Эксплуатация современных судовых дизельных установок

При аномальном повышении температуры датчик контроля ТЕ 8610 выдает сигнал тревоги при 80°C и сигнал на замедление (SLD) при 120°C. Этот датчик должен быть отключен во время остановки и оставаться выключенным до 3–5 минут после пуска. Для установок с ВРШ с включенным ВГ автоматически запускается ВДГ и подключается к электросети до отключения валогене-ратора и снижения частоты вращения ГД.

3. Меры, которые необходимо принять:

1. Из-за возможного риска взрыва в картере нельзя стоять рядом с предохрани-тельными клапанами;

2. Уменьшить нагрузку до SLOW, если это еще не было сделано автоматически и попросить разрешения на остановку ГД у мостика;

3. При получении команды «FINISHED WITH ENGINE» (FWE) заглушить двигатель и выключить ВН.

4. Прекратить подачу мазута.

5. Остановить подачу масла.

6. Привести в действие оборудование пожаротушения камеры продувочного воздуха.

7. Не открывать камеру продувочного воздуха или картер до тех пор, пока место возгорания не остынет до температуры ниже 100°C. При открытии держаться подальше от возможных свежих вспышек пламени.

8. Удалить сухие отложения и шлам из всех коробов продувочного воздуха. (См. также раздел 701–01 [16]).

7. Очистите соответствующие поршневые штоки и втулки, проверьте состояние их поверхности и отсутствие деформации. Если все в порядке, смазать штоки маслом.

8. Повторите проверку и сосредоточьтесь на днище и юбке поршня.

Осмотрите сальник и дно камеры на наличие возможных трещин.

9. Если причиной возгорания стал поршень, и этот поршень нельзя отремонтировать сразу, примите меры предосторожности. Если нагрев стенок камеры наддувочного воздуха был значительным, стяжные болты следует подтянуть при первой же возможности. Перед повторной затяжкой необходимо восстановить нормальную температуру всех деталей двигателя.

Чтобы обеспечить надлежащий слив масляного шлама из коробов продувочного пространства и тем самым снизить риск возгорания рекомендуется ежедневная проверка во время работы и регулярная очистка дренажных труб.

4.1. Ежедневные проверки во время работы:

1. Откройте вентиль между сливным баком (drain-tank) и баком для шлама (sludge-tank).

Выходит ли воздух из вентиляционной трубы сливного бака?

Если воздух выходит, то это указывает на свободный проход от фланца AV к вентиляционной трубе сливного бака.

Надо очистить трубы, как описано ниже, при первой же возможности.

Если воздух не выходит, то надо открыть контрольные краны один за другим между основной дренажной трубой и камерами продувочного воздуха и между основной дренажной трубой и ресивером продувочного воздуха вспомогательными вентиляторами.

Начать с фланца AV и двигатся к фланцу BV. Используйте эту процедуру, чтобы найти любую блокировку.

Выдувается ли воздух или масло из индивидуального контрольного крана?

При наличии воздуха продувочное воздушное пространство осушается правильно. Это указывает на свободный проход от фактического контрольного крана до фланца AV.

Выдувается ли воздух или масло из индивидуального контрольного крана?

При наличии масла продувочное воздушное пространство не опорожняется должным образом.

Это указывает на то, что основная сливная труба заблокирована между контрольным краном, который сбрасывает масло, и соседним контрольным краном в сторону фланца AV. Необходимо очистить сливную трубу, как описано ниже, при первой же возможности.

4.2. Очистка сливных труб через регулярные промежутки времени:

Интервалы должны быть определены для конкретной установки, чтобы предотвратить засорение дренажной системы. Очистите основную сливную трубу и выпускную трубу сливного бака с помощью воздуха, горячей воды или пара во время остановки двигателя.

При подозрении на негерметичность клапанов демонтируйте и прочистите главный сливной патрубок 1–2 вручную.

Проверки ГД во время работы

Проверка 9: Упорный подшипник

Проверить измерительное оборудование.

Проверка 10: Натяжное устройство цепи (если установлено)

Проверить натяжное устройство цепи компенсаторов момента (если установлены). Комбинированные натяжные устройства цепи и гидравлические демпфирующие устройства следует перенастроить, когда будет достигнута красная часть индикаторов износа (см. Т II, Техническое обслуживание, глава 906 [16]).

Проверка 11: Защиты снижением оборотов и аварийной остановкой

Проверить измерительное оборудование.

Проверка 12: Аварийная сигнализация давления (датчики)

Общие требования:

Следует проверить работу и настройку сигналов тревоги.

Очень важно тщательно проверять работу и настройку датчиков давления и датчиков температуры. Их необходимо проверять при условиях, для которых датчики предназначены с целью обеспечения своевременного срабатывания сигнализации.

Это означает, что датчики низкого давления (температуры) следует тестировать при понижении давления (температуры), а датчики высокого давления (температуры) следует проверять при повышении давления (температуры).

Проверка:

Если специального испытательного оборудования нет, проверка может быть произведена следующим образом:

– датчики аварийного давления в системах смазки и охлаждения могут быть снабжены контрольным краном, с помощью которого можно снизить давление на датчике и тем самым проверить аварийный сигнал;

– если такого контрольного крана нет, точку срабатывания сигнализации необходимо сместить до тех пор, пока не сработает сигнализация. При возникновении аварийного сигнала проверяется соответствие шкалы реле давления фактическому давлению. (Некоторые типы реле давления имеют регулируемую шкалу).

Проверка 13: Термостаты

Большинство термостатических клапанов в системах охлаждения также можно проверить, сместив точку срабатывания сигнализации, чтобы датчик реагировал на фактическую температуру.

Однако в некоторых случаях настройка не может быть уменьшена в достаточной степени, и такие клапаны необходимо испытывать либо при достижении рабочей температуры, либо путем нагревания чувствительного элемента в водяной бане вместе с эталонным термометром.

Проверка 14: Детектор масляного тумана

Проверьте детектор масляного тумана. Регулировка и проверка функции сигнализации осуществляется в соответствии с инструкциями на оборудование, или в отдельной инструкции по эксплуатации детектора масляного тумана.

Проверка 15: Наблюдения

Сделайте полный набор наблюдений с помощью системы PMI. Убедитесь, что все параметры, характеризующие работу двигателя в порядке. Проверьте распределение нагрузки между цилиндрами.

Перед приходом в порт следует определиться на каком топливе проводить маневры. Переход на другое топливо должен производиться за час до предполагаемых первых маневров.

1. Надо запустить дополнительный вспомогательный двигатель, чтобы обеспечить запас мощности электростанции для маневров, осуществить пробное реверсирование (для установок с ВФШ), что гарантирует, что пусковые клапаны и механизм реверса работают, удалить конденсат из систем пускового и управляющего воздуха непосредственно перед маневром.

1.3.2.5. Остановка двигателя

Всегда следует выполнить маневр остановки перед входом в гавань по прибытии, чтобы убедиться, что ECS работает должным образом.

Когда поступит команда «Отбой двигателя (FWE)» следует:

– проверить пусковые клапаны на герметичность (это связано с тем, что негерметичный пусковой клапан может вызвать вращение коленчатого вала):

– получить разрешение с мостика;

– убедиться, что валоповоротный механизм выключен;

– закрыть главный воздушный клапан в системе распределения пускового воздуха;

– о ткрыть индикаторные краны;

– осуществить переход на ручное управление двигателем с LOP;

– активировать кнопку START. Это позволяет подать пусковой воздух, но не управляющий воздух, к пусковым клапанам.

– проверить, не выходит ли воздух из каких-либо индикаторных кранов;

В случае выхода воздуха из крана соответствующий пусковой клапан негерметичен. Если цилиндр находится в НМТ, обнаружение может быть затруднено из-за выхода воздуха через продувочные окна в втулке цилиндра.

– заменить или отремонтировать неисправный пусковой клапан.

– зафиксировать главный пусковой клапан в крайнем нижнем положении с помощью стопорной пластины;

– включить валоповоротный механизм;

– проверить контрольную лампу;

– убедитесь, что клапан пусковой системы распределения воздуха закрыт.

– закрыть и удалить воздух из систем подачи управляющего воздуха и воздуха системы защиты.

Не следует прекращать подачу запирающего воздуха в привод выпускного клапана, так как тяга воздуха через открытый выпускной клапан может вызвать вращение вала турбонагнетателя, что приведет к повреждению подшипников, если подача смазочного масла к турбонагнетателю прекращена.

После остановки двигателя насосы работают не менее 15 минут, чтобы предотвратить перегрев охлаждаемых поверхностей и образование нагара, потом надо остановить насосы смазочного масла и охлаждающей воды.

Эксплуатация после прихода в порт

1. Эксплуатация топливных насосов.

Таблица 1.6. Циркуляционные топливные насосы.

2. Предварительный прогрев пресной воды во время простоя.

Таблица 1.7. Предварительный прогрев.

Необходимо отключить другое оборудование, которое не должно работать при остановленном двигателе.

Выполните необходимые проверки, выполняемые при остановленном двигателе (см. главу 702 инструкции [16].

1.3.3. Конструктивные особенности и техническое использование среднеоборотных двигателей

Среднеоборотные дизели нашли широкое применение на различных судах, главным образом в установках с ВРШ. Более широко применяются двигатели компаний MAN, Wärtsilä и Caterpillar. Конструкция, технические данные и эксплуатация двигателей последней компании достаточно подробно изложены в источниках [12,20,25,26].

Конструктивные особенности двигателей MAN модельного ряда L58/64

Среднеоборотные мощные двигатели серии L58/64, а также другие двигатели этого семейства (L32/40, L40/54, L48/60, L21/31) являются лучшими и высокоэффективными четырехтактными среднеоборотными дизелями. Среднее эффективное давление номинальное 21,9 бар, удельный эфффективный расход топлива – 167 г/(кВт∙час). Наддув при постоянном давлении. Используются тяжелые топлива с вязкостью до 700 сСт [12].

Конструктивные особенности: высокое давление впрыска топлива; поддержание высокого уровня максимального давления сгорания, а следовательно и экономичности двигателя, на частичных режимах за счет модифицированных отсечных кромок плунжера ТНВД; применение качающегося рычага между роликом плунжера и кулачком распредвала для оптимизации угла опережения впрыска; применение в ТНВД нагнетательного клапана с разгрузочным пояском для снижения колебаний остаточного давления; использование подвесных рамовых подшипников; конструктивное упрочнение с целью обеспечения минимальной деформации цилиндровой втулки и ее эффективное охлаждение в верхней части; модернизации клапанов, поршней, крышек.

Подробнее конструкция и параметры изложены в источниках [12,19,20]. В двигателе L48/60B использован Мюллер-процесс (за счет более раннего закрытия впускных клапанов происходит увеличение степени сжатия и улучшение экономичности).

В линейке компании MAN широко присутствуют и успешно используются на судах двигатели с технологией CR (Common Rail), например, двигатели L58/64 CR. Макет системы изображен на рисунке 1.12.

CR позволяет непрерывно и независимо от нагрузки контролировать время впрыска, давление впрыска и объем впрыска. Это означает, что технология Common Rail обеспечивает высочайший уровень гибкости для всех диапазонов нагрузок.

Коллектор, выполняющий функцию аккумулятора давления и объема топлива, состоят из закрытой торцевыми крышками высокопрочной трубы, в которую встроен держатель регулирующего клапана. Регулирующие клапаны закреплены.

Рис. 1.12. Макет системы CR [17].

Соединения для трубопроводов высокого давления расположены радиально на держателе регулирующего клапана; эти соединения ведут к форсункам, а также к следующему коллектору. Такая конструкция не предусматривает сверления коллектора и, следовательно, значительно надежнее.

Равномерный впрыск топлива гарантируется за счет низкого уровня колебаний давления в системе. Это достигается за счет использования коллекторов оптимального объема и нескольких (от двух до четырех) насосов высокого давления вместо одного насоса. В насосы высокого давления подается столько топлива, сколько необходимо для поддержания давления в коллекторе на заданном уровне.

Давление в коллекторе будет рассчитываться по программе в системе управления впрыском в соответствии с нагрузкой двигателя. Затем дроссельная заслонка с электромагнитным управлением в зоне низкого давления будет соответствующим образом измерять количество топлива, подаваемого в насосы высокого давления. Каждый отдельный коллектор (рис. 1.11) содержит компоненты для управления подачей топлива и опережения впрыска.

3/2-ходовой клапан внутри регулирующего клапана приводится в действие и управляется без какой-либо дополнительной жидкости сервомеханизм с помощью 2/2-ходового клапана с электромагнитным управлением. Он позволяет подавать топливо под высоким давлением из блока распределителя через ограничитель потока в форсунку.

Рис. 1.13. Управляющий клапан и другие компоненты [17].

На рисунке 1.13 показана схема регулирующего клапана и другие компоненты в системе CR с регулируемым давлением с названиями на английском. Функциональные утечки, возникающие в процессе управления 3/2-ходовым клапаном, будут сбрасываться обратно в систему низкого давления через обратный клапан.

Рис. 1.14. Принципиальная схема управляющего клапана системы common rail [17].

F – вход топлива в ограничитель потока; A – топливо на контроль подачи; B – отсечное топливо; C – топливо в следующий аккумулятор; D – протечки топлива (к системе обнаружения). 1 – обратный клапан; 2–3/2-ходовой клапан; 3 – ограничитель потока; 4–2- ходовой электромагнитный клапан; 5 – форсунка.

Обратный клапан (non return valve) также предотвращает обратный поток из системы низкого давления в цилиндр, например, в случае заедания иглы форсунки. Клапан ограничения (Flow limiter) расхода, расположенный на блоке клапанов, защищает систему высокого давления от перегрузки. Система подачи топлива оснащена системой предварительного подогрева тяжелого топлива, которая позволяет запускать и останавливать двигатель во время работы на нем.

Управляющий клапан состоит из 3/2-ходового клапана 2, управляемого 2/2-ходовым электромагнитным клапаном 4 (рисунок 1.14). Подвод топлива к 3/2 ходовому клапану осуществляется через ограничитель потока (подачи) 3.

Он состоит из подпружиненного полого поршня в корпусе, который при впрыске перемещается к седлу (под воздействием динамического напора топлива, а также перепада давления топлива на входе и выходе из-за дросселирования), а после его завершения (и прекращения действия потока топлива) – возвращается пружиной в исходное положение. При этом величина хода поршня пропорциональна количеству впрыскиваемого топлива. Если управляющий клапан окажется неисправным и откроет подачу топлива к форсунке, впрыск станет непрерывным. Тогда сохранившим свое действие динамическим напором и перепадом давления поршень прижмется к седлу и перекроет поток топлива к форсунке.

Рис. 1.15. Позиции управляющего клапана при работе [17].

Позиции при работе управляющего клапана показаны на рисунке 1.15 (ограничитель потока после аккумулятора 1 для упрощения не показан):

1) после получения команды на окончание впрыска закрывается 2/2-ходовой электромагнитный клапан, т. е. закрывается его затвор 3 для контроля подачи. Им же закрывается 3/2-ходовой клапан 5 (т. е. перемещается вправо на рисунке). При этом закрывается подача топлива из аккумулятора 1 в форсунку 7, открывается отсечное отверстие 6 и топливо из нагнетательной трубки и полости форсунки 7 стравливается в систему низкого давления;

2) получив соответствующую команду, начинает открываться 2/2-ходовой клапан и топливо через его затвор 3 начинает поступать на контроль подачи. 3/2-ходовой клапан 5 находится еще в закрытом положении;

3) начинает открываться 3/2-ходовой клапан 5 (т. е. перемещаться влево на рисунке). Перекрывается отсечное отверстие 6 и открывается поступление топлива из аккумулятора 1 в нагнетательную трубку форсунки 7;

4) возросшим давлением топлива под подъемным конусом иглы открывается форсунка 7 и топливо впрыскивается в цилиндр до получения команды на закрытие 2/2-ходового клапана (т. е. окончания подачи) и, соответственно – 3/2-ходового клапана.

Рис. 1.16. Результаты сравнительных испытаний традиционной системы впрыска топлива и системы Common Rail [17].

В традиционной системе нарастание величины давления впрыска ограничивается допустимой крутизной профиля топливного кулака и сжимаемостью топлива. Впрыск в начале вялый и распыливание некачественное. В системе CR происходит мгновенный подъем иглы форсунки и возрастание давления впрыска и гораздо лучшее распыливание топлива. Сгорание происходит полнее и при меньших температурах, что сокращает количество образующихся оксидов азота.

Чтобы запустить холодный двигатель, работающий на мазуте, часть системы высокого давления CR постоянно прогревается предварительно прогретым топливом системы низкого давления путем циркуляции.

Это осуществляется через циркуляционный клапан, расположенный на клапанном блоке, открывается этот клапан пневматически. Таким образом, любое остаточное высокое давление в системе снижается, и топливо проходит через насосы высокого давления через распределительные узлы, и проходит через обратный клапан E (байпас для обеспечения более высокого расхода) и обратно в дневную цистерну. Необходимый перепад давления для циркуляции системы регулируется дроссельной заслонкой.

В случае аварийной остановки, технического обслуживания или регулярной остановки двигателя клапан циркуляции обеспечивает сброс давления для всей системы распределительной магистрали высокого давления.

Компоненты высокого давления (аккумуляторы и трубы высокого давления) двустенные, образовавшиеся полые пространства соединяются и вместе с емкостными датчиками (рис. 1.17) и детекторными винтами (рис. 1.18) образуют эффективную систему обнаружения утечек, позволяющую быстро и точно обнаруживать любые утечки, которые могут произойти.

Рис. 1.17. Расположение емкостного датчика [17]

Технология СR, предложенная MAN Diesel & Turbo эффективная и более простая:

– нет отдельной схемы сервопривода для активации клапанов впрыска. Используются обычные форсунки с регулируемым давлением, а соленоидные клапаны интегрированы в узлы направляющих и находятся вдали от цилиндровых крышек, что повышает надежность системы и упрощает обслуживание;

– использование отдельных 3/2 ходовых клапанов гарантирует, что давление в форсунках будет только во время впрыска. Это позволяет избежать неконтролируемого впрыска, даже если регулирующий клапан или впрыскивающий клапан протекает;

Рис. 1.18. Расположение винтов обнаружения [17]

– модульное разделение коллекторов и их привязка к отдельным цилиндрам снижает материальные затраты и затраты на сборку, а также позволяет использовать короткие трубки высокого давления;

– специальная конструкция системы CR для двигателей MAN Diesel & Turbo позволяет избежать волн давления в трубопроводах высокого давления между коллектором и форсункой, особенно в конце впрыска;

– есть клапаны ограничения расхода. Не будет чрезмерной подачи топлива в цилиндр, даже в случае протечки или поломки компонентов;

– обратные клапаны предотвращают обратный поток из системы низкого давления в цилиндр, например, в случае заклинивания форсунки;

– возможна аварийная работа даже в случае отказа в регулировании давления в коллекторе, так как имеется клапан ограничения давления с функцией регулирования давления. Клапан аварийной остановки, приводимый в действие сжатым воздухом, останавливает двигатель в случае аварии;

– наличие резервных датчиков давления в рампе и датчиков скорости коленвала, исключают прерывание работы двигателя из-за отказа датчика.

Система управления CR полностью интегрирована в SaCoSone (система безопасности и управления двигателем) [17,19].

Пуск двигателя MAN модельного ряда L58/64

Привожу рекомендации и описание процедур подготовка к пуску, пуска ГД, вывод его в рабочий режим для передачи контроля на мостик

При стоянке судна в порту насосы на станции подготовки топлива остаются в работе, подогретое топливо циркулирует через топливные насосы ГД, подогревается охлаждающей воды HT контура. Температура воды не должна опускаться ниже 60°С. Перед пуском запускают насос системы охлаждения форсунок. Температура воды в системе охлаждения форсунок должна держаться на уровне 55°С.

Температура масла в циркуляционном танке (Sump Tk) должна сохраняться не ниже 40°С, как правило, это легко достигается постоянным подогревом масла в линии масляного сепаратора.

Также необходимо убедиться в исправной автоматической работе компрессоров пускового воздуха и наличии давления в ресиверах пускового воздуха не ниже 12 bar. Целесообразно давление в ресиверах поддерживается на уровне 25 bar.

Непосредственно для подготовки к пуску, после получения команды с мостика на подготовку и пуск, производится запуск вспомогательного масляного насоса, для подачи масла в систему циркуляционного масла главного двигателя. После этого с помощью валоповоротного устройства осуществляется проворачивание двигателя не менее чем на 3 полных оборота.

Потом валоповоротное устройство выводится из зацепления с маховиком двигателя, насос выключается и устанавливается в автоматический режим. Индикаторные краны главного двигателя закрываются. Двигатель готов к пуску.

По команде с графического интерфейса автоматической системы управления ГД SaCoS99E выдается команда на пуск двигателя.

Пуск производится системой управления в соответствии с алгоритмом программы, заложенной производителем (см. рис. 1.19 –1.21. Алгоритм пуска ГД (а, б, в).

После пуска ГД выходит на обороты в 225 об/мин. Выход на эксплуатационные постепенный с использованием системы PCS Alphatronic 2000. Обороты добавляются вручную с интервалом в 30 об/мин в течении 10 минут. В процессе набора оборотов осуществляется контроль за всеми параметрами ГД через систему АПС. После выхода на 425 об/мин и контрольной проверки всех параметров ГД, а также проверки, что валогенератор возбужден и готов к работе, на PCS устанавливается параметр «Constant speed», при котором система будет контролировать соблюдение постоянных оборотов в пределах 425 об/мин, и управление ВРШ передается на мостик.

Рис. 1.19. Алгоритм пуска ГД (а)

Рис. 1.20. Алгоритм пуска ГД (б)

Рис. 1.21. Алгоритм пуска ГД (в).

Выбор частоты вращения ГД в пределах 425 об/мин обусловлен использованием валогенератора и частотой судовой сети в 60 Гц. Рабочая мощность ГД как правило выбирается из опыта эксплуатации. Для ограничения расхода топлива при переходах, компании – владелецы судна как правило устанавливают рекомендуемую частичную мощность. В процессе эксплуатации при этой мощности ГД контролируется суточный расход топлива.

При работе ГД все основные эксплуатационные параметры контролируются системой АПС судна.

Параметры, из-за которых может быть выполнена остановка двигателя, являются:

– Падение давления масла в двигателе ниже 1.7 bar при оборотах ниже 320 об/мин или 2.5 bar при оборотах выше 320 об/мин;

– Падение давления охлаждающей воды в контуре HT ниже 1.5 bar;

– Падение давления масла перед турбиной двигателя ниже 0.9 bar;

– Перегрев масла смазки турбины выше 120°С;

– Превышение температуры одного из главных подшипников коленчатого вала двигателя выше 95°С;

– Превышение температуры масляного тумана в картере одного из цилиндров двигателя выше 85°С;

– Разница температур масляного тумана на 3 % выше среднего значения в любом цилиндре;

– Падение давления масла перед редуктором ниже 0.2 bar;

– Превышение частоты вращения больше 492 об/мин (overspeed).

Параметры, из-за которых будет осуществлен автоматический сброс нагрузки, следующие:

• Превышение оборотов турбины выше 16000 об/мин;

• Превышение температуры масла двигателя выше 65°С;

• Превышение температуры охлаждающей воды двигателя 98°С;

• Превышение температуры выхлопных газов любого цилиндра 510°С;

• Превышение температуры выхлопных газов перед турбиной 580°С;

• Превышение температуры масла редуктора 60°С;

• Превышение температуры основного подшипника редуктора 80°С;

• Отказ в работе системы автоматической смазки цилиндров;

• Загрязнение автоматического фильтра цилиндрового масла двигателя (разница давлений выше 0.8 bar);