Система последовательного турбонаддува дизельного двигателя может эффективно решить проблему согласования между дизельным двигателем и турбонагнетателем на низких скоростях и низких нагрузках, а также эффективно улучшить энергетические характеристики, экономичность и характеристики выбросов дизельного двигателя в низких условиях эксплуатации. Широко используется в судовых дизельных двигателях.
В этой статье представлены структура и связанные с ней характеристики системы последовательного турбонаддува определенного типа судового дизельного двигателя. На основе распространенных неисправностей, накопленных в ходе длительных-технических испытаний двигателей этого типа, в нем суммируются, обобщаются и изучаются решения, а также предлагаются соответствующие меры.
Данная статья имеет важное справочное значение для процесса обслуживания и ремонта данного типа системы последовательного турбонаддува, а также для устранения подобных неисправностей.
I. Структура, рабочий процесс и характеристики системы последовательного турбонаддува.
Под последовательным турбонаддувом дизельных двигателей понимается конфигурация, в которой один дизельный двигатель оснащен двумя или более турбокомпрессорами, которые соединены параллельно вместе с системами выхлопа и впуска судового дизеля, образуя систему турбонаддува. Все турбокомпрессоры работают по определенной логике последовательно или одновременно. Он также известен как последовательный турбонаддув.
Благодаря отличным характеристикам, мощности и экономичности последовательных турбокомпрессоров они широко используются в-мощных и дизельных двигателях судов с переменными нагрузками.
1. Структура и последовательный процесс повышения
На примере системы последовательного турбонаддува определенного типа судового дизельного двигателя мы представим структуру системы последовательного турбонаддува.
Этот тип дизеля оснащен двумя одинаковыми турбокомпрессорами, которые производит отечественная компания. При условии, что конструкция дизельного двигателя и системы турбонаддува остается практически неизменной, данная система последовательного турбонаддува рассчитана на различные условия эксплуатации корабля. Он использует один из турбокомпрессоров для работы при частичных нагрузках, адаптируясь к условиям частичной нагрузки, благодаря чему дизельный двигатель имеет высокий коэффициент избытка воздуха при сгорании и максимально возможный крутящий момент.
При входе в режим высокой-нагрузки в работу включается управляемый турбокомпрессор (второй).
Рисунок 1. Структурная схема системы последовательного турбонаддува дизельных двигателей.
Его структура представлена на рисунке 1. После успешного запуска дизеля сразу же срабатывает бустерный ТСА в столбце А, а бустерный УТС в столбце Б не работает. Таким образом, все выхлопные газы из колонн А и В централизованно подаются в бустерный ТСА в колонне А, приводя во вращение турбину бустерного ТСА. Затем бустер TCA сжимает воздух и перекачивает его в интеркулер. Сжатый воздух охлаждается интеркулером и равномерно поступает в цилиндры колонн А и Б.
Бустер TCB в столбце B представляет собой управляемый бустер, который в основном управляется воздушным клапаном и газовым клапаном для обеспечения управления запуском-остановкой управляемого бустера. Газовый клапан управляет соединением и разъединением между выхлопной трубой колонны B и турбинной частью TCB, в то время как воздушный клапан управляет соединением и разъединением между компрессором TCB и впускной трубой колонны B. Когда скорость, нагрузка и давление наддува увеличиваются, система управления STC (система последовательного турбонаддува) автоматически открывает газовый клапан и воздушный клапан соответственно, и управляемый бустерный TCB будет введен в эксплуатацию.
Из приведенного выше процесса видно, что последовательное наддув в дизельном двигателе этого типа можно рассматривать как систему турбонаддува с непостоянной-переменной-площадью.
При высоких нагрузках оба усилителя работают одновременно;
При низких нагрузках бустерный ТКБ перестает работать, что эквивалентно уменьшению проходного сечения сопла турбины, так что до и после турбины все еще остается относительно высокое давление, создающее более высокое давление наддува, отвечающее требованиям к объему воздухозаборника при работе дизельного двигателя на низких оборотах и большом крутящем моменте.
2. Характеристики данного типа последовательного наддува
(1) Дизельный двигатель и система последовательного турбонаддува имеют хорошие характеристики согласования.
Хорошее соответствие конкретно проявляется в следующем: при любых условиях нагрузки, регулируя давление воздуха и скорость потока на входе и выходе из нагнетателя и дизеля, система последовательного турбонаддува всегда может работать эффективно. Переходный процесс быстрый, наддув на низкой-скорости достаточен, на высоких-скорость не происходит перегрева или превышения скорости, ускорение быстрое, черный дым не выделяется. Расход топлива, температура выхлопных газов, выбросы и т. д. дизельного двигателя достигают оптимального состояния.
(2) Система последовательного турбонаддува обеспечивает превосходную экономию топлива и эффективность судового дизельного двигателя в условиях низкой-нагрузки, а также высокую мощность и стабильность в условиях высокой-нагрузки.
Работа судового дизеля во время плавания требует от него работы в различных режимах нагрузки, а также необходимо частое переключение нагрузки двигателя. Хорошо подобранная-система последовательного турбонаддува позволяет судовому дизельному двигателю соответствовать этим требованиям.
(3) Система последовательного турбонаддува относительно сложна.
Эта система турбонаддува требует добавления комплекта усилителей управления (TCB) для газовых и воздушных клапанов, а также системы управления. Это увеличивает количество точек отказа и интенсивность отказов, а также увеличивает затраты на техническое обслуживание.
Кроме того, в процессе проектирования необходимы точные расчеты соответствия бустеров расходу и давлению на впуске и выпуске дизельного двигателя, а также необходимо определить время работы управляемых бустеров TCB.
II. Распространенные неисправности и анализ причин
1. Помпаж турбокомпрессора
Помпаж турбокомпрессора относится к явлению, при котором скорость вращения турбокомпрессора остается постоянной, но если поток воздуха, поступающий в компрессор турбокомпрессора, уменьшается до определенного уровня, направление газа, поступающего в крыльчатку и диффузор компрессора, отклоняется от оптимального значения, вызывая значительные колебания давления газа внутри компрессора. Турбокомпрессор переходит в нестабильное рабочее состояние и издает рев или свист на конце турбокомпрессора.
Эта неисправность часто возникает в судовых дизельных двигателях с системами последовательного турбонаддува. Скачки могут ускорить усталостное повреждение внутренних деталей, таких как лезвия, или ускорить расширение существующих трещин. В тяжелых случаях это может привести к разрушению турбокомпрессора.
В судовых дизельных двигателях помпаж часто возникает в системах последовательного турбонаддува. Эта система состоит из сложной системы впуска и выпуска дизельного двигателя, а также турбокомпрессоров и систем впуска и выпуска. Для этого есть несколько основных причин.
(1) Недостаточный или неравномерный объем всасываемого воздуха турбокомпрессора.
По определенным причинам объем всасываемого воздуха на стороне компрессора турбонагнетателя дизельного двигателя недостаточен или неравномерен. Это вызовет завихрения воздуха или нестабильное давление на входе и выходе компрессора, что приведет к помпажу в турбонагнетателе.
Кроме того, турбинные сопла турбокомпрессора в процессе работы склонны к засорению грязью или посторонними предметами. Это приведет к изменению потока воздуха в лопатках турбины с ламинарного потока на турбулентный, изменяя оптимальный угол воздействия на лопатки турбины, а также вызывая помпаж в турбокомпрессоре.
(2) Нестабильная частота вращения дизельного двигателя или неравномерная выходная мощность каждого цилиндра.
Если частота вращения дизельного двигателя колеблется, энергия газа, толкающего турбину турбокомпрессора, становится прерывистой, что приводит к нестабильной работе турбокомпрессора и плохому потоку воздуха на стороне компрессора. В результате происходит помпаж турбокомпрессора.
Кроме того, при работе судового дизеля этого типа на малых оборотах часто возникают ситуации, когда некоторые цилиндры не воспламеняются. Это снижает потребность в воздухе, которая может быть даже ниже производительности компрессора. Излишек воздуха течет обратно на выход компрессора, вызывая блокировку потока воздуха на выходе компрессора, плохой поток воздуха, повышенное противодавление компрессора и другие условия, которые приводят к помпажу турбокомпрессора.
(3) Система последовательного турбонаддува работает несовместимо с работой дизельного двигателя.
Работа системы последовательного турбонаддува не соответствует работе дизеля. Система управления последовательной системой турбонаддува дает сбой и не соответствует требованиям условий работы дизеля, что приводит к его остановке или срабатыванию управляемого нагнетателя.
Проще говоря, при работе в условиях низких температур управляемый нагнетатель TCB следует использовать только тогда, когда используется TCA, то есть и TCA, и TCB используются одновременно;
Однако при использовании как TCA, так и TCB в высоких условиях управляемый нагнетатель TCB не работает, и используется только TCA.
Это явление очень часто встречается в судовых дизельных двигателях определенного типа и в основном связано с неисправностями системы управления.
Условиями ввода в эксплуатацию УТС управляемого нагнетателя в судовом дизеле этого типа являются:
Частота вращения главного двигателя больше или равна * * * об/мин, скорость нагнетателя больше или равна * * *00 об/мин, а давление наддува больше или равно 0. * * МПа.
При работе дизеля весь процесс автоматически контролируется прибором управления СТС, а пневмопривод с давлением управляющего воздуха 0.*МПа осуществляет открытие и закрытие газового клапана и воздушного клапана и осуществляет автоматическое переключение. Кроме того, управляющий воздух также сжимает поршень клапана, чтобы предотвратить открытие или закрытие клапана из-за вибрации или по другим причинам.
Рисунок 2. Система управления STC.
Следовательно, если какой-либо компонент системы управления STC (как показано на рисунке 2) или его приводы выйдет из строя во время работы дизельного двигателя, это приведет к проблеме согласования между турбокомпрессором и дизельным двигателем, что приведет к помпажу в турбокомпрессоре.
Кроме того, управляемый TCB турбокомпрессора в основном активируется посредством управления открытием и закрытием газового клапана и воздушного клапана. После длительной работы дизеля в трубопроводе скапливается зола и нагар, что может помешать полному закрытию газового или воздушного клапана. Это приведет к утечке газа, выбрасываемого дизельным двигателем, или попаданию в него воздуха, а в тяжелых случаях может также вызвать отказ запуска-остановки управляемого турбокомпрессора TCB, тем самым вызывая помпаж турбокомпрессора.
2. Снижение давления наддува.
Падение давления наддува системы последовательного турбонаддува также является относительно распространенной неисправностью. К основным причинам относятся снижение частоты вращения подкачивающего насоса, плохой забор воздуха во всасывающий канал подкачивающего насоса, повреждение лопаток компрессора. Конкретный анализ заключается в следующем.
(1) Уменьшение скорости вращения подкачивающего насоса.
Снижение частоты вращения подкачивающего насоса обычно вызвано недостаточным количеством газа, поступающего в подкачивающий насос. Сначала следует проверить гладкость и герметичность газового канала. Длительная-работа дизельного двигателя может привести к скоплению сажи на внутренней стенке выхлопной трубы, что приведет к меньшему внутреннему диаметру пути потока выхлопной трубы и ухудшению потока газа. Дополнительно следует проверить на гладкость и патрубок подкачивающего насоса.
Этот тип двигателя в основном проверяется по трем аспектам. В первую очередь следует проверить герметичность выхлопной трубы. Основная выхлопная труба дизельного двигателя этого типа разделена на 8 частей, каждая часть интегрирована с выпускными коллекторами 8 цилиндров и установлена на головке блока цилиндров. 8 частей главной выпускной трубы каждого цилиндра скреплены между собой хомутами. Длительная-работа дизельного двигателя может привести к старению уплотнительных колец в точках соединения каждой основной трубы из-за высоких температур, а также может возникнуть утечка газа в точках соединения между каждой основной выпускной трубой и выпускным коллектором цилиндра и головкой блока цилиндров.
Во-вторых, проверьте, нет ли люфта в точке соединения между основной выхлопной трубой и концом турбины турбокомпрессора из-за вибрации или по другим причинам. Возможна утечка газа и плохая герметизация.
В-третьих, если низкая частота вращения неисправности подкачивающего насоса возникает во время работы дизельного двигателя с низкой-нагрузкой, то есть когда управляемый подкачивающий насос TCB не работает, сначала проверьте герметичность газового клапана, управляющего управляемым подкачивающим насосом TCB. Если газовый клапан закрыт неплотно, некоторое количество газа будет просачиваться через плохо герметичный газовый клапан в управляемый подкачивающий насос, что приведет к уменьшению объема газа, поступающего в подкачивающий насос TCA колонны А во время работы дизельного двигателя с низкой-нагрузкой, что приведет к снижению скорости вращения подкачивающего насоса при работе с низкой-нагрузкой. Основанием для такого заключения о неисправности может быть проверка того, работает ли управляемый подкачивающий насос TCB на низкой скорости. Если ГТС работает на малых оборотах, это указывает на то, что газовый клапан закрыт неплотно, небольшое количество газа просачивается в ГТС, вызывая вращение, что приводит к снижению давления наддува при работе дизеля с низкой-нагрузкой. В тяжелых случаях это может вызвать помпаж подкачивающего насоса.
(2) Гладкость впускного канала и ухудшение характеристик уплотнения впускного трубопровода дизельного двигателя являются некоторыми из проблем этого типа дизельного двигателя при его использовании в качестве судового дизельного двигателя. Метод забора варьируется в зависимости от типа судов. В основном существует два метода: забор в машинном отделении и внешний забор.
Для дизельных двигателей, использующих метод всасывания в машинном отделении, если все вентиляторы машинного отделения являются вытяжными, это вызовет отрицательное давление в машинном отделении, что приведет к уменьшению давления на впуске и объема всасывания турбокомпрессора.
Для дизельных двигателей, использующих метод внешнего впуска, после длительной-работы, во время установки впускного канала и впускного фильтра, внешний загрязненный воздух приведет к загрязнению и засорению впускного фильтра, впускного трубопровода, глушителя и промежуточного охладителя, что приведет к снижению сопротивления впуска, что приведет к уменьшению давления на впуске и объема впуска и, в конечном итоге, к снижению давления наддува.
Кроме того, из-за вибрации корабля и дизеля время от времени возникают проблемы с расшатыванием мест соединения приемного трубопровода, что приведет к негерметичности приемного трубопровода и снижению давления на приеме.
Если при работе с низкой-нагрузкой воздушный клапан управляемого турбокомпрессора закрыт неплотно, часть воздуха из управляемого турбокомпрессора будет просачиваться через него, что приведет к снижению давления на впуске дизельного двигателя.
Наконец, необходимо проверить целостность лопаток компрессора турбокомпрессора. Если этот турбокомпрессор когда-либо испытывал помпаж, лопатки компрессора, особенно их кончики, могут деформироваться или иметь другие повреждения ротора компрессора, что приведет к снижению эффективности компрессора и уменьшению объема компрессора, что приведет к снижению давления наддува.
3. Ненормальный шум или вибрация.
Во время-работы нагнетателя на высоких скоростях, помимо скачков шума, могут возникать и другие типы шумовых неисправностей, например пронзительный звук трения металла или ударов, которые могут вызвать вибрацию нагнетателя.
Причин этой проблемы множество. Например, плохая смазка нагнетателя приводит к сильному износу опорных подшипников;
Длительная-работа дизельного двигателя приводит к ослаблению соединительных болтов между дизельным двигателем и нагнетателем;
Неравномерный момент затяжки соединительных болтов при установке нагнетателя;
Посторонние металлические предметы, повреждающие ротор, могут вызвать отклонение нагнетателя или его трение о внешний край корпуса;
Своевременная работа управляемого TCB нагнетателя несвоевременна, что приводит к чрезмерной скорости вращения TCA нагнетателя колонны A и так далее.
III. Общие решения или профилактические меры при последовательных отказах системы повышения давления
Благодаря многолетнему-участию в обслуживании судовых дизельных двигателей этого типа мы накопили и обобщили общие меры по устранению неисправностей и методы профилактики распространенных неисправностей системы последовательного турбонаддува этого типа двигателей.
Поскольку система последовательного турбонаддува представляет собой относительно сложную систему, состоящую из системы впускных и выхлопных трубопроводов дизельного двигателя, системы впускных и выхлопных трубопроводов блока наддува, а также управляемой системы управления блоком наддува, и каждый компонент является взаимозависимым и взаимовлияющим, причины неисправностей не изолированы. Решения для каждой неисправности не уникальны. На основе соответствующей практики обобщены следующие общие меры по устранению неполадок и профилактические методы для системы последовательного блока наддува.
(1) Когда турбонагнетатель дизельного двигателя испытывает помпаж или имеет низкое давление наддува, необходимо провести всесторонний анализ соответствующих параметров для определения причины. При необходимости двигатель следует заглушить для проверки.
Если возникают необычные звуки или вибрации и причину невозможно определить, двигатель следует сначала заглушить для проверки, чтобы избежать дальнейшего расширения круга неисправностей.
(2) В соответствии с фактическими условиями использования и требованиями к техническому обслуживанию необходимо проводить своевременное техническое обслуживание впускных и выпускных трубопроводов дизельного двигателя, а также впускных и выпускных трубопроводов турбокомпрессора. В основном сюда входит регулярная очистка внутренних стенок трубопроводов для предотвращения засоров и обеспечения гладкости; усиление контроля за герметичностью трубопровода, особенно обращая внимание на проблемы с уплотнением, вызванные коррозией стенок трубы или проблемами соединения, чтобы предотвратить утечку выхлопных газов и дыма.
(3) Усилить проверку противодавления выхлопных газов, чтобы предотвратить плохой поток выхлопных газов и уменьшить помпаж в турбонагнетателе. Сначала проверьте, не слишком ли высокое давление выхлопных газов на стороне компрессора турбокомпрессора, а также проверьте наличие грязи и засорения воздухоохладителя. Регулярно очищайте и обслуживайте воздухоохладитель, чтобы он не был засорен. Во-вторых, проверьте поток выхлопных газов и выхлопных газов со стороны турбины турбокомпрессора. На некоторых судах установлены устройства очистки от дыма, такие как шумоподавители, и их следует регулярно чистить и обслуживать.
(4) Чтобы предотвратить шум и вибрацию турбокомпрессора, в сочетании с ремонтом или техническим обслуживанием регулярно проверяйте и заменяйте конструкцию ротора и форму лопаток. Сохраняет форму в целости и без деформации. Для недавно установленных или отремонтированных на заводе турбокомпрессоров выполните испытания динамической балансировки ротора. Если динамическая балансировка неудовлетворительна, следует провести регулировку помола.
(5) Регулярно проверяйте и обслуживайте систему управления STC последующих турбокомпрессоров, чтобы гарантировать, что модули сбора, передачи и обработки данных системы управления работают нормально. В соответствии с установленной логикой точно отслеживайте состояние управляемых турбокомпрессоров и при необходимости отправляйте сигналы запуска или остановки работы.
(6) Обеспечить нормальную работу газовых клапанов, воздушных клапанов, устройств подачи газа и т. д. управляемых турбокомпрессоров. Не допускайте заедания клапана, вызывающего утечку выхлопных газов или воздуха. Предотвратить невозможность нормально запустить или остановить газовый клапан и воздушный клапан из-за неисправностей других исполнительных механизмов, влияя тем самым на запуск и остановку управляемого турбокомпрессора.
(7) В системе последовательного турбонаддува STC определенного типа дизельного двигателя, исследованной в этой статье, в колоннах A и B используются турбокомпрессоры одной и той же спецификации. Для увеличения срока службы системы турбонаддува и снижения частоты отказов управляемый турбокомпрессор в столбце B имеет более короткое время работы. Рекомендуется чередовать вращение двух колонн турбокомпрессоров в зависимости от рабочего времени, чтобы циклы обслуживания двух турбокомпрессоров были примерно одинаковыми и можно было улучшить коэффициент использования турбокомпрессоров.
IV. Заключение
В этой статье кратко представлены структура и связанные с ней характеристики последовательных Система турбонаддува определенного типа судового дизеля. Основываясь на многолетнем-практическом опыте эксплуатационных испытаний двигателей этого типа, автор обобщает и делает выводы о типичных неисправностях и предлагает соответствующие решения, такие как регулярная замена комплектов нагнетателей A и B. Данная статья имеет хорошие качественные и экономические преимущества по техническому обслуживанию и ремонту системы последовательного турбонаддува двигателей данного типа.