МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Филиал Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Государственный морской университет имени адмирала Ф.Ф. Ушакова» в г. Севастополь Контрольная работа №1 Дисциплина «Основы теории надежности и диагностики» Тема: «Анализ результатов индицирования» Выполнил: Курсант группы ЭСЭУ-53 Хлам А.И. Проверил: Старший преподаватель Хухарев А.К. Севастополь 2021 СОДЕРЖАНИЕ Введение…………………………………………………………………………...3 Анализ результатов ндицирования.……………………………………………...4 Характерные отклонения на индикаторной диаграмме и возможные неисправности..…………………………………………………………………....6 Вывод……………………………..………………………………………………13 Список использованных сточников…………………………………………….14 2 Введение Процессы, происходящие в цилиндрах поршневого двигателя, помимо круговой диаграммы, могут быть изображены в виде индикаторной диаграммы. Индикаторная диаграмма — это графическое отображение изменения давления газа в цилиндре поршневого двигателя в зависимости от перемещения поршня или утла поворота кривошипа. Если индикатор вычерчивает кривую линию, которая показывает, как изменяется давление в цилиндре в зависимости от угла поворота кривошипа, то такая диаграмма называется развернутой. Положение любой точки на кривой этой диаграммы определяет величину давления в цилиндре при соответствующем угле поворота вала. 3 Анализ результатов индицирования Для анализа состояния рабочего процесса двигателя измерения рекомендуется проводить на режиме полной нагрузки (режим полного хода). В комплекс параметров, подлежащих оценке, входят: • Средние индикаторные давления Рi, в каждом цилиндре, позволяющие оценить нагрузку цилиндров и развиваемую в них мощность. Для обеспечения равномерности распределения мощности между цилиндрами, определяется отклонение Pi от средней величины. Для всех цилиндров оно не должно выходить за пределы ±2,5% (ПТЭ), для современных малооборотных двигателей не выше 0,05 МПа. Величина Pi в основном зависит от количества поступающего в цилиндр и сгорающего в нем топлива. Величина подачи определяется положением рейки ТНВД (индексом ТНВД). Для увеличения при малом Pi рейку следует переставить в сторону большей подачи. Для снижения Рi, уменьшите подачу топлива. Если индекс ТНВД рассматриваемого цилиндра показывает большую подачу, a Pi низкое, то причиной может быть плохое распыливание топлива (неудовлетворительная работа форсунки), подтверждение этому - высокая температура выпускных газов. Вторая причина - пропуски в ТНВД (износ плунжерной пары, потеря плотности всасывающего клапана - необходима переборка ТНВД, если индекс приходится увеличивать на 10%. Третья причина - плохое качество топлива, низкая теплота сгорания. При отсутствии индикаторного привода Pi можно получить с помощью электронного индикатора, либо оценку нагрузки цилиндров осуществлять по температуре выпускных газов и индексу ТНВД. • Давление наддува Рs должно соответствовать рекомендациям фирмы. Низкое значение Ps свидетельствует о загрязнении проточной части ГТК, увеличении сопротивления за ним (обороты ГТК снижаются), и загрязнении воздухоохладителя (перепад давления в нем увеличивается). • Давление сжатия Рс не должно выходить за пределы ±2,5% от среднего. Пониженные значения свидетельствуют о падении давления наддува, потере плотности клапанов и износе ЦПГ. • Максимальное давление сгорания Pz характеризует экономичность протекания рабочего процесса и уровень механической напряженности. Оно никогда не должно выходить за рекомендованные фирмой пределы. Отклонение от среднего должно укладываться в ±3,5% (в современных малооборотных двигателях ±0,3 МПа)/. • Температура выпускных газов tBr является важным параметром, так как она характеризует наличие необходимого избытка воздуха в цилиндрах (работу системы воздухоснабжения наддува), качество распыливания и сгорания топлива и, при прочих равных условиях, косвенно указывает на нагрузку цилиндра (количество сжигаемого топлива - величина подачи). При недостатке воздуха - низком давлении наддува, высокой температуре надувочного воздуха, температура выпускных газов повышается. Потеря 4 плотности выпускных клапанов также приводит к росту температуры. При всех условиях она не должна выходить за рекомендованные фирмой пределы, допускаемые ПТЭ отклонения от средней величины ±5%. Важность контроля за температурой выпускных газов диктуется также тем, что она косвенно характеризует уровень теплонапряженного состояния двигателя. Для контроля за теплонапряженностью ряд исследователей рекомендовали устанавливать в головки поршней, днища крышек цилиндров и во втулки цилиндров термопары. Однако сложность токосъема и существенное усложнение конструкции может быть оправдано лишь в исследовательских целях и совершенно неприемлемо в эксплуатации. 5 Характерные отклонения на индикаторной диаграмме и возможные неисправности Ниже будут представлены примеры как свернутой индикаторной диаграммы (рис. 1.1.), так и развернутой (рис 1.2.) Рис.1.1. Свернутая индикаторная диаграмма 2-х тактного ДВС Рис. 1.2. Развернутая индикаторная диаграмма 2-х тактного ДВС 6 Задержка воспламенения топлива Если топливо подается при оптимальной температуре и распылитель работает нормально, время между впрыском топлива и его воспламенением (задержка воспламенения) практически постоянно. Следовательно, нарушения момента воспламенения означают соответствующие нарушения процесса впрыска. Это может влиять на форму диаграммы мощности, однако наиболее ясно проявляется на развернутой диаграмме. Раннее воспламенение Это нарушение может вызвать ненормально высокий пик давления вблизи ВМТ. Возникающие ударные нагрузки передаются на детали главного движения и подшипники, что вызывает появление стука в двигателе («жесткая» работа). Несмотря на повышение термического КПД и снижение температуры выхлопа, это явление вредное, т.к. повышенные ударные нагрузки и вибрация могут привести к поломке двигателя. Причинами раннего воспламенения могут быть неправильная регулировка топливного насоса ВД, поломка или неправильная установка запирающей иглы или пружины форсунки, несоответствующее качество топлива или перегрев деталей камеры сгорания. 7 Позднее воспламенение Характерное для этого нарушения изменение формы диаграммы показано на рисунке ниже. Это снижение и смещение значительно позже ВМТ пика давления в цилиндре. Результатом является потеря мощности, так как сгорание топлива происходит не в самой выгодной фазе для совершения работы при движении поршня вниз. Это приводит к потерям производимой энергии, высокой температуре и дымности выхлопа. Причиной позднего воспламенения может быть избыточная жесткость пружины форсунки, плохое распыление топлива, высокая вязкость или низкое качество топлива, неплотности или неправильная регулировка топливного насоса, низкая компрессия, недостаточная подача продувочного воздуха или переохлаждение деталей камеры сгорания. Послесгорание Это означает медленное или позднее сгорание топлива во время такта расширения, что приводит к повышению давления в конечной фазе такта по сравнению с нормой. Вследствие этого повышаются температура и давление выхлопа, в выхлопных газах присутствуют пламя, частицы несгоревшего топлива и сажи. В результате происходит повышенный износ выпускных клапанов, загрязнение выхлопного коллектора и системы газотурбонаддува, возникает риск возгорания в нагнетателе. Повышение температуры цилиндра может вызвать нарушения в работе системы смазки и, как следствие, поломки поршневых колец и задиры зеркала цилиндра. Возможно также выгорание головки поршня. Подтекание форсунок Обнаруживается по потере мощности исследуемого цилиндра, дымному выхлопу и высокой температуре выхлопных газов. Возможны также скачки 8 давления или гидравлические удары в системе топливоподачи. Индикаторная диаграмма, снятая с такого цилиндра, покажет флуктуации давления в процессе расширения, вызванные вторичным воспламенением топлива, подтекающего из неплотной форсунки. Повышенные давления в конце линии расширения указывают также на наличие послесгорания. Потери мощности могут быть вызваны нарушением процесса сгорания, вызванным волной давления от топливного насоса, которая стремится заполнить пустоту, образованную в результате утечек из форсунки. Это может вызвать также удары в системе. Горячие газы из цилиндра могут проникать сквозь неплотности в полость форсунки, вызывая отложение нагара в камере и засорение распылителя. Нагар может откладываться также на наружной поверхности распылителя вследствие сгорания просочившихся капель или пленки топлива. При обнаружении указанных дефектов форсунка должна быть демонтирована и проверена. Чтобы избежать появления утечек в форсунках, необходим тщательный уход за топливными насосами и форсунками и смена форсунок в строгом соответствии с регламентом технического обслуживания. Топливо должно быть очищено и профильтровано, а также подаваться к распылителям при определенной температуре. Необходимо также поддерживать правильное значение температуры форсунок, не допуская как их перегрева, так и переохлаждения. Засорение форсунок Засорение форсунок может быть вызвано отложением загрязнений, содержащихся в топливе, в тонких каналах и отверстиях распылителя, а также образованием нагара во внутренних полостях при проникновении туда горячих газов из цилиндра через неплотности форсунки. Перегрев соплового наконечника также может вызвать отложение нагара как на внутренних, так и 9 на наружных поверхностях распылителя. Это приводит, прежде всего, к потере мощности двигателя. Засорение трубок, соединяющих топливные насосы и форсунки, может привести даже к разрыву трубок со значительными утечками топлива и возможным серьезным авариям при его воспламенении на горячих поверхностях (например выхлопного коллектора). Обнаружить признаки засорения можно по конфигурации индикаторной диаграммы, а также по снижению температуры выхлопных газов. Мерами устранения таких неполадок являются замена форсунок, очистка системы топливоподачи, внедрение эффективной системы очистки топлива (использование фильтров и центрифуг), а также поддержание в допустимых пределах температуры форсунок. Низкая компрессия Обнаруживается по заниженным давлениям на диаграмме сжатия. Она может быть также одной из наиболее частых причин неполного сгорания. Низкие давления конца сжатия могут иметь место из-за недостатка продувочного воздуха (неисправность нагнетателя, засорение продувочных окон или впускных клапанов и т.д.), или протечки воздуха мимо поршня в течение такта сжатия, которая может происходить из-за чрезмерного износа или поломки поршневых колец, износа втулки цилиндра, и т.д. Прорыв газов в картер обычно обнаруживается в такте расширения. 10 Прорыв газов Прорыв газов – очень серьезная неисправность, когда продукты сгорания с высокой температурой перетекают мимо поршня между поршневыми кольцами и втулкой цилиндра. Это приводит к перегреву всех деталей поршневой группы, выгоранию смазки, и вызывает далее повреждения поверхности зеркала цилиндра с возможным заклиниванием поршня. В двухтактных двигателях продукты сгорания прорываются из цилиндра в подпоршневую полость, вызывая ее загрязнение, перегрев и даже появление пламени в продувочном коллекторе. В четырехтактных двигателях с тронковым поршнем горячие газы могут попасть в картер с серьезным риском взрыва в картере. Это может быть вызвано чрезмерным износом втулки цилиндра, недостаточной смазкой цилиндра; изношенными, сломанными, пригоревшими или плохо установленными поршневыми кольцами; износом или загрязнением канавок поршня, вызывающими перекос или заклинивание колец; заполнение канавок нагаром, ограничивающим свободное перемещение колец. Все эти явления усиливаются, если двигатель перегружен. При обнаружении этой неисправности следует измерить износ цилиндровой втулки и при необходимости заменить ее; провести ревизию поршня, зачистить кольцевые канавки и измерить их; при необходимости проточить канавки и установить новые кольца с правильными зазорами. Необходимо строго соблюдать регламент технического обслуживания системы смазки цилиндра и избегать перегрузок. Неполное закрытие выпускного клапана Неполное закрытие выпускного клапана на малых оборотах двигателя может быть обнаружено на индикаторной диаграмме, снятой индикатором со 11 слабой пружиной. При этом диаграмма не дает точного значения фаз газораспределения, однако при сравнении с нормальной диаграммой можно определить, является ли открытие клапана ранним или поздним (см. рис. ниже). Раннее открытие выпускного клапана вызывает потерю мощности, так как давление в конце такта расширения резко падает, сокращая продолжительность рабочего хода. Это создает высокую температуру выхлопа с риском перегрева и загрязнения выхлопного коллектора. Позднее открытие уменьшает эффективность продувки, сокращая период свободного выпуска. Это также влияет на режим работы газотурбонагнетателя. Дросселирование выхлопа При открытии выпускного клапана давление в цилиндре с загрязненными каналами выхлопа не падает достаточно быстро, что вызывает нарушения в нормальной работе системы продувки и ухудшает заполнение цилиндра свежим зарядом воздуха. В результате возникают потеря мощности, высокая температура выхлопа, дымление и возможные вибрации в турбонагнетателе. Причинами этого могут быть загрязнения выхлопа вследствие неэффективного сгорания или избыточной смазки цилиндра. 12 Вывод В ходе работы, мы научились проводить анализ результатов индицирования двигателя, рассмотрели основные неисправности и примеры графического их отображения на индикаторной диаграмме. Также изучили основные параметры, определяемые при индицировании и факторы, влияющие на их изменение. 13 Список использованных источников 1. Возницкий И.В., Пунда А.С. Судовые двигатели внутреннего сгорания. Том 1 2. Возницкий И.В., Пунда А.С. Судовые двигатели внутреннего сгорания. Том 2 14
