Эксплуатационные загрязнения газотурбонагнетателей ДВС

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ТРАНСПОРТА
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
МОРСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
имени адмирала Г.И. НЕВЕЛЬСКОГО
Семенюк А.В., Андреев А.К., Семенюк Л.А
Эксплуатационные загрязнения газотурбонагнетателей ДВС и способы
их очистки
Методические указания для практических занятий по дисциплине
«Эксплуатация ГТН»
Рекомендовано методическим советом МГУ
для специальностей 18040365
Владивосток – 2008
Позиция № 130
в плане издания
учебной литературы
МГУ на 2008 г.
Рецензент: д. т. н., проф. Кончаков Е.И.
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ
ГАЗОТУРБОНАГНЕТАТЕЛЕЙ ДВС И СПОСОБЫ ИХ ОЧИСТКИ
Составили: Анатолий Васильевич Семенюк,
Александр Константинович Андреев, Людмила Анатольевна Семенюк
Методические указания к практическим занятиям
Печатается в авторской редакции
2,0 уч.-изд. л.
Тираж 100 экз.
Формат 60×841/16
Заказ №
Отпечатано в типографии ИПК МГУ им. адм. Г.И. Невельского
Владивосток, 59, ул. Верхнепортовая, 50а
2
1 ОБРАЗОВАНИЕ ОТЛОЖЕНИЙ В ЭЛЕМЕНТАХ ГТН
Многолетний опыт эксплуатации судовых дизелей с турбонаддувом свидетельствует о том, что в процессе их работы происходит неизбежное постепенное ухудшение технического состояния и характеристик турбокомпрессора
(ТК). Основной причиной изменения характеристик ТК является занос (загрязнение) проточных частей турбины и компрессора, приводящий к снижению их
КПД и изменению пропускной способности. В результате 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. Агрессивность химических соединений, входящих в состав отложений, снижает надежность элементов ТК [1, 3].
Процессы образования отложений в ТК. их влияние на характеристики судовых ДВС специфичны и исследованы недостаточно. Малоизученными являются
причины образования заносов, вопросы влияния заноса на характеристики компрессоров и турбин, способы борьбы с заносами.
1.1 Занос проточной части турбины
Отложения на лопатках турбины условно можно разделить на три основных
типа: 1) зольные – сухие пеплообразные отложения толщиной 0,1…0,3 мм, обладающие относительно высокой шероховатостью; 2) сажистые мазеобразные
отложения, достигающие толщины 3 мм; 3) твердые пористые отложения, образующиеся вследствие выгорания отложений второго типа или при работе дизелей на тяжелых высоковязких сортах топлива [2].
Возникновение отложений начинается с образования на лопатках смолистолаковой пленки, появляющейся в результате как высокотемпературного окисления продуктов сгорания топлива непосредственно на металлической поверхности, так и конденсации различных продуктов окисления выпускных газов. Количество отложений и их тип определяются многими факторами — точкой росы
паровых микропримесей потока, температурой поверхности лопаток, сортом
применяемого топлива, режимом работы дизеля, густотой решеток сопловых и
рабочих лопаток и т. д.
При температуре газов перед турбиной tТ < 300 °С, независимо от сорта топлива, отложения имеют консистенцию густой мази с большой смолистостью
(второй тип). Толщина слоя стабилизируется на достаточно высоком уровне
(2…3 мм).
При снижении температуры tТ до 200 °С вязкость отложений резко уменьшается, а при tТ < 150 °С они становятся жидкими и сдуваются потоком газа.
Переход дизеля на режимы работы с tТ > 300 °С приводит к прекращению
роста отложений и их высушиванию. Однако толщина ранее образовавшегося
слоя при tТ < 300 °С мало уменьшается, он только уплотняется. При tТ > 400 °С
3
жидкость полностью выпаривается из-под слоя отложений, соприкасающихся
непосредственно с лопаткой, вследствие чего образуются отложения третьего
типа. Дальнейшая эксплуатация дизеля в течение 1…2 ч при tТ > 500 °С может
привести к отслаиванию отложений (режим «прожога»). «Прожог» на средних
нагрузках дизеля (350 < tТ < 500) требует многочасовой работы, причем всякий
кратковременный сброс нагрузки приводит к частичной или полной реставрации отложений.
Таким образом, можно сделать вывод: занос проточной части турбины —
неизбежный фактор эксплуатации; тип отложений и их толщина зависят главным образом от режимов работы дизеля и сорта топлива.
Главные и вспомогательные дизели современных транспортных судов,
вспомогательные дизели промысловых судов 80…85 % ходового времени эксплуатируются на режимах, близких к номинальным при tТ ≥ 400 °С. Для турбин
таких дизелей при их работе на дистиллятных сортах топлив характерны отложения первого типа.
0,875
u/cф
0,825
1
0,775
2
0,725
0,675
0,625
650
850
1050
1250
1450
1650
Ne, кВт
Рис. 1.1 Влияние загрязнения турбины на ее характеристику: 1-дизель 8ЧНСП 32/48 (схема СТК); 2-дизель типа ЧН
16/17 (схема ПТК); Сплошные линии – турбина с отложениями толщиной 1…2 мм, пунктирные – чистая турбина
Главные дизели специальных судов большую
часть ходового времени
работают при нагрузках,
не превышающих 30 %
номинальной. Для турбин
таких дизелей, эксплуатирующихся на легких
сортах топлива, характерны отложения второго
типа; толщина отложений
достигает 2…3 мм на сопловых и 1…2 мм на рабочих лопатках.
При использовании тяжелых сортов топлива максимальные отложения наблюдаются при работе дизелей на нагрузках, близких к номинальным. Это объясняется наличием в топливе таких элементов, как сера, окислы ванадия, зола,
натрий и др. Отложения на рабочих лопатках турбин в этих случаях составляют
2…3 мм, а на сопловых – 5…6 мм [2] и имеют чрезвычайно твердую пористую
структуру, близкую к структуре отложений третьего типа. В состав отложений
на лопатках турбин входят пятиокись ванадия, сульфат натрия и другие соединения. Образование максимального слоя отложений и его стабилизация происходят в первые 100…200 ч. работы дизеля.
4
1.2 Влияние отложений на КПД турбины
Отложения (загрязнения) на рабочих и сопловых лопатках турбины приводят к увеличению потерь трения, изменению линий тока, углов атаки и т. д. При
схеме со свободным турбокомпрессором (СТК) характеристика турбины u/сф
остается практически постоянной в широком интервале изменения нагрузки дизеля (рис. 1.1), в связи, с чем величина δ (u/сф) близка к нулю. Таким образом,
решающее влияние на изменение коэффициентов скорости оказывает шероховатость поверхности лопаток и увеличение их толщины в результате образования отложений.
Результаты экспериментального исследования раздельного влияния этих
двух факторов на КПД одноступенчатой турбины приведены на рис. 1.2. Как
видно, при небольшой относительной толщине слоя отложений основное
влияние на снижение КПД турбины оказывает относительная шероховатость
⎯Δш =⎯Кш = Кш/b2 слоя отложений (b2 – хорда рабочей лопатки).
δηт∗
1
0,12
2
0,08
0,04
Δш =
0
2
0,01
4
0,02
6
8
0,03
Кш
b2
Δ отл =
3
10
Δ отл
b2
0,04
Рис. 1.2 Влияние шероховатости лопаток и толщины слоя отложений на
относительное снижение КПД турбины.
(1 – суммарное влияние шероховатости и толщины; 2 – влияние шероховатости)
Опыт эксплуатации показывает: относительная шероховатость отложений
первого типа составляет 0,001…0,0015, что приводит к снижению КПД турбины
на 3…4 %. ⎯Кш второго типа – 0,003…0,005 и снижает КПД на 6…8 %. Предельное значение ⎯Кш – 0,008 и ее дальнейшее увеличение на КПД турбины
практически не сказывается. Визуальные наблюдения свидетельствуют о том,
что шероховатость слоя отложений достигает максимальной величины в первые
20…40 часов работы двигателя.
В то же время при увеличении толщины отложений КПД турбины монотонно
снижается. Однако даже при большой относительной толщине слоя отложений
5
(Δотл/b2 =0,03…0,04) снижение КПД составляет 3…4 %, что меньше, чем потери
от шероховатости.
При схеме наддува с приводным (от двигателя) турбокомпрессором (ПТК)
окружная скорость u остается постоянной на данном режиме независимо от изменения параметров торможения рТ* и ТТ*, что приводит, в отличие от схемы
СТК, к изменению характеристики u/сф (см. рис. 1.1). Поэтому схема ПТК более
чувствительна к заносу турбины.
Важно отметить, что вследствие заноса происходит деформирование характеристики турбины η∗т = f(u/сф; πт∗). Это происходит, главным образом, в результате изменения скоростей потока, приводящих к увеличению профильных
потерь, потерь трения, возникновению значительных углов атаки и т. п. В результате оптимальное значение u/сф, при котором КПД турбины с загрязненными лопатками достигает максимума, смещается в зону меньших значений u/сф
по сравнению с «чистой» турбиной.
TT, °C
a)
1,35
Pz, МПа
πк
б)
490
1
5,6
2
1,30
Pz 2
450
1
1,25
2
5,4
5,2
410
1,20
5,0
370
1,15
330
45
55
65
75
85
95
Ne , %
45
55
65
75
85
95
Ne , %
Рис. 1.3 Влияние заноса турбины на температуру выпускных газов (а), степень повышения давления πк и максимальное давление сгорания рz (б) некоторых судовых дизелей со схемой наддува СТК: 1 – 6ЧН 22/32; 2 – 6ЧН 25/40 (----- чистая турбина; −⎯— турбина с отложениями Δотл= 0,15…0,20 мм)
Таким образом, теоретический анализ и опыт эксплуатации позволяют сделать вывод о том, что средне-эксплуатационный КПД турбины при отложениях
первого типа (работа на дистиллятных сортах топлива и нагрузках, близких к
номинальной) ниже стендового уровня на 5…7 % (относительных). При отложениях второго типа — на 8…10 %. Для определения влияния такого снижения
КПД турбины на параметры работы судовых дизелей были проведены специальные экспериментальные исследования в натурных условиях на дизелях 6ЧН
22/32, 6Д50М (схема СТК) и ЧН 16/17 (схема ПТК) [2]. Методика проведения
испытаний была следующей. На первом этапе регистрировались все параметры
дизелей с загрязненной турбиной. Затем турбина вскрывалась, фиксировалось
ее техническое состояние, лопатки очищались вручную от отложений, и испытания повторялись. Расхождения между параметрами работы дизеля до и после
очистки турбины позволяли оценить влияние заноса (регулирование дизеля,
температуры охлаждающей воды, масла и т. п. оставались постоянными). Ре6
зультаты испытаний, приведенные на рис. 1.3 и 1.4, подтверждают обоснованность расчетных данных и свидетельствуют о заметном влиянии даже
небольших по толщине отложений первого типа, не говоря уже об отложениях
второго и третьего типов [2].
π π
550 Т °C
т,
к,
т
2,4
πк 2,2
500
Тт
450
2,0
πт
400
350
1,8
1,6
Тт
300
250
1,4
25
50
75
Рис. 1.4 Влияние заноса
турбины на параметры
дизелей типа ЧН 16/17 со
схемой наддува ПТК
(----- чистая турбина;
отложения Δ отл= 1,5 мм)
Ne , %
1.3 Влияние загрязнения воздушного фильтра на работу дизеля
На современных судах в большинстве случаев компрессоры ТК всасывают
воздух из машинно-котельного отделения (МКО). Воздух в МКО представляет
полидисперсную систему частиц аэрозоля, состоящую как из твердых (пыль,
соли, продукты неполного сгорания), так и жидких частиц (масло, вода, топливо), размеры которых находятся в интервале 0,1…100 мкм. Наличие во всасывающем аэрозоле жидких фракций, с одной стороны, существенно увеличивает
возможность загрязнения поверхностей, а с другой – затрудняет их очистку.
Например, если величина силы адгезии частицы с сухой поверхностью составляет Fадг = 0,012⋅10-5·dч Н (dч – диаметр частицы, мкм), то для смоченной поверхности при толщине масляной пленки δпл = 0,5dч сила адгезии возрастает до
Fадг = 157⋅10-5·dч H.
С целью очистки воздуха, поступающего в компрессоры, последние снабжают сетчатыми или войлочными фильтрами. Большинство ТК (типа VTR, TL,
ATL, MS, R, TPL, MET) оборудованы сетчатыми фильтрами, состоящими из
проволочной «канители», образованной переплетением сравнительно тонких
проволочек диаметром dп до 1 мм. Сепарация частиц пыли и влаги из воздуха,
проходящего через такие фильтры, в общем случае происходит вследствие дей7
ствия сил инерции, тяжести, электростатических, а также в результате молекулярной и турбулентной диффузии. Причем, чем меньше диаметр проволоки, тем
меньше размеры частиц, способных осаждаться в фильтре. Например, при скорости воздуха внутри фильтра Vф = 1 м/с и dп = 0,1 мм минимальный радиус
частиц, задерживаемых сетчатым фильтром, составит rмин = 3,3 мкм. Частицы
меньших размеров будут попадать в компрессор, способствуя загрязнению проточной части.
πК, πТ,⎯α
ТТ*,⎯ge
πт, πk, n, α
Тт*, g e
1,10
1,0
πтТ
π
0,98
1,08
Тт*
ππК
к
1,06
πк, n
1,0
n
⎯n
1,10
0,98
ТТ*
α
⎯α
1,04
πК,⎯n
Тт*
0,96
0,94
1,08
ТТТт**
πК
π
к
0,96
1,06
0,94
1,02
ge
⎯ge
0,92
0,92
0,90
1,0
0,90
0,95
1,04
P0
⎯Р0P=Р
P=
0/Р0 ном
0 max
1,0
0,90
0,95
P0
0,90
⎯Р0
Рис. 1.5 Влияние загрязнения фильтра на параметры судовых дизелей:
а - четырехтактные: х- 6ЧН 25/40; • - 6ЧН 22/32; ▲ - 8ЧН 22/32;
б - двухтактные: ●- 8ДКРН 35/62; ▲ - 5ДКРН 74/160-2
Как показывают расчеты [2], через фильтр проходит по массе примерно в два
раза больше частиц, чем улавливается им, т. е. сетчатый фильтр теоретически
увеличивает время работы компрессора до очистки примерно на 50 %. Но поскольку в фильтре всегда имеется проскок частиц различного диаметра, то его
реальная эффективность будет меньше. Опыт эксплуатации показывает, что
сетчатый фильтр уменьшает занос компрессора всего лишь на 30…35 %.
Частицы масла и пыли, задерживаемые фильтром, приводят со временем к
увеличению его сопротивления. При загрязнении уменьшается площадь проходного сечения, что вызывает дросселирование потока и уменьшение давления
на входе в колесо компрессора. При сохранении постоянной удельной работы
сжатия давление воздуха на выходе из компрессора также снижается. Степень
загрязненности фильтра может быть оценена по величине перепада давлений на
фильтре, предельно допустимое значение которого составляет для различных
дизелей от 100 до 300 мм вод. ст. (1,0…3,0 кПа) и обычно указано в инструкции
по эксплуатации дизеля.
Влияние уменьшения давления перед компрессором на параметры некоторых
судовых дизелей показано на рис. 1.5.
8
Подводя итог, можно сделать вывод о том, что большое количество взвешенных в воздухе машинного отделения частиц неизбежно будет проходить через
сетчатый фильтр, и поступать с воздухом в компрессор.
1.4 Занос проточной части компрессора
Основной причиной загрязнения проточной части компрессора является наличие мелкодисперсного аэрозоля в воздухе, поступающем после фильтра.
Кроме того, частицы масла попадают в компрессор через уплотнения между колесом и подшипником. В ТК с подшипниками скольжения интенсивность прохождения масляных частиц через уплотнения больше, чем в ТК с подшипниками качения, так как на первые масло подается под давлением 0,2…0,3 МПа.
Еще одной причиной попадания масла является существующая на некоторых
типах дизелей система вентиляции картера, при которой патрубок отсоса газов
из картера дизеля соединен с полостью перед ВНА компрессора. Так как концентрация капель масла в картерных газах составляет 70…350 мг/м3, то ясно,
что такой способ вентиляции картера неизбежно приводит к значительному загрязнению компрессора.
При взаимодействии с поверхностями проточной части капли масла деформируются, растекаются и прилипают к металлу. Попадающие на масло частицы
пыли увеличивают вязкость слоя отложений и служат центрами его затвердевания.
Так как силы адгезии на границе раздела масло – металл возрастают с увеличением температуры, то наибольшие отложения наблюдаются в диффузоре,
особенно лопаточном, температура поверхности которого составляет 60…100
°С и выше. Интенсивность отложений зависит от многих факторов, основными
из которых являются улавливающая способность элементов компрессора (ВНА
– вращающегося направляющего аппарата, диффузора, колеса) и удельное количество частиц масла в воздухе МКО.
Опыт эксплуатации показывает, что занос различных компрессоров пропорционален относительной густоте решетки. Поэтому диффузоры компрессоров
малых размеров при прочих равных условиях подвержены большим заносам,
чем компрессоры больших размеров.
Величина концентрации паров масла ⎯Dм определяется объемом МКО, качеством его вентиляции, техническим состоянием судовых механизмов, находящихся в этом отделении, температурой воздуха и т. п., что сильно затрудняет ее
расчет. Обычно величина ⎯Dм составляет 0,5…5 мг/м3, в некоторых случаях
достигая 20…30 мг/м3. На основании проведенных исследований [5] для оценки
⎯Dм в мг/м3 может быть рекомендована приближенная зависимость
Dм=37ΣNe/VМКО-16,25
где ΣNe – суммарная мощность одновременно работающих в МКО механизмов,
кВт; Vмко – объем МКО, м3.
9
⎯С целью выявления количественных зависимостей влияния
n= 15420 об/мин
а)
заноса элементов компрессора
1,40
на его характеристики были
1,36
проведены специальные испы1,32
тания компрессоров М-50, ТК13350
18Н, ТК-ЗОВ и VTR-160. В ходе
1,28
испытаний снимались характе1,24
11300
ристики с загрязненными и чис1,20
тыми проточными частями, при1,16
чем турбокомпрессоры VTR-160
и ТК-18Н были загрязнены в
1,12
9260
эксплуатационных
условиях
0,8
G , кг/c
1,4
0,6 0,7 0,8
0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 G
К, кг/с
(наработка 120 и 1500 ч), а на
компрессорах М-50 и ТК-ЗОВ
πКб)
отложения имитировались пуπ
n= 15420
тем искусственного загрязнения.
об/мин
б)
Анализ характеристик чистых
1,36
и загрязненных компрессоров
1,32
показывает, что при постоянных
13350
5
1,25
5
частотах вращения в результате
0,
1,24
загрязнения снижается расход
0
0 ,5
воздуха
через
компрессор,
1,20 11300
уменьшаются достижимые зна0
0 ,4
1,16
чения КПД компрессора и сте1,12
пени повышения давления воздуха. Одновременно с этим про9260
1,00
исходит смещение в сторону
G к , кг/с
0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1
меньших значений GК границы
Рис. 1.6 Влияние загрязнения на характеристику компрессора М-50: а - характеризоны помпажа (рис. 1.6 – 1.7).
стика чистого компрессора; б – характеристика
Таким образом, вследствие зазагрязненного компрессора (Δотл= 0,6 мм)
грязнения происходит заметная
деформация
характеристики
компрессора и ее смещение в область меньших значений GК. Изменение расхода воздуха через компрессор объясняется, главным образом, уменьшением величины минимального проходного сечения диффузора.
В безлопаточном пространстве при заносе лопаточного диффузора скорости
течения и давление воздуха возрастают по сравнению с чистым диффузором.
Увеличивается также и скорость сг в горле занесенного лопаточного диффузора.
Важно подчеркнуть, что скорость cг становится больше, чем скорость течения сд
перед лопаточным диффузором. Следовательно, при заносе лопаточного диффузора в его горле характер течения изменяется с диффузорного на конфузорный.
а)
0,6
0
0,6
5
0,7
0
0,72
ηк=0,725
ππКк
к
З он
а
10
0
0 ,6
0,6
3
0,6
5
ηк =
по м
паж
а
к
Снижение КПД компрессора
происходит из-за роста потерь на
ηК
трение (влияние шероховатости
0 ,7
отложений), перераспределения
nк = 2 0 0 0 0
скоростей движения воздуха и
28000
об /м ин
0 ,6
отклонения от расчетных значе22000
ний углов атаки. Проведенные
24000
0 ,5
исследования по изучению разπ
πК
дельного влияния шероховатости
1 ,8
и суммарной толщины слоя пока1 ,7
зали, что снижение КПД компрессора происходит практически
1 ,6
пропорционально росту относительной шероховатости. Величи1 ,5
на относительной шероховатости
28000
отложений в диффузоре состав1 ,4
ляет обычно 0,004…0,006, формируется она в первые 50…100 ч.
1 ,3
η = 0 ,7 8
работы и снижает КПД компрес24000
0 ,7 6 0 ,7 4
сора на 6…9 %. Дальнейшее
1 ,2
22000
nк= 2 0 0 0 0 о б / м и н
уменьшение КПД до 20…30 %
1 ,1
может произойти в результате
1 ,0
0
0 ,5
GGкК,к
г/с
, кг/с
роста толщины слоя.
Рис. 1.7. Влияние загрязнений на характеристики
Как показали опыты, компрескомпрессора ТК-18 (⎯⎯ чистый компрессор;
сор с безлопаточным диффузором
----- - отложения в проточной части
менее «чувствителен» к влиянию
Δотл = 1,0 мм)
заноса, хотя толщина слоя отложений достигает иногда 3…4 мм. Так как занос изменяет характеристику компрессора, то происходит смещение и линии рабочих режимов. Линия рабочих
режимов ТК, совпадающая при схеме СТК с расходной характеристикой дизеля,
при загрязнении смещается в зону меньших расходов и меньших КПД компрессора, а граница зоны помпажа смещается влево.
Для количественной оценки влияния, которое оказывает занос проточной
части компрессора на параметры работы дизеля, были проведены натурные испытания вспомогательных дизелей типа 8ВАН-22, 6ВАН-22, 625МТВН-40,
6Д50М с турбокомпрессорами VTR-150, -200, -250, ТК-30 в два этапа [2]. На
первом этапе измерялись параметры работы дизелей и ТК после 500…2100 ч.
эксплуатации на судне. На втором этапе компрессор разбирали, очищали от отложений, и испытания повторялись. Никаких изменений в органах и узлах дизеля не производилось, турбина не вскрывалась. Первый этап испытаний продолжался 2…3 ч. Таким образом, разница в техническом состоянии газовыпускных
трактов дизелей и турбин была несущественной.
Полученные результаты позволили сделать следующие общие выводы.
ηк
0 ,8
0 ,7
4
8
0 ,7
0 ,7
ηк =
0 ,8
0
6
к
к
11
1. Толщина слоя отложений в проточном части компрессора с течением времени стабилизируется. Для дизелей с πк ≤ 1,5 стабилизация происходит на
уровне 2,0…2,5 мм; при πк > 2,0 стабилизация происходит на уровне 1,0…1,5
мм. Наиболее интенсивный рост отложений наблюдается в первые 50…100 ч.
работы.
Причины стабилизации слоя отложений заключаются в следующем. Отложившиеся на поверхности компрессора частицы оказываются под воздействием
давления воздушного потока, вызывающего сдвигающие напряжения на поверхности отложений. Вначале силы сцепления между частицами масла и металлической поверхностью (адгезия) превосходят силы сдвига. По мере нарастания слоя отложений на лопатке силы сцепления между частицами (силы когезии) уменьшаются и скорость течения потока вследствие уменьшения площади
проходного сечения увеличивается, поэтому при определенной толщине слоя
отложений наступает равновесие между силами когезии и силами сдвига. Частицы масла и пыли, попадающие на такой слой, уже не удерживаются силами
сцепления, и поток воздуха сдувает их.
2. Снижение КПД компрессора на 1 % приводит к уменьшению πк на
0,4…0,45 %, росту температуры газов на 0,6…0,7 % и удельного расхода топлива на 0,2…0,3 % (в зоне πк < 1,5). По мере роста πк это влияние увеличивается и
в зоне πк ≥ 2,5 (дизели типа ЧН 16/17, MAN 9KZ 70/I20E и др.) изменение КПД
компрессора (независимо от типа диффузора) на 1 % вызывает изменение πк на
0,65…0,7 %, температуры газа на 0,8…0,85 %, удельного расхода топлива на
0,4…0,6 %.
3. Кривые динамики изменения параметров работы дизелей качественно
совпадают с кривыми темпа роста отложений в компрессоре и подтверждают
вывод об определяющем влиянии начального периода эксплуатации.
2 ОЧИСТКА ГТН В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ
2.1 Очистка фильтров
В процессе эксплуатации всасывающие воздушные фильтры и шумоглушители, проточные части компрессора и турбины, а также поверхности теплообмена ГТН должны поддерживаться в чистоте. Для этого предусматриваются периодические очистки указанных элементов ГТН.
Очищать сеточные набивочные фильтры рекомендуется бензином, осветительным керосином, дизельным топливом, сульфидным раствором, любым другим маслорастворяющим веществом, продувать влажным паром и сжатым воздухом.
12
Очистка секций фильтра проводится в ваннах с предварительным замачиванием в течение 30…60 мин. Затем интенсивными движениями фильтр прополаскивают. Очень хорошие результаты дает промывка фильтров в специальных
моечных машинах (типа стиральных). Промытый растворителем фильтр обдувают сжатым воздухом или паром и просушивают.
Очистка фильтров только при помощи продувания паром или воздухом с избыточным давлением 2…3 бар может рекомендоваться лишь в случае их незначительного рыхлого загрязнения.
У некоторых ГТН, в частности типа С-045, применяются мас-лоомываемые
всасывающие воздушные фильтры «Вокес». Такие фильтры запрещается чистить керосином или дизельным топливом. Их рекомендуется промывать в указанных заводом-изготовителем растворителях или в любом другом растворителе с нейтральным углеводородом, содержащим эмульгирующий агент, например нефтяной сульфонат. После обработки растворителем фильтрующий элемент тщательно промывают в пресной воде (лучше теплой с температурой 60
°С) и просушивают теплым воздухом. После окончания очистки фильтрующие
элементы погружают на 1 минуту в гель или в масло SAE-30. Примерно на
8…10 ч фильтр оставляют в теплом помещении для стекания лишнего масла,
после чего он готов к сборке и работе.
Элементы шумоглушителя рекомендуется очищать бензином, керосином
или другой маслорастворяющей жидкостью и затем продувать сжатым воздухом с избыточным давлением 2…3,5 бар в направлении, противоположном
движению всасываемого воздуха.
2.2 Безразборная промывка ГТН
Периодические вскрытия и очистки проточных частей газотурбонагнетателей химическим или механическим способом позволяют восстанавливать первоначальные параметры их работы, но в промежутках между очистками ГТН и
дизель работают в условиях, отличных от оптимальных. Поэтому желательно
непрерывно поддерживать чистоту проточных частей ГТН на ходу без их
вскрытия.
Такую возможность дает водопромывка проточных частей, которая основана
на использовании ударного эффекта мелких капель воды. Рекомендуется применять чистую пресную воду, подогретую до 55…70 °С, без присадок либо с
присадками моющих веществ. Испытания показывают, что результаты промывки чистой пресной водой и моющим раствором в некоторых случаях практически одинаковы. Подвод воды желательно осуществлять равномерно по периметру окружности, направление впрыска воды должно совпадать с направлением входа потока на рабочее колесо.
Непременным условием водопромывки ГТН является ее регулярность и начало применения лишь после проведения химической или механической очистки проточных частей не позже чем через 100…150 ч. для компрессора и
13
250…300 ч. для турбины. В процессе подачи воды на промывку должен обязательно осуществляться дренаж моечных отходов из корпусных частей ГТН.
Для получения лучшего распыливания вода на промывку газотурбонагнетателя должна подводиться под давлением. Часто для этой цели используется
сжатый воздух с избыточным давлением до 4…5 бар. Подача воды на компрессор осуществляется перед вращающимся направляющим аппаратом, на турбину
– перед защитной решеткой или перед сопловым аппаратом.
Распыливание воды, впрыскиваемой в ГТН, механическое. Для этого используется вода, отбираемая из напорной магистрали (например, санитарной
горячей мытьевой воды), или вода вытесняется в ГТН из сосуда при помощи
сжатого воздуха (сжатый воздух может также использоваться и для повышения
качества распыливания воды).
Водопромывка компрессора проводится обычно при работе дизеля с номинальной (эксплуатационной) нагрузкой. После окончания впрыска воды дизель
должен проработать не менее 1 ч. без снижения нагрузки для осушения воздушного тракта.
Проточная часть турбины промывается при нагрузке дизеля не более 25 % от
номинальной (эксплуатационной). После окончания подачи воды вывод дизеля
на режим полной мощности осуществляется в течение приблизительно 10 мин.
Подвод промывочной воды к турбине желательно контролировать визуально,
используя для этого прозрачные шланги. После впрыска воды в компрессор или
турбину обязательно контролируется эффект водопромывки. Показания приборов должны фиксировать возрастание значений параметров πк, nк, nд и pi а Тг
должна снизиться. Если проточная часть турбины промылась хорошо, из дренажной трубки будет вытекать чистая вода.
Если одноразовый впрыск воды не дал заметного эффекта, процесс промывки повторяется с интервалом приблизительно 10 мин. Отсутствие положительного эффекта после троекратной попытки означает, что проточные части необходимо очистить механическим или химическим способом с разборкой ГТН.
Водопромывку проточных частей ГТН в настоящее время рекомендуют
применять многие фирмы. Для этого в конструкциях ГТН предусматриваются
специальные штатные устройства (которыми целесообразно снабжать и необорудованные газотурбонагнетатели).
Рекомендованная схема промывки компрессора ГТН фирмы «Броун-Бовери»
показана на рис. 2.1. В систему входит специальный сосуд, различающийся емкостью для ГТН различных типоразмеров. Его заливают чистой пресной водой,
или раствором моющего средства, и соединяют резиновым шлангом с компрессором перед впрыском воды. Вода вытесняется из сосуда воздухом за 4…10 с.
Предусматривается возможность промывки компрессора также газойлем, но
при этом обязательно применение дозирующего устройства и строгое выполнение фирменной технологии.
14
Рис. 2.1 Схема водопромывки компрессора ГТН типа VTR:
А — емкость для VTR-160; VTR-200 емкостью 0.3 л. для VTR-250, VTR-320 емкостью 0,5
л., для VTR-400, VTR-500 емкостью 1 л., для VTR-630, VTR-750, VTR-900 емкостью 2,5 л;
В – крышка; С – пусковая кнопка; D, W – трубы ф12х1,5
Оборудованные ГТН типа VTR имеют штатную трубку для подачи воды перед вращающимся направляющим аппаратом, в необорудованных ГТН эту
трубку следует подвести самостоятельно.
Эта же фирма, называющаяся сейчас «ABB Turbo System», для своих ГТН в
настоящее время категорически запрещает использование каких-либо растворителей или химических моющих препаратов. На рис. 2.2 показана схема промывки компрессора чистой водой, полностью аналогичная предыдущей.
Промывочная емкость 7 наполняется водой через соответствующую систему
4, 9, 11, 5 (уровень контролируется дренажным клапаном 6 – вариант 1) или
вручную, путем снятия и последующего закрытия крышки сосуда 7. Предварительно нагрузка двигателя устанавливается на уровне не менее 80 % от номинальной для того, чтобы ротор ТК достиг достаточно высоких оборотов с целью
повышения эффективности промывки. Открывается клапан 3 подачи воздуха к
сосуду и затем производится впрыскивание воды в течение 10 сек. с помощью
клапана 8 (вариант 1), или пусковой кнопки 10 (вариант 2).
15
2
К другому
компрессору
Улитка
Вариант 1
Вариант 2
Рис. 2.2 Схема промывки водой компрессоров фирмы «АВВ»
1-подача сжатого воздуха от улитки, 2-подача воды на промывку, 3, 5, 8, 9-запорные клапаны, 4-подвод воды к промывочному сосуду, 6-дренажный кран, 7-промывочный сосуд, 10кнопка впрыска воды, 11-воронка.
Для промывки турбины ГТН используется горячая пресная вода, отбираемая
от санитарной системы. Патрубок-отборник воды соединяется резиновым шлангом с наконечником, вставляемым в газоход через штуцер для установки термометра. Количество воды, которая подается на промывку в течение 10…20
мин., зависит от размеров ГТН и составляет, например, от 8 литров для VTR320 до 60 для VTR-900.
Промывку турбины рекомендуется проводить через каждые 100 ч. работы
дизеля, промывку компрессора – по обстоятельствам.
Внедрение и использование водопромывки проточных частей ГТН на судах
различных пароходств дает положительные результаты, однако сведения по периодичности промывки несколько противоречивы. Так, компрессор рекомендуется промывать в одних случаях через каждые 24…48 ч. в других – через
100…150 или даже через 200 ч. работы дизеля. Промывка турбин рекомендуется через каждые 200…250 ч. работы дизеля, нижний предел относится, прежде
всего, к случаям использования тяжелых сортов топлива. Противоречивость в
периодичности промывки компрессоров в некоторой степени связана с конструктивными особенностями различных типов газотурбонагнетателей. Кроме того, это можно объяснить тем, что на различных судах отличается и качество
воздуха в машинном отделении; улавливающая способность всасывающих воздушных фильтров и самих компрессоров также различна; в разной степени про16
является вероятность уноса смазочного масла компрессором из подшипниковой
камеры и т. п. Кроме того, пока ни на одном судне не проводились длительные
сравнительные испытания по определению эффективности водопромывки с
различной периодичностью. Во всяком случае, опыт эксплуатации показывает,
что периодичность водопромывки компрессоров менее чем через 24 ч. не оправдана.
Водопромывка проточных частей ГТН позволяет значительно увеличить
время между двумя смежными очистками ГТН с их вскрытием (это и определяет в основном периодичность ревизии). С учетом надежности подшипников и
регулярности водопромывки проточных частей компрессора и турбины срок ревизии в некоторых типах ГТН (VTR-400, VTR-750, TL и др.) может быть доведен до 10 000–16 000 ч.
Химическая или механическая очистка проточных частей и поверхностей
охлаждения корпусов ГТН и воздухоохладителей производится в случаях, когда
в охлаждающую пресную воду попадает смазочное масло дизелей («Зульцер»
RD76). В этих случаях целесообразно периодически на стоянках промывать всю
систему охлаждения. Для этого рекомендуется вводить в систему 40…50 кг порошка моющего препарата МЛ-2, нагревать воду до 80 °С и при этой температуре промывать систему в течение одного дня (8…10 ч). Затем, отключив охлаждение вспомогательных дизелей, выпускают моющую воду, и систему заполняют свежей пресной водой. При отсутствии препарата МЛ-2 можно использовать иностранные препараты: «Гамлен-Сиклин», «Магнус», «Маритек корпорейшн» и др.
Охладители продувочного воздуха загрязняются масляными отложениями со
стороны воздуха и илисто-ракушечными – со стороны воды. В водяных камерах
встречаются иногда ракушечные отложения с грязевыми осадками (ржавчина,
ил, графитовые выделения) до 10 мм толщиной. Очистка воздухоохладителей
производится обычно через 5000…7000 ч. непрерывной работы дизеля. Этот
срок зависит от района плавания судов и часто достигает 7000…10000 ч.
Бороться с загрязнением проточной части компрессора можно путем его
промывки эффективными моющими средствами. В настоящее время на судах
используют воду, керосин, растворы поверхностно-активных веществ (ПАВ) «Чистра», «Синвал», RMC и др. [2, 5]. Такой широкий набор м. с. и противоречивые сведения об их эффективности свидетельствуют о недостаточной изученности процессов очистки компрессора.
2.3 Очистка проточных частей ГТН твердым агентом
В последние годы все большее применение находит очистка турбин и компрессоров от отложений с помощью твердых очистителей, которые, как показал
опыт очистки газотурбинных двигателей (ГТД), значительно эффективнее многих известных жидких моющих средств. Такие твердые очистители должны обладать хорошим очищающим свойством и не вызывать повреждений поверхно17
стей проточной части ТК. Этим требованиям в наибольшей степени удовлетворяют твердые растительные вещества, например скорлупа орехов, абрикосов,
алычи и др. Наибольшее распространение получил твердый органический очиститель (ТООЧ) представляющий собой тонко размолотую смесь скорлупы
грецкого ореха и абрикосовых косточек, размер частиц которой лежит в пределах 1,0…1,5 мм. Для очистки компрессоров, и 1,5…3,0 мм для очистки турбин
[1, 6, 8]. Химический состав крошки: C – 7 %, (Nг + Ог) – 43 %, Нг – 6 %, зола 1,4
%, S – 0,2 %. Влажность крошки около 7 %. Теплота сгорания – 19260 кДж/кг.
В качестве твердых очистителей могут применяться шелуха пшеницы, риса
или сами зерна в дробленом виде. Вводимый агент сгорает и выбрасывается в
виде золы. Перед подачей ТООЧ на турбину главного газотурбинного двигателя
нагрузку снижают до среднего хода судна. Это делается во избежание чрезмерного повышения температуры газа при сгорании крошки. Турбины ГТН очищают на полном ходу.
Крошка подается специальной пневматической системой. Режим подачи выбирается экспериментально. Например, для ГТД [6] рекомендуются следующие
параметры: скорость подачи крошки – 0,15 кг/с, относительный расход, по отношению к расходу воздуха, – 0,006…0,005; окружная скорость лопаток компрессора в момент подачи крошки ~ 200 м/с, лопаток турбин ~ 290…300 м/с.
Крошка, попавшая на горячие части газового тракта на них не откладывается, т. к. при температуре 550…700 °С полностью выгорает и выдувается. В свою
очередь частицы, находящиеся в потоке могут не успеть выгореть, и будут выноситься слегка обуглившись.
Вся операция очистки выполнятся за 6…10 мин. При этом отпадает необходимость остановки двигателя и его просушки. Нежелательным последствием
такого метода очистки является возможное закупоривание уплотнений, каналов
смазки или каналов охлаждающего воздуха остатками очистителя. Поэтому известны случаи применения химического твердого очистителя, который после
выполнения своих функций, при высокой температуре испаряется [2].
2.4 Примеры очистки ГТН из инструкций по эксплуатации
2.4.1 Четырехтактные среднеоборотные двигатели «Pielstick, Мan»
2.4.1.1 Промывка компрессоров
Фирма рекомендует следующую технологию промывки ГТН (рис. 2.3).
1) Обеспечить нагрузку дизеля не менее 80 % от номинальной. 2) Открыть
клапан 4 и наполнить через патрубок 5 и гибкий шланг 6 дозирующий сосуд 2
чистой водой без каких-либо растворителей или химических добавок. Сосуд находится под давлением воздуха, подведенного гибким шлангом 1 от улитки 7. 3)
Закрыть клапан 4. 4) Нажать кнопку 3 в течение около 20 секунд. Вода в этот
период по нагнетательной трубе 9 впрыскивается во всасывающий тракт ком18
прессора перед вращающимся направляющим аппаратом. 5) Проверить эффективность промывки, контролируя давление наддува, которое должно слегка
увеличиться. 6) При отсутствии эффекта промывку повторить через 15 минут.
Рис. 2.3 Схема водопромывки ГТН четырехтактных дизелей
«Ман & Бурмейстер и Вайн»
2.4.1.2 Очистка турбины твердым агентом
Для дизелей, работающих на тяжелом топливе, наиболее высокая эффективность очистки турбины от отложений отмечается при вдувании твердых частиц.
Обычно используются: скорлупа орехов, размером не более 1,2 мм; дробленый
активированный уголь с максимальным размером частиц dmax =1,0 мм; сухие
рисовые зерна, dmax = 1,7 мм.
Размеры частиц должны быть скорректированы таким образом, чтобы исключить повреждения лопаток турбины.
Представленное на рис. 2.4 устройство для очистки турбин ГТН используется следующим образом:
1. Двигатель выводится на режим работы, при котором температура выхлопных газов перед турбиной составляет менее 500 ºС.
2. Закрыть клапан 4, открыть клапаны 2, 3, затем 1 и проверить поступление
воздуха.
3. Закрыть клапаны 1, 2 (если их оставить открытыми дальнейшие операции
станут опасными).
4. Открыв клапан 4 загрузить гранулы через воронку 5 в контейнер 6. Количество загрузки выбирается по таблице 2.1.
5. Закрыть клапан 4, открыть 1, 2. Начнется вдув частиц, который может со19
провождаться проскоком некоторых частиц в дымовую трубу и легким помпажом компрессора. Такие явления допустимы, если помпаж носит кратковременный характер. Запрещается открывать что-либо на ГТН или на газовыхлопе для
предотвращения внезапных струй газа. Необходимо контролировать выхлоп на
предмет появления языков пламени при сгорании крошки, и, в случае опасности, немедленно прекратить очистку.
6. После 3…10 минут впрыска закрыть клапаны 1, 2, 3.
Газоприемный
корпус
Выхлопные
газы
Рис. 2.4 Устройство системы очистки турбины твердым агентом для ГТН фирмы «АВВ»
Эффективность очистки зависит от размеров, состава, твердости и удельного
веса частиц.
В случае необходимости повторной промывки, ее следует проводить не ранее
чем через 15 минут. При чрезмерной передозировке очистителя возможны эрозионные повреждения деталей.
Таблица 2.1 Нормы загрузки твердого очистителя для турбин типа VTR
Тип ТК
Частота вращения, мин-1
Масса гранул, кг
VTR 304
15 000 – 18 000
VTR 354
12 000 – 15 000
VTR 454
9 500 – 12 000
VTR 564
7 500 – 9 500
VTR 714
6 000 – 7 500
≅ 0.5
≅ 0.8
≅ 1.3
≅ 1.8
≅ 2.3
Если на двигателе есть другие ГТН, или имеются несколько подводов газа к
турбине, очистка осуществляется отдельно для каждого подвода и для каждого
ГТН.
Запрещается использовать воду в данном устройстве.
20
Оборудование для очистки турбин фирмы «Ман & Бурмейстер и Вайн» отличается незначительно (рис. 2.5). Порядок операций:
1) Вывести двигатель на эксплуатационную нагрузку; 2) Закрыть крышку 5,
открыть клапаны 1, 2, 3 и продуть систему в течение минуты; 3) Закрыть клапаны 1, 2 и дренажный клапан 3; Открыть крышку 5 и насыпать гранулы в контейнер 4 в соответствии с таблицей 2.2. Использовать предпочтительно скорлупу орехов или активированный дробленый уголь с размером гранул около 1 мм
(максимум 1,5 мм), в крайнем случае, применять сухие зерна риса максимального размера 1,5 мм. Размер гранул корректируется так, чтобы предотвратить эрозионное повреждение лопаток. Запрещается использовать воду для данного
оборудования; 4) плотно закрыть крышку 5, вдуть крошку, открыв клапана 1 и
2. При этом возможен проскок частиц и легкий помпаж как в предыдущей схеме; 5) через минуту закрыть клапаны 1 и 2; 6) убедиться, что все частицы использованы, в противном случае продолжить операцию; 7) если очистка прошла
успешно, температура газов перед турбиной должна снизиться.
При наличии нескольких ТК или подводящих газопроводов их следует очищать отдельно.
Таблица 2.2 Количество очистителя для ТК типа NA
Тип ТК
NA 34
NA 40
NA 48
NA 57
NA 70
NA 83
Частота вращения, мин-1
13 000 – 17 000
12 000 – 15 000
10 000 – 13 000
8 000 – 11 000
7 000 – 9 000
6 000 – 8 000
Масса гранул, кг
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
Рисунок 2.5 Оборудование ТК типа NA для очистки турбины
21
2.4.1.3 Промывка турбины водой
Общие рекомендации фирмы «Ман & В» к технологическим процессам мокрой очистки турбин ГТН:
1. Использовать для очистки только чистую пресную воду без каких-либо
растворителей или химических препаратов.
2. Не применять водопромывку, если согласно инструкции заводаизготовителя она не предусмотрена.
3. Периодичность промывки 24 часа. Интервал может быть увеличен исходя
из конкретных условий эксплуатации по результатам контроля стабильности
параметров наддувочного агрегата (температура и давление выхлопных газов,
частота вращения ротора, давление наддува).
4. Если после промывки наблюдается вибрация ТК, промывку следует повторить. В случае невозможности устранить дисбаланс, который может привести к тяжелым последствиям, двигатель следует остановить, разобрать турбину и
произвести очистку.
5. Нагрузку двигателя снизить до 10…15 % (температура выхлопных газов
перед турбиной должна быть около 300 °С). В целях экономии времени, рекомендуется проводить промывку непосредственно после выхода в рейс, когда все
части двигателя имеют достаточно низкую температуру.
6. Промывку производить в течение 5…10 мин, однако процесс может быть
продолжен, если из дренажного крана вытекает грязная вода.
7. Настроить редукционный клапан подачи воды так, чтобы примерно половина ее выходила через дренажный клапан, а другая половина попадала в газовый тракт. Обычно это соответствует 1…3 бар.
8. В случае необходимости остановить двигатель прежде, чем прошел 1 час
после промывки, перед повторным запуском провернуть двигатель пусковым
воздухом с открытыми индикаторными клапанами. Это связано с возможным
попаданием воды или конденсата в цилиндры из выхлопной системы.
9. Во избежание ожогов промывку следует проводить в перчатках.
На рисунке 2.6 показана схема водопромывки ТК типа NA, NR (Ман & B). Количество и устройство труб выхлопной системы зависит от типа двигателя, что
не влияет на состав принципиальной схемы
водопромывки ТК. Каждый подводящий газ
трубопровод оборудуется отдельным трехходовым краном D.
Последовательность операций промывки:
1. прочесть инструкцию по промывке, которая обязательно должна быть на двигателе;
2. уменьшить нагрузку ДВС до 10…15 %;
3. в связи с инерционностью тепловых
Рис. 2.6 схема водопропроцессов ждать около 15 мин;
мывки ТК типа NA, NR
4. проверить исправность трехходового
22
крана D, установить его в положение «контроль». Если выхлопные газы не будут из него выходить, это означает закупоривание трубки подвода к газоходу.
Ее следует прочистить отрезком проволоки, диаметром 2,5 мм. Затем повернуть
кран в позицию «промывка»;
5. открыть дренажный кран Е дренажной трубы 4, проверить наличие выхода
газов, в случае необходимости прочистить;
6. установить трехходовой кран С в позицию «продувка»;
7. открыть стопорный клапан А подачи воды 3, установить давление воды 2
бара по манометру на редукционном клапане В;
8. повернуть кран С в положение «промывка»;
9. промывать 10 мин;
10. закрыть клапан А;
11. повернуть кран С в позицию «продувка», затем в позицию «0»;
12. повернуть все трехходовые краны D в положение «0»;
13. закрыть дренажный кран Е;
14. дать возможность двигателю поработать на пониженной нагрузке около
10 мин для просушки турбины, затем медленно увеличить нагрузку. При появлении вибрации ГТН, которая до промывки не наблюдалась, повторить промывку, и, в случае неудачи, остановить двигатель.
2.4.2 Двухтактные малооборотные двигатели типа RTA «Зульцер»
Методы очистки МОД принципиально не отличаются от очистки СОД. Компрессоры промываются водой без добавок моющих препаратов, а турбины – либо водой, либо твердым очистителем, в зависимости от поставленного фирмой
специального оборудования.
Интервалы очисток: 25…75 часов для компрессоров; 48…500 часов для турбин при мокрой очистке и 24…48 при сухой. Интервалы могут быть скорректированы в процессе эксплуатации в зависимости от состояния проточной части
ГТН.
Промывка компрессоров и сухая очистка турбин производятся на полном
ходу судна, промывка турбин водой осуществляется при сниженной нагрузке
двигателя настолько, чтобы температура выхлопных газов была не выше 430 °С,
а давление наддува не менее 0,3 бар.
2.4.2.1 Мокрая очистка турбины
Фирма «Зульцер» рекомендует схему промывки (рис. 2.7) при давлении наддува 0,4 бара, которое обеспечивается с помощью вспомогательной электровоздуходувки. Регулярные промывки производить вначале через 100…200 часов
работы ГТН с последующей корректировкой. Остальные параметры промывки
указаны в таблице 2.2.
23
Таблица 2.2 Параметры промывки турбин ГТН МОД
Тип ГТН
VTR 454 D/E
VTR 564 D/E
VTR 714D/E
(А)
Температура газов [°C]
350-400
350-400
350-400
Расход воды
[л/мин.]
35-45
60-70
85-104
Давление за клапаном 5 [bar]
1.5-2.0
1.8-2.5
1.7-2.3
(Б)
Указатели позиций
Рис. 2.7 Система водопромывки турбины ГТН (А) дизеля типа RTA
и схема позиций шарового клапана (Б)
Предупреждения:
1) слишком частая промывка турбины приводит к ненужным дополнительным нагрузкам на элементы турбины;
2) если на двигателе смонтирована антитоксичная система SCR (Селективный каталитический нейтрализатор), подача аммиака или мочевины должна
быть прекращена перед промывкой, после окончания которой, и только при
достижении необходимой температуры выхлопных газов, система может быть
запущена вновь;
24
3) давление промывочной воды должно быть выбрано с учетом возможности подать необходимое количество воды, за определенный промежуток времени промывки.
Проведение промывки:
1. открыть дренаж корпуса турбины, повернув рукоятку 10 шарового клапана 9
на дренажной трубе 11 газовыхлопного корпуса ГТН в позицию WW (см.
рис. 2.7 А). Трубопровод продувочного воздуха 12 одновременно перекрывается. Обратить внимание на соответствие положения рисок (Б). Если выхлопные газы не выходят из трубы 11 дренаж необходимо прочистить;
2. уменьшить мощность дизеля, пока давление продувочного воздуха не достигнет требуемого значения, дать возможность дизелю поработать на данной нагрузке не менее 10 мин;
3. открыть клапан 1 и проверить поступление воды к клапану 2, который необходимо оставить в закрытом положении;
4. подключить гибкую вставку 3 с помощью соединений 4 и открыть клапан 2;
5. повернуть маховик 8 клапана впрыска воды 7 примерно на 4 оборота. Медленно открыть шаровой клапан 5 для впрыска воды на 5…10 минут; через
2…3 мин из дренажа может, но не обязательно, появиться вода;
6. отметить понижение температуры уходящих газов в процессе промывки
примерно на 100 °С (это свидетельствует об оптимальном количестве подводимой воды), в случае непредвиденных обстоятельств (для обеспечения
безопасности судна) нагрузка дизеля может быть быстро увеличена, но при
этом поступление воды на промывку должно быть немедленно прекращено
закрытием клапана 5;
7. после окончания промывки последовательно закрыть клапаны 7, 5, 2, снять
гибкую вставку 3;
8. если вода не поступает из трубы 11 и дренажного клапана 9 повернуть рукоятку в положение ВS, обратив внимание на положение указательных рисок;
в таком положении дренажный трубопровод сообщается с улиткой компрессора трубой 12, благодаря чему магистраль предохраняется от закоксовывания;
9. ни в коем случае не следует останавливать двигатель сразу после окончания
промывки. Он должен проработать на пониженной нагрузке (примерно 25
%) в течение 15 минут с целью осушения газовыхлопа;
10. если троекратные попытки промыть турбину не увенчались успехом, ГТН
должен быть подвергнуть разборной очистке в соответствии с инструкцией.
2.4.2.2 Сухая очистка турбин
Сухая очистка производится с помощью вдувания сжатым воздухом гранулированного вещества. Очистка имеет чисто механический эффект при взаимодействии гранул с лопаточными аппаратами. Так, как ограниченное количество
очистителя, которое можно ввести без опасений, не позволяет устранить до25
вольно толстые отложения, этот метод должен применяться с небольшим интервалом работы ГТН (24…48 часов).
Наилучший эффект дает очистка при температуре перед турбиной свыше
500 °С. Следовательно, ГД должен работать на максимально возможной мощности с давлением продувочного воздуха не менее 0,5 бар. Количество подаваемой крошки зависит от размеров ТК и составляет от 1,8 кг для VTR-454 D/E до
2,6 кг для VTR-714 D/E.
Максимальный размер частиц твердого агента, под названием
«LIGNOBLAST», представляющего смесь дробленой скорлупы оливковых и абрикосовых косточек: – 1,0…1,7 мм; плотность – 800…1350 кг/м3.
Процесс очистки производится в
следующем порядке:
1. Проверяется правильность исходного положения запорной арматуры (рис.
2.8). Клапан подачи крошки в турбину 9 –
закрыт
с
помощью
управляющей
рукоятки 8; клапан вентиляции EL 6 –
открыт. Перед закрытым кла-паном 6
должно
быть
давление
(DL)
от
магистрали сжатого воздуха 5. Емкость 1
закрыто
пуста и закрыта крышкой 2.
2. Закрыть клапан 6, открыть клапаны
4, 9, продуть магистраль в течение 2
минут, затем клапаны 4, 9 закрыть.
Осторожно открыть клапан 6 для
вентиляции контейнера 1.
3. Открыть крышку контейнера 2,
засыпать в него необходимое количество
очистителя через воронку 3,
Рис. 2.8 Схема очистки ГТН
закрыть крышку.
4. Открытием клапанов 4, 9 подать крошку во входной патрубок турбины
сжатым воздухом DL через трубу 10 в течение примерно двух минут.
5. Закрыть клапаны 9 и 4, осторожно открыть клапан 6. Предохранительный
клапан 7 служит для предотвращения чрезмерного повышения давления в системе очистки.
В процессе очистки крошка полностью сгорает и удаляется вместе с грязью
выхлопными газами. Однако некоторые очень крупные частицы могут вылетать
из дымовой трубы в обугленном виде.
26
ВОПРОСЫ
1. Какие факторы оказывают влияние на загрязнение воздушного фильтра и
проточной части компрессора?
2. Как будут изменяться обороты ТК при уменьшении расхода воздуха через
дизель, если сохранять частоту вращения и крутящий момент на гребном валу,
увеличивая цикловую подачу топлива?
3. Типы отложений в проточной части турбины и условия, при которых они
образуются?
4. Как влияют на состав отложений сорт топлива и режим работы дизеля?
5. Через какой период времени происходит стабилизация толщины слоя отложений на лопатках турбины?
6. Для каких способов наддува (СТК или ПТК) изменение нагрузки дизеля
оказывает большее влияние на отношение скоростей u/cф при загрязнении турбины?
7. Какие факторы оказывают первостепенное влияние на снижение КПД
турбины при образовании отложений в проточной части?
8. От чего зависит минимальный размер частиц, которые могут осаждаться
на элементах воздушного фильтра?
9. Какая часть аэрозолей фактически может быть задержана воздушным
фильтром?
10. В каких элементах компрессора наблюдается наибольшая толщина отложений и почему?
11. Какие факторы вызывают снижение КПД компрессора?
12. В какую сторону сдвигается линия рабочих режимов компрессора при загрязнении проточной части при СТК?
13. Как и почему изменяется режим течения воздуха в БЛД при загрязнении
лопаток?
14. Каковы ориентировочные численные величины зависимостей ge, Тг, πк от
КПД компрессора при его загрязнении?
15. Методы очистки фильтров-глушителей в судовых условиях?
16. Режимы работы ДВС, на которых производится безразборная очистка
турбины и компрессора?
17. Ориентировочные периоды между промывками ГТН?
18. По каким признакам контролируется окончание промывки турбины?
19. Какие моющие средства применяются для промывки компрессоров?
20. Состав твердого очистителя (ТООЧ), технология его использования?
21. Недостатки ТООЧ?
22. Изобразить схему и описать технологию промывки компрессоров типа
VTR.
23. Указать промежуток времени, через который производится повторная
очистка турбины и компрессора и в каких случаях она производится.
27
24. Допускается ли добавка в промывочную воду компрессоров фирмы
«АВВ» растворители или химические добавки?
25. В каких случаях следует немедленно прекратить производство очитки
турбины твердым агентом?
26. Почему нельзя открывать дренажи или другие отверстия на газовыхлопном тракте при использовании ТООЧ?
27. Можно ли использовать оборудование очистки твердым очистителем для
водопромывки?
28. Каков период впрыска воды для промывки компрессоров и твердого очистителя для турбин фирм «АВВ», «МАН»?
29. По каким факторам убеждаются в достаточной эффективности очистки
турбины?
30. Через какой период времени можно останавливать ДВС после мокрой
очистки?
28
ЛИТЕРАТУРА
1. Башуров Б.П., Шарик В.В. Функциональная надежность турбокомпрессоров систем наддува судовых дизелей // Двигателестроение. – 2005. -№ 2 – с. 23
– 29.
2. Межерицкий А.Д. Турбокомпрессоры систем наддува судовых дизелей.
Л.: Судостроение, 1986. 248 с.
3. Обозов А.А. Номографический метод оценки эффективности функционирования турбокомпрессоров судовых дизелей // Двигателестроение. – 2007. - №
2 –с. 37 – 41.
4. ПТЭ судовых технических средств и конструкций. РД 31.23.30-97, С.-П.,
ЗАО ЦНИИМФ, 1997.
5. Рогалев Б.М., Смолин Ю.И. Эксплуатация и ремонт газотурбонагнетателей судовых дизелей. М.: Транспорт, 1975. 192 с.
6. Розенберг Г.Ш. и др. Техническая эксплуатация судовых газотурбинных
установок. М.: Транспорт, 1986. 222 с.
7. Семенюк А.В., Семенюк Л.А. Влияние внешних условий и эксплуатационных факторов на работу турбопоршневой машины. Владивосток: МГУ им.
адм. Г.И. Невельского, 2005. – 43 с.
8. Техническая документация СДВС судов ДВ бассейна.
29
СОДЕРЖАНИЕ
1 ОБРАЗОВАНИЕ ОТЛОЖЕНИЙ В ЭЛЕМЕНТАХ ГТН....................................... 3
1.1 Занос проточной части турбины ...................................................................... 3
1.2 Влияние отложений на КПД турбины ............................................................. 5
1.3 Влияние загрязнения воздушного фильтра на работу дизеля....................... 7
1.4 Занос проточной части компрессора ............................................................... 9
2 ОЧИСТКА ГТН В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ.......................................... 12
2.1 Очистка фильтров ............................................................................................ 12
2.2 Безразборная промывка ГТН .......................................................................... 13
2.3 Очистка проточных частей ГТН твердым агентом ...................................... 17
2.4 Примеры очистки ГТН из инструкций по эксплуатации............................. 18
ВОПРОСЫ .................................................................................................................. 27
ЛИТЕРАТУРА............................................................................................................ 29
30