Особенности запуска дизеля с наддувом зимой или после длительной стоянки.
Схема газотурбинного наддува дизеля.
Рассмотрим процесс пуска при отрицательных температурах (а особенно после длительной стоянки) более подробно.
Одним из наиболее неблагоприятных эксплуатационных режимов работы дизеля является режим пуска при отрицательных температурах. В этих условиях происходит значительная задержка поступления масла к подшипникам турбокомпрессора, обусловленная гидравлическим сопротивлением трубопроводов на линии всасывания масляного насоса и на линии нагнетания масла повышенной вязкости (в том числе в маслоочистителе).
Задержка поступления масла приводит к изменению гидродинамических условий работы подшипников турбокомпрессора, и при нарушении требуемого режима пуска и прогрева дизеля после пуска возможен его отказ.
Турбокомпрессор является наиболее удаленной от масляного насоса точкой смазки. Это обстоятельство требует соблюдения определенных условий запуска и прогрева дизеля особенно при отрицательных температурах окружающего воздуха.
Для определения времени задержки поступления масла к подшипникам турбокомпрессора в заводских лабораториях были проведены исследования в камере холода. Все пуски дизеля с различными фильтрующи ми элементами фильтра турбокомпрессора проводили в одинаковых условиях при температуре минус 20°С.
Перед каждым пуском дизель выдерживался при этой температуре не менее 15 часов. Испытания проводили на одинаковом масле.
Как показали опыты, при пуске дизеля масло к месту отбора из главного канала к фильтру турбокомпрессора поступает только через 16 секунд. Поэтому вне зависимости от сопротивления фильтра задержка поступления масла к его подшипникам при температуре минус 20°С не может быть меньше 16 секунд.
Опытным путем установлено, что для обеспечения нормальной работы подшипников турбокомпрессора при пуске, необходимо обеспечить расход масла через них 150—200 мл/мин, в течение первой минуты, что со ответствует давлению перед турбокомпрессором 0,5—1 кгс/см2.
В действительности в начальный момент пуска через подшипники турбокомпрессора проходит всего 50 мл/мин. масла. По мере увеличения частоты вращения ротора резко возрастает пропускная способность подшипников и уже при частоте вращения 23—27 тыс. об/мин (что соответствует режиму максимальных холостых оборотов дизеля) расход масла составляет уже около 450 мл/мин.
Этому условию могут удовлетворять только чистый или частично загрязненный (продолжительность работы около 100 часов) фильтрующий элемент при перепадах давления в нем до 1 кгс/см2.
Задержка поступления масла к подшипникам турбокомпрессора при использовании нового элемента или частично загрязненного, отработавшего на дизеле менее 100 часов – не более 1 мин., а при установке сильно загрязненного элемента, отработавшего на дизеле более 200 часов при диаметре маслоподводящей трубки 8 мм – может достигать нескольких минут.
В ходе проведения исследований были выявлены условия, позволяющие многократно запускать дизель при отрицательной температуре, не ухудшая работоспособности узла подшипников турбокомпрессора.
При остановке турбокомпрессора в полости корпуса подшипников остается небольшое количество масла. Этого количества масла достаточно для исключения задира втулок в течение времени прогрева дизеля, если окружная скорость вала ротора не будет превышать 13 м/с. При этих условиях в случае работы турбокомпрессора без подвода масла не наблюдаются изменения на поверхностях трения узла подшипников.
Аналогичные опыты без подачи масла к узлу подшипников были повторены на дизеле в процессе эксплуатации. В результате этих опытов было подтверждено, что непродолжительная работа турбокомпрессора без подачи масла на режимах холостого хода дизеля при частоте вращения коленчатого вала до 1500 об/мин не приводит к заметным износам деталей узла подшипников. Работоспособность узла подшипников не нарушается.
При резком увеличении частоты вращения коленчатого вала до 1700 об/мин неоднократно наблюдалось образование задиров подшипников турбокомпрессора. Таким образом, до окружной скорости вала ротора равной 13 м/с еще создаются допустимые условия гидродинамической смазки подшипников, и турбокомпрессор может некоторое время работать без значительного износа.
Недостаточная подача масла при высокой частоте вращения ротора приводит к потере устойчивости масляного слоя в узле подшипников. Это усугубляется почти полным отсутствием демпфирования в масляном слое, в результате чего отмечается мгновенное возрастание амплитуды прецессионного движения конца вала ротора. В этот момент на подшипники турбокомпрессора передаются дополнительные нагрузки из-за большой амплитуды прецессирования (колебания) ротора. Эти нагрузки приводят к контактированию поверхностей трения. При осмотре деталей узла подшипников было отмечено засветление участков контакта.
При длительном контактировании поверхностей появляются натиры, а в случае наличия в масле абразивных частиц – риски. Последовательное накопление натиров и рисок приводит к качественным изменениям в работе сопряженных поверхностей узла подшипников и, в конечном счете, к возникновению задиров и отказу узла подшипников турбокомпрессора. Приведенное описание процесса отказа подтверждается и данными эксплуатации. При работе дизеля с таким дефектом наблюдается синий дым на выпуске, подтекание масла через соединения после турбины. Приразборке турбокомпрессора характерным является наволакивание бронзы на вал ротора, потеря подвижности колец турбинного уплотнения и повышенное нагароотложение непосредственно за кольцами.
В инструкции по эксплуатации отечественных дизелей обычно оговариваются условия пуска при отрицательных температурах. Перед пуском дизеля, у которого производилась смена масла с заменой фильтрующего элемента, после длительной (5 суток и более) стоянки или замены турбокомпрессора, особенно если пуск происходит при отрицательных температурах, необходимо установить рычаг регулятора топливного насоса в положение выключенной подачи топлива.
В течение 10 – 15 секунд рекомен дуется проворачивать стартером коленчатый вал и по показаниям манометра определить, есть ли давление масла в главном масляном канале и, соответственно, в системе смазки турбокомпрессора. При наличии давления можно пускать дизель. После пуска дизель должен работать на режиме холостого хода при частоте вращения не выше 1000 об/мин, до появления стабильного давления масла в турбокомпрессоре не менее 1 кгс/см2.
Такой простой и дешевый прием – предварительная прокрутка коленчатого вала дизеля без запуска и поддержание минимально устойчивых оборотов после пуска значительно продлевает ресурс не только турбокомпрессора, но и деталей кривошипного, газораспределительного механизмов.
Затратив несколько лишних минут при пуске, Вы продлите ресурс своему двигателю.