CC BY
51
УДК 629.5.06
ЭФФЕКТИВНОСТЬ МОНИТОРИНГА И ДИАГНОСТИКИ СРЕДНЕОБОРОТНЫХ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ ДИЗЕЛЕЙ 6ЧН 18/22
А.В. Ткаченко (КамчатГТУ)
Представлены результаты диагностики дизель-генератора 6ЧН18/22 измерительной системой DEPAS D4.OH. Приведены сводные индикаторные диаграммы по цилиндрам дизеля, вибродиаграммы топливоподачи и газораспределения с целью определения реального состояния двигателя.
The results of diagnosis of diesel-generator 6ЧН 18/22 by measuring system DEPAS D4.OH are represented in the article. Summary indicator diagrams of diesel cylinder, vibro-diagrams of fuel-feed and gas distribution are considered in the article in order to defining real engine condition.
Среднеоборотные дизели 6ЧН18/22 получили широкое распространение на судах морского транспорта и рыбопромыслового флота в качестве как главных, так и вспомогательных двигателей для обеспечения судов электроэнергией. Однако они имеют существенные недостатки: низкую надежность и в особенности, по современным меркам, большой удельный расход топлива, равный 215 г/кВт • ч. Эффективность эксплуатации этих двигателей существенно зависит от качества регулировки и технического состояния топливной аппаратуры, а также от механизма газораспределения.
В настоящее время диагностика и мониторинг двигателей внутреннего сгорания (ДВС) на судах осуществляются с помощью максиметра, моментоскопа, термодизелькомплекта (ТДК). Базовыми диагностическими параметрами являются: максимальное давление сгорания, давление сжатия, температура выпускных газов по цилиндрам. По этим параметрам механики настраивают топливную аппаратуру и регулируют нагрузку по цилиндрам в пределах, заданных ГОСТ.
Согласно требованиям Правил технической эксплуатации (ПТЭ) дизелей отклонения основных рабочих параметров отдельных цилиндров от средних значений для дизеля в целом при номинальной мощности не должны превышать (в %):
среднее индикаторное давление p^...............±2,5
максимальное давление сгорания pz...............±3,5
давление в конце сжатия pc...............±2,5
температура отработавших газов ^.г..............±5,0
среднее давление по времени pт...............±3,0
Давление в конце сжатия pc при прочих равных условиях зависит только от степени сжатия. Величина pc зависит от износа цилиндровой втулки, поршня, поршневых колец.
Максимальное давление сгорания pz находится в прямой зависимости от давления сжатия, цикловой подачи и угла опережения впрыска топлива. На установившемся режиме работы дизе-
ля давление pz по цилиндрам регулируют в небольших пределах изменением цикловой подачи топлива, перекаткой кулачной шайбы. При этом происходит некоторое изменение угла опережения впрыска топлива. Одновременную регулировку pz для всех цилиндров осуществляют разворотом распределительного вала относительно коленчатого вала. Температура отработавших газов tax по цилиндрам при прочих равных условиях зависит от цикловой подачи топлива и угла опережения впрыска топлива, изменение которого, а также нарушение закона подачи топлива, неисправности ТНВД и форсунки резко влияют на температуру отработавших газов и не всегда дают возможность анализировать степень загрузки отдельных цилиндров двигателя.
Учитывая невысокое качество топливоподготовки (очистки и фильтрации топлива), низкую надежность топливной аппаратуры, недостаточную точность измерительных приборов, трудно, если не сказать - невозможно, поддерживать равномерность нагрузки по цилиндрам без измерения среднего индикаторного давления в заданных пределах ±2,5%. Неравномерность нагрузки по цилиндрам, в свою очередь, приводит к увеличению расхода топлива на всех режимах, повышению тепловой напряженности отдельных цилиндров на номинальном режиме. Следовательно, необходим постоянный мониторинг и диагностика рабочего процесса более тонкими методами и без значительных затрат усилий механиков.
Нами проведены испытания вспомогательного дизель-генератора 6ЧН18/22 для средних рыболовных траулеров измерительной системой DEPAS D4.OH с целью определения реального состояния двигателя, который считался отрегулированным в соответствии с требованиями ПТЭ. Данные индицирования отдельных цилиндров передаются из модуля D4.OH в компьютер по интерфейсу RS-232. Отличительной особенностью системы DEPAS является наличие контактного вибродатчика VS-20, с помощью которого определяются фазы газораспределения, а также техническое состояние топливной аппаратуры и механизма газораспределения. Определение указанных параметров происходит без непосредственного внедрения в топливную аппаратуру высокого давления и специальных креплений к механизму газораспределения (МГР). Анализ виброграмм топливной аппаратуры и МГР значительно расширяет область контролируемых параметров. Диагностика технического состояния рабочего цилиндра стала возможна не только по диаграмме давления газов, как это до сих пор принято в большинстве аналогичных компьютерных систем, но и по важнейшим процессам топливоподачи и газораспределения.
Программное обеспечение производит расчет следующих параметров: среднее индикаторное давление индикаторная мощность цилиндра частота вращения коленчатого вала максимальное давление сгорания в цилиндре
максимальное давление сжатия давление на линии расширения (36° после ВМТ)
максимальная скорость повышения давления степень повышения давления
давление в начале сгорания действительные и геометрические фазы топливоподачи а, аG, фш, период и угол задержки самовоспламенения топлива тD, ф^
фазы газораспределения фП , Ф*, фХ , Ф^
анализ технического состояния ТА и МГР
давление в любой точке диаграммы px
Использование вибродатчика в системе поясняется на рис. 1: верхняя диаграмма (needle lift) - перемещение иглы форсунки во время впрыска топлива; средняя диаграмма (fuel pressure) - давление топлива за ТНВД; нижняя диаграмма (fuel valve vibrodiagram) - преобразованная виб-
Pi /// MIP Ni // Pi RPM
p2, pf, pz““(qpz ) //
Pmx, pZ, pr^mJ
p comp
P
exp
x =
Ap
Дф
pmax
P comp
pc^P'c)
родиаграмма торца форсунки. Фазы впрыска топлива (начало, соответствующее подъему иглы, и окончание, соответствующее посадке) по верхней диаграмме совпадают с передними фронтами виброимпульсов на нижней вибродиаграмме.
Таким образом, анализ вибродиаграмм дает возможность оценить фазы топливопо-дачи с помощью контактного вибродатчика, без препарирования форсунки и внедрения специальных датчиков в систему высокого давления. Кроме того, форма виброимпульсов отражает техническое состояние форсунки и всей топливной аппаратуры высокого давления в целом. При нормальном техническом состоянии ТА форсунка генерирует два импульса (в начале и конце впрыска) с четко выраженными передними фронтами (рис. 2). В случае установки вибродатчика на торец форсунки фазовое расстояние от переднего фронта до ВМТ характеризует действительный угол опережения впрыска топлива. При установке вибродатчика на заглушку напротив отсечного окна ТНВД фазовое расстояние от переднего фронта виброимпульса до ВМТ характеризует геометрический угол начала подачи топлива ТНВД (угол, определяемый по «мениску»).
Рис.1. Диаграммы впрыскивания топлива форсункой СОД
1. Износ плунжерной пары ТНВД (возможно, протечка всасывающего клапана)
Смещается за ВМТ начало видимого сгорания Рс'
Уменьшается Рг, увеличивается Рехр и температура выпускных газов
Изменяется форма, уменьшается амплитуда и смещается вправо вибродиаграмма форсунки а - передний фронт первого виброимпульса соответствует подъему иглы форсунки Ь - передний фронт второго виброимпульса соответствует посадке иглы форсунки * возможна фиксация открытия выпускного клапана на некоторых моделях МОД
Рис. 2. Пример индикаторной диаграммы в отчетах системы Р4.0И с некоторыми характерными дефектами процесса топливоподачи
Испытания двигателя проводились на нагрузке 110 кВт, что составляет примерно 75% от номинала. Температура газов по цилиндрам и основные параметры индицирования соответствовали нормативам на начало испытаний, однако в процессе испытаний после снятия трех диаграмм первых трех цилиндров (рис. 3) нагрузка возросла. Это фиксировалось на диаграммах повышением давления продувочного воздуха и температурой выпускных газов по цилиндрам, что представлено в таблице.
Таблица 1
Параметры 1 2 3 4 5 6
Рэкау, МПа 0,38 0,4 0,39 0,55 0,56 0,5
Т оС ^газов? 400 380 390 350 400 390
Рис. 3. Индикаторная диаграмма первого цилиндра
Анализ индикаторных диаграмм отдельных цилиндров (рис. 4) и сопоставление их в комплексе позволяет отметить следующее:
1. Частота вращения двигателя на протяжении всех измерений остается стабильной и колеблется в пределах ±1о п. к. в. Следовательно, топливная аппаратура и регулятор работают относительно удовлетворительно.
2. Разность давлений сгорания первых трех и последних трех цилиндров находится в пределах нормативной, так же как и давлений сжатия.
3. Форсунки 3-го и 6-го цилиндров не выдают четко выраженного виброимпульса посадки иглы. Следовательно, с достаточным основанием можно указать на необходимость ревизии.
4. При установке вибродатчиков на ТНВД 2, 5, 6-го цилиндров наблюдаются небольшие виброимпульсы. Это указывает на износ плунжерной пары или протечку всасывающего клапана.
5. Вибродатчиком не улавливаются импульсы от закрытия впускного клапана 4-го цилиндра и выпускного клапана 6-го цилиндра. Причиной этого может быть большое нагарообразова-ние на клапанах.
6. Разность по углам закрытия впускных клапанов достигает 12°. Это превышает технические требования.
7. Разность по действительным углам опережения впрыска топлива достигает 9,7° п. к. в., и эти углы варьируются от 10,2 до 19,6° п. к. в., Отсюда мы видим значительное опережение впрыска топлива для 2, 3, 4-го цилиндров, увеличение работы сжатия, приводящее к значительному перерасходу топлива на нагрузке (примерно 75%), не говоря уже о 100%-ной нагрузке.
8. Среднее индикаторное давление М1Р в первой тройке цилиндров находится в пределах допустимого, а во второй тройке значительно выбивается из нормативных требований. М1Р 6-го цилиндра составляет 5,18 МПа по сравнению с 9,32 МПа 4-го цилиндра. Следовательно, несмотря на удовлетворительные данные максиметра и (ТДК), 6-й цилиндр значительно недогружен и работает с догоранием, судя по температуре выпускных газов (390оС), а 9-й цилиндр перегружен.
Рис. 4. Результаты индицирования двигателя
Вышеприведенные данные позволяют сделать вывод о том, что двигатель полностью разрегулирован и перерасход по топливу составит около 6%. При эксплуатации такого двигателя судовладелец понесет годовой убыток в пределах 144 тыс. руб. с учетом среднесуточной нагрузки 100 кВт и 200 суток работы двигателя в год при цене топлива 20 тыс. руб. за 1 т.
Интерпретируя полученные выше данные применительно к главным двигателям судов с мощностью примерно 1000 кВт с такой же среднегодовой наработкой, можно констатировать, что судовладелец понесет годовой убыток в размере 1 440 000 руб. Следовательно, мониторинг рабочего процесса для двигателей судов является обязательным элементом экономики любой рыбопромысловой компании.
