Рисунок 2.- Изменение нагрузки вспомогательных двигателей на промысле в течении суток.

На промысле мощность вспомогательных дизелей используется на 30-70% номинальной, такая низкая степень загрузки обусловлена применением валогенераторов для обеспечения электроэнергией судовых потребителей.

1.3.Конструктивные особенности дизеля 8ЧН20/26.

1.3.1.Поршневая группа

Поршневая группа двигателя  состоит из составного поршня, поршневых колец (уплотнительных, маслосъёмных), поршневого пальца.

Условия работы поршня тяжёлые, так как он подвергается воздействию как механических нагрузок от давления газов и сил инерции, так и термических нагрузок в следствие необходимости отвода теплоты от головки поршня в охлаждающую среду.

Основные требования предъявляемые к конструкции поршня:

-надежное уплотнения цилиндра от пропуска газов

-эффективный отвод теплоты от головки поршня

-высокая износостойкость направляющей поверхности поршня и поршневых колец

-выбор надлежащих материалов для головки и направляющей гарантирующих надёжную и длительную работу поршня

-обеспечение надёжной смазки направляющей ,поршневых колец и пальца

-максимально возможный срок службы до первой переборки поршневой группы [3]

Днище поршня подвергается высоким механическим и тепловым нагрузкам Температура нагрева днища поршня из жаропрочной стали достигает 500°С, во избежание чрезмерных термических напряжений днище поршня охлаждается маслом. [3]

Рисунок 3  Поршень

1-тронк; 2-уплотнительное кольцо; 3-головка; 4-штифт; 5-болт; 6-первое компрессионное кольцо; 7-резьбовая вставка; 8-второе и третье компрессионные кольца; 9-маслосъёмное кольцо; 10-крышка; 11-поршневой палец;   12-шпилька.

Поршень двигателя 8ЧН20/26 является составным. Тронк изготовлен из высококачественного износостойкого алюминиево-кремниевого сплава, с головкой из жаропрочной стали.

Он оборудован тремя компрессионными кольцами и двумя маслосъёмными кольцами. На юбку поршня навинчена его головка из стали. Первое компрессионное кольцо является хромированным. Маслосъёмное кольцо имеет с две фаски, его рабочая поверхность хромирована.

Поршневой палец сделан пустотелым и зафиксирован от осевого смещения крышками. Охлаждающее масло поступает из втулки верхней головки шатуна через поршневой палец в головку поршня. Пройдя через поршень охлаждающее масло стекает в картер. [3]

1.3.2.Коленчатый вал

Коленчатый вал–одна из наиболее ответственных напряжённых и трудоёмких в изготовлении деталей. Вал воспринимает периодические нагрузки от давления газов а также сил инерции поступательно-движущихся и вращающихся масс, вызывающих значительные знакопеременные скручивающие и изгибающие моменты

 Периодически изменяющийся крутящий момент при определённых условиях может вызвать крутильные и продольные колебания вала которые приводят к возникновению дополнительных напряжений Указанные силы кроме того вызывают трение и износ шеек вала и подшипников а также усталостные явления в местах наибольшей концентрации напряжений вала

Основные требования предъявляемые к конструкции коленчатого вала:

-надёжность работы коленчатого вала в различных эксплуатационных условиях

-прочность ,жёсткость и износостойкость

-высокая точность изготовления, а также обеспечение требуемой твёрдости и чистоты обработки шеек

-динамическая уравновешенность, отсутствие вибрации и зон опасных крутильных колебаний на рабочей частоте вращения двигателя

Коленчатый вал состоит из следующих отдельных элементов: колен, коренных и шатунных шеек, щёк и соединительных фланцев 

 В двигателе 8ЧН20/26 Коленчатый вал откован цельным из легированной стали и улучшен термически до большой прочности. Он смонтирован в подшипниках фундаментной рамы

 В зависимости от условий использования двигателя к каждой щеке коленчатого вала привинчен противовес. Передача смазочного масло из рамовых подшипников в шатунные осуществляется по отверстиям в щеках колен и в шейках вала.

 Для возможности отбора мощности к двигателю прикован фланец, который, кроме того, несёт на себе шестерню для привода системы газораспределения.

Между последним коленом вала и приводной шестернёй насоса к коленчатому валу прикован фланец, который служит для прикрепления демпфера колебаний.

 Коленчатый вал должен осматриваться каждые 10000 часов.  Такой контроль необходим для учёта всех влияний на подшипники коленчатого вала, при работе дизеля допускается наличие небольших рисок или заеданий на рамовых или мотылёвых шейках, но рельефные участки необходимо удалить.

 Также необходим контроль болтов, служащих для крепления противовесов на наличие трещин. Для мотылёвых и коренных шеек допуск на овальность составляет 0,015 мм, допуск на цилиндричность 0,01 мм При замене коленчатого вала двигатель должен пройти обкатку .

Рисунок 4  Коленчатый вал

1-мотылёвая шейка; 2-шестерня привода насосов; 3-штифт;

4-противовес; 5-штифт; 6-шестерня привода распределительного

вала; 7-шпонка; 8-заглушка; 9-щека; 10-отверстие; 11-рамовая шейка.

Рамовые подшипники выполнены одинаковыми для всех опорных точек. Они состоят из двух безбуртиковых тонкостенных полувкладышей готовых к монтажу и взимозаменяемых.

 Верхний полувкладыш фиксируется выступом входящим в масляную канавку крышки подшипника Верхний полувкладыш снабжён по всей окружности смазочной канавкой Последняя сообщается отверстиями с масляной канавкой крышки подшипника.

 Направляющий подшипник располагается между 1-ым и 2-ым цилиндрами.

 В соответствующие выточки по обеим сторонам подшипниковой постели рамы закладывают упорные кольца из свинцовистой бронзы. Привинченные к крышкам подшипников шайбы препятствуют вращению упорных колец совместно с валом. Направляющий подшипник смазывается маслом вытекающим из рамовых подшипников.

 На рабочих поверхностях подшипниковых вкладышей в процессе работы могут появиться риски, запрессовки, эрозия и иные механические повреждения. Такие явления в общем имеют ограниченное действие по времени и месту. Если подшипниковый вкладыш выдержал такие явления не показывая при демонтаже серьёзных повреждений, то имеется гарантия в надёжности дальнейшей работы.

 Также необходимо осуществлять контроль зазоров в подшипниках его осуществляют тогда когда давление масла за фильтром станет меньше 0,34 МПа. Зазор в направляющем подшипнике должен контролироваться через каждые 5000 ч работы.[3]

Таблица3 Зазоры направляющего подшипника.

Указываемые зазоры действительны для замеров на холодном двигателе. Предельные зазоры следует рассматривать следует рассматривать как ориентировочные величины.

В направляющем подшипнике необходимо контролировать осевой зазор. В случае превышения предельного зазора закладываются новые упорные кольца[3]

1.3.3.Шатун

Шатунный механизм служит для передачи действующего на поршень усилия от давления газов на шейку кривошипа коленчатого вала

Шатун тронковых двигателей состоит из: стержня, поршневой и кривошипной головок, вкладышей головок и шатунных болтов.

Условия  работы  шатунной  группы: нижняя  часть  верхней  головки  и  верхняя  часть  нижней  головки  шатуна  подвергаются  сжатию  движущей  силой,  а  стержень – сжатию  и  продольному  изгибу

Шатун откован в штампе из целой заготовки. Разъем между стержнем и крышкой шатуна выполнен косым под углом 45°. Обе  части  соединяются  друг с другом жестко при помощи четырех шатунных болтов с упругим стержнем. Такая конструкция шатуна позволяет осуществить выем шатуна через цилиндр, но непозволяет осуществлять реверс двигателя. [3]

Верхняя головка шатуна неразъёмная, головным подшипником служит запрессованная бронзовая втулка. В ней имеется канавка с тремя отверстиями для подвода масла к головному подшипнику и поршневому пальцу.

Мотылёвый подшипник состоит из двух безбуртиковых, тонкостенных полувкладышей, находящихся в готовом к монтажу состоянии и заменяемых каждый в отдельности. Оба полувкладыша фиксируются выступами, входящими в масляную канавку подшипникового корпуса шатуна. Вкладыши залиты слоем бронзы толщиной 0,6-1,2 мм, слоем баббита толщиной 0,3-0,6 мм, поверх гальванически наносится слой никеля.

Новые полувкладыши покрываются слоем олова для защиты от коррозии.

Смазочное масло в шатунный подшипник подаётся по отверстиям в коленчатом валу. Через соответственно высверленные отверстия масло поступает во втулку под поршневой палец.[3]

1.3.4.Фундаментная рама

Фундаментная рама является основанием остова двигателя и опорой рамовых  подшипников коленчатого вала. Рама представляет собой две жесткие  продольные балки, связанные между собой поперечными балками, расположенными между цилиндрами. Эти поперечные перегородки разделяют раму на семь отдельных отсеков и служат опорами для установки рамовых подшипников.

Условия  работы фундаментной  рамы  определяются  действием сил  газов, сил  инерции  деталей  движения, сил,  возникающих  при  деформации  корпуса судна  и  тепловой  деформации  остова.

Стенки фундаментной рамы по высоте выходят за пределы опорных точек. Благодаря этому повышается жёсткость фундаментной рамы и опора не деформируется усилиями, возбуждающимися в месте соединения фундаментной рамы с блоком цилиндров.

Конструкция фундаментной рамы предусматривает наличие картерных люков с крышками для доступа к кривошипно-шатунному механизму.

Рисунок .5 - Фундаментная рама

1-фундаментная рама; 2-лючок; 3-крышка рамового подшипника;

Фундаментная рама служит заодно и поддоном двигателя,  что позволяет достичь лучшей его герметичности. Поддон установлен с небольшим уклоном для стока отработанного масла в цистерну отработанного масла Для крепления рамы к фундаменту предусмотрены опорные полки. [3]

1.3.5.Блок цилиндров

        Наиболее ответственной  частью  остова  является  его  верхняя  часть – блок  цилиндров,  в  котором  установлены  цилиндровые  втулки.  Условия  работы  рубашек  цилиндров  определяются  сжимающими  усилиями  от  затяга  шпилек.

 Моменты затяга определяются по схеме приведённой в технической документации. На блок цилиндров насаживаются крышки цилиндров. Которые крепятся с помощью шпилек с следующими углами затяжки с использованием торцевых или динамометрических ключей.

Таблица 4 Углы затяжки шпилек крепления крышки цилиндра

      В блок цилиндров, укладывается распределительный вал, там так же находится камера наддувочного воздуха. Блок цилиндров представляет собой литую конструкцию, что увеличивает жёсткость всего остова, и позволяет уменьшить толщину стенок блока цилиндров.[3]

1.3.5.Втулка цилиндра

К  конструкции  цилиндровой  втулки  предъявляют  следующие  основные  требования: высокая прочность  и  жесткость,  хорошее  охлаждение  верхнего  пояса  при  возможно меньших  перепадах  температур  в стенке, наименьшая неравномерность радиальных  и  осевых  деформаций,  герметичность поверхностей, сопряженных  с  рубашкой  и  крышкой  цилиндра,  свободные  радиальные и  осевые  расширения  втулки,   материал  втулки  должен   быть  жароупорным,   износостойким  и  иметь  хорошие  антифрикционные  качества.

Условия  работы  втулки  определяются  воздействием больших  механических  и  термических  нагрузок,  трением  поршневых  колец,  вызывающим  износ  и  дополнительный  нагрев  рабочей  поверхности  (”зеркала”),  воздействием  коррозии  и  кавитационной  эрозии  на  охлаждаемую  поверхность

  Механические  нагрузки  возникают  под  действием  сил  газов,  силы  давления  поршня и  силы  затяга  крепежных  шпилек  цилиндровой  крышки.  Давление  газов  вызывает  в  стенке  втулки  напряжения  растяжения  и  сжатия.

Термические  нагрузки на втулку  обусловлены  воздействием  горячих  газов.  Высокая  температура  зеркала  в  верхнем  поясе  втулки ухудшает  условия  смазывания  и способствует  изнашиванию  втулки  и  колец,  а  перепад  температур  по  толщине  стенки  втулки  вызывает  в  ней  термические  напряжения.

Втулка цилиндра является направляющей поршня, а так же вместе с крышками цилиндров и поршнями образует камеру сгорания двигателя. На нижнем конце втулки располагаются три кольца круглого сечения из резины с целью уплотнения зарубашечного пространства. Контроль этого уплотнения осуществляется через отверстие в блоке цилиндров между верхними и нижними кольцами. Втулка цилиндра омывается непосредственно охлаждающей водой снизу вверх[3]

1.3.6.Крышка цилиндра

Во время работы дизеля крышка подвергается воздействию значительного давления газа и высокой температуры. В с этими тяжёлыми условиями работы крышка должна иметь простую и симметричную форму, податливое тонкостенное днище с жёсткой опорной частью и равномерное распределение температуры. Днище крышки следует интенсивно охлаждать водой. Стенки крышки, за исключением опорной части, должно иметь одинаковую толщину во избежание повышенных внутренних напряжений. Выходы клапанных стаканов на огневую поверхность днища требуется выполнять с большими радиусами закруглений [3]

Механические   нагрузки   возникают   под   давлением  газов  и  силы  затяга  крепежных  шпилек. Под  действием  этих сил  в  крышке  возникают  напряжения изгиба. Термические  нагрузки  обусловлены непосредственным соприкосновением  огневого днища  крышки  с  горячими  газами.  Нагрев  днища  снижает  его  прочность, а  температурный  перепад  по  толщине  вызывает термические  напряжения.

Крышка цилиндра сделана с плоским днищем. Она располагается на втулке цилиндра. Уплотнение между деталями осуществляется прокладкой из мягкого железа. В целях достижения направленного перемещения воздуха в камере, сгорания впускные клапана имеют собственные каналы, которые не подвергаются взаимному аэродинамическому влиянию. Они тангенциально направлены относительно стенки втулки цилиндра. На крышке цилиндра находится привод клапанов, заключённый в маслонепроницаемый кожух. Предохранительный клапан и индикаторный клапан закреплены на крышке цилиндра вне кожуха  [3]

Рисунок. 6- Крышка цилиндра

1-крышка цилиндра; 2-скоба; 3-индикаторный клапан; 4-шпилька крепления кожуха; 5-штуцер; 6-крышка; 7-уплотнительное кольцо

В центре крышки расположена форсунка, которая  прижимается плотно к седлу в крышке цилиндра при помощи зажима. Для уплотнения  торцевых  поверхностей между форсункой и крышкой ставится резиновая прокладка.

 В крышке цилиндра имеются газовые каналы, через которые с помощью впускных и выпускных клапанов цилиндр дизеля сообщается с ресивером наддувочного воздуха и  выпускным коллектором.

1.4.Характерные отказы в процессе эксплуатации дизеля 8ЧН20/26

1.4.1.Фундаментная рама и коленчатый вал

Наиболее часто повторяются следующие отказы:

-появление слабины в соединении блока цилиндров с фундаментной рамой;

-ослабление, вытяжка, образование наклёпа и обрыв болтов крепления фундаментной рамы двигателя к судовому фундаменту;

-появление трещин и обрыв в районе опорных листов фундамента;

1.4.2.Газотурбонагнетатель

По истечении 2000-3000 ч. работы двигателя происходит загрязнение проточной части компрессора воздухом всасываемым из МКО. Наиболее сильно загрязняются лопатки диффузора. При этом значительно падает давление наддува и производительность компрессора.

Использование промывочного устройства не дало удовлетворительных результатов. Оно эффективно только для промывки рабочего колеса компрессора.

1.4.3.Клапаны газораспределения

 Зависание выпускных клапанов происходит из-за чрезмерного износа направляющих втулок и отложений на штоках твёрдых лаконагароотложений.

После наработки двигателем 4000-6000 ч. В проточных каналах впускных клапанов и на штоках наблюдается сильное нагарообразование. Нагар рыхлый, маслянного происхождения. В отдельных случаях нагарообразование на штоках и в каналах уменьшает проходное сечение на 50%.

1.4.5.Крышка цилиндра

 В настоящее время предприятие SKL поставляет двигатели, у которых уплотнением газового стыка между втулкой и крышкой цилиндра служит прокладка из мягкой стали.

При применении таких прокладок изменяется момент затяжки шпилек крепления крышки (по сравнению с моментом затяжки при использовании красномедных прокладок), что необходимо учитывать в эксплуатации.

1.4.6.ТНВД и форсунка

У ТНВД наиболее часто повторяются следующие отказы:

-заклинивание плунжерных пар;

-потеря плотности плунжерных пар;

-потеря плотности нагнетательного клапана.

Наиболее частые отказы форсунок:

-зависание иглы в корпусе;

-снижение качества распыла.

Основной причиной перечисленных отказов является коррозия поверхностей прецизионных деталей в результате некачественной топливоподготовки.

Опыт эксплуатации показал, что если топливоподготовке уделяется серьёзное внимание,

(отстой, и сепарирование), случаи повреждения топливной аппаратуры весьма редки.[4, с 119]

1.5 Показатели надёжности двигателя.

1.5.1. Наработка на отказ, ч:

где t – наработка дизеля за период наблюдения (год эксплуатации);

        n_i- число отказов  i^го  вида конкретной детали, узла или системы двигателя за период наблюдения.

1.5.2. Коэффициент готовности:

где t_i - суммарное время восстановления работоспособного состояния судна после отказа i^го вида за период наблюдения, ч.

1.5.3 Удельная трудоемкость восстановления R_о, чел.-ч/тыс.ч.:

 где R_i –суммарная трудоемкость восстановления работоспособного состояния дизеля после отказов i^го вида за период наблюдения, чел.-ч.[1, с12]

Таблица 5 Показатели надежности дизеля 8ЧН20/26

1.6.Выводы

Для оценки уровня безотказной работы двигателя можно ориентироваться на следующие величины:

- при высоком уровне надежности t₀>750ч и k_г>0,997;

- при низком уровне надежности t₀<150ч и k_г<0,99.

Согласно данным из таблицы 5 и опыту эксплуатации данного двигателя можно сделать вывод о том, что это двигатель среднего уровня надежности t₀= 282 ч и k_г=0,9938, что и подтверждается опытом эксплуатации.