Sistemul de turboalimentare secvenţială al motorului diesel poate rezolva eficient problema de potrivire dintre motorul diesel şi turbocompresor la viteze mici şi sarcini reduse şi poate îmbunătăţi eficient performanţa puterii, economia şi caracteristicile de emisie ale motorului diesel în condiţii scăzute de funcţionare. Este utilizat pe scară largă în motoarele diesel de propulsie a navelor.
Acest articol prezintă structura și caracteristicile aferente sistemului de turboalimentare secvenţială a unui anumit tip de motor diesel marin. Pe baza defecțiunilor comune acumulate prin testele de întreținere-pe termen lung ale acestui tip de motor, acesta rezumă, generalizează și studiază soluțiile și propune măsuri relevante.
Acest articol are o valoare de referință semnificativă pentru procesul de întreținere și reparare a acestui tip de Sistem Secvențial de Turboalimentare, precum și pentru eliminarea defecțiunilor similare.
I. Structura, procesul de lucru și caracteristicile sistemului de turbocompresor secvenţial
Turboalimentarea secvenţială a motoarelor diesel se referă la configuraţia în care un singur motor diesel este echipat cu două sau mai multe turbocompresoare care sunt conectate în paralel, împreună cu sistemele de evacuare şi admisie ale motorului diesel al navei pentru a forma un sistem de turbocompresoare. Toate turbocompresoarele funcționează după o anumită logică fie secvenţial, fie simultan. Este cunoscută și sub denumirea de turboalimentare secvențială.
Datorită performanței excelente de potrivire, puterii și economiei turbocompresoarelor secvențiale, acestea sunt utilizate pe scară largă în motoarele de-putere mare și diesel pentru navele cu sarcini variabile.
1. Structura și Procesul de Boosting succesiv
Luând ca exemplu sistemul de turboalimentare secvenţial al unui anumit tip de motor diesel marin, vom introduce structura sistemului de turboalimentare secvenţial.
Acest tip de motor diesel este echipat cu două turbocompresoare identice, care sunt produse de o companie națională. Cu condiția ca structura motorului diesel și a sistemului de turbocompresor să rămână practic neschimbate, acest sistem de turbocompresor secvenţial este proiectat să îndeplinească diferite condiţii de operare ale navei. Folosește unul dintre turbocompresoare pentru a funcționa la sarcini parțiale, adaptându-se la condițiile de sarcină parțială, astfel încât motorul diesel să aibă un coeficient ridicat de exces de aer de ardere și un cuplu maxim posibil.
La intrarea într-o condiție de-sarcină mare, turbocompresorul controlat (al doilea) este pus în funcțiune.
Figura 1 Diagrama structurii sistemului de turboalimentare secvenţială pentru motoarele diesel
Structura acestuia este prezentată în Figura 1. După ce motorul diesel pornește cu succes, propulsorul TCA din coloana A funcționează imediat, în timp ce rapelul TCB din coloana B nu funcționează. Astfel, toate gazele de eșapament din coloanele A și B sunt alimentate central către amplificatorul TCA din coloana A, antrenând turbina rapelului TCA să se rotească. Boosterul TCA comprimă apoi aerul și îl pompează în intercooler. Aerul comprimat este răcit de intercooler și intră uniform în cilindrii coloanelor A și B.
Amplificatorul TCB din coloana B este un amplificator controlat, controlat în principal de supapa de aer și supapa de gaz pentru a realiza controlul pornirii-opririi amplificatorului controlat. Supapa de gaz controlează conexiunea și deconectarea dintre țeava de evacuare a coloanei B și capătul turbinei TCB, în timp ce supapa de aer controlează conexiunea și deconectarea dintre compresorul TCB și conducta de admisie a coloanei B. Când viteza, sarcina și presiunea de supraalimentare cresc, sistemul de control STC (Sistem de turboalimentare secvențial) va deschide automat supapa de gaz și, respectiv, supapa de comandă TCB va fi introdusă în supapa de gaz și, respectiv, va pune aer în supapa TCB. operare.
Din procesul de mai sus, se poate observa că propulsarea succesivă a acestui tip de motor diesel poate fi privită ca un sistem de turboalimentare ne-continuu cu zonă variabilă-.
La sarcini mari, ambele amplificatoare funcționează simultan;
La sarcini mici, boosterul TCB se oprește, ceea ce echivalează cu reducerea zonei de curgere a duzei turbinei, astfel încât să existe încă o presiune relativ mare înainte și după turbină, generând o presiune de supraalimentare mai mare, îndeplinind cerințele privind volumul de admisie a aerului atunci când motorul diesel funcționează la turație mică și cuplu mare.
2. Caracteristicile acestui tip de supraalimentare secvenţială
(1) Motorul diesel și sistemul de turbocompresor secvenţial au o caracteristică bună de potrivire.
Buna potrivire se manifestă în mod specific astfel: în orice condiție de încărcare, prin reglarea presiunii aerului și a debitului care intră și iese din compresor și motorul diesel, sistemul de turbocompresor secvenţial poate funcționa întotdeauna eficient. Răspunsul tranzitoriu este rapid, supraalimentarea cu viteză mică-este suficientă, viteza-înaltă nu se supraîncălzește sau supraviteză, accelerația este rapidă și nu este emis fum negru. Rata de consum de combustibil, temperatura de evacuare, emisiile etc. ale motorului diesel ajung toate la starea optimă.
(2) Sistemul de turboalimentare secvenţială permite motorului diesel marin să aibă o economie de combustibil şi o eficienţă excelente în condiţii de-încărcare redusă, precum şi performanţă şi stabilitate de putere ridicată în condiţii de-încărcare ridicată.
Funcționarea unui motor diesel marin în timpul navigației necesită ca acesta să funcționeze în diferite condiții de sarcină și este necesară comutarea frecventă a sarcinii motorului. Un sistem de turboalimentare secvenţial bine-potrivit permite motorului diesel marin să îndeplinească aceste cerinţe.
(3) Sistemul de turboalimentare secvenţială este relativ complex.
Acest sistem de turboalimentare necesită adăugarea unui set de amplificatoare de control (TCB) pentru supapele de control de gaz și aer, precum și un sistem de control. Acest lucru crește numărul de puncte de defecțiune și ratele de eșec și crește costurile de întreținere.
În plus, în timpul procesului de proiectare, sunt necesare calcule precise de potrivire pentru boosters și debitul de admisie și evacuare și presiunea motorului diesel și trebuie determinat timpul de lucru al amplificatoarelor controlate TCB.
II. Defecte comune și analiza cauzei
1. Surplusul turbocompresorului
Surplusul turbocompresorului se referă la fenomenul în care viteza de rotație a turbocompresorului rămâne constantă, dar dacă debitul de aer care intră în compresorul turbocompresorului scade până la un anumit nivel, direcția gazului care intră în rotorul compresorului și difuzorul se abate de la valoarea optimă, provocând fluctuații semnificative ale presiunii gazului în interiorul compresorului. Turbocompresorul intră într-o stare de funcționare instabilă și emite sunete de vuiet sau șuierătoare la capătul turbocompresorului.
Această defecțiune apare frecvent la motoarele diesel marine cu sisteme secvenţiale de turboalimentare. Surgele poate accelera deteriorarea prin oboseală a pieselor interne, cum ar fi lamele, sau poate accelera expansiunea fisurilor existente. În cazuri severe, poate duce la distrugerea turbocompresorului.
Surplusul motoarelor diesel marine apare frecvent în sistemele de turbocompresoare secvenţiale. Acest sistem constă dintr-un sistem complex de admisie și evacuare a motorului diesel și turbocompresoare și sisteme de admisie și evacuare. Există mai multe motive principale pentru aceasta.
(1) Volumul de aer de admisie insuficient sau neregulat al turbocompresorului
Din anumite motive, volumul de aer admis la capătul compresorului turbocompresorului motorului diesel este insuficient sau nu este neted. Acest lucru va cauza vârtejuri de aer sau presiune instabilă la intrarea și ieșirea compresorului, ducând la supratensiune în turbocompresor.
În plus, duzele turbinei turbocompresorului sunt predispuse să fie înfundate cu murdărie sau obiecte străine în timpul funcționării. Acest lucru va face ca aerul din paletele turbinei să se schimbe de la flux laminar la flux turbulent, modificând unghiul optim de impact asupra palelor turbinei și provocând, de asemenea, supratensiune în turbocompresor.
(2) Viteza instabilă a motorului diesel sau puterea neuniformă a fiecărui cilindru
Dacă turația motorului diesel fluctuează, energia gazului care împinge turbina turbocompresorului devine discontinuă, ceea ce duce la funcționarea instabilă a turbocompresorului și provoacă un flux slab de aer la capătul compresorului. Ca urmare, are loc o supratensiune în turbocompresor.
În plus, atunci când acest tip de motor diesel al navei funcționează la turație mică, sunt adesea situații în care unii cilindri nu se aprind. Acest lucru reduce cererea de aer, care poate fi chiar mai mică decât capacitatea de alimentare a compresorului. Excesul de aer curge înapoi la ieșirea compresorului, provocând blocarea fluxului de aer la ieșirea compresorului, debit slab de aer, contrapresiunea crescută a compresorului și alte condiții care duc la supratensiune în turbocompresor.
(3) Sistemul de turboalimentare secvenţială funcţionează inconsecvent cu funcţionarea motorului diesel.
Funcționarea sistemului de turboalimentare secvenţială nu se potriveşte cu funcţionarea motorului diesel. Sistemul de control al sistemului de turbocompresoare secvenţială funcţionează defectuos şi nu îndeplineşte cerinţele condiţiilor de funcţionare ale motorului diesel, determinându-l fie să se oprească, fie să funcţioneze sub control compresorul controlat.
În termeni simpli, atunci când funcționează în condiții scăzute, supraalimentatorul controlat TCB ar trebui utilizat numai atunci când este folosit TCA, adică atât TCA, cât și TCB sunt utilizate simultan;
Cu toate acestea, atunci când se utilizează atât TCA, cât și TCB în condiții înalte, supraalimentatorul controlat TCB nu funcționează și este utilizat numai TCA.
Acest fenomen apare foarte frecvent la un anumit tip de motor diesel marin și se datorează în principal defecțiunilor sistemului de control.
Condițiile pentru ca supraalimentatorul controlat TCB să fie pus în funcțiune în acest tip de motor diesel marin sunt:
Turația motorului principal Mai mare sau egală cu * * * r/min, turația compresorului Mai mare sau egală cu * * *00 r/min și presiunea de supraalimentare Mai mare sau egală cu 0. * * MPa.
În timpul funcționării motorului diesel, întregul proces este controlat automat de instrumentul de control STC, iar actuatorul pneumatic cu o presiune a aerului de control de 0. * MPa finalizează deschiderea și închiderea supapei de gaz și a supapei de aer și realizează comutarea automată. În plus, aerul de control presează și pistonul supapei pentru a preveni deschiderea sau închiderea supapei din cauza vibrațiilor sau din alte motive.
Figura 2 Sistemul de control STC
Prin urmare, dacă vreo componentă a sistemului de control STC (așa cum se arată în Figura 2) sau actuatoarele sale se defectează în timpul funcționării motorului diesel, va duce la o problemă de potrivire între turbocompresor și motorul diesel, provocând o defecțiune la supratensiune în turbocompresor.
În plus, turbocompresorul controlat TCB este activat în principal prin comanda deschiderii și închiderii supapei de gaz și a supapei de aer. După ce motorul diesel funcționează mult timp, în conductă se acumulează depuneri de cenușă și carbon, ceea ce poate împiedica închiderea completă a supapei de gaz sau a supapei de aer. Acest lucru va duce la scurgerea gazului evacuat de motorul diesel sau a aerului care intră în acesta și, în cazuri grave, poate provoca, de asemenea, defecțiunea de pornire-oprire a turbocompresorului controlat TCB, provocând astfel o supratensiune în turbocompresor.
2. Scăderea presiunii de supraalimentare
Scăderea presiunii de supraalimentare a sistemului de turboalimentare secvenţială este, de asemenea, o defecţiune relativ comună. Principalele motive includ o scădere a vitezei de rotație a pompei de supraalimentare, o admisie slabă a aerului în canalul de admisie al pompei de alimentare și deteriorarea palelor compresorului. Analiza specifică este următoarea.
(1) Scăderea vitezei de rotație a pompei de supraalimentare
Scăderea vitezei de rotație a pompei de alimentare este cauzată de obicei de intrarea insuficientă a gazului în pompa de alimentare. În primul rând, trebuie verificată netezimea și etanșarea pasajului de gaz. Funcționarea-pe termen lung a motorului diesel poate cauza acumularea de funingine pe peretele interior al țevii de evacuare, rezultând un diametru interior mai mic al traseului de curgere a țevii de eșapament și un flux slab de gaz. În plus, duza pompei de supraalimentare ar trebui, de asemenea, verificată pentru netezime.
Acest tip de motor este inspectat în principal sub trei aspecte. În primul rând, etanșarea țevii de evacuare trebuie verificată. Acest tip de conductă principală de evacuare a motorului diesel este împărțită în 8 părți, fiecare parte este integrată cu colectoare de evacuare cu 8 cilindri și instalată pe chiulasa. Cele 8 părți ale conductei principale de evacuare a fiecărui cilindru sunt fixate împreună prin cleme de țeavă. Funcționarea pe termen lung a motorului diesel poate duce la îmbătrânirea inelelor de etanșare de la punctele de conectare ale fiecărei țevi principale din cauza temperaturilor ridicate și, de asemenea, pot exista scurgeri de gaz la punctele de conectare dintre fiecare țeavă principală de evacuare și galeria de evacuare a cilindrului și chiulasa.
În al doilea rând, verificați dacă există o slăbiciune la punctul de conectare dintre conducta principală de evacuare și capătul turbinei turbocompresorului din cauza vibrațiilor sau din alte motive. Pot exista scurgeri de gaz și etanșare slabă.
În al treilea rând, dacă viteza de rotație scăzută a defecțiunii pompei de alimentare apare în timpul funcționării cu sarcină redusă-a motorului diesel, adică atunci când pompa de alimentare controlată TCB nu funcționează, verificați mai întâi etanșarea supapei de gaz care controlează pompa de alimentare controlată TCB. Dacă supapa de gaz nu este închisă etanș, o parte de gaz se va scurge prin supapa de gaz prost etanșată în pompa de supraalimentare controlată, ducând la o scădere a volumului de gaz care intră în pompa de alimentare a coloanei A TCA în timpul funcționării cu sarcină mică-a motorului diesel, determinând ca viteza de rotație a pompei de alimentare să fie scăzută în timpul funcționării cu sarcină redusă-. Baza pentru această judecată de defecțiune poate fi verificarea dacă pompa de supraalimentare controlată TCB funcționează la o viteză mică. Dacă TCB funcționează la o viteză mică, indică faptul că supapa de gaz nu este închisă etanș, o cantitate mică de gaz se scurge în TCB, provocând rotație, ducând la o scădere a presiunii de supraalimentare în timpul funcționării cu sarcină mică-a motorului diesel. În cazuri severe, poate provoca o supratensiune a pompei de supraalimentare.
(2) Netezimea pasajului de admisie și deteriorarea performanței de etanșare a conductei de admisie a motorului diesel sunt câteva dintre problemele pentru acest tip de motor diesel atunci când este utilizat ca motor diesel marin. Metoda de admisie variază între diferitele tipuri de nave. Există în principal două metode: admisie din camera mașinilor și admisie externă.
Pentru motoarele diesel care utilizează metoda de admisie a camerei motoarelor, dacă toate ventilatoarele sălii motoarelor sunt ventilatoare de evacuare, aceasta va provoca o presiune negativă în camera mașinilor, ducând la o scădere a presiunii de admisie și a volumului de admisie al turbocompresorului.
Pentru motoarele diesel care utilizează metoda de admisie externă, după o funcționare pe termen lung-, în timpul instalării pasajului de admisie și a filtrului de admisie, aerul impur exterior va provoca murdărie și blocaj în filtrul de admisie, conducta de admisie, toba de eșapament și intercooler, ceea ce va duce la scăderea rezistenței la admisie, ducând la scăderea volumului admisiei, la scăderea presiunii și la scăderea presiunii de admisie.
În plus, din cauza vibrațiilor navei și a motorului diesel, apar din când în când probleme de slăbire la punctele de conectare ale conductei de admisie, ceea ce va duce la scurgerea conductei de admisie și la scăderea presiunii de admisie.
În timpul funcționării cu sarcină mică-, dacă supapa de aer a turbocompresorului controlat nu este închisă etanș, o parte din aerul din turbocompresorul controlat se va scurge prin aceasta, ceea ce duce la o scădere a presiunii de admisie a motorului diesel.
În cele din urmă, este necesar să se verifice integritatea palelor compresorului turbocompresorului. Dacă acest turbocompresor a suferit vreodată o supratensiune, paletele compresorului, în special vârfurile palelor, se pot deforma sau prezintă alte deteriorari la rotorul compresorului, ceea ce va cauza o scădere a eficienței compresorului și o reducere a volumului compresorului, ducând la o scădere a presiunii de supraalimentare.
3. Zgomot sau vibrații anormale
În timpul funcționării cu viteză mare-a supraalimentatorului, pot exista și alte tipuri de defecțiuni de zgomot în afară de zgomotul de supraalimentare, cum ar fi sunetul străpungător al frecării sau impactului metalului, care poate provoca vibrații ale supraalimentatorului.
Motivele acestei probleme sunt numeroase. De exemplu, lubrifierea slabă a supraalimentatorului duce la uzura severă a rulmenților de susținere;
Funcționarea-pe termen lung a motorului diesel determină slăbirea șuruburilor de legătură dintre motorul diesel și supraalimentator;
Cuplul neuniform al șuruburilor de conectare în timpul instalării compresorului;
Obiectele metalice străine care deteriorează rotorul pot cauza devierea compresorului sau frecarea cu marginea exterioară a carcasei;
Funcționarea în timp util a supraalimentatorului controlat TCB nu este în timp util, rezultând o viteză de rotație excesivă a compresorului TCA de coloană A și așa mai departe.
III. Soluții comune sau măsuri preventive pentru defecțiuni succesive ale sistemului de creștere a presiunii
Prin participarea pe termen lung-la întreținerea acestui tip de motor diesel marin, am acumulat și rezumat măsurile obișnuite de depanare și metodele preventive pentru defecțiunile comune ale sistemului de turbocompresor secvenţial al acestui tip de motor.
Deoarece sistemul de turbocompresor secvenţial este un sistem relativ complex compus din sistemul de conducte de admisie şi evacuare a motorului diesel, sistemul de admisie şi evacuare a unităţii de supraalimentare şi sistemul de control controlat al unităţii de supraalimentare, iar fiecare componentă este interdependentă şi influenţează reciproc, cauzele defecţiunilor nu sunt izolate. Soluțiile pentru fiecare defecțiune nu sunt unice. Pe baza practicilor relevante, sunt rezumate următoarele măsuri comune de depanare și metode preventive pentru sistemul succesiv al unității de supraalimentare.
(1) Când turbocompresorul motorului diesel are o supratensiune sau o presiune de supraalimentare scăzută, parametrii relevanți ar trebui analizați cuprinzător pentru a determina cauza. Dacă este necesar, motorul trebuie oprit pentru inspecție.
Dacă apar sunete sau vibrații anormale și cauza nu poate fi determinată, motorul trebuie oprit mai întâi pentru inspecție pentru a evita extinderea ulterioară a domeniului defectului.
(2) În conformitate cu condițiile reale de utilizare, în conformitate cu cerințele de întreținere, trebuie efectuate întreținerea și întreținerea în timp util a conductelor de admisie și evacuare a motorului diesel și a conductelor de admisie și evacuare ale turbocompresorului. Aceasta include în principal curățarea regulată a pereților interiori ai conductelor pentru a preveni blocarea și a asigura netezimea; consolidarea inspecției etanșării conductelor, acordând mai ales atenție problemelor de etanșare cauzate de coroziunea pereților conductei sau problemele de conectare, pentru a preveni scurgerile de evacuare și fum.
(3) Consolidați inspecția contrapresiunii de evacuare pentru a preveni debitul slab de evacuare și pentru a reduce supratensiunea în turbocompresor. Mai întâi, verificați dacă presiunea de evacuare la capătul compresorului turbocompresorului este prea mare și verificați murdăria și blocarea răcitorului de aer. Curățați și întrețineți în mod regulat răcitorul de aer pentru a-l menține neobstrucționat. În al doilea rând, verificați debitul de evacuare al gazului și evacuarea de la capătul turbinei turbocompresorului. Unele nave instalează dispozitive de tratare a fumului, cum ar fi reducerea zgomotului, și ar trebui să fie curățate și întreținute în mod regulat.
(4) Pentru a preveni zgomotul și vibrațiile turbocompresorului, în combinație cu repararea sau întreținerea, inspectați și înlocuiți regulat structura rotorului și forma paletei. Păstrați forma intactă și fără deformare. Pentru turbocompresoarele nou instalate sau reparate din fabrică-, efectuați teste de echilibrare dinamică pe rotor. Dacă echilibrul dinamic este necalificat, trebuie efectuată reglarea șlefuirii.
(5) Inspectați și întrețineți regulat sistemul de control STC al turbocompresoarelor succesive pentru a vă asigura că modulele de achiziție, transmitere și procesare a datelor ale sistemului de control funcționează normal. În conformitate cu logica setată, înțelegeți cu precizie starea turbocompresoarelor controlate și trimiteți semnale de pornire sau oprire a lucrului după cum este necesar.
(6) Asigurați funcționarea normală a supapelor de gaz, supapelor de aer, dispozitivelor sursă de gaz etc. ale turbocompresoarelor controlate. Preveniți lipirea supapei, cauzând evacuare sau scurgeri de aer. Preveniți imposibilitatea de a porni sau opri supapa de gaz și supapa de aer în mod normal din cauza defecțiunilor altor mecanisme executive, afectând astfel pornirea și oprirea turbocompresorului controlat.
(7) În sistemul de turbocompresor succesiv STC al unui anumit tip de motor diesel studiat în prezenta lucrare, coloanele A și B folosesc turbocompresoare de aceeași specificație. Pentru a îmbunătăți durata de viață a sistemului de turboalimentare și pentru a reduce rata de defecțiuni, turbocompresorul controlat din coloana B are un timp de funcționare mai scurt. Se recomandă alternarea rotației celor două coloane de turbocompresoare în funcție de timpul de lucru, astfel încât ciclurile de service ale celor două turbocompresoare să fie aproximativ aceleași și rata de utilizare a turbocompresoarelor să fie îmbunătățită.
IV. Concluzie
Acest articol prezintă pe scurt structura și caracteristicile conexe ale succesivului Sistem de turboalimentare a unui anumit tip de motor diesel marin. Pe baza experienței practice-de lungă durată a testelor de întreținere pentru acest tip de motor, autorul rezumă și concluzionează defecțiunile comune și propune soluții conexe, cum ar fi schimbul regulat de seturi de compresoare A și B. Acest articol are beneficii de bună calitate și economice pentru întreținerea și repararea sistemului de turbocompresor secvenţial al acestui tip de motor.