vzduchu turbodmychadlem
Z určitých důvodů je objem nasávaného vzduchu na konci kompresoru turbodmychadla vznětového motoru nedostatečný nebo není plynulý. To způsobí vzduchové víry nebo nestabilní tlak na vstupu a výstupu kompresoru, což povede k rázům v turbodmychadle.
Turbínové trysky turbodmychadla jsou navíc během provozu náchylné k zanášení nečistotami nebo cizími předměty. To způsobí, že se vzduch v lopatkách turbíny změní z laminárního proudění na turbulentní proudění, což změní optimální úhel dopadu na lopatky turbíny a také způsobí rázy v turbodmychadle.
(2) Nestabilní otáčky vznětového motoru nebo nerovnoměrný výkon každého válce
Pokud otáčky naftového motoru kolísají, energie plynu tlačícího turbínu turbodmychadla se stává nespojitou, což vede k nestabilnímu chodu turbodmychadla a způsobuje špatné proudění vzduchu na straně kompresoru. V důsledku toho dochází k přepětí v turbodmychadle.
Navíc, když tento typ lodního dieselového motoru pracuje v nízkých otáčkách, často dochází k situacím, kdy se některé válce nezapálí. Tím se snižuje potřeba vzduchu, která může být dokonce nižší než zásobovací kapacita kompresoru. Přebytečný vzduch proudí zpět na výstup kompresoru, což způsobuje zablokování proudění vzduchu na výstupu kompresoru, špatné proudění vzduchu, zvýšený protitlak kompresoru a další stavy, které vedou k rázům v turbodmychadle.
(3) Systém sekvenčního přeplňování pracuje nekonzistentně s činností vznětového motoru.
Činnost systému sekvenčního přeplňování se neshoduje s činností vznětového motoru. Řídicí systém systému sekvenčního přeplňování turbodmychadlem nefunguje správně a nesplňuje požadavky provozních podmínek vznětového motoru, což způsobuje jeho zastavení nebo provoz řízeného kompresoru.
Jednoduše řečeno, při provozu za nízkých podmínek by se měl řízený kompresor TCB používat pouze při použití TCA, což znamená, že TCA i TCB se používají současně;
Při použití TCA i TCB za vysokých podmínek však řízený kompresor TCB nepracuje a používá se pouze TCA.
Tento jev se u určitého typu lodního dieselového motoru vyskytuje velmi často a je způsoben především poruchami řídicího systému.
Podmínky pro uvedení řízeného kompresoru TCB do provozu v tomto typu lodního dieselového motoru jsou:
Otáčky hlavního motoru větší nebo rovné * * * ot/min, otáčky kompresoru větší nebo rovné * * *00 ot/min a přeplňovací tlak větší nebo rovný 0. * * MPa.
Během provozu dieselového motoru je celý proces automaticky řízen řídicím přístrojem STC a pneumatickým pohonem s tlakem řídicího vzduchu 0. * MPa dokončuje otevírání a zavírání plynového ventilu a vzduchového ventilu a provádí automatické přepínání. Kromě toho řídicí vzduch také tlačí na píst ventilu, aby se zabránilo otevření nebo zavření ventilu v důsledku vibrací nebo jiných důvodů.
Obrázek 2 Řídicí systém STC
Pokud tedy během provozu vznětového motoru dojde k poruše jakékoli součásti řídicího systému STC (jak je znázorněno na obrázku 2) nebo jeho ovladačů, povede to k problému s přizpůsobením turbodmychadla a vznětového motoru, což způsobí rázovou poruchu v turbodmychadle.
Kromě toho je řízené turbodmychadlo TCB aktivováno především ovládáním otevírání a zavírání plynového ventilu a vzduchového ventilu. Po dlouhém provozu naftového motoru se v potrubí hromadí usazeniny popela a karbonu, které mohou bránit úplnému uzavření plynového nebo vzduchového ventilu. To bude mít za následek únik plynu vypouštěného naftovým motorem nebo do něj vstupujícího vzduchu a ve vážných případech to může také způsobit poruchu start{2}}stop řízeného TCB turbodmychadla, což způsobí rázy v turbodmychadle.
2. Snížení plnicího tlaku
Poměrně častou závadou je také pokles plnicího tlaku systému sekvenčního přeplňování. Mezi hlavní důvody patří snížení rychlosti otáčení posilovacího čerpadla, špatné nasávání vzduchu v sacím kanálu pomocného čerpadla a poškození lopatek kompresoru. Konkrétní analýza je následující.
(1) Snížení rychlosti otáčení posilovacího čerpadla
Snížení rychlosti otáčení posilovacího čerpadla je obvykle způsobeno nedostatečným vstupem plynu do pomocného čerpadla. Nejprve je třeba zkontrolovat hladkost a těsnost průchodu plynu. Dlouhodobý- provoz vznětového motoru může způsobit hromadění sazí na vnitřní stěně výfukového potrubí, což má za následek menší vnitřní průměr průtokové cesty výfukového potrubí a špatný průtok plynu. Kromě toho je třeba zkontrolovat hladkost trysky posilovacího čerpadla.
Tento typ motoru se kontroluje hlavně ze tří hledisek. Nejprve je třeba zkontrolovat utěsnění výfukového potrubí. Hlavní výfukové potrubí tohoto typu vznětového motoru je rozděleno na 8 částí, každá část je integrována s 8-ti válcovým výfukovým potrubím a instalována na hlavě válců. 8 částí hlavního výfukového potrubí každého válce je k sobě připevněno svorkami. Dlouhodobý- provoz vznětového motoru může způsobit stárnutí těsnicích kroužků na spojovacích bodech každého hlavního potrubí vlivem vysokých teplot a také může docházet k úniku plynu ve spojovacích bodech mezi každým hlavním výfukovým potrubím a sběrným výfukovým potrubím válců a hlavou válců.
Za druhé, zkontrolujte, zda v místě spojení mezi hlavním výfukovým potrubím a koncem turbíny turbodmychadla není nějaká vůle kvůli vibracím nebo z jiných důvodů. Může docházet k úniku plynu a špatnému těsnění.
Za třetí, pokud dojde k nízkým otáčkám při poruše posilovacího čerpadla během nízko{0}}zatížení vznětového motoru, to znamená, když řízené TCB posilovacího čerpadla neběží, nejprve zkontrolujte utěsnění plynového ventilu ovládajícího TCB řízeného posilovacího čerpadla. Není-li plynový ventil pevně uzavřen, unikne část plynu přes nedostatečně utěsněný plynový ventil do řízeného posilovacího čerpadla, což má za následek snížení objemu plynu vstupujícího do A-sloupce posilovacího čerpadla TCA při nízko-zatížení dieselového motoru, což způsobí, že otáčky plnicího čerpadla budou při nízké-zátěži nízké. Základem pro toto posouzení chyby může být kontrola, zda řízené posilovací čerpadlo TCB běží při nízkých otáčkách. Pokud TCB běží při nízkých otáčkách, znamená to, že plynový ventil není pevně uzavřen, do TCB uniká malé množství plynu, což způsobuje rotaci, což má za následek pokles plnicího tlaku při nízko{6}}zatíženém provozu vznětového motoru. V závažných případech může způsobit přepětí pomocného čerpadla.
(2) Hladkost sacího kanálu a zhoršení těsnicího výkonu sacího potrubí naftového motoru jsou některé z problémů tohoto typu dieselového motoru při použití jako lodní dieselový motor. Způsob příjmu se u různých typů lodí liší. Existují především dva způsoby: sání do strojovny a vnější sání.
U vznětových motorů používajících metodu sání ve strojovně, pokud jsou všechny ventilátory strojovny výfukové, způsobí to podtlak ve strojovně, což má za následek snížení sacího tlaku a sacího objemu turbodmychadla.
U vznětových motorů používajících metodu vnějšího sání po dlouhodobém-provozu během instalace sacího kanálu a sacího filtru způsobí vnější nečistý vzduch nečistoty a ucpání sacího filtru, sacího potrubí, tlumiče a mezichladiče, což povede ke snížení odporu sání, což povede ke snížení sacího tlaku a objemu sání a nakonec způsobí snížení plnicího tlaku.
Kromě toho se v důsledku vibrací lodi a dieselového motoru čas od času objevují problémy s uvolněním v místech připojení sacího potrubí, což povede k netěsnosti sacího potrubí a poklesu sacího tlaku.
Pokud není vzduchový ventil řízeného turbodmychadla při nízkém{0}}zatížení pevně uzavřen, část vzduchu z řízeného turbodmychadla jím unikne, což má za následek pokles sacího tlaku vznětového motoru.
Na závěr je nutné zkontrolovat neporušenost lopatek kompresoru turbodmychadla. Pokud u tohoto turbodmychadla někdy došlo k rázu, mohou se lopatky kompresoru, zejména hroty lopatek, deformovat nebo jinak poškodit rotor kompresoru, což způsobí snížení účinnosti kompresoru a snížení objemu kompresoru, což má za následek pokles plnicího tlaku.
3. Abnormální hluk nebo vibrace
Během vysokorychlostního provozu kompresoru se mohou kromě nárazového hluku vyskytnout i další typy poruch hluku, jako je pronikavý zvuk kovového tření nebo nárazu, který může způsobit vibrace kompresoru.
Důvody tohoto problému jsou četné. Například špatné mazání kompresoru vede k silnému opotřebení nosných ložisek;
Dlouhodobý- provoz vznětového motoru způsobuje uvolnění spojovacích šroubů mezi vznětovým motorem a kompresorem;
Nerovnoměrný krouticí moment spojovacích šroubů během instalace kompresoru;
Cizí kovové předměty poškozující rotor mohou způsobit vychýlení kompresoru nebo jeho tření s vnějším okrajem krytu;
Včasný provoz řízeného dmychadla TCB není včasný, což má za následek nadměrnou rychlost otáčení A sloupcového dmychadla TCA a tak dále.
III. Společná řešení nebo preventivní opatření pro následné poruchy systému zvyšující tlak
Díky dlouhodobé{0}}účasti na údržbě tohoto typu lodního dieselového motoru jsme shromáždili a shrnuli běžná opatření pro odstraňování problémů a preventivní metody pro běžné závady systému sekvenčního přeplňování turbodmychadlem tohoto typu motoru.
Protože systém sekvenčního přeplňování je poměrně složitý systém složený ze systému sacího a výfukového potrubí vznětového motoru, systému sacího a výfukového potrubí přeplňovací jednotky a systému řízení řízené přeplňovací jednotky, přičemž každá součást je na sobě závislá a vzájemně se ovlivňují, příčiny poruch nejsou izolované. Řešení pro každou poruchu nejsou jedinečná. Na základě příslušných postupů jsou shrnuta následující běžná opatření pro odstraňování problémů a preventivní metody pro systém následné přeplňovací jednotky.
(1) Když turbodmychadlo vznětového motoru zaznamená ráz nebo má nízký plnicí tlak, měly by být důkladně analyzovány příslušné parametry, aby se určila příčina. V případě potřeby by měl být motor kvůli kontrole vypnutý.
Pokud se objeví abnormální zvuky nebo vibrace a nelze určit příčinu, měl by se motor nejprve vypnout a zkontrolovat, aby se zabránilo dalšímu rozšíření rozsahu závady.
(2) Podle skutečných podmínek použití, v souladu s požadavky na údržbu by měla být prováděna včasná údržba a údržba sacího a výfukového potrubí vznětového motoru a sacího a výfukového potrubí turbodmychadla. To zahrnuje především pravidelné čištění vnitřních stěn potrubí, aby se zabránilo ucpání a zajistila se plynulost; posílení kontroly těsnění potrubí, zejména věnování pozornosti problémům s těsněním způsobeným korozí stěny potrubí nebo problémy se spojením, aby se zabránilo úniku výfukových plynů a kouře.
(3) Posilte kontrolu protitlaku výfukových plynů, abyste zabránili špatnému proudění výfukových plynů a snížili rázy v turbodmychadle. Nejprve zkontrolujte, zda není tlak výfukových plynů na konci kompresoru turbodmychadla příliš vysoký, a zkontrolujte znečištění a ucpání vzduchového chladiče. Pravidelně čistěte a udržujte chladič vzduchu, aby byl bez překážek. Za druhé zkontrolujte proudění výfukových plynů a výfukových plynů z konce turbíny turbodmychadla. Některé lodě instalují zařízení na úpravu kouře, jako je snížení hluku, a měly by být pravidelně čištěny a udržovány.
(4) Pro zamezení hluku a vibrací turbodmychadla v kombinaci s opravou nebo údržbou pravidelně kontrolujte a vyměňujte konstrukci rotoru a tvar lopatek. Udržujte tvar neporušený a bez deformací. U nově nainstalovaných nebo továrně opravených turbodmychadel proveďte testy dynamického vyvážení rotoru-. Pokud je dynamické vyvážení nekvalifikované, je třeba provést nastavení broušení.
(5) Pravidelně kontrolujte a udržujte řídicí systém STC po sobě jdoucích turbodmychadel, abyste zajistili, že moduly sběru, přenosu a zpracování dat řídicího systému fungují normálně. Podle nastavené logiky přesně uchopit stav řízených turbodmychadel a podle potřeby vysílat pracovní signály start nebo stop.
(6) Zajistit normální činnost plynových ventilů, vzduchových ventilů, zařízení zdroje plynu atd. řízených turbodmychadel. Zabraňte přilepení ventilu, což by způsobilo výfuk nebo únik vzduchu. Zabraňte nemožnosti normálního spuštění nebo zastavení plynového ventilu a vzduchového ventilu kvůli poruchám v jiných výkonných mechanismech, čímž se ovlivní start a stop řízeného turbodmychadla.
(7) V systému postupného přeplňování turbodmychadlem STC určitého typu vznětového motoru studovaného v tomto článku používají sloupce A a B turbodmychadla stejné specifikace. Pro zlepšení životnosti systému přeplňování a snížení poruchovosti má řízené turbodmychadlo ve sloupci B kratší provozní dobu. Doporučuje se střídat otáčení dvou sloupců turbodmychadel podle pracovní doby tak, aby provozní cykly obou turbodmychadel mohly být přibližně stejné a aby se zlepšila míra využití turbodmychadel.
IV. Závěr
Tento článek stručně představuje strukturu a související charakteristiky po sobě jdoucích Systém přeplňování určitého typu lodního dieselového motoru. Na základě dlouhodobých-praktických zkušeností z testů údržby pro tento typ motoru autor shrnuje a uzavírá běžné závady a navrhuje související řešení, jako je pravidelná záměna A a B sady kompresorů. Tento článek má dobrou kvalitu a ekonomický přínos pro údržbu a opravy systému sekvenčního přeplňování turbodmychadlem tohoto typu motoru.