Судовой дизельный двигатель Wartsila L20

Финская компания Wärtsilä-Diesel в 1996 году приобрела акции фирмы Sulzer-Diesel и после слияния с рядом зарубежных фирм в 1998 году была преобразована в Wärtsilä NSD Co, осуществляющую производство среднеоборотных и малооборотных двигателей собственной конструкции.

Вскоре компания организовала производство гребных винтов регулируемого шага, редукторных передач и систем автоматического контроля и диагностики дизелей. В настоящее время корпорация занимает ведущее положение в мире по производству четырехтактных судовых дизелей и выпускает следующие типоразмеры двигателей: среднеоборотные Wärtsilä L20, L/V26, 32, 38, 46, 64 и Sulzer ZА40S. Все перечисленные модели двигателей могут работать как на дизельных, так и на тяжелых сортах топлива. Малооборотные Sulzer RTA 48T-B, RTA 52U-B, RTA 58T-B, RTA62U-B, RTA68T-B, RTA72U-B. RTA84T-B, RTA96C и RT-Flex; высокооборотные Commins CW-200.

Судовой двигатель Wärtsilä L20

Двигатели модельного ряда Вяртсила L20 пришли на смену двигателям 22HF. В основу разработки были положены конструктивные решения и опыт эксплуатации на тяжелом топливе. Данные судовые дизели представляют собой новое поколение силовых установок, в основу конструкции которых заложены требования обеспечить эффективную работу на тяжелых видах топлива, низкую стоимость производства и ремонт судовых двигателей.

Конструкция морской силовой установки базируется на принципе моноблочности. Количество комплектующих деталей сокращено путем объединения ряда деталей в моноблоки, внешние трубопроводы в основном заменены на сверления в блоках. Резко уменьшено количество резьбовых соединений. Ряд соединений заменены на самоуплотняющиеся скользящие посадки (plug-in), что сокращает объем монтажных работ при техническом обслуживании. Так, крышка цилиндра может быть снята без разъединения и разборки патрубков подвода и отвода охлаждающей воды, наддувочного воздуха и масла.

Крышка цилиндра отлита из чугуна и имеет жесткую коробчатую конструкцию, четырехклапанная с тремя днищами. Для крышек судовых дизелей Вяртсиля характерно наличие четырех шпилек крепления их к блоку, что облегчает операции по монтажу, а главное — обеспечивает большую свободу выбора конфигурации внутренних каналов. Особое внимание обращено на охлаждение огневого днища и зоны выхлопных клапанов во избежание их высокотемпературной коррозии.

Блок отлит из сфероидального чугуна и представляет собой монолитную, жесткую и компактную конструкцию. Особое внимание уделено мерам по обеспечению жесткости и отсутствию деформаций в зонах расположения втулок цилиндров и рамовых подшипников.

Втулка цилиндра обладает минимальными деформациями, как благодаря собственной жесткости, так и за счет прочности и жесткости посадочных поясов блока цилиндров.

Для очистки боковой поверхности головки поршня от откладывающегося на ней нагара, который впоследствии полирует зеркало цилиндра и приводит к его повышенному износу, в верхнюю часть втулки устанавливается счищающее (огневое или антиполировочное) кольцо. Рабочую поверхность втулок цилиндров рекомендуется перехонинговывать через 12000 часов.

Поршень составной — стальная головка и тронк из сфероидального графита, обладающего отличными антиизносными свойствами и малым тепловым расширением, что в сопоставлении с алюминиевыми юбками дает возможность работать с малыми зазорами в цилиндре. Головка поршня охлаждается маслом, поступающим в нее по сверлению в стержне шатуна. В зазор между поршнем и втулкой цилиндра в дополнение к маслу, попадающему на цилиндр путем разбрызгивания, организована специальная подача масла через отверстия в тройке поршня.

Шатун двутаврового сечения, стальной, штампованный. Верхняя головка шатуна имеет ступенчатую форму. Поскольку наибольшие нагрузки несет нижняя половина подшипника, ее ширина увеличена. Ширина верхней половины меньше, что дает возможность соответственно развить опорную поверхность бобышек поршня.

Мотылевый подшипник имеет косой разъем и два шатунных болта, затяг которых обеспечивается гидравлическими домкратами. Вкладыши подшипников рамовых и мотылевых трехслойные, подшипник головного соединения — бронзовый.

ТНВД золотникового типа, с регулированием по началу подачи, давление впрыска 1400 бар. Корпус насоса интегрирован в общий блок с системой подачи топлива низкого давления и с направляющими клапанов. В головке насоса размещены два клапана — нагнетательный и обратный, последний служит целям сброса остаточного давления, образующегося в топливопроводе форсунки по окончании впрыска и закрытия нагнетательного клапана. Форсунки неохлаждаемые, несмотря на то, что они рассчитаны на работу на тяжелом топливе.

Аккумуляторная система включает топливные насосы высокого давления, из которых сжатое топливо поступает в аккумуляторы, по одному на каждую пару цилиндров, и форсунки с управляющими гидроприводными клапанами, определяющими открытие и закрытие игл. Управление клапанами осуществляется посредством сигналов, поступающих от микропроцессора.

Эксплуатация и техническое обслуживание судовых двигателей Wartsila L20

рекомендуемые рабочие параметры действительны при нормальной работе с номинальными оборотами

Меры по предупреждению проблем при работе на тяжелом топливе

Низкокачественное топливо отрицательно влияет на износ, срок службы деталей двигателя и интервалы технического обслуживания. Для достижения максимальной эксплуатационной экономичности рекомендуется принимать следующие меры:

• ограничить максимальную непрерывную мощность настолько, насколько позволяют условия эксплуатации, если известно или предполагается, что в топливе высокое содержание ванадия выше 200 промилле) и натрия;
• ограничить работу при низкой нагрузке настолько, насколько позволяют условия эксплуатации.

Непрерывная работа двигателя при нагрузке ниже 70% номинальной мощности должна ограничиваться максимум 100 часами путем повышения нагрузки свыше 70% номинального значения на один час перед тем, как продолжить работу при низкой нагрузке или остановить двигатель.

Работа судового двигателя на холостом ходу (выключено сцепление главного двигателя, отключен генераторный агрегат) должна быть строго ограничена. Прогрев дизеля без нагрузки в течение 3-5 минут перед подачей нагрузки не требуется, и его следует избегать, так же как и работы на холостом ходу в течение более чем 3 минут перед остановкой.

Чтобы предотвратить проблемы, связанные с нестабильностью и несовместимостью сортов топлива, следует по возможности избегать смешивания топлива из разных бункеровочных станций, если только не известно достоверно, что оно совместимо.

Если возникают проблемы, связанные со стабильностью и совместимостью, запрещается доливать дистиллятное топливо, так как это может увеличить явление несовместимости — осаждение. Помочь до следующей буккеровки может топливная присадка с исключительно мощными дисперсионными характеристиками.

Обслуживание и проверка смазочного масла

Сепарирование масла в системе рекомендуется для удаления из масла воды и нерастворимых включений. Не допускается добавление воды при сепарировании («промывание»). Масло должно быть подогрето до 60-95° С. Многие изготовители масла рекомендуют для получения наилучших результатов выполнять сепарирование масла при температуре 90-95° С. Поддерживать температуру на верхнем пределе рекомендуемого диапазона. Для эффективного сепарирования следует использовать около 20% номинальной производительности сепаратора. Чтобы обеспечить оптимальные условия, производительность центрифуги должна быть достаточной для сепарирования всего объема масла в системе 4-5 раз каждые 24 часа при расходе 20% от номинального значения. Гравитационный диск следует выбирать с учетом плотности масла при температуре сепарирования. Для обеспечения оптимальных условий работы сепаратора необходимо соблюдать инструкции по эксплуатации его изготовителя.

ВНИМАНИЕ! От эффективности сепарирования масла зависит состояние масла и периодичность его замены.

Обслуживание судового дизельного двигателя при нормальной эксплуатации

Если достигнут аварийный предел и срабатывает сигнализация, то состояние двигателя уже серьезное. Необходимо предпринять все возможные меры для того, чтобы устранить аварийную ситуацию и вернуть двигатель в нормальное рабочее состояние. Поскольку неправильная работа двигателя может привести к повреждениям, следует приложить все усилия, чтобы восстановить нормальную работу, а не ждать автоматического отключения двигателя.

Через день либо через каждые 50 часов работы считать показания всех указателей температуры и давления, а также нагрузки двигателя, и сравнить полученные показания с соответствующими значениями нагрузки и оборотов в протоколе приемосдаточных испытаний и графиками:

• если разница между значениями температуры выхлопных газов на разных цилиндрах больше 70° C при нагрузке выше 25%, следует установить причину этого;
• температура нагнетаемого воздуха, в принципе, должна быть по возможности низкой при нагрузке выше 80%. Однако не настолько низкой, чтобы происходила конденсация. При нагрузке ниже 25% рекомендуется обеспечивать температуру нагнетаемого воздуха по возможности высокой;
• проверить индикатор перепада давления на топливных фильтрах, если он установлен. Если перепад давления на топливных фильтрах возрастает, давление в системе падает. Слишком низкое давление (ниже 0.5 бар) снижает мощность судового двигателя и может вызывать неравномерность распределения нагрузки между цилиндрами (опасность поломки!). Слишком высокий перепад давления может также привести к деформации фильтрующих элементов (опасность заклинивания инжекторных насосов);
• проверить перепад давления на масляных фильтрах. Слишком большой перепад указывает на засорение фильтрующих элементов. Уменьшение фильтрования масла вызывает повышенный износ. Прочистить фильтры и, если это не помогает, заменить фильтрующие элементы;
• проверить уровень масла в картере/масляном баке. Оценить внешний вид и консистенцию масла.

Простая проверка содержания воды: капнуть маслом на горячую поверхность (около 150° C), например, на горячую пластину. Если капля ведет себя «спокойно», в ней нет воды:

• если она «шипит» — в ней есть вода. Восполнить расход масла добавлением не более 10% свежего масла за один прием;
• убедиться в том, что удаляется воздух из системы циркуляции воды двигателя (расширительного бака). Убедиться в отсутствии чрезмерного подтекания из контрольного отверстия циркуляционных водяных насосов;
• проверить количество вытекающего топлива из дренажных труб;
• проверить, чтобы дренажные трубы воздухоохладителей были открыты;
• проверить, чтобы контрольные отверстия маслоохладителей и холодильников циркулирующей воды были открыты;
• слить из расходного бака воду и осадок, при наличии, и слить водоотстойник пускового воздуха;
• на остановленном судовом двигателе выполнить предварительную смазку и повернуть коленчатый вал в другое положение. Таким образом, снижается опасность повреждения коленчатого вала и подшипников под воздействием вибрации;
• содержать рейки инжекторного насоса в чистоте (очищать от липких отложений), проверить, чтобы детали системы управления подачей топлива перемещались свободно. Это должно выполняться на остановленном двигателе;
• очистить турбинную сторону турбонагнетателя посредством впрыскивания воды.

Один раз в месяц либо через каждые 500 часов работы проверить содержание присадок в циркулирующей охлаждающей жидкости и проверить давление на цилиндрах. Одновременно с этим обратить внимание на нагрузку двигателя (положением индикатора нагрузки на рейках инжекторных насосов точно указывается нагрузка двигателя). Проверить работу системы охлаждения.

Контроль за работой судового двигателя

Не существует никакой аппаратуры автоматического наблюдения или контроля, которая смогла бы заменить наблюдения и контроль, выполняемые опытным инженером.

НАБЛЮДАЙТЕ и ПРОСЛУШИВАЙТЕ судовой двигатель!

Сильный прорыв газа через поршни — это наиболее опасное событие, которое может произойти на дизельном двигателе. Если предполагается прорыв газа (например, по внезапному росту расхода смазочного масла), проверить давление в картере. Если давление превышает 45 мм водяного столба, проверить систему вентиляции картера, если она в порядке, извлечь поршни.

Работа при нагрузке ниже 20% номинальной мощности при использовании тяжелого топлива должна ограничиваться максимум 100 часами путем повышения нагрузки свыше 70% номинального значения на один час перед тем, как продолжить работу при низкой нагрузке или остановить двигатель. Непрерывная работа на судовом дизельном топливе при нагрузке ниже 10% номинальной мощности должна ограничиваться максимум 100 часами путем повышения нагрузки свыше 70% номинального значения на один час перед тем, как продолжить работу при низкой нагрузке или остановить двигатель. Работа судового дизеля на холостом ходу (выключено сцепление главного двигателя, отключен генераторный агрегат) должна быть строго ограничена.

График техобслуживания судового дизеля

Потребность в техническом обслуживании судового двигателя в основном зависит от условий эксплуатации. Периоды, указанные в этом графике, являются ориентировочными, но их нельзя превышать в течение гарантийного срока. При использовании дизельного или смешанного топлива сравнительно хорошего качества можно значительно удлинить указанные ориентировочные периоды в зависимости от нагрузки двигателя.

Перед демонтажом убедитесь в том, что из всех затрагиваемых систем слиты жидкости и стравлено давление. После демонтажа немедленно закройте отверстия для смазочного масла, топлива и воздуха, используя для этого ленту, пробки, чистую ткань и т. п.

При замене какой-либо изношенной или поврежденной детали, снабженной идентификационной меткой, указывающей номер цилиндра или подшипника, на новой детали в том же месте нужно нанести тот же самый номер. О каждой замене в журнал учета следует внести соответствующую запись с четким указанием причины. Заменяйте все прокладки, уплотнительные кольца и сальники при всех операциях техобслуживания. А после монтажа проверьте затяжку всех винтов и гаек и их фиксацию.

Неполадки в эксплуатации силовой установки

неполадка и предполагаемая причина

Эксплуатация в аварийных случаях

Работа с неисправным воздухоохладителем

Если водяные трубки воздухоохладителя повреждены, охлаждающая вода может проникнуть в цилиндры. Если вытекает вода или появляется водяной туман из спускной трубки на нижней части корпуса воздухоохладителя, проверить, имеется ли в виду охлаждающая вода или конденсат. Если вода образуется от конденсации, уменьшить охлаждение. Если вода охлаждающая, немедленно остановить двигатель и заменить воздухоохладитель запасным.

В случае отсутствия запасного воздухоохладителя, как аварийные, допускаются следующие меры:

• демонтировать воздухоохладитель для ремонта и плотно закрыть отверстие в корпусе воздухоохладителя. Подсоединить подачу охлаждающей воды непосредственно к холодильнику смазочного масла. Отремонтировать воздухоохладитель, например, заглушить пропускающие трубки заглушками;
• работа после частичного глушения трубок, после отключения или полного снятия воздухоохладителя.

Мощность двигателя должна быть ограничена так, чтобы температура выхлопных газов по цилиндрам не превышала температуры выхлопных газов для дизеля, работающего в нормальных условиях при полной нагрузке.

В газотурбонагнетателе может возникнуть помпаж, прежде чем допустимые температуры выхлопных газов будут достигнуты. В подобном случае необходимо еще снизить нагрузку двигателя во избежание постоянного помпажа.

Работа с поломанными кулачками

Если секция распределительного вала с поломанными кулачками не может быть снята, либо заменена новой, двигатель может продолжать работать при условии принятия следующих мер:

1) кулачки ТНВД

а) слегка поврежденные:

— установить топливную рейку ТНВД в нулевое положение и застопорить ее проволокой, обматываемой на насос;

б) сильно поврежденные:

— застопорить ролик толкателя ТНВД в верхнем положении.

Когда двигатель работает с топливным насосом, выключенном на длительное время, необходимо снять штанги толкателей впускных и выпускных клапанов, а индикаторный кран соответствующего цилиндра следует открывать раз в час для удаления скопившегося топлива. Предупреждение! Масляный туман, вытекающий из индикаторного крана может вызвать пожар.

При работе с одним отключенным цилиндром следует снизить нагрузку двигателя для предупреждения превышения номинальной температуры выхлопных газов из остальных цилиндров.

2) кулачки клапанов

Перекрыть подачу топлива к данному цилиндру. Снять толкатели и штанги толкателей клапанов данного цилиндра. Поставить на место защитные трубки штанг толкателей. При работе с одним выключенным цилиндром следует снизить нагрузку двигателя для предупреждения превышения номинальной температуры выхлопных газов из остальных цилиндров.

Работа с демонтированным поршнем и шатуном

Если повреждение поршня, шатуна или мотылевого подшипника не может быть устранено, допускается аварийная работа при условии принятия следующих мер:

• снять поршень с шатуном;
• перекрыть масляное отверстие в мотылевой шейке и подходящим хомутом и застопорить его;
• установить крышку цилиндра в собранном виде без штанг толкателей клапанов;
• отключить топливный насос.

При работе с одним отключенным цилиндром следует снизить нагрузку двигателя для предупреждения превышения номинальной температуры выхлопных газов из остальных цилиндров. Если в газотурбонагнетателе возникает помпаж, следует еще снизить нагрузку во избежание постоянного помпажа. Работа без поршня с шатуном одного или более цилиндров должна допускаться только в крайне аварийных случаях, когда для продолжения плавания не предоставляется другой возможности.

Крутильные колебания и другие колебания

При работе двигателя с одним или несколькими выключенными цилиндрами, балансировка двигателя нарушается, что может вызвать сильные, даже опасные колебания. Условия возникновения колебаний в практике зависят от типа судовой установки, однако, для работы с отключенными цилиндрами можно дать следующую общую рекомендацию — в УСТАНОВКАХ С ПЕРЕМЕННОЙ ЧАСТОТОЙ ВРАЩЕНИЯ НАДО РАБОТАТЬ, ЕСЛИ ВОЗМОЖНО, НА САМОЙ НИЗКОЙ ЧАСТОТЕ ВРАЩЕНИЯ!