Файл: Смирнов, О. Р. Надежность судовых энергетических установок.pdf

вает, что число отказов уменьшилось на 30—40%. Повышение на­ дежности агрегатированных систем достигается за счет повышения качества монтажа оборудования, сокращения длины трубопроводов и количества арматуры, повышения ремонтопригодности (лучших условий обслуживания и выполнения профилактических работ).

Системы смазки* На рис. 12, а приведена принципиальная схема циркуляционной системы смазки главного дизеля. Основными эле­ ментами системы являются сточно-циркуляционные цистерны 1, сетчатые фильтры 2, 4 я 7, циркуляционные насосы 3, магнитный фильтр 5, маслоохладитель 6, цистерна запаса масла 8, подогрева­ тель масла 10, насосы 11 сепаратора 12. Надежная смазка дизеля 9 обеспечивается резервированием циркуляционных насосов (в экс­ плуатации работает один насос 3) и очисткой масла от механических примесей, которая достигается непрерывной работой фильтров 2 и 4, резервированных по схеме замещения, и периодической работой се­ паратора 10 (рабочее время сепаратора 6— 10 ч в сутки). В случае одновременного отказа двух циркуляционных насосов 3 циркуляция масла в системе может быть временно обеспечена насосами И сепа­ ратора. По данным ЦНИИМФ, среднее время работы винтового мас­ ляного насоса между переборками составляет Т = 2,2 года.

При отсутствии коффердама между сточно-циркуляционной цис­ терной и днищем судна, в соответствии с Правилами Регистра, уста­ навливают две сточно-циркуляционные цистерны 1, как показано на рис. 12, а, причем емкость каждой цистерны должна быть доста­ точной для вмещения всего циркуляционного масла. Этим повышается надежность установки в эксплуатации, так как в случае необходи­ мости масло в системе можно заменить без остановки главного дви­ гателя. Если предусматривается использование сепаратора масла для очистки топлива, то должно быть установлено специальное пере­ ключающее устройство, исключающее возможность смешения цир­ куляционного масла с топливом; такое смешение приводит к серьез­ ному отказу двигателя. Для того, чтобы не произошло обводнения масла, его давление должно быть выше, чем давление воды в охлади­ теле масла 6. Следует иметь в виду, что обводнение масла весьма опас­ но для двигателя и в установках, где предусмотрено охлаждение поршней водой, должны располагаться на телескопических трубах надежные уплотнительные устройства, исключающие возможность утечки воды в картер двигателя.

В Правилах Регистра СССР отмечается, что система циркуля­ ционной смазки главного двигателя должна быть независимой от систем смазки вспомогательных двигателей; это повышает надеж­ ность систем. Если же на судне имеется несколько главных двига­ телей, то их системы циркуляционной смазки могут быть сблоки­ рованы.

Надежность двигателей во многом зависит от качества применяе­ мых масел. Отказы мотылевых, головных и рамовых подшипников, параллелей и других узлов трения двигателей непосредственно свя­ заны с условиями организации смазки и очистки масел. Как показы­ вают статистические данные [22], на ряде морских судов отмечено

55

разрушение подшипников двигателей за время, составляющее не более 10% их назначенного ресурса. Проведенные исследования не позволяют однозначно определить причины столь преждевременного отказа подшипников; при разработке мероприятий повышения их

надежности наряду с усилением жесткости конструкций и улучше­ нием материала вкладышей важное значение имеет качество приме­ няемых масел. Для циркуляционной смазки малооборотных двига­ телей должны применяться масла, защищающие шейки валов от кор­ розионного воздействия продуктов сгорания топлива, проникающих

56

из цилиндров; продукты сгорания топлива не должны образовывать в картере осадков и оставлять отложения на внутренних поверхно­ стях поршней, если последние охлаждаются маслом.

В зависимости от типа двигателя с циркуляционным маслом отводится от него ~ 6 —8% тепла, вводимого в двигатель с топливом. Для нормальной работы двигателя важно, чтобы масло охлажда­ лось до заданной температуры перед поступлением на смазываемые поверхности; повышение температуры циркуляционных масел в ма­ лооборотных двигателях обычно составляет 8— 12° С, в среднеоборот­ ных напряженных двигателях повышение температуры масла допу­ скается до 15° С.

Кроме циркуляционной системы смазки, малооборотные дизели

называемого лубрикатора) 5 специальное цилиндровое масло по труб­ кам 3 через невозвратные клапаны 2 поступает на рабочую поверх­ ность цилиндра 1. На каждом цилиндре обычно имеется от двух до четырех точек смазки, равномерно расположенных по периметру цилиндра, причем к каждой точке смазки масло подводится по от­ дельной трубке. Насос имеет привод 6, связанный с движением дви­ гателя, поэтому с изменением частоты вращения автоматически из­ меняется количество подаваемого масла. Насосы также снабжены устройством, позволяющим регулировать подачу масла в каждую точку. Заполнение насоса маслом производится из цистерны 7. Трубки 4 служат для подачи масла в другие цилиндры двигателя. От качества и дозировки подаваемого в цилиндры масла в значитель­ ной степени зависит износ поршневых колец и рабочих втулок и про­ должительность работы двигателя между моточистками. Цилиндро­ вые масла должны сохранять смазывающие свойства при темпера­ туре поверхностей трения до 230—240° С. При использовании тяже­ лых сортов топлива с содержанием до 3,5% серы эти масла должны защитить рабочие поверхности от коррозионных разрушений и обес­ печить минимальное нагарообразование и ресурс между моточистками цилиндров 15—20 тыс. ч.

Однако опыт эксплуатации [22 ] ряда малооборотных дизелей по­ казывает, что надежность цилиндропоршневой группы является в на­ стоящее время недостаточной. Так, в двигателях 9ДКРН 50/110 большое число отказов приходится на компрессионные и противоизносные кольца. Средний срок службы компрессионного кольца до поломки на некоторых лесовозах с указанными двигателями не пре­ вышает 5,3 тыс. ч. Многие кольца приходится менять в результате большого износа.

На некоторых двигателях типа 8ДКРН 74/160 наблюдался уси­ ленный износ компрессионных колец (замена после 500 ч работы) вследствие несвоевременной подачи масла в цилиндры (при положе­ нии поршня соответственно углу поворота мотыля, равному 65° после н. м. т.). После установления правильного момента подачи масла (74° после н. м. т.) интенсивный износ прекратился. Усиленный износ колец на этих двигателях наблюдался также при уменьшении

67

необходимого количества (0,55 г/кВт-ч) подаваемого в цилиндры масла. При возвращении к указанной норме усиленный износ пре­ кратился.

Одним из путей повышения надежности цилиндропоршневой группы является применение цилиндровых масел с щелочными при­ садками, которые препятствуют коррозионным разрушениям.

Среднеоборотные и высокооборотные дизели обычно не имеют независимой цилиндровой системы смазки. В этих двигателях смазка цилиндров осуществляется разбрызгиванием циркуляционного масла.

Рйс. 13. Принципиальная схема охлаждения пресной воды дизельной

,установки.

Турбонаддувочные агрегаты двигателей имеют независимую, обычно гравитационную, систему циркуляционной смазки. Эта система при работе агрегата не должна иметь даже самого кратко­ временного перерыва в подаче масла к подшипникам. Прекращение подачи масла приводит к тяжелым отказам.

Система охлаждения пресной воды, В дизельных установках наблюдается большое разнообразие схемных решений систем охла­ ждения пресной воды; это объясняется применением различных ра­ бочих сред для охлаждения поршней (вода или масло) и форсунок (топливо или вода), а также различиями в организации охлаждения вспомогательных двигателей дизель-генераторов.

На рис. 13 приведен один из возможных вариантов системы прес­ ной воды [53 ] для охлаждения поршней водой и объединения систем охлаждения дизель-генераторов 13 и главного двигателя 8. В таких системах можно применять двухступенчатые циркуляционные на­ сосы. Вода более низкого давления из первой ступени насоса 2 по магистрали 4 направляется на охлаждение цилиндров и других эле­

58

ментов главного двигателя и дизель-генераторов 13. Отвод воды от дизель-генераторов осуществляется по магистрали 6. Из второй ступени 3 вода более высокого давления по магистрали 5 идет на охла­ ждение поршней главного двигателя. Байпасный трубопровод 9 позволяет на стояночных режимах отключить охлаждающую воду от главного двигателя. Нагретую воду можно использовать в испа­ рителе 10 вакуумного типа для генерации необходимого на судне за­ паса пресной воды. Система снабжена двумя охладителями пресной воды 11, включенными параллельно (постоянно включенный резерв). В случае отказа одного из охладителей другой может принять на себя всю нагрузку (по схеме замещения) на время, необходимое для вос­ становления отказавшего охладителя. Регулятор 12, использующий магистраль 7, автоматически поддерживает необходимую темпера­ туру воды. На стоянках циркуляционный насос 14 принимает воду из расширительной цистерны 1 и подает ее на охлаждение дизельгенераторов. Этот же насос можно использовать как резервный на ходовых режимах в случае отказа одного из главных насосов.

Рассмотренная система позволяет быстро прогреть главный дви­ гатель перед его пуском, использовав для этого воду, нагретую во вспомогательных двигателях. К наиболее частым отказам в этих системах относятся язвенные коррозионные разрушения стальных неоцинкованных трубопроводов; следует иметь в виду, что повышен­ ная температура (—70—85° С) и увеличенные скорости воды (более 3—4 м/с) значительно ускоряют коррозионный износ. Применение стальных трубопроводов с цинковым покрытием (при толщине 200— 300 мкм) и труб из латуни и медно-никелевых сплавов (ЛАМЖ, МНЖ5-1 и др.) значительно повышают надежность систем. Весьма часты также отказы арматуры (нарушение герметичности запорных органов), утечки через уплотнения насосов, кавитационные разру­ шения крылаток насосов.

Наиболее опасными отказами являются утечки воды в картер

врезультате нарушения плотности телескопических устройств охла­ ждения поршней, что приводит к обводнению масла, а также наруше­ ние плотности в охладителях и испарителях, что является причиной засоления пресной воды, отложения солей на поверхностях охлажде­ ния и нарушения теплообмена. Для предотвращения таких отказов

вэксплуатации необходимо производить замену уплотнительных

элементов после выработки их ресурса, а также систематически про­ верять качество пресной воды и циркуляционного масла. С целью уменьшения коррозионной активности пресной воды в нее добавляют

по рекомендациям заводов-изготовителей двигателей. В западноев­ ропейской практике в качестве антикоррозионной присадки исполь­ зуют специальное масло «Дромус».

Система охлаждения забортной воды* Эта система является много­ целевой; она служит для охлаждения пресной воды и циркуляцион­ ного масла главных и вспомогательных двигателей, охлаждения над­ дувочного воздуха, охлаждения компрессоров, конденсаторов и дру-

59

гйго вспомогательного оборудования, охлаждения подшипников валопровода и дейдвудного устройства, питания испарителей и ряда дру­ гих целей. Такое назначение этих систем и агрессивность забортной воды требуют особого внимания при их проектировании и в процессе эксплуатации.

На рис. 14 показана одна из принципиальных схем системы охла­ ждения забортной воды [53 ] с параллельным включением основных теплообменных аппаратов. Такая схема более надежна по сравнению со схемой с последовательным включением и позволяет унифициро­ вать насосы забортной воды по параметрам.

Из кингстонного ящика 16 забортная вода может приниматься основным охлаждающим насосом 14, а также пожарным насосом 11, сервис насосом 12 и стояночным (портовым) насосом 15. Все эти на­ сосы резервированы по отношению к основному насосу 14 по схеме замещения. Таким образом, на ходовых режимах предусматривается по меньшей мере двойное резервирование. Посредством перемычки 13 система может быть соединена с главным охлаждающим насосом прес­ ной воды. Трубопровод 1 служит для подвода забортной воды к вспо­ могательному оборудованию и валопроводу. Трубопровод 3 служит для отвода воды за борт после охладителей дизель-генераторов 2.

К основной магистрали забортной воды параллельно подключены охладители 4 наддувочного воздуха, маслоохладитель 5, охладители 6 пресной воды поршней двигателей и главные охладители 7 пресной воды. Кроме маслоохладителя 5, все остальные охладители резерви­ рованы по схеме постоянно включенного резерва. По магистрали 8 нагретая забортная вода частично направляется в испарительную установку, а ее избыток выбрасывается за борт. Система охлаждения сблокирована с общесудовыми системами. По трубопроводу 9 вода может направляться в балластную систему, а по трубопроводу 10 — в пожарную систему.

Опыт эксплуатации систем забортной воды показывает, что с рос­ том энерговооруженности судов, повышением параметров установок

60

й интенсивности эксплуатации эти системы во многих случаях бказываются недостаточно надежными, а затраты на их восстановление весьма значительными. Стоимость ремонта систем забортной воды составляет в среднем около 10% общей стоимости ремонта судна.

В некоторых установках изменяют принципиальную схему си­ стемы забортной воды; в таких системах охлаждение циркуляцион­ ного масла, наддувочного воздуха и других рабочих сред производят пресной водой, которая циркулирует по замкнутому контуру, а охла­ ждение пресной воды осуществляют забортной водой централизо­ ванно в одном охладителе. Это приводит к значительному сокращению длины трубопроводов и числа арматуры забортной воды, упрощению схемы системы и повышению ее надежности.

Наименее надежными элементами этих систем являются трубо­ проводы, затем, в порядке возрастания надежности, следуют запор­ ная арматура, насосы, теплообменные аппараты, контрольно-измери­ тельные приборы. Отказы трубопроводов происходят вследствие эро­ зионно-коррозионных разрушений материала труб под воздействием потока воды и проявляются в нарушении плотности. При этом ос­ новным видом разрушения является не общая, а местная (язвенная) коррозия, приводящая к сквозному разрушению стенки. Основными факторами, влияющими на скорость местной коррозии, являются материал труб и защитных покрытий, местные сопротивления тру­ бопроводов и гидродинамические характеристики потока (местная скорость воды, интенсивность турбулентных пульсаций, толщина пограничного диффузионного слоя).

Проведенные авторами исследования, которые подтверждаются другими работами [38], показывают, что примерно 90% разрушений трубопроводов приходится на местные и так называемые сложные сопротивления, представляющие сочетание нескольких местных со­ противлений, например: крутоизогнутое колено (R < 2dH) и фЛанцевое соединение, отросток на сварке и фланцевое соединение. На рис. 15 показаны некоторые сложные сопротивления в трубопроводах

иместа возникновения сквозных коррозионных разрушений (свищей).

Врайоне сложных сопротивлений возникают высокие местные скорости воды и турбулизация потока, на погибах по внешнему ра­ диусу происходит утонение стенки, при сварке возможно загромо­ ждение сечения и контакт разнородных материалов. Все эти факторы

иряд других в несколько раз увеличивают скорость коррозии.

Чтобы уменьшить влияние местных сопротивлений на эрозионно­ коррозионные разрушения, их следует располагать на достаточном отдалении одно от другого. Принято считать, что расстояние между сопротивлениями должно быть I ^ 10dH. Характеристикой загро­ мождения системы местными сопротивлениями может служить коэф­ фициент загромождения

К = -т 1/м,

где z — общее число сопротивлений, I — длина системы.

61