Det sekvensielle turboladesystemet til dieselmotoren kan effektivt løse matchingsproblemet mellom dieselmotoren og turboladeren ved lave hastigheter og lav belastning, og effektivt forbedre kraftytelsen, økonomien og utslippsegenskapene til dieselmotoren under lave driftsforhold. Den er mye brukt i skipsfremdriftsdieselmotorer.
Denne artikkelen introduserer strukturen og relaterte egenskaper til det sekvensielle turboladesystemet til en viss type marine dieselmotorer. Basert på vanlige feil akkumulert gjennom langsiktige vedlikeholdstester av denne typen motorer, oppsummerer, generaliserer og studerer den løsningene, og foreslår relevante tiltak.
Denne artikkelen har betydelig referanseverdi for vedlikeholds- og reparasjonsprosessen for denne typen sekvensielt turboladesystem, samt for å eliminere lignende feil.
I. Struktur, arbeidsprosess og egenskaper til det sekvensielle turboladesystemet
Sekvensiell turbolading av dieselmotorer refererer til konfigurasjonen der en enkelt dieselmotor er utstyrt med to eller flere turboladere som er koblet parallelt, sammen med eksos- og inntakssystemene til skipets dieselmotor for å danne et turboladesystem. Alle turboladere opererer i henhold til en viss logikk enten sekvensielt eller samtidig. Det er også kjent som sekvensiell turbolading.
På grunn av den utmerkede ytelsen, kraften og økonomien til sekvensielle turboladere, er de mye brukt i høy-motorer og dieselmotorer for skip med variabel belastning.
1. Struktur og påfølgende forsterkingsprosess
Ved å ta det sekvensielle turboladesystemet til en viss type marine dieselmotorer som et eksempel, vil vi introdusere strukturen til det sekvensielle turboladesystemet.
Denne typen dieselmotor er utstyrt med to identiske turboladere, som produseres av et innenlandsk selskap. Under forutsetning av at strukturen til dieselmotoren og turboladesystemet forblir i utgangspunktet uendret, er dette sekvensielle turboladesystemet designet for å møte forskjellige driftsforhold for skipet. Den bruker en av turboladerne til å operere ved dellast, tilpasse seg dellastforhold, slik at dieselmotoren har en høy forbrenningsoverskuddskoeffisient og maksimalt mulig dreiemoment.
Når du går inn i en tilstand med høy-belastning, settes den kontrollerte turboladeren (den andre) i drift.
Figur 1 Strukturdiagram av sekvensielt turboladesystem for dieselmotorer
Strukturen er vist i figur 1. Etter at dieselmotoren har startet vellykket, vil booster-TCA i kolonne A umiddelbart fungere, mens booster-TCB i kolonne B ikke fungerer. Dermed tilføres alle eksosgassene fra kolonnene A og B sentralt til booster TCA i kolonne A, og driver turbinen til booster TCA til å rotere. Booster TCA komprimerer deretter luften og pumper den inn i intercooleren. Den komprimerte luften avkjøles av intercooler og kommer jevnt inn i sylindrene i kolonnene A og B.
Booster TCB i kolonne B er en kontrollert booster, hovedsakelig kontrollert av luftventilen og gassventilen for å oppnå start-stopp-kontrollen til den kontrollerte boosteren. Gassventilen kontrollerer tilkoblingen og frakoblingen mellom eksosrøret til kolonne B og turbinenden av TCB, mens luftventilen kontrollerer tilkoblingen og frakoblingen mellom kompressoren til TCB og inntaksrøret til kolonne B. Når hastigheten, belastningen og ladetrykket øker, vil STC (Sequential Turbocharging System) kontrollsystemet automatisk åpne, og boosteren luftventilen, respektiv TCB operasjon.
Fra prosessen ovenfor kan det sees at den suksessive forsterkningen av denne typen dieselmotorer kan betraktes som et ikke-kontinuerlig-turboladesystem.
Ved høy belastning fungerer begge boosterne samtidig;
Ved lav belastning slutter booster-TCB å fungere, noe som tilsvarer å redusere strømningsarealet til turbindysen, slik at det fortsatt er et relativt høyt trykk før og etter turbinen, som genererer et høyere ladetrykk, som oppfyller kravene til luftinntaksvolum når dieselmotoren går med lavt turtall og stort dreiemoment.
2. Egenskapene til denne typen sekvensiell overlading
(1) Dieselmotoren og det sekvensielle turboladesystemet har en god matchende karakteristikk.
Den gode matchingen manifesteres spesifikt som følger: under enhver belastningstilstand, ved å justere lufttrykket og strømningshastigheten som kommer inn og ut av superladeren og dieselmotoren, kan det sekvensielle turboladesystemet alltid fungere effektivt. Den forbigående responsen er rask, lav-overlading er tilstrekkelig, høy-hastighet overopphetes ikke eller overhastighet, akselerasjonen er rask og det slippes ikke ut svart røyk. Drivstofforbruksraten, eksostemperaturen, utslippene osv. til dieselmotoren når alle optimal tilstand.
(2) Det sekvensielle turboladesystemet gjør det mulig for marinedieselmotoren å ha utmerket drivstofføkonomi og effektivitet under lav-belastningsforhold, samt høy kraftytelse og stabilitet under høy-belastningsforhold.
Driften av en marin dieselmotor under navigering krever at den fungerer under ulike belastningsforhold, og hyppig veksling av motorbelastningen er nødvendig. Et godt-tilpasset sekvensielt turboladesystem gjør at marinedieselmotoren kan oppfylle disse kravene.
(3) Det sekvensielle turboladesystemet er relativt komplekst.
Dette turboladesystemet krever tillegg av et sett med kontrollforsterkere (TCB) for gass- og luftkontrollventiler samt et kontrollsystem. Dette øker antall feilpunkter og feilprosent, og øker vedlikeholdskostnadene.
I tillegg, under konstruksjonsprosessen, er det nødvendig med nøyaktige samsvarsberegninger for boosterne og inntaks- og eksosstrømmen og trykket til dieselmotoren, og arbeidstidspunktet for de kontrollerte boosterne TCB må bestemmes.
II. Vanlige feil og årsaksanalyse
1. Overspenning av turboladeren
Overspenning av turboladeren refererer til fenomenet der turboladerens rotasjonshastighet forblir konstant, men hvis luftstrømmen som kommer inn i kompressoren til turboladeren synker til et visst nivå, avviker retningen til gassen som kommer inn i kompressorhjulet og diffusoren fra den optimale verdien, noe som forårsaker betydelige svingninger i gasstrykket i kompressoren. Turboladeren går inn i en ustabil arbeidstilstand, og avgir brølende eller hvesende lyder i turboladerenden.
Denne feilen oppstår ofte i marine dieselmotorer med sekvensielle turboladesystemer. Overspenning kan akselerere utmattelsesskaden til indre deler som blader eller akselerere utvidelsen av eksisterende sprekker. I alvorlige tilfeller kan det føre til ødeleggelse av turboladeren.
Overspenning av marine dieselmotorer forekommer ofte i sekvensielle turboladesystemer. Dette systemet består av et komplekst inntaks- og eksosanlegg for dieselmotorer og turboladere og inntaks- og eksossystemer. Det er flere hovedårsaker til dette.
(1) Utilstrekkelig eller ujevn inntaksluftvolum for turboladeren
På grunn av visse årsaker er inntaksluftvolumet ved kompressorenden av dieselmotorens turbolader utilstrekkelig eller ikke jevnt. Dette vil forårsake luftvirvler eller ustabilt trykk ved innløpet og utløpet av kompressoren, noe som fører til støt i turboladeren.
I tillegg er turbindysene til turboladeren utsatt for å bli tilstoppet med skitt eller fremmedlegemer under drift. Dette vil føre til at luften i turbinbladene endrer seg fra laminær strømning til turbulent strømning, noe som endrer den optimale støtvinkelen på turbinbladene, og også forårsaker støt i turboladeren.
(2) Ustabil dieselmotorhastighet eller ujevn effekt på hver sylinder
Hvis dieselmotorhastigheten svinger, blir energien til gassen som skyver turboladerens turbin diskontinuerlig, noe som fører til ustabil drift av turboladeren og forårsaker dårlig luftstrøm ved kompressorenden. Som et resultat oppstår bølge i turboladeren.
I tillegg, når denne typen skips dieselmotorer opererer med lav hastighet, er det ofte situasjoner der noen sylindre ikke antennes. Dette reduserer behovet for luft, som til og med kan være lavere enn forsyningskapasiteten til kompressoren. Overflødig luft strømmer tilbake til kompressorutløpet, noe som forårsaker blokkering av luftstrømmen ved kompressorutløpet, dårlig luftstrøm, økt mottrykk i kompressoren og andre forhold som fører til støt i turboladeren.
(3) Det sekvensielle turboladesystemet fungerer inkonsekvent med dieselmotorens drift.
Det sekvensielle turboladesystemets drift samsvarer ikke med dieselmotorens drift. Kontrollsystemet til det sekvensielle turboladesystemet fungerer feil og oppfyller ikke kravene til dieselmotorens driftsforhold, noe som fører til at den enten stopper eller får den kontrollerte superladeren til å fungere under kontroll.
Enkelt sagt, ved drift under lave forhold, bør den kontrollerte superladerens TCB kun brukes når TCA brukes, noe som betyr at både TCA og TCB brukes samtidig;
Men når du bruker både TCA og TCB under høye forhold, fungerer ikke den kontrollerte superladeren TCB, og kun TCA brukes.
Dette fenomenet forekommer svært ofte i en viss type marine dieselmotorer og skyldes hovedsakelig feil i kontrollsystemet.
Betingelsene for at den kontrollerte superladeren TCB skal settes i drift i denne typen marine dieselmotorer er:
Hovedmotorhastigheten Større enn eller lik * * * r/min, kompressorhastigheten Større enn eller lik * * *00 r/min, og kompressortrykket Større enn eller lik 0. * * MPa.
Under driften av dieselmotoren styres hele prosessen automatisk av STC-kontrollinstrumentet, og den pneumatiske aktuatoren med et kontrolllufttrykk på 0. * MPa fullfører åpning og lukking av gassventil og luftventil og realiserer automatisk veksling. I tillegg presser styreluften også ventilstemplet for å forhindre at ventilen åpner eller lukker seg på grunn av vibrasjoner eller andre årsaker.
Figur 2 STC-kontrollsystem
Derfor, hvis noen komponent i STC-kontrollsystemet (som vist i figur 2) eller dens aktuatorer svikter under driften av dieselmotoren, vil det føre til et samsvarsproblem mellom turboladeren og dieselmotoren, og forårsake en overspenningsfeil i turboladeren.
I tillegg aktiveres den kontrollerte turboladeren TCB hovedsakelig ved åpning og lukking av gassventilen og luftventilen. Etter at dieselmotoren har vært i drift i lang tid, samler det seg aske- og karbonavleiringer i rørledningen, noe som kan forhindre at gassventilen eller luftventilen stenger helt. Dette vil resultere i lekkasje av gassen som slippes ut av dieselmotoren eller luften som kommer inn i den, og i alvorlige tilfeller kan det også forårsake start-stoppfeil på den kontrollerte turboladeren TCB, og dermed forårsake en bølge i turboladeren.
2. Redusert ladetrykk
Det sekvensielle turboladesystemets ladetrykkfall er også en relativt vanlig feil. Hovedårsakene inkluderer en reduksjon i boostpumpens rotasjonshastighet, dårlig luftinntak i boostpumpens inntakskanal og skade på kompressorbladene. Den spesifikke analysen er som følger.
(1) Reduser turtallet for boostpumpens rotasjonshastighet
Nedgangen i boostpumpens rotasjonshastighet skyldes vanligvis at det ikke kommer nok gass inn i boostpumpen. Først bør gasspassasjens jevnhet og tetning kontrolleres. Lang-drift av dieselmotoren kan føre til at sot samler seg på den indre veggen av eksosrøret, noe som resulterer i en mindre indre diameter av eksosrørets strømningsbane og dårlig gassstrøm. I tillegg bør dysen til boostpumpen også kontrolleres for jevnhet.
Denne typen motor blir hovedsakelig inspisert i tre aspekter. Først bør tetning av eksosrøret kontrolleres. Denne typen dieselmotors eksoshovedrør er delt inn i 8 deler, hver del er integrert med 8 sylindrede eksosmanifolder og installert på sylinderhodet. De 8 delene av hver sylinders eksosrør er festet sammen med rørklemmer. Lang-drift av dieselmotoren kan føre til at tetningsringene ved tilkoblingspunktene til hvert hovedrør eldes på grunn av høye temperaturer, og det kan også være lekkasje av gass ved koblingspunktene mellom hvert eksoshovedrør og sylindereksosmanifolden og sylinderhodet.
For det andre, sjekk om det er løshet ved koblingspunktet mellom eksoshovedrøret og turboladerens turbinende på grunn av vibrasjoner eller andre årsaker. Det kan være gasslekkasje og dårlig tetting.
For det tredje, hvis den lave rotasjonshastigheten til boostpumpefeilen oppstår under lav-drift av dieselmotoren, det vil si når den kontrollerte boostpumpens TCB ikke går, må du først kontrollere tetningen til gassventilen som kontrollerer den kontrollerte boostpumpens TCB. Hvis gassventilen ikke er tett lukket, vil noe gass lekke gjennom den dårlig forseglede gassventilen inn i den kontrollerte boostpumpen, noe som resulterer i en reduksjon i gassvolumet som kommer inn i A-kolonne boostpumpen TCA under lav-drift av dieselmotoren, noe som fører til at boostpumpens rotasjonshastighet blir lav under lav-drift. Grunnlaget for denne feilvurderingen kan være å sjekke om den kontrollerte boostpumpen TCB kjører med lav hastighet. Hvis TCB kjører med lav hastighet, indikerer det at gassventilen ikke er tett lukket, en liten mengde gass lekker inn i TCB, noe som forårsaker rotasjon, noe som resulterer i en reduksjon i ladetrykket under lav-drift av dieselmotoren. I alvorlige tilfeller kan det forårsake bølge av boostpumpen.
(2) Glattheten til inntakspassasjen og forringelsen av tetningsytelsen til dieselmotorens inntaksrørledning er noen av problemene for denne typen dieselmotorer når de brukes som en marin dieselmotor. Inntaksmetoden varierer mellom ulike typer skip. Det er hovedsakelig to metoder: maskinromsinntak og eksternt inntak.
For dieselmotorer som bruker inntaksmetoden for motorrom, hvis alle motorromsviftene er eksosvifter, vil det føre til et undertrykk i motorrommet, noe som resulterer i en reduksjon i inntakstrykket og inntaksvolumet til turboladeren.
For dieselmotorer som bruker den eksterne inntaksmetoden, etter lang-drift, under installasjonen av inntakspassasjen og inntaksfilteret, vil ekstern uren luft forårsake smuss og blokkering i inntaksfilteret, inntaksrørledningen, lyddemperen og intercooler, noe som vil føre til redusert inntaksmotstand, noe som resulterer i en reduksjon i inntaksvolum, en reduksjon i inntaksvolum og et til slutt et veksttrykk.
I tillegg, på grunn av vibrasjonen til skipet og dieselmotoren, oppstår problemer med å løsne ved tilkoblingspunktene til inntaksrørledningen fra tid til annen, noe som vil føre til lekkasje av inntaksrørledningen og en reduksjon i inntakstrykket.
Under drift med lav-belastning, hvis luftventilen til den kontrollerte turboladeren ikke er tett lukket, vil deler av luften fra den kontrollerte turboladeren lekke gjennom den, noe som resulterer i en reduksjon i inntakstrykket til dieselmotoren.
Til slutt er det nødvendig å kontrollere integriteten til kompressorbladene til turboladeren. Hvis denne turboladeren noen gang har opplevd støt, kan kompressorbladene, spesielt bladspissene, deformeres eller ha annen skade på kompressorrotoren, noe som vil føre til en reduksjon i kompressoreffektiviteten og en reduksjon i kompressorvolum, noe som resulterer i en reduksjon i ladetrykket.
3. Unormal støy eller vibrasjon
Under høy-drift av superladeren kan det også være andre typer støyfeil i tillegg til overspenningsstøyen, for eksempel den gjennomtrengende lyden av metallfriksjon eller slag, som kan forårsake vibrasjon av superladeren.
Årsakene til dette problemet er mange. For eksempel fører dårlig smøring av superladeren til alvorlig slitasje på støttelagrene;
Langvarig-drift av dieselmotoren fører til at koblingsboltene mellom dieselmotoren og superladeren løsner.
Ujevnt dreiemoment på tilkoblingsboltene under installasjonen av superladeren;
Fremmede metallgjenstander som skader rotoren kan få superladeren til å avvike eller ha friksjon med den ytre kanten av huset;
Den rettidige driften av den kontrollerte superladeren TCB er ikke rettidig, noe som resulterer i overdreven rotasjonshastighet til A-kolonnen supercharger TCA, og så videre.
III. Vanlige løsninger eller forebyggende tiltak for suksessive trykkøkende systemfeil
Gjennom lang-deltagelse i vedlikeholdet av denne typen marine dieselmotorer har vi samlet og oppsummert de vanlige feilsøkingstiltakene og forebyggende metodene for de vanlige feilene i denne typen motors sekvensielle turboladesystem.
Fordi det sekvensielle turboladesystemet er et relativt komplekst system som består av dieselmotorens inntaks- og eksosrørsystem, superladingsenhetens inntaks- og eksosrørsystem, og det kontrollerte superladingsenhetens kontrollsystem, og hver komponent er gjensidig avhengig og gjensidig innflytelsesrik, er årsakene til feilene ikke isolert. Løsningene for hver feil er ikke unike. Basert på relevant praksis, oppsummeres følgende vanlige feilsøkingstiltak og forebyggende metoder for det påfølgende superladeenhetssystemet.
(1) Når dieselmotorens turbolader opplever støt eller har lavt ladetrykk, bør relevante parametere analyseres grundig for å fastslå årsaken. Om nødvendig bør motoren slås av for inspeksjon.
Hvis det oppstår unormale lyder eller vibrasjoner og årsaken ikke kan fastslås, bør motoren slås av for inspeksjon først for å unngå ytterligere utvidelse av feilomfanget.
(2) I henhold til de faktiske bruksforholdene, i samsvar med vedlikeholdskravene, bør rettidig vedlikehold og vedlikehold av dieselmotorens inntaks- og eksosrør og turboladerens inntaks- og eksosrør utføres. Dette inkluderer hovedsakelig regelmessig rengjøring av de indre veggene i rørledningene for å forhindre blokkering og sikre jevnhet; styrke inspeksjonen av rørledningstettingen, spesielt ta hensyn til tetningsproblemer forårsaket av rørveggkorrosjon eller tilkoblingsproblemer, for å forhindre lekkasje av eksos og røyk.
(3) Styrk inspeksjonen av eksosmottrykket for å forhindre dårlig eksosstrøm og redusere støt i turboladeren. Kontroller først om eksostrykket i kompressorenden av turboladeren er for høyt, og kontroller smuss og blokkering av luftkjøleren. Rengjør og vedlikehold luftkjøleren regelmessig for å holde den uhindret. For det andre, sjekk eksosstrømmen til gassen og eksosen fra turbinenden av turboladeren. Noen skip installerer røykbehandlingsutstyr som støyreduksjon, og de bør rengjøres og vedlikeholdes regelmessig.
(4) For å forhindre støy og vibrasjoner fra turboladeren, i kombinasjon med reparasjon eller vedlikehold, må du regelmessig inspisere og bytte ut rotorstrukturen og bladformen. Hold formen intakt og uten deformasjon. For nylig installerte eller fabrikkreparerte-turboladere, utfør dynamiske balansetester på rotoren. Hvis den dynamiske balansen er ukvalifisert, bør slipejustering utføres.
(5) Inspiser og vedlikehold regelmessig STC-kontrollsystemet til de påfølgende turboladerne for å sikre at datainnsamlings-, overførings- og prosesseringsmodulene til kontrollsystemet fungerer normalt. I henhold til den innstilte logikken, grip nøyaktig statusen til de kontrollerte turboladerne og send start- eller stoppsignaler etter behov.
(6) Sørg for normal drift av gassventiler, luftventiler, gasskildeenheter osv. til de kontrollerte turboladerne. Unngå at ventilen setter seg fast, forårsaker eksos eller luftlekkasje. Forhindre manglende evne til å starte eller stoppe gassventilen og luftventilen normalt på grunn av feil i andre utførelsesmekanismer, og dermed påvirke start og stopp av den kontrollerte turboladeren.
(7) I STC suksessive turboladesystem for en bestemt type dieselmotor som er studert i denne artikkelen, bruker kolonne A og B turboladere med samme spesifikasjon. For å forbedre levetiden til turboladesystemet og redusere feilraten, har den kontrollerte turboladeren i kolonne B kortere driftstid. Det anbefales å alternere rotasjonen av de to kolonnene med turboladere i henhold til arbeidstiden, slik at servicesyklusene til de to turboladerne kan være omtrent like og utnyttelsesgraden til turboladerne kan forbedres.
IV. Konklusjon
Denne artikkelen introduserer kort strukturen og relaterte kjennetegn ved den suksessive Turboladesystem for en viss type marine dieselmotorer. Basert på den langsiktige praktiske erfaringen med vedlikeholdstestene for denne typen motorer, oppsummerer og konkluderer forfatteren vanlige feil, og foreslår relaterte løsninger som regelmessig utveksling av A- og B-sett med superladere. Denne artikkelen har god kvalitet og økonomiske fordeler for vedlikehold og reparasjon av det sekvensielle turboladesystemet til denne motortypen.