CC BY
51
ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ СУДОВЫХ СРЕДНЕОБОРОТНЫХ ДИЗЕЛЕЙ НА ТОПЛИВАХ РАЗЛИЧНОГО СТРУКТУРНОГО СОСТАВА
Заблоцкий Юрий Викторович
канд. техн. наук, доцент кафедры Судовых энергетических установок Одесской национальной морской академии, Украина, г. Одесса
E-mail: yurzpost@mail. ru
RESEARCH WORK ON MARINE MEDIUM SPEED DIESEL ENGINES BY FUELS OF DIFFERENT STRUCTURAL COMPOSITION
Zablotskiy Yuriy
candidate of Science, assistant professor of marine power plants department of
Odessa National Maritime Academy, Ukraine, Odessa
АННОТАЦИЯ
Приведены результаты исследований работы судовых среднеоборотных дизелей на топливах различного структурного состава. Рассмотрено влияние топлив с различным содержанием серы на эксплуатационные характеристики работы судового дизеля и техническое состояние его топливной аппаратуры.
ABSTRACT
Results of researches of the marine medium speed diesel engines by fuels of different structural composition. The influence of fuels with different sulfur contents on the performance of the marine diesel engine and its technical condition of the fuel equipment.
Ключевые слова: судовой среднеоборотный дизель; структурный состав топлива; эксплуатационные характеристики дизеля; топливная аппаратура высокого давления.
Keywords: marine medium-speed diesel; structural composition of the fuel; operational characteristics of diesel; high pressure fuel injection equipment.
Одной из важнейших проблем, возникающих при эксплуатации судовых энергетических установок, является повышение надежности и долговечности двигателей внутреннего сгорания, количество и модельный ряд которых постоянно увеличивается [2]. В последние годы значительно
усовершенствовались все судовые дизели, в том числе и среднеоборотные (СОД). В связи с этим изменились требования к качеству топлива, а также стало в большей степени проявляться влияние его эксплуатационных характеристик на эффективность топливоиспользования. Эксплуатационные свойства топлива влияют не только на энергетические и экономические параметры работы судового дизеля, но и непосредственно определяют его хранение, транспортировку, перекачку, подачу, а также развитие рабочего процесса.
Наиболее общими характеристиками качества топлива, которые в определенном сочетании характеризуют его вышеперечисленные эксплуатационные свойства, являются вязкость; плотность; содержание механических примесей, воды, смол; фракционный структурный состав; температура вспышки; теплота сгорания; массовая доля общей серы. Стремление судовладельцев и чартерных компаний к снижению эксплуатационных затрат, приводит к максимально возможному использованию в судовой энергетике высоковязких сортов топлива с низкой стоимостью. При этом данные топлива характеризуются повышенным удельным весом и высоким содержанием сернистых соединений. Среди определяемых соединений серы находятся: элементарная сера, сероводород и группа с невысоким молекулярным весом — меркаптаны, сульфиды и дисульфиды, которые наиболее коррозионно активны и вызывают коррозию и усиленное смолообразование в топливной аппаратуре.
В современных судовых СОД с целью снижения эксплуатационных расходов используются высоковязкие топлива с максимально допустимым содержанием серы. Основными топливами для судовых СОД являются топлива дизельное маловязкое MDO (Marine Diesel Oil) с вязкостью 50 мм /с; моторное средневязкое HFO180 (Heavy Fuel Oil) — с вязкостью 180 мм/с; моторное тяжелое HFO 380 — с вязкостью 380 мм /с. При особых условиях работы используют аналогичные марки топлива с пониженным содержанием серы НFO180-LS (Low Sulfur) и OTO380-LS.
Топлива для судовых дизелей представляют собой сложные соединения горючих элементов, молекулярное строение которых еще недостаточно изучено, и включают в себя минеральные примеси и влагу. Элементарный химический анализ этих топлив не раскрывает химической природы входящих в них соединений и поэтому не может дать достаточно полного представления об их свойствах, но позволяет рассчитать тепловой и материальный баланс горения топлива. Элементарный химический состав топлива выражается зависимостью
Ср + Я + ОР + N + £р + Ар + ^ = 100 %
и состоит из горючих веществ: углерода С (содержание которого в топливе составляет 85.. .88 %), водорода Н (с содержанием в топливе в пределах 10...11 %), серы £ (содержание которой может достигать 3,5 %), а также кислорода О и азота И, находящихся в сложных высокомолекулярных соединениях. Кроме того, топливо содержит негорючие минеральные примеси, превращающиеся при сжигании топлива в золу А и влагу Ж.
Структурный состав топлива также оказывает свое влияние на такой параметр, как его смазывающая способность, которая оценивается по величинам износа, критической нагрузке заедания металлов и сил трения (коэффициента трения). В ряде случаев более важной для практики характеристикой топлива является его противоизносные свойства, а не смазочная способность. Это объясняется тем, что для многих агрегатов (топливных, гидравлических), работающих в среде низкомолекулярных углеводородных жидкостей (масла или топлива), более важна защита их от повышенного износа, чем некоторое снижение мощности привода вследствие уменьшения сил трения [3].
Основным узлом дизеля, в котором может эффективно использоваться смазывающая способность топлива, является его топливная аппаратура, в частности плунжера топливных насосов высокого давления (ТНВД) и
распылители форсунок. Для углеводородных жидкостей соблюдается следующее правило: улучшение противоизносных свойств приводит к улучшению смазывающей способности. Но из этого правила есть исключения, прежде всего, при граничном трении, которые характерны именно для ТНВД. В этом случае определяющую роль играют особые «квазикристаллические» свойства топлива, которые зачастую не описываются расчетными методами, а определяются экспериментально [1].
Смазочное действие топлива в реальных условиях работы ТНВД проявляет себя в сложной совокупности, определяемой условиями трения, поэтому тяжелые условия работы топливной аппаратуры выдвигают повышенные требования к триботехническим характеристикам как самих прецизионных пар, так и топлив, используемых в СОД.
Учитывая изложенное, целью работы являлось определение влияние структурного состава топлива (в частности содержания сернистых соединений) на эксплуатационные и экономические параметры работы судового дизеля, а также на техническое состояние его топливной аппаратуры высокого давления.
Эксперименты выполнялись на трех однотипных судовых СОД S6A2 фирмы "Mitsubishi", имеющих автономную топливную систему. Это позволяло проводить параллельные исследования для различных сортов топлива. Во время эксперимента дизеля имели одинаковое техническое состояние и эксплуатировались при одинаковых нагрузках.
В качестве эксплуатационных характеристик определялись температура газов перед газотурбонагнетателем (ГТН) и максимальное давление сгорания, которые измерялись с помощью штатных средств диагностики. Эти параметры относятся к основным, по которым происходит регулирование рабочего процесса дизеля и определение рассогласования нагрузки по цилиндрам. За экономическую характеристику принимался удельный эффективный расход топлива.
Исследования проводились для разных сортов судового топлива: маловязкого МБО, средневязкого НБ0180 и НБ0180-Ь8, тяжелого НБ0 380 и ОТ0380-Ь8.
Результаты исследований приведены в табл. 1 и на рис. 1, 2.
При использовании топлив с повышенным содержанием серы в его структурном составе возрастает температура газов перед ГТН, а вместе с ней и тепловые нагрузки на весь дизель.
Возрастание степени рассогласования величины максимального давления сгорания по цилиндрам дизеля свидетельствует как о повышении триботехнических потерь в элементах топливной аппаратуры дизеля, так и худшем распыливании топлива.
Таблица 1.
Влияние топлив
ERROR: syntaxerror
OFFENDING COMMAND: --nostringval--
STACK:
625 976 9
