Кончаков Е.И. Техническая диагностика судовых энергетических установок

Подождите немного. Документ загружается.

Измерение частоты вращения двух компрессоров

Загрязнение, поломка вращающихся колес и подшипников, а также изме-

нение параметров взаимодействующих систем (например температуры и дав-

ления выхлопных газов) воздействуют на частоту вращения компрессора. По-

этому для обнаружения неисправностей в обоих турбокомпрессорах, как пра-

вило, на главной машине, весьма пригоден метод измерения разности частоты

их вращения. Равенство частоты вращения свидетельствует об исправности, а

появление разности частот – о поломке агрегата. Одновременно надо измерить

и абсолютную частоту вращения, так как неисправности могут появиться в

обоих турбокомпрессорах. Определение конкретной неисправности при данном

методе невозможно.

3.5. Подсистемы «передача» и «смазка»

Механические передачи всех судовых ДВС имеют принудительную сис-

тему смазки. Как правило, в системе смазки главного двигателя требуется на-

личие независимого привода, для обычно используемого шестеренчатого или

поршневого насоса, чтобы гарантировать необходимую смазку частот передачи

даже при застопоренном двигателе. У автоматизированных судов это положе-

ние распространяется также и на вспомогательные двигатели. Благодаря этому

появляется возможность автоматизированной предварительной смазки. Масля

ный насос качает масло из цистерны, обычно расположенной в междудонном

пространстве судна. Масло, прошедшее двигатель, вновь поступает в эту цис-

терну. После очистки в масляном фильтре и охлаждении масла в масляном ох-

ладителе смазочное масло через главный напорный трубопровод подводится к

упорным подшипникам, подшипникам коленчатого

вала, поршневого кольца, крейцкопфа.

Затем

смазывается кулачковый вал, регулятор коробки передач и т.д.

Большое влияние на техническое состояние узлов оказывает качество смазоч-

ного масла. Наиболее важные объекты диагностирования – масляный насос,

подшипники, масло, масляный охладитель, масляный фильтр.

Типичные неисправности. Масляный насос. Состояние насоса (шестерен-

чатого) определяется: радиальным зазором между окружностью выступов зуб-

чатого колеса и стенкой корпуса S

зазором в подшипнике между цапфой и

вкладышем подшипника качения, уплотнением вала.

Главной причиной неисправности является изнашивание. Зависимости

показаны на рис. 28.

Подшипник скольжения. Подшипники в механической передаче подвер-

жены высоким механическим и термическим нагрузкам. Износ ведет к росту

биения в подшипнике. Недостаточная смазка и загрязнение масла (в том числе

водой) усиливают износ до образования царапин на поверхностях скольжения,

ведут к скалыванию материала и в итоге к повреждению подшипника. Распре-

деление неисправностей подшипников скольжения,

в процентах: загрязнение

43-47, эксцентриситет и смещение 10-14, ошибки монтажа 12-14, перегрузка 8-

10 недостаточная смазка 8-15, коррозия 4-5.

Рис. 27. Зависимость производительности шестеренчатого насоса Q от давления Р

и радиального зазора S

Рис. 28. Зависимость производительности шестеренчатого насоса от давления Р

и зазора в подшипнике С

Качество смазки. В результате изменения вязкости и температуры масла,

появляются загрязнения. Появление воды вызывает коррозию. Относительная

влажность воздуха

> 70 % из-за конденсации влаги уже создает предпосылки

для образования водяной пленки на стальных поверхностях.

Обнаружение неисправностей. Насос. Неисправности в системе смазки

ведут к повреждениям в передаче и особенно в подшипниках скольжения.

Т, Р, требуемый расход масла и его качество – главные показатели системы

смазки. На автоматизированных судах эти величины определяются штатными

приборами. Увеличение радиального биения подшипников вследствие их изно-

са можно обнаружить виброакустическим методом, а неисправности уплотне-

ний установить визуально.

Подшипник скольжения. Своевременное выявление неисправностей под-

шипников требует дополнительного контроля с помощью измерения концен-

трации масляного тумана в картере или температуры подшипников, а также

температуры смазочного масла на выходе из

крейцкопфного подшипника. Кон-

центрацию тумана, зависящую от температуры подшипника, можно измерить с

помощью оптико - электронного устройства. Оптическая плотность определя-

ется в специальном измерительном канале, в который через всасывающее уст-

ройство постоянно подводится масляный туман. При превышении граничного

значения концентрации тумана подается сигнал тревоги. Данный метод не даёт

количественного описания технического состояния подшипников и конкретно

го указания места повреждения. Этот недостаток отсутствует при измерении

температуры подшипников. Температуру определяет энергетический баланс в

подшипнике, т.е. равновесие между тепловой энергией, вырабатывающейся в

подшипнике из-за трения, и энергией, отводимой смазочным маслом. Дополни-

тельный подвод тепла от других источников на двигателе, составляющий 10 –

15 % всего вырабатывающего тепла.

Измерение температуры. Температуру металла в подшипнике измеряют

термисторами, причем в отдельных случаях необходима телеметрическая пере-

дача сигнала.

Обусловленное износом увеличение зазора в подшипнике ведет к сниже-

нию его температуры из-за одновременного роста расхода масла. Для точного

определения зазора в подшипнике необходимо знать зависимости температуры

подшипника от нагрузки и давления масла на

входе в двигатель или расхода

масла при постоянной частоте вращения. Зависимость температуры подшипни-

ка от мощности двигателя показана на рис. 29.

Имеются приборы для измерения температуры масла, вытекающего из

каждого отдельного подшипника. Эти измерения выполняются в маслосборни-

ке с помощью термометров сопротивления или термисторов. Результаты изме-

рения выводятся на средства диагностирования

или сигнализации.

Расход масла, состояние подшипников возможно оценивать путем изме-

рения расхода масла через подшипник. Зная расход масла, можно определить

зазор в подшипнике. По изменению расхода, через определенный период вре-

Рис. 29. Зависимость температуры подшипника от мощности двигателя:1 – нор-

мальное состояние подшипника; 2 – биение подшипника увеличилось до 0,1 мм

мени - можно судить об изнашивании подшипника.

Известен метод, основанный на определении характера трения в подшип-

нике путем пробоя масляной пленки между цапфой и вкладышем подшипника.

При этом измеряется электрическое сопротивление масляной пленки. Диагно-

стическим параметром является отношение суммарного времени пробоя масля-

ной пленки и продолжительности измерений (Т), причем Т = О

при жидкостном

трении, Т = 1 при сухом трении, О

< Т < 1 при смешанном (граничном) трении.

Виброакустические методы. Увеличение зазора в подшипниках обычно

приводит к возбуждению колебаний, поэтому его можно обнаружить с помо-

щью виброакутических методов.

Повышенная частота вращения позволяет выполнять диагностирование

более точно. Но при этом имеются многочисленные проблемы, например, вы-

бор оптимального расположения точек измерения с учетом внешних воздейст-

вий от других подсистем двигателя, а также

специфические условия работы на

судне.

Качество смазочного масла.

Измерение параметров смазочного масла по-

зволяет уменьшить вероятность аварии, обеспечить точное определение сроков

его замены.

В некоторых случаях стремятся к автоматизированному контролю основ-

ных свойств смазочного масла с помощью используемого в условиях судна

метода экспресс-анализа.

Главные факторы, определяющие пригодность смазочного масла для

СЭУ. Увеличение водосодержания в масле оказывает сильное влияние на износ

подшипников. Воду в масле можно обнаружить разными способами.

При добавлении соответствующих химикатов эта неисправность появля-

ется либо через тепловыделение, т.е. через переход химической энергии в теп-

ловую, либо через газовыделение. Удобно введение химикатов, реагирующих с

водой с образованием газа, у

которого измеряют объем и давление. Такими хи-

микатами могут быть карбид кальция, щелочные и щелочно-земельные метал-

лы, солеподобные гидриды. Опробованным в условиях судна является введение

в масло гидрида кальция. Используется хорошо измельченный гидрид кальция,

нерастворимый в воде. Растворимость гидрида в масле ведёт к его реагирова-

нию с водой, находящейся в

масле, и образованию вследствие этого газов. Воз-

никшее давление измеряется манометром. Можно использовать автоматически

работающую установку для контроля диэлектрических свойств масла.

Диэлектрическая постоянная воды близка к 80, а для масла 3-5. Недоста-

ток – точность измерений сильно зависит от наличия в масле загрязнений.

Для определения вязкости масла в условиях судна применяют много от-

носительно простых методов, таких, как стекание масла со стеклянной палочки;

с помощью шарикового сравнительного вискозиметра и т.д. Шариковый виско-

зиметр в судовых условиях – две параллельно установленные мензурки. В од-

ной исследуемое масло, в другой жидкость с известной вязкостью. Объём и

температура масла и жидкости равны.

Способ измерения состоит в сравнении

высот падения шарика в масле и

жидкости за одно и то же время. Другой способ, с использованием секундоме-

ра, для измерения различных обрезкой времени при равных высотах столбов

падения и жидкости.

Для определения загрязнённости смазочного масла используют метод

масляного пятна.

Зависимость характера пятна масла от вида загрязнения.

1. Сажа и другие твердые продукты сгорания – отдельные участки пятна

разной степени черноты.

2. Вода в масле – краевая зона пятна с зазубринами, лучеподобные обра-

зования.

3. Дизельное топливо – увеличенная скорость растекания пятна по срав-

нению с чистым маслом.

4. Продукты сгорания – желтая и коричневая окраска пятна.

5. Твердые частицы в масле – через лупу

видны частицы, например, бле-

стящие, металлические.

Возможно фотометрическое определение помутнения исследуемого мас-

ляного слоя.

3.6. Подсистема охлаждения

Примерно 15 % энергии топлива определится системой охлаждения

Отвод тепла производится и в воздухохолодильнике (5-6 %), в устройстве по-

дачи смазочного масла (0,5 %) и в подсистеме наддува (2-3 %) – подшипники

ТКР.

Системы охлаждения включают: цистерны, трубопроводы, арматуру, те-

плообменники. Поломки трубопроводов, арматуры, насосов распределяются на

судах таким образом: насосы – 70 %, арматура – 25 %, трубопроводы – 5 %.

Повреждений теплообменников, работающих на морской воде, существенно

больше. Распределение их отказов: 40 % – система

охлаждения смазочного

масла; 45 % – система охлаждения цилиндра, поршня и форсунки; 15 % – реф-

рижераторные камеры.

Типичные неисправности.

Распределение отказов: заслонка – терморе-

гулятор – 51 %, трубки – 17 %, входная заслонка – 20 %, корпус – 12 %.

Эти неисправности обусловлены: засорением трубок с морской водой,

вплоть до закупорки отдельных трубок и даже всего комплекта; загрязнением

или засаливанием трубок с пресной водой, кавитацией и эрозией, образование

трещин, разгерметизация и быстрый износ заслонок.

Обнаружение неисправностей.

Эндоскопия – для диагностирования де-

фектов, обнаруживаемых визуально. Для доступа к агрегатам должны быть

предусмотрены соответствующие конструктивные меры, для детального иссле-

дования трубок – демонтаж заслонок.

Определение разности давлений.

По перепаду можно судить о степени

загрязнения, коррозии, механических повреждениях. Для достоверности требу-

ется знание расхода воды. Обычно при загрязнении перепад давления меняется

на 5 – 10 %.

Определение коэффициента теплопередачи.

Определить коэффициент

можно с помощью входной и выходной температур и расхода. Изменение па-

раметров рабочего вещества. При образовании течи в теплообменнике изменя-

ются параметры жидкостей. Из-за проникновения морской воды увеличивается

жёсткость и содержание хлоридов в пресной воде, водосодержание в масле.

Периодический контроль этих параметров позволяет предупредить вредные

последствия.

3.7.

Подсистема котёл

Подсистема состоит из нескольких элементов, распределение отказов ко-

торых следующее: утилизационный котел – 20 %, вспомогательный котел –

10 %, корпус, теплообменник, трубопроводы – 30 %, топка, арматура, измери-

тельные приборы – 25 %, насос – 10 %.

Резервирование не применяется для конденсационного холодильника

и конденсатора избыточного пара.

Отказ конденсационного холодильника ведет к частичному испарению во

всасывающем трубопроводе или в котельном питательном насосе

. На основной

и вспомогательный котлы, холодильник и конденсатор приходится свыше 50 %

всех отказов, следовательно, им уделяется главное внимание при диагностиро-

вании подсистемы котёл.

Типичные неисправности.

Образование слоя отложений. Причиной обра-

зования могут быть проникновение масла, особенно в питательную воду, на-

кипь, сажа, коррозия, эрозия и кавитация. Эти дефекты возникают на входной и

поворотной заслонках, а также на трубах. Течь – часто возникает в трубах хо-

лодильника.

Повреждение изоляции. Механические повреждения или прожигание

изоляции снижают к.п.

д.

Выход из строя насоса. Главные причины: повреждение подшипников и

уплотнений.

Обнаружение неисправностей

. Измерение температуры, давления, а так-

же визуальные наблюдения позволяют оценить состояние отдельных узлов. Но

значительное число неисправностей можно не обнаружить таким способом.

Термодинамические методы измерений

. Образование осадков ведет к

снижению коэффициента теплопередачи из-за иной теплопроводимости слоев

масла, накипи, загрязнений по сравнению с теплопроводимостью металла. Из-

менение теплопроводимости может быть определено с помощью теплового ба-

ланса. При этом необходимо также определять расход воды. Коррозия не ока-

зывает заметного влияния на гидродинамическое сопротивление трубы, а отло-

жения, особенно накипь и загрязнения, ведут к повышению сопротивления. По-

этому возможно диагностирование измерением разности давлений. Таким же

образом можно обнаруживать загрязнение воздухоподогревателя, которое воз-

никает преимущественно в контуре выхлопных газов. При этом может исполь-

зоваться штатная аппаратура.

Обнаружение отложений внутри и снаружи входящих труб, а также на

поверхности барабана котла

по методу теплового баланса требует применения

специальной измерительной техники. Массовый расход выхлопных газов и их

температура в настоящее время в условиях судна не измеряются.

Для определения механического состояния вспомогательного котла и

топки применяют метод оценки суммарного к.п.д.

(

)

вкп

hhm

−

где m

– массовый расход пара; h – удельная энтальпия пара; h

к.в.

– удельная

энтальпия питательной воды; Q

– низшая теплотворная способность; m

–

массовый расход топлива. С помощью компьютеров становиться возможным

своевременная и непрерывная оценка к.п.д. котла.

Эндоскопия. Котельная установка, удобная для применения эндоскопии

Классификационные органы предписывают проведение регулярных осмотров.

Каждые два года надлежит проводить внутренний осмотр котельной установки

с целью контроля труб, барабана и камеры сгорания для проверки образования

отложений, разгерметизации и деформаций.

Для этого используют эндоскопию, так как при этом уменьшается по-

требность в демонтаже, а также становятся доступными для наблюдения такие

объекты (например внутренняя поверхность труб), которые и при демонтаже не

могут быть осмотрены визуально.

Измерение параметров рабочего вещества.

Главная причина образования

отложений в водяном контуре – отсутствие необходимого качества питательной

воды. Например, прорыв морской воды через течь в конденсаторе приводит к

сильному увеличению жесткости и, следовательно, к значительному отложе-

нию накипи. С помощью постоянного определения некоторых особенно важ-

ных параметров можно сделать заключение о техническом состоянии котель-

ной установки.

Так с помощью солемера для автоматического контроля содер-

жания хлоридов можно своевременно установить факт прорыва морской воды.

Учет специфики проведения диагностирования на борту судна.

Помимо рассмотренных влияний отдельных подсистем друг на друга

большое значение имеет влияние на них меняющихся во время рейса климати-