Ремонт судовых двигателей внутреннего сгорания
Демонтаж, разборка и дефектация
В зависимости от производственных возможностей предприятия и конструктивных особенностей двигателя ремонт его может осуществляться на судне или в цехе. Как правило, при капитальном ремонте двигатель демонтируют (снимают с судового фундамента) и доставляют в цех для ремонта. Крупногабаритные дизели большой массы с фундамента не снимают, а демонтируют отдельными узлами.
Ремонт двигателя в цехе сокращает сроки ремонта, однако последующие работы на судне по монтажу и центровке двигателя могут быть весьма трудоемкими, поэтому необходимость демонтажа в каждом отдельном случае должна быть обоснована.
При капитальном ремонте двигателя в цехе основными этапами являются: разборка; дефектация (выявление износов и повреждений); восстановление деталей; изготовление новых деталей взамен забракованных; узловая сборка; общая сборка двигателя; испытание в цехе; монтаж на судовом фундаменте; испытание на судне.
Демонтажные работы начинают с отсоединения от двигателя всех трубопроводов, предварительно удалив из них и из двигателя воду, масло и топливо; затем снимают с двигателя контрольно-измерительные приборы, арматуру; все отверстия закрывают заглушками. Одновременно ведут работы по разборке площадок, приводов к арматуре и других частей, соединяющих двигатель с конструкциями корпуса судна. Затем разъединяют фланцы коленчатого и приводного валов, отсоединяют двигатель от судового фундамента, выгружают и транспортируют в цех, где устанавливают в горизонтальном положении на специальный фундамент или металлические балки.
Разборка двигателя — один из важнейших технологических процессов ремонта, во многом определяющий его продолжительность и стоимость. Небрежная разборка нередко приводит к повреждению, а иногда и к утере деталей.
Процесс разборки двигателя на судне и в цехе по существу одинаков, однако разборка в цехе удобнее и значительно производительнее, так как выполняется в более благоприятных условиях. Последовательность разборки двигателя зависит от его конструкции; в каждом отдельном случае разборка должна производиться в соответствии с инструкцией завода-изготовителя.
Должное внимание при разборке дизелей необходимо уделять клеймению и маркировке деталей и мест их установки в соответствии с инструкцией, чтобы при последующей сборке установить детали правильно. На специализированных предприятиях, ремонтирующих быстроходные дизели одного типа, детали при разборке не маркируют.
Последовательность разборки двигателей, имеющих в качестве основной детали остова фундаментную раму, примерно такова: сначала снимают контрольно-измерительные приборы, затем электрооборудование, трубопроводы, тяги топливных насосов и регулятора частоты вращения, удаляют стойки с клапанными рычагами, толкатели и штанги клапанов, навесные агрегаты, кожух шестерен, распределительный вал, крышки цилиндров, производят разъем нижних головок шатунов и, поворачивая коленчатый вал, последовательно поднимают поршни с шатунами, извлекая их из цилиндров. Затем выпрессовывают втулки цилиндров, отделяют цилиндры (блок цилиндров), снимают маховик, вскрывают рамовые подшипники, поднимают коленчатый вал и укладывают его на козлы. До выпрессовки втулок цилиндров зарубашечное пространство очищают от накипи и подвергают гидравлическому испытанию, причем выпрессовку втулок удобнее производить после демонтажа блока цилиндров или отдельных цилиндров. Если разборке подвергают несколько одинаковых двигателей, то их детали, как правило, не обезличивают. Ремонт быстроходных двигателей, как уже указывалось, производят на специализированных предприятиях, где внедрен технологический опыт заводов массового или крупносерийного производства данных двигателей. Высокая точность механической обработки, стандартизация и взаимозаменяемость многих деталей позволяют вести ремонт по поточной схеме с обезличиванием значительного количества-деталей; избегают обезличивания лишь совместно обработанных деталей. На ряде предприятий разборке двигателей предшествует их наружная мойка в специальных моечных машинах.
У двигателей крейцкопфного типа сначала отсоединяют шток поршня от поперечины крейцкопфа и только после этого, подняв поршень вместе со штоком, вынимают из цилиндра. Затем временно закрепляют крейцкопф на параллели, разбирают головные соединения и мотылевый подшипник шатуна (кривошип коленчатого вала находится в ВМТ). Медленно вращая коленчатый вал, выводят шатун из станины и вынимают его, снимают крейцкопфы и параллели.
Во время разборки любого двигателя рекомендуется соблюдать следующие общие правила:
— детали и трубы систем и приборы укладывать на заранее подготовленные места;
— разборку производить только специально предназначенными для этой цели инструментами и приспособлениями;
— при разборке не применять чрезмерных усилий, а если узел не поддается разборке, выяснить причины;
— все открытые полости закрывать специальными крышками (использование в качестве заглушек пакли и ветоши воспрещается) ;
— концы трубок глушить деревянными пробками или специальными заглушками;
— если деталь крепится несколькими гайками, то сначала последовательно ослабить их, а уже потом отвертывать; гайки после разборки навертывать обратно на болты или шпильки, а если этого сделать нельзя, то гайки с каждого узла собирать на отдельную проволоку с биркой.
Следующий этап — подетальная разборка, т. е. разборка узлов на отдельные детали.
Иногда при ремонте двигателя в цехе в целях уменьшения массы двигателя и предотвращения возможных повреждений его узлов и деталей при выгрузке с судна и транспортировке в цех производят демонтаж отдельных узлов на судне и отправляют их в цех. Облегченный двигатель отсоединяют от судового фундамента и также направляют в цех.
Рассмотрим технологию разборки некоторых наиболее ответственных узлов двигателя. Выпрессовку втулок цилиндров производят для их замены, а иногда для очистки водяного пространства. Втулки выпрессовывают с помощью приспособления, показанного на рис. 104. Снизу к торцу втулки подводится диск 8, имеющий по окружности четыре отверстия, в которые заводят стержни 7. Сверху на шпильки цилиндра устанавливают четыре подставки 6 и два гидравлических домкрата 5. На головки плунжеров домкратов помещают жесткие прокладки 4, которые упираются в скобу 3, насаженную на стержень 7 и закрепленную гайками. На две другие подставки 6 устанавливают скобу 2, соединенную с двумя другими стержнями 7; под эту скобу заводят клинья 1. Установив приспособление, в за-рубашечное пространство впускают пар низкого давления для подогрева цилиндра и облегчения выпрессовки втулки, слегка подбивают клинья и вводят в действие домкраты, с помощью которых и выпрессовывают втулку.
Последовательность разборки поршней зависит от их конструкции. Разборка большинства поршней двигателей крейцкопфного типа сводится к отсоединению штока поршня от его головки и снятию поршневых колец с поршня. Отсоединение поршня тронкового двигателя производится путем выпрессовки поршневого пальца с помощью специального приспособления, позволяющего избежать ударов по пальцу. На рис. 105 показано простейшее приспособление для выпрессовки пальца 1 поршня 2. Через пустотелый палец поршня пропущен болт 4, под головку которого подложена шайба 5. Вторым концом болт проходит через отверстие П-образной скобы 3, опирающейся на поверхность поршня. Навертывая гайку на болт 4, выпрессовывают палец и отсоединяют шатун от поршня. Если палец плавающий, а поршень силуминовый, то снимают заглушки, фиксирующие палец, нагревают поршень в масле до 250° С (523 К) и вынимают палец из поршня. Поршневые кольца снимают при помощи несложных приспособлений, предохраняющих их от поломки.
Разборка шатуна тронкового типа сводится к выпрессовке втулки головного подшипника с предварительным высверливанием стопоров, а также удалению вкладышей мотылевого подшипника.
Разбирая коленчатый вал, спрессовывают шестерню привода распределительного вала и маховик, снимают заглушки, обеспечивающие герметичность масляных полостей шеек вала; при необходимости снимают противовесы.
При разборке распределительного вала спрессовывают передаточную шестерню, а в случае необходимости и кулачковые шайбы. Если вал состоит из нескольких частей, их разъединяют.
Перед дефектацией разобранные детали двигателя чистят и моют для удаления нагара, коррозии, жирового слоя и накипи. Очистку производят химическим, механическим и ультразвуковым способами.
Дефектация деталей — ответственный этап технологического процесса ремонта ДВС. Задачей дефектации является проверка цельности деталей (обнаружение наружных и внутренних трещин, обломков и т. п.) и определение степени износа, деформации, нарушений взаимного расположения поверхностей и их чистоты.
От того, как организована дефектация, зависят качество и стоимость ремонта. При недостаточно внимательном контроле может снизиться его качество, а чрезмерно жесткий контроль может вызвать перерасход запасных деталей. Дефектация позволяет разделить все детали на три группы. К 1-й группе относят детали, имеющие допустимый износ, а также прошедшие необходимые виды проверки; ко 2-й группе — детали, которые имеют предельный износ и изменение геометрической формы поверхности, но восстановление которых возможно; к 3-й группе относят детали, имеющие признаки окончательного брака и непригодные к восстановлению.
При дефектации деталей производят внешний осмотр, проверку на специальных приборах для выявления невидимых глазом дефектов, проверку герметичности, измерение размеров и проверку для выявления отклонений от первоначальной геометрической формы.
Внешний осмотр предшествует всем остальным проверкам и производится с помощью лупы. Он позволяет обнаружить трещины, раковины и другие дефекты, а также изменения поверхностного слоя металла (например, перегрев — по наличию цветов побежалости). До применения лупы производят визуальную проверку, а места, недоступные осмотру, проверяют обстукиванием для выявления трещин. Для обнаружения в деталях пороков, невидимых простым глазом, на предприятиях применяют магнитную дефектоскопию, просвечивание рентгеновскими лучами, гамма-дефектоскопию, ультразвуковой и люминесцентный контроль.
При дефектации деталей ДВС (исключая детали топливной аппаратуры) необходимы следующие контрольно-измерительные инструменты, приборы и приспособления: микрометрические скобы с пределами измерений 0—75 мм, 25—50 мм и более в зависимости от размеров поршневых пальцев, шеек коленчатого вала и поршней; индикаторный нутрометр со вставками различной длины; микрометрический нутрометр; индикатор линейный со штативом; щупы; штангенциркули; уровень слесарный с ценой делений 0,05—0,20 мм на 1 м длины; резьбомеры; проверочная линейка стальная; приспособление для измерения расхождения щек кривошипа; грузы и тонкая стальная проволока для отвесов; металлические рулетки и метр.
На специализированных предприятиях наряду с обычным инструментом широко применяют браковочные калибры и специальные измерительные приборы. Контроль с помощью калибров высокопроизводителен. Калибры бывают необходимы при проверке размеров труднодоступных поверхностей. Для определения размеров деталей прецизионных пар топливной аппаратуры внедряется пневматический метод измерений. Пневматические приборы отличаются высокой производительностью и большей точностью, чем индикаторные.
Измеряя детали, пользуются определенной методикой, учитывающей конструктивные особенности и условия работы каждой детали. Диаметр цилиндрических поверхностей трения проверяют в нескольких поясах, определяя отклонения от цилиндрической формы по длине (конусность, бочкообразность, корсетность). Диаметр проверяют в нескольких взаимно-перпендикулярных плоскостях, определяя отклонения от цилиндрической формы по поперечному сечению (овальность). Записав данные измерений в карту замеров и обработав их, делают заключение о том, к какой группе по степени дефектности следует отнести данную деталь двигателя.
Источник
ХАРАКТЕРНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ И ОТКАЗЫ ГТНА
6.1. Типовые неисправности газотурбонаддува ДВС
Многолетний опыт эксплуатации судовых дизелей с турбонаддувом свидетельствует о том, что в процессе их работы происходит неизбежное постепенное ухудшение технического состояния ТК и его характеристик. Основной причиной изменения характеристик ТК является занос (загрязнение) проточных частей турбины и компрессора, приводящий к снижению их КПД и изменению пропускной способности, в результате чего уменьшается расход воздуха на дизель, повышаются температура выпускных газов и удельный расход топлива. Таким образом, в процессе эксплуатации степень согласованности характеристик дизеля и ТК, достигнутая при расчете, проектировании и доводке, частично или полностью нарушается.
Неисправности ГТН могут быть различными, но опыт эксплуатации наддува ДВС приводит следующие неисправности и их возможные причины.
1. Температура выхлопных газов выше нормальной (при эксплутационной мощности и соответствующих ей оборотах двигателя).
— загрязнение воздушного фильтра или компрессора, высокое противодавление газовой турбины;
— загрязнение или воздушная неплотность холодильника. Недостаточный расход или высокая температура охлаждающей воды.
2. Давление нагнетания ниже нормального (при эксплутационных мощности и числе оборотов двигателя).
— неправильные показания манометра или его установка;
— загрязнение воздушного фильтра, проточных частей компрессора и турбины;
— загрязнение или повреждение лабиринтового уплотнения;
— повреждение соплового кольца (обоймы) или облопачивание турбины;
— повышенное давление выхлопа (загрязнен выхлопной коллектор);
— неплотность в ресиверах надувочного воздуха;
3. Давление нагнетания выше нормального (при эксплутационных мощности и числе оборотов двигателя).
— не отрегулирован двигатель, износ и пропуски выхлопных клапанов;
— отложение нагара на сопловом кольце и рабочих лопатках;
— неправильные показания манометра.
4. Шум при выбеге, короткий выбег или замедленный разгон
— загрязнение или обломки деталей.
5. Неплотности в корпусе.
— коррозия на водяной стороне (сработаны или покрыты накипью защитные протекторы, отсутствуют отражательные пластины, использование морской воды для охлаждения.
— коррозия и эрозия на газовой стороне (проникновение воды, кислотное воздействие и эрозия от золы);
— трещины от термических напряжений;
— недостаточный расход охлаждающей воды.
6. Смазочное масло быстро темнеет.
— загрязнение канала подачи воздуха к уплотнению;
— повреждение уплотнений на стороне турбины;
— увеличенный зазор в уплотнении.
7. Утечка масла при автономной смазки.
— отсутствие или избыточное высокое давление в уплотнительной камере.
8. Влага в ГТН Причины: высокая влажность воздуха и низкая температура охлаждающей воды; значительные колебания температуры окружающей среды при длительно бездействующем ГТН.
6.2. Характерные неисправности и отказы газотурбонагнетателей с радиальной турбиной судовых дизель-генераторов
Рассмотрим некоторые эксплуатационные дефекты, выявленные при ревизии дизель-генераторов HIUNDAI-МАN-В&W мощностью 750 кВт с ГТН NR 15R/NR 20R, вызвавшие изменения характеристик ГТН и двигателя.
Фирма — производитель ГТН на основе данных бортовых отчетов заявляет о безотказной работе газотурбонагнетателей типа NR. /R до 32 тыс. ч наработки. Однако, как показал опыт эксплуатации указанных ГТН на судах ряда компаний, уже при наработке около 10 тыс. ч возникают эксплуатационные проблемы, зачастую весьма серьезные.
Так, при плановой ревизии ГТН NR 15R/185 т/х «Tromso Fidelity» было обнаружено, что геометрические характеристики соплового аппарата турбины изменились: выходные кромки всех лопаток разрушены, на кольцевой ограничивающей поверхности соплового аппарата у выходных кромок образовалась глубокая кольцевая канавка по всей окружности, на поверхностях лопаток обнаружены следы эрозионного износа.
При инспектировании компрессора ГТН дефектов не выявили. К моменту ревизии данный ГТН имел 10 тыс. ч наработки.
Указанные выше дефекты ГТН привели к тому, что в процессе эксплуатации при нагрузке двигателя около 70% температура уходящихгазов за ГТН увеличилась на 20 – 30 °С, а давление наддува снизилось на 30%. После замены соплового аппарата температуры выхлопных газов по цилиндрам двигателя понизились на 10 °С, а давление наддува возросло с 0,09 до 0,14 МПа.
При работе одного из дизель-генераторов появился шум ГТН. Дизель-генератор был остановлен, ГТН разобран и осмотрен.
Было обнаружено, что часть лопатки рабочего колеса компрессора обломана, лопаточный диффузор имеет две деформированные лопатки, а из-за возникшего дисбаланса ротора произошло разрушение подшипникового узла.
На судах этой серии нередко происходили поломки рабочих лопаток газовой турбины ГТН. Эти аварии предположительно были связаны с применением мокрой системы очистки проточной части ГТН. После монтажа системы сухой очистки ГТН (рис, кокосовая стружка, грецкие орехи) с начала её применения подобные аварии прекратились.
Аналогичные повреждения ГТН зафиксированы на ряде дизель-генераторов 6L23/30, эксплуатируемых на других судах.
Химико-физические испытания материала соплового аппарата и зольных отложений показали химическую нейтральность среды (рН-7).
На теплоходе «SCS ВАNNЕR» по рекомендации сервисного центра была отключена система мойки ГТН. В результате скопившихся отложений произошла аварийная остановка дизель-генератора. Наработка ГТН к моменту аварии составила 2400 ч. Газотурбонагнетатель был разобран, все детали очищены механически. Авария повторилась через 600 ч работы ГТН.
По согласованию со службой технического надзора (Регистр DNV) мойка турбины водой была возобновлена, после чего аварии по причине загрязнений прекратились.
На теплоходе «Тула» установлены дизель-генераторы 6АТL25 «Зульцер» с газотурбонагнетателями RR-181-14 фирмы АВВ с безлопаточным направляющим аппаратом. При разборке двух ГТН с наработкой около 6 тыс. ч было установлено, что в газоприёмном корпусе образовалась «щель» длиной 7см. При дальнейшей эксплуатации ГТН и последующей ревизии газоприёмного корпуса при наработке ГТН 10 тыс. ч было обнаружено, что длина «щели» увеличилась вдвое.
В процессе эксплуатации ГТН происходит отложение продуктов сгорания на сопловых и рабочих лопатках турбины, диске рабочего колеса и на других участках проточной части. Обычно сопловые и рабочие лопатки покрыты незначительным по толщине (0,2 — 0,5 мм) слоем нагара пепельного цвета, поверхность диска со стороны подвода газа к турбине часто бывает покрыта густым слоем липкой маслянистой сажи, что вызывает рост потерь мощности от трения. Интенсивность отложений увеличивается при работе дизеля на тяжелом топливе и на пониженных нагрузках.
Анализ аварий ГТН с радиальной газовой турбиной современных среднеоборотных дизелей показывает, что применение тяжёлых топлив ведет к существенному снижению технико-экономических показателей эксплуатации ГТН судовых дизелей. Однако в связи с широким применением тяжёлых топлив требуется проведение исследований воздействия продуктов сгорания на проточные части радиальных газовых турбин ГТН в лабораторных условиях и на судах.
Ниже приведены фотографии турбокомпрессоров с характерными неисправностями (рис.6.1 – 6.5).
Рис.6.1 «Щель» в компрессоре ТК
Рис.6.2 Повреждения рабочего колеса компрессора
Рис. 6.3 Повреждение компрессора ТК
Рис.6.4 Повреждение ТК
Рис.6.5 Повреждения газохода
6.3. Некоторые неисправности ГТНА главных двигателей
1) Судовой малооборотный дизель B&W (10ДКРН45\120)является двухтактным, десятицилиндровым, крейцкопфным, реверсивным с газотурбинным наддувом (два турбокомпрессора), простого действия, с рядным расположением цилиндров, имеет прямоточно-клапанную продувку.
Предназначен для работы в качестве главного двигателя с прямой передачей на гребной винт фиксированного шага (ВФШ).
Данный дизель оборудован системой автоматического регулирования температуры охлаждающей воды, циркуляционного масла, температуры и давления на распредвале, а так же системой автоматической предупредительной сигнализации.
Основные ТТХ судового дизеля B&W 10L45GFCA (10ДКРН45\120) .
Диаметр цилиндра ,мм 450
Ход поршня, мм 1200
Число цилиндров 10
Номинальная мощность, кВт 7257
При числе оборотов, об/мин 170
Давление наддувочного воздуха ,МПа 0,8
Порядок работы цилиндров 1-9-4-6-3-10-2-7-5-8
Ресурс до капитального ремонта ,ч 50000
Давление продувки, МПа 0,13
Расход продувочного воздуха, кг/ч 30х10 3
За охладителем наддувочного воздуха,°С 40
Данные по выхлопным газам: Температура по цилиндрам, °С 350
Разница по цилиндрам,°С max 25
Температура перед турбиной,°С 380
Рис. 6.6 Общий вид ТК
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:
Источник