Особенности пускового режима. Пусковым называется режим, на котором работает дизель в период от начала вращения коленчатого вала с помощью пускового устройства до начала работы на топливе. Он характеризуется непостоянством параметров рабочего цикла, высокой тепловой и механической напряженностью дизеля.
Устойчивая работа дизеля на топливе возможна только при создании в цилиндрах благоприятных условий (необходимой температуры и необходимого давления воздуха в цилиндре в конце хода сжатия) для самовоспламенения и сгорания рабочей смеси. Такие условия обеспечиваются при определенной частоте вращения, зависящей от способа смесеобразования, конструкции, степени износа, теплового состояния и быстроходности дизеля.
Тепловое состояние оказывает значительное влияние на пусковые качества дизеля. С понижением температуры охлаждающей воды и масла резко увеличиваются продолжительность пуска и расход энергии на него. Это объясняется неудовлетворительными условиями смазки, охлаждения и смесеобразования в пусковой период. Холодное масло имеет высокую вязкость, вследствие чего увеличиваются силы трения, преодолеваемые пусковым устройством. Поэтому при низкой температуре двигателя мощность пускового устройства не обеспечивает достижения пусковой частоты вращения. Низкие начальные температуры охлаждающей воды и стенок цилиндра приводят к повышенным потерям теплоты через стенки, в результате чего в конце сжатия температура воздуха оказывается недостаточной для самовоспламенения топлива. Особенно значительны потери теплоты у дизелей с небольшими размерами цилиндров, а также у дизелей с вихрекамерным смесеобразованием, у которых охлаждаемые поверхности по отношению к объему цилиндра (а следовательно, и количеству воздуха в нем) велики.
Повышенная вязкость топлива при его низкой температуре ухудшает качество распыливания и также отрицательно влияет на пуск дизеля. При малой частоте вращения коленчатого вала увеличивается продолжительность впрыска топлива и снижается его давление, в результате чего не обеспечивается получение однородной рабочей смеси в цилиндрах. Относительное увеличение утечек топлива через зазоры в деталях топливной аппаратуры, осрбенно заметное при ее износе, приводит к неравномерности подачи топлива по цилиндрам.
Если скорость поршня мала, то утечки воздуха через неплотности в цилиндрах настолько велики, что существенно снижаются температура и давление воздуха в конце сжатия. При значительном износе деталей ЦПГ и неплотностях клапанов дизель по этой причине может вообще не запуститься.
Плохое распыливание топлива и недостатЬчная температура конца сжатия в цилиндрах при пуске приводят к такому увеличению периода задержки самовоспламенения, что топливо или вообще не воспламеняется, или воспламеняется со значительным опозданием, в связи с чем необходимой для саморазгона дизеля работы не совершается. Когда период задержки самовоспламенения превышает продолжительность впрыска, процесс сгорания топлива становится неуправляемым. Поэтому даже при нормальном пуске дизеля обычно наблюдается дымный выпуск и откладывается нагар на деталях.
В пусковой период происходит повышенный износ узлов трения дизеля. Наблюдения показали,что износ их за один пуск соответствует износу за 5—8 ч работы на установившемся режиме. Это является следствием ряда неблагоприятных факторов, действующих в период разгона и пуска двигателя, в том числе:
— недостаточного количества смазки, поступающей к узлам трения из-за повышенной вязкости холодного масла;
— наличия зон сухого и полусухого трения, появляющихся при малых скоростях движения и недостаточном количестве смазки;
— изменения зазоров между трущимися деталями в результате неравномерного их нагрева;
— повышенных температурных напряжений, возникающих из-за больших перепадов температур;
— ударных нагрузок, появляющихся при больших скоростях нарастания давления в цилиндрах при увеличенных периодах задержки самовоспламенения топлива;
— больших ускорений и повышенных сил инерции движущихся масс (деталей дизеля и валопровода, масс воды, масла, воздуха и выпускных газов);
— повышенной вибрации, прохождения зон критических оборотов, динамической неравномерности работы регуляторов и демпферов на переходных режимах;
— переохлаждения деталей ЦПГ расширяющимся пусковым воздухом;
— низких температуры и давления воздуха, поступающего в цилиндры у двигателей с газотурбинным наддувом.
Подогрев дизеля перед пуском. Самым эффективным и рациональным средством облегчения пуска и сохранения долговечности дизеля является его предварительный подогрев. Для этого используют горячую воду, которую через специальный трубопровод от вспомогательного котла, системы отопления или системы охлаждения другого дизеля подают в заруба-шгчное пространство, а затем сливают за борт. У дизелей с замкнутой системой охлаждения для подогрева воды можно применять специальные подогреватели или штатные водоводяные холодильники. В данном случае прокачивают горячую воду через дизель резервным насосом. Если на судне имеется паровой котел, то для подогрева можно использовать пар давлением не выше 0,2 МПа (2 кгс/сма).
Двигатели с небольшой емкостью системы охлаждения иногда прогревают горячей водой, заливаемой в систему и периодически заменяемой по мере остывания.
Чтобы избежать появления трещин от неравномерного нагрева или заклинивания движущихся деталей, подогрев нужно выполнять медленно. При этом необходимо следить за равномерностью нагрева дизеля и не допускать резких перепадов температур. Равномерность прогрева контролируют по сливу охлаждающей воды через спускной кран циркуляционного насоса, установленного ниже блока дизеля. Появление горячей воды, вытекающей из крана, свидетельствует о равномерности прогрева. Если дизель охлаждается специальной жидкостью (например, смесью воды с эмульсолом или раствором хромпика), то горячую воду сливают из него, а в систему охлаждения быстро заливают нагретую до 80 °С охлаждающую жидкость.
Масло подогревают специальными паровыми, водяными или электрическими подогревателями. Если они расположены непосредственно в маслосборниках или соединены с системой смазки дизеля, то одновременно с подогревом прокачивают масло через систему. Когда подогрев производится в специальной емкости, холодное масло сливают из дизеля и заливают подогретое, после чего систему прокачивают. В корпус регулятора и турбокомпрессора с индивидуальной смазкой также заливается подогретое масло.
Если специальных подогревателей масла на судне нет, то его периодически прокачивают через подогреваемый горячей водой дизель. До окончания прогрева дизеля и масла нельзя проворачивать коленчатый вал.
Поддержание аварийных и резервных дизель-генераторов в постоянной готовности к пуску и приему нагрузки обеспечивается непрерывным подогревом воды и масла в резервном дизеле с автоматическим поддержанием температуры не ниже 35—40 СС. Для этого используют горячую воду от другого работающего дизеля или вспомогательного котла, электроподогреватели. При отсутствии такой системы подогрева можно поддерживать резервный дизель в горячем состоянии путем периодической его работы вхолостую или на малых нагрузках. Однако такой способ подогрева приводит к повышенным износам дизеля и не может быть рекомендован в качестве основного.
Применение запальных устройств, подогрева воздуха в цилиндрах или бо всасывающем коллекторе позволяет создать условия для появления вспышек при меньших затратах энергии на пуск и при более низких температурах воздуха на всасывании. Однако это только облегчает пуск холодного дизеля, но не исключает повышенных износов его деталей, в связи с чем общий предпусковой подогрев необходим для всех типов дизелей, устанавливаемых на речных судах, при температуре окружающей среды ниже +8 °С, а отдельные типы форсированных быстроходных дизелей (например, М401, Д50М и др.) требуют подогрева при температурах ниже +(15 20) °С.
Порядок пуска судового дизеля. От обслуживающего персонала пуск дизеля, являющийся ответственной операцией, требует особого внимания. От правильного выполнения операций при пуске зависят четкость маневра судна, долговечность и надежность работы дизеля. Отказы при пуске нередко приводят к столкновениям судов и повреждению причальных сооружений. Большинство повреждений деталей дизеля также происходит во время его пуска. Поэтому пуск дизеля после монтажа, ремонта, длительной стоянки, при низких температурах охлаждающей воды и масла, а также при неисправности дистанционного управления и аварийно-предупредительной сигнализации производят обязательно с местного или центрального поста в машинном отделении. Перед пуском дизеля надо убедиться, что подготовка к нему закончена, дизель прокачан маслом, индикаторные краны закрыты, вало-поворотное устройство отключено, буксовка снята, а рукоятка (маховик) управления установлена в положение «Стоп».
У нереверсивных дизелей, пускающихся без нагрузки, механизм переключения реверс-редуктора (или реверс-муфты) должен быть установлен в нейтральное положение, а генератор отключен от шин ГРЩ. Пуск этих дизелей производится с таким расчетом, чтобы дизель был готов к приему нагрузки в указанное вахтенным начальником время.
Реверсивные дизели, работающие непосредственно на винт, пускаются по команде вахтенного начальника, переданной машинным телеграфом или другими средствами связи.
Пуск дизеля с местного поста управления. Воздушный пуск неавтоматизированного дизеля, а также пуск автоматизированного дизеля с помощью кнопки автономного пуска или других органов ручного управления осуществляется в такой последовательности:
— включают питание системы СПАСЗО, отключают дистанционное управление, ставят органы управления в положение «Ручной пуск»;
— проверяют давление воздуха в пусковых баллонах и открывают запорный вентиль на воздушной магистрали;
— при наличии автономных насосов включают прокачку топлива и масла; пуск дизеля разрешается только после повышения давления в системах до заданных значений;
— предупреждают окружающих о пуске дизеля командой «От машины»; проверяют соответствие положения указателя реверса заданному направлению вращения и, при необходимости, реверсируют дизель;
— устанавливают рукоятку управления в положение пусковой подачи топлива и переводят пусковую рукоятку в положение «Пуск»;
— нажимают кнопку автономного пуска и контролируют пуск на слух, по тахометру и по манометру давления масла;
— как только коленчатый вал начнет вращаться с частотой, достаточной для пуска, и в цилиндрах появятся вспышки топлива, переводят пусковую рукоятку в положение «Работа» и прекращают подачу воздуха, отпуская кнопку автономного пуска;
— устанавливают рукоятку (или маховик) управления в положение минимально устойчивых оборотов;
— по окончании пуска закрывают вентиль на пусковом баллоне и выключают маслопрокачивающий насос.
Продолжительность пуска зависит от технического состояния и качества подготовки дизеля к пуску, обычно она составляет 3—5 с. Чтобы избежать непроизводительного расхода воздуха, не следует продолжать пуск более 10—12.
Если дизель не запустился с первой попытки, рукоятку управления ставят в положение «Стоп», находят причину отказа и устраняют ее, после чего пуск повторяют.
Пуск автоматизированного дизеля с местного поста управления без помощи кнопки автономного пуска практически не отличается от дистанционного пуска и описан ниже.
Электростартерный пуск дизеля с местного поста управления производится в такой последовательности:
— включают рубильник, замыкающий цепь от аккумуляторных батарей, и проверяют напряжение на выводах;
— рукояткой управления устанавливают регулятор на пусковую частоту вращения;
— у дизелей, не оборудованных устройством предпусковой прокачки масла, ставят рейку топливного насоса в положение «Стоп», включают декомпрес-сионное устройство (если оно имеется) и проворачивают стартером коленчатый вал до появления давления масла по манометру (обычно 3—5 с), после чего выключают стартер и освобождают рейку топливного насоса;
— нажимают кнопку «Прогрев» и держат ее включенной до тех пор, пока контрольная спираль не раскалится до соломенного цвета. При этом нагреваются спирали запальных свечей или воздухонагревателей, а у автоматизированных дизелей начинает работать маслопрокачивающий насос;
— не отпуская кнопки «Прогрев», включают кнопкой «Пуск» стартер. Когда коленчатый вал сделает несколько оборотов, выключают декомпрессион-ное устройство и контролируют пуск на слух, по тахометру и по манометру давления масла;
— как только коленчатый вал начнет вращаться с частотой, достаточной для пуска, и в цилиндрах появятся вспышки топлива, отпускают кнопку «Пуск», продолжая нажимать кнопку «Прогрев» до тех пор, пока дизель не начнет устойчиво работать на топливе;
— устанавливают рукоятку управления в положение минимально устойчивых оборотов.
Продолжительность включения стартера не должна превышать 10—15 с. Если дизель не запустился с первой попытки, повторный пуск производится не ранее чем через 20—30 с (рекомендуется через 1—2 мин). Эта выдержка необходима для охлаждения реле стартера и сохранения работоспособности аккумуляторных батарей.
Приведенная последовательность операций по электростартерному пуску — общая для всех дизелей, устанавливаемых на речных судах, хотя в зависимости от конструктивных особенностей (наличия декомпрессион-ного устройства, запальных спиралей, маслопрокачивающих насосов и т.д.) отдельные из них могут не предусматриваться инструкциями по эксплуатации конкретных двигателей.
Дистанционный и автоматический пуск дизеля. Главные и вспомогательные дизели по объему операций, выполняемых автоматически, как правило, отвечают требованиям первой или второй степени автоматизации по ГОСТ 14228—69.
Воздушный пуск автоматизированного реверсивного дизеля с дистанционного поста управления производится в такой последовательности:
— убеждаются, что подготовка дизеля к пуску ц работе без вахты в машинном отделении закончена;
— включают питание ДАУ (открывают вентиль баллона ДАУ при пневматической системе, пускают гидронасос при гидравлической системе с независимым насосом, включают переключатель при электромеханической или комбинированной системе);
— переключают управление дизелем на дистанционный пост и убеждаются в согласованности положения органов управления на дизеле и на дистанционном посту;
— проверяют исправность ДАУ (при наличии приборов диагностики ДАУ); включают питание СПАСЗО;
— проверяют исправность сетей и ламп СПАСЗО (при наличии устройства для проверки горения ламп);
— включают маслопрокачивающий насос (если это предусмотрено инструкцией по эксплуатации дизеля);
— проверяют давление воздуха в пусковой магистрали и в системе ДАУ;
— устанавливают рукоятку (маховик) дистанционного управления в положение требующейся частоты и необходимого направления вращения;
— контролируют пуск на слух, по тахометру, по указателю направления вращения и по манометру давления масла.
Перемещением вручную органа управления подают сигнал на исполнение заданной ДАУ программы пуска и управления дизелем, все дальнейшие операции которой выполняются автоматически в установленной последовательности.
Обычная программа пуска предусматривает автоматическое повторение всех операций его при неудаче предыдущих попыток. Поэтому, во избежание полного стравливания воздуха из пусковых баллонов, не следует допускать более трех-четырех попыток автоматического пуска. Если дизель не пустился с трех-четырех попыток, рукоятку управления нужно поставить в положение «Стоп», выявить и устранить причину отказа и только после этого повторить пуск.
Дистанционный пуск неавтоматизированного реверсивного дизеля осуществляется в той же последовательности, что и пуск с местного поста управления.
Автоматизированные дизель-генераторы пускаются при поступлении в систему автозапуска сигнала о падении частоты или изменении другого параметра в контролируемой дети, а также при нажатии кнопки «Пуск» на пульте дистанционного управления.
Программа стартерного пуска автоматизированного дизель-генератора предусматривает выполнение следующих операций:
— включение запальных спиралей (или подогревателя воздуха) и масло-прокачивающего насоса;
— установку рейки топливных насосов в пусковое положение;
— выдержку времени, необходимого для нагревания запальных спиралей, последующее включение стартера и раскручивание дизеля в течение заданного времени.
Если при первой попытке пуск дизеля не удался, то включение стартера повторяется еще два-три раза с заданными интервалами между включениями и продолжительностью выключения. Если и после этого дизель не запустился, система автозапуска отключается, а на пульте управления появляется световой сигнал «Запуск не состоялся» и включается зуммер.
Когда дизель пустится, то при достижении минимальной частоты вращения холостого хода реле скорости подает импульс на отключение стартера маслопрокачивающего насоса и подогревателя воздуха. При достижении частоты вращения, близкой к номинальной, реле скорости подает импульс на включение генератора на шины ГРЩ. Включение его происходит только в том случае, если дизель достаточно прогрет (температура воды и масла выше 35 °С). Если же дизель не прогрет, то он продолжает работать на холостом ходу до достижения температуры воды и масла 35 °С и только после этого генератор включается на шины ГРЩ и принимает нагрузку.
Для обеспечения надежного пуска и быстрого приема нагрузки генератором предусматривается непрерывный электрический подогрев воды и масла в неработающем дизеле с автоматическим поддержанием температуры 40+5 °С.
В особых аварийных случаях система автоматики может включить нагрузку на непрогретый дизель, если нажать кнопку «Принудительная нагрузка» на пульте управления.
Учитывая, что прием нагрузки непрогретым дизелем отрицательно сказывается на моторесурсе дизель-генератора, нагружать непрогретый дизель не рекомендуется. Поэтому кнопку «Принудительная нагрузка» обычно пломбируют, и при нарушении пломбы завод-изготовитель снимает гарантии по дальнейшей эксплуатации дизель -генератора.
Приведенная программа автозапуска дизель-генератора не является единственной, возможны и другие программы.
Проверка работы дизеля после пуска. После пуска дизеля вахтенный начальник должен проверить по манометру на посту управления и по пульту СПАСЗО давление в системе смазки, соответствие показаний тахометра заданному режиму работы дизеля, исправность действия СПАСЗО, пополнить воздухом пусковые баллоны (или убедиться в зарядке аккумуляторных батарей или стартерном пуске).
Если после пуска манометр не показывает давления или горит лампочка СПАСЗО по давлению масла, дизель должен быть остановлен для выявления и устранения причины отсутствия давления, неправильного показания приборов или работы СПАСЗО. Работа дизеля без постоянной вахты в машинном отделении при неисправности контрольных приборов, установленных в рубке, или СПАСЗО не разрешается. При первой возможности необходимо осмотреть дизель, убедиться в исправной работе систем и отсутствии подтеканий в соединениях водяных, масляных и топливных трубопроводов, проверить на ощупь нагрев доступных узлов (масляного и топливных насосов, толкателей, регулятора, картерных крышек и т. д.), работу движущихся деталей дизеля на слух, обратить внимание на то, нет ли дыма в машинном отделении.
При появлении ненормальных стуков, перегреве отдельных узлов, внезапном понижении частоты вращения коленчатого вала дизель должен быть немедленно остановлен для выяснения причины и устранения дефекта.
Только убедившись по приборам, на слух и на ощупь в исправной работе дизеля, можно постепенно увеличивать его нагрузку.
Прогрев. Режим работы после пуска до достижения дизелем установившегося теплового состояния, обеспечивающего надежную его эксплуатацию на полной нагрузке, называется прогревом.
Во время прогрева изменяются температуры стенок цилиндра, поршня, крышки и других деталей, их температурные напряжения, зазоры между сопряженными деталями (в особенности между втулками цилиндров и поршнями, между штоками клапанов и направляющими), температура и вязкость смазочного масла, температура охлаждающей воды.
В начальный период работы дизеля рабочие газы нагревают холодные стенки цилиндров, их крышек и поршней. Это приводит не только к повышению температуры деталей, но и к возникновению разности температур
между поверхностями, соприкасающимися с горячими газами и с охлаждающей жидкостью, т. е. к появлению температурных напряжений. Наибольшие температурные напряжения наблюдаются в крышке цилиндра и в поршне, что способствует появлению трещин в них. Как показали исследования, установившееся тепловое состояние крышек, поршней и втулок цилиндров достигается у двигателей средней мощности при изменении режима работы на одну ступень (с малого на средний, со среднего на полный) за 4—6 мин. В результате нагревания поршня и втулок изменяются их диаметры и зазоры между ними. При повышении нагрузки на дизель температура поршня, особенно изготовленного из алюминиевого сплава, растет быстрее, чем температура втулки, омываемой холодной водой. Однако одновременное, хотя и неодинаковое тепловое расширение поршня и втулки обеспечивает сохранение зазора между ними и, как правило, даже в случае довольно быстрого увеличения нагрузки при нормальных смазке и охлаждении поршня и втулки цилиндра задира поршня не происходит.
Для многих деталей, в том числе головных подшипников и поршней, смазочное масло одновременно выполняет функции охлаждающей жидкости. Поэтому температурный режим смазки влияет на длительность периода прогревания дизеля и на износ деталей.
При низких температурах масло имеет высокую вязкость и подача его к узлам трения затруднена. При температурах ниже +(10-f-15) °С оно может совсем не поступать к смазываемым поверхностям или поступать в недостаточном количестве. Задержка подачи масла и малые скорости перемещения трущихся пар приводят к нарушению целостности масляного слоя и к работе деталей в условиях полужидкостного или, в худшем случае, сухого трения, а следовательно, и к повышенным нагревам деталей и уменьшению зазоров между ними. Даже если при этом и не происходит задира поршня или расплавления подшипников, то износ трущихся деталей возрастает весьма значительно.
В зависимости от конструктивных особенностей масляной системы (объема масла в системе, перепуска его помимо холодильника и т. д.) продолжительность работы дизеля до достижения установившейся температуры масла различна. У быстроходных дизелей с небольшим объемом масла в системе она составляет 25—35 мин, у тихоходных дизелей средней мощности с маслосборниками — 60—90 мин и более.
Надежная работа дизеля на полной мощности обеспечивается в довольно широком диапазоне температур масла от минимально необходимой до установившейся при соблюдении условия поступления требуемого количества его ко всем смазываемым поверхностям. Минимальная температура масла зависит как от его свойств, так и от конструктивных особенностей дизеля.
Низкая температура охлаждающей воды увеличивает температурные перепады и напряжения в деталях дизеля, задерживает стабилизацию зазоров нагревающихся деталей. Поэтому работа дизеля с повышенной нагрузкой при низкой температуре охлаждающей воды может привести к задиру поршней и появлению трещин в крышках цилиндров и поршнях. Продолжительность работы дизеля до достижения установившейся температуры охлаждающей воды составляет 10—15 мин для быстроходных и 25—30 мин для тихоходных дизелей средней мощности.
Таким образом, основным показателем, определяющим длительность прогрева дизеля, является температура смазочного масла и охлаждающей воды перед его пуском. Работа дизеля с повышенной нагрузкой сразу же после пуска недопустима.
В инструкциях по эксплуатации дизелей заводы-изготовители, как правило, указывают режимы прогрева дизелей и допустимые температуры масла и охлаждающей воды, которыми и следует руководствоваться в практической деятельности.
Если инструкция по эксплуатации не содержит конкретных указаний относительно режима прогрева дизеля, то до достижения температуры масла и воды 30—35 °С он должен работать на режиме самого малого хода (частота вращения не выше<60% номинальной). Нереверсивный дизель прогревают на холостом ходу, сначала при частоте вращения 60—70% номинальной, а затем при номинальной.
После повышения температуры воды внутреннего контура до 50—55 °С и масла до 40—45 °С дизель считается подготовленным к работе на 100%-ной нагрузке.
Продолжительность прогрева зависит от начальной температуры воды и масла. При этом следует иметь в виду, что длительная работа дизеля на холостом ходу (свыше 30 мин) запрещается, так как при отсутствии нагрузки ухудшается сгорание топлива, закоксовываются распылители форсунок и пригорают поршневые кольца и клапаны.
Наличие регуляторов температуры воды и масла существенно сокращает продолжительность прогрева и обеспечивает поддержание оптимальных температур в системах при работе дизеля.