При ремонт на турбокомпресорните агрегати /ТКА/ много често се констатират повреди по дюзовия апарат, турбинните лопатки и ограничителния пръстен. Те се дължат на попадането с постъпващите газове на метални парчета от клапани, сегменти, бутала, компенсатори, защитни решетки, а така също от забравени по време на ремонт болтове, гайки и др. Влизането в проточната част на ТКА на подобни парчета е изключително опасно и почти винаги е причина за силна деформация на лопатките на дюзовия апарат и турбинното колело, и за сериозни наранявания по ограничителния пръстен. В повече от случите, това налага смяна на тези скъпоструващи части или експлоатация при влошени технически и икономически показатели на двигателя /високи температури, помпаж, преразход на гориво/, а при някои от случаите и до експлоатация на двигателя с изключен ТКА /застопоряване на ротора, демонтаж на ротора с използване на специални заглушки или байпасиране на ТКА , ако двигателят е с допълнителен заобикалящ го газопровод/

На фиг.1 е показано парче извадено от дюзовия апарат на ТКА VTR214 монтиран към главен корабен четиритактов двигател. То се е откъснало от тарелката на изпускателен клапан. Парче от сегмент на бутало е намерено в канала на газоподвеждащия корпус непосредствено пред дюзовия апарат на ТКА VTR454 монтиран към двутактов корабен двигател с вътрешно горене /КДВГ/.

Не са редки случаите, когато няколко парчета от сегменти или алуминиеви бутала са ставали причина за почти напълно запушване на проходното сечение на част от каналите на дюзовия апарат. Подобен инцидент е описан в следващите редове:

По време на подготовката на Ро-Ро кораб за отплаване е пуснат главният 10-цилиндров четиритактов двигател, който е с алуминиеви бутала. Екипажът констатира бързо и рязко покачване на температурата на изходящите газове в една от газоподвеждащите тръби, съпроводено с нейното почервеняване. При проведената с нас консултация бе решено, че има евентуално силно деформиране на лопатките от дюзовия апарат на сектора, към които постъпват газовете от почервенялата газоподвеждаща тръба. След пристигане на място и разглобяване на ТКА, с изненада бе установено, че лопатките не са деформирани, а каналите на сектора от дюзовия апарат са запушени с алуминиеви парчета от буталата, попаднали в тях с газовете в процеса на газообмена.

На фиг.3 и 4 са показани дюзови апарати от ТКА монтирани към спомагателни КДВГ с намерени в каналите им на забравени при ремонта болт и шайба в газоподвеждащия тракт.

Пораженията от попаднали метални парчета от газовия такт върху лопатките на дюзовия апарат могат да се видят от показаното на фиг.5 и 6.

Дюзовият апарат на фиг.5 е от ТКА NR17/S с радиално подвеждане на потока газове, а този показан на фиг.6 от ТКА TPL77 с аксиално подвеждане на газовете.

На фиг.7 е показано състоянието на турбинните лопатки след попадане на метални парчета в проточната част пред ТКА. Турбинното колело е от ТКА VTR321 след откъсване на големи парчета от тарелката на изпускателен клапан на 4 тактов КДВГ. След многократни опити да излязат от каналите на дюзовия апарат, те удряйки се в турбинните лопатки ги довеждат до състоянието показано на фигурата. Това на практика прави неизползваемо турбинното колело. В подобни случаи, ако няма поражения върху вала – изходът е смяна на комплекта турбинни лопатки, или на целия ротор.

Със значително по-малки поражения са турбинните лопатки на ТКА МЕТ53SD монтиран към двигател 6L42MC-С показан на фиг.8. В този случай роторът след динамично балансиране е оставен в експлоатация.

От показаното по-горе става ясно, че изпускателната система на КДВГ има важна роля в осигуряване на сигурността на ТКА, а оттам и на двигателя. Проблемът със защитата на турбинната част съществува от години. Правени са редица експерименти и са предлагани множество решения за улавяне на опасните метални парчета, но в крайна сметка се стига до заключението че най-ефективно и конструктивно, най-просто, и сравнително с най-голяма сигурност е вариантът с монтаж на защитни решетки пред ТКА.

2. Двигатели, при които се използват защитни решетки

При съвременните кораби мощността на главните и спомагателните двигатели варира в изключително широки граници. Примерно от 100 kW при най-малките до 80 080 kW при един от най-мощните към момента двигатели RT-flex96C. Това означава, че през проточната газова част на монтираните към него ТКА преминават огромни количества газове. Диаметрите на газоподвеждащата част при входа на ТКА варират от няколко десетки до няколко стотин mm. Монтираните защитни решетки отнемат част от проходното сечение на газоподвеждащите канали. Това, за двигатели с малки мощности ги прави неприложими, тъй като това би довело до рязко повишаване на съпротивлението, заприщване на потока съпроводено с недопустимо увеличаване на температурата на изходящите от цилиндрите газове и нарушаване на нормалния газообмен.

Независимо от способа, системата за принудително пълнене и броя на газоподвеждащите канали, защитни решетки се използват при всички корабни двутактови ДВГ. Те се използват и при 4 тактовите двигатели с по-големи мощности.

Интересен е и случаят, на кораб с два четиритактови двигателя и общо четири ТКА, при които непрекъснато имаше проблеми с попаднали метални парчета в потока газове. В крайна сметка се взе решение пред всеки ТКА да бъдат монтирани защитни решетки от плътен материал с възможно най-голям брой отвори по тях за да се минимизира съпротивлението на газовете при входа им в турбинната част. Корабът целогодишно плаваше в района на Черно море. Монтирането на решетките бе извършено през месец декември и проблеми с температурите на изходящите газовете от цилиндрите нямаше. През месец май, екипажът констатира повишаването им и това наложи защитните решетки да бъдат демонтирани.

3. Конструктивни варианти на защитните решетки

През 60-те и началото на 70-те години при двутактовите КДВГ широко се използват пластинчати ламелни /laminated grid/ защитни решетки. Подобна решетка след отказ е по-казана на фиг.9. Във външен пръстен изработен от чугун с осем изреза за фиксиращите болтове на решетката има оформени прорези за закрепване на изработените от стомана пластини. Перпендикулярно на тях са монтирани три реда тел, чиято цел е да се увеличи здравината на конструкцията, като се намали опасното влияние на пулсиращия поток от газове, предпоставка за вибрации на пластините. Двигателите, на които са били монтирани подобни решетки пред ТКА са K-EF, VBF,VB2F, K98FF K-GF.

В този период са използвани и пластинчати защитни решетки с перпендикулярно разположени пластини, образуващи отвори с формата на квадрат.

С времето се оказва, че тези конструкции не са достатъчно надеждни. При скъсване големи парчета от ламелите попадат в проточната част на турбината и пораженията върху дюзовия апарат, турбинните лопатки и ограничителния пръстен най-често са сериозни.

Проблемите с пластинчатите решетки са причината тяхното приложение да бъде прекратено в средата на 70-те години, когато за двигателите K-GF фирмата “B&W” започва да използва плътни решетки с разпробити отвори. На старите двигатели предлага пластинчатите да се подменят с новата конструкция плътни решетки, оформени като пита с разпробити отвори /plate with drilled holes/ фиг.10. Дебелината на плътния материал от който се изработва решетката обикновено е 20-25 mm, диаметърът и броят на отворите зависи от мощността на двигателя /количеството на газовете/. Двете решетки монтирани пред ТКА на двигателя 10K45GF /фиг.13/ са съответно: малката с диаметър 180 mm тя има 139 отвора с ф10,5, голямата е с диаметър 269 mm, като отворите са 304 броя с ф12.

При по старите двигатели решетките са изработвани от специален чугун но поради своята крехкост и възможност за отчупване на парчета, впоследствие е започнало да се използват специални стомани, примерно S10Cr13. Един от основните недостатъци на тази конструкция е силното замърсяване при работа на тежки горива на отворите, повишаване на температурата на газовите пред ТКА с гарантиран помпаж на последния.

В настоящия момент при всички 2 тактови двигатели се монтират мрежести решетки /wire gauze/ от вида показан на фиг.11 и 12. Първата е монтирана пред ТКА на двигател 6L42MC, а втората е от двигател 6RTA52U. За изработването им се използва специална стоманена тел с дебелина над 3 mm. Опитите да се използва по-тънка тел са довели до скъсване на част от нея и като следствие подбитости при лопатките на дюзовия апарат и турбинното колело.

Основните предимства на тази конструкция са: изключителната простота, по-слабото замърсяване и значително по-малките поражения в проточната част на турбината при откъсване на парчета от телта на решетката.

В горния ляв край на фиг.11 се вижда част от футляра, в който би следвало да е монтиран термометър или датчик за измерване температурата на газовете пред ТКА. Той заедно с такъв разположен след ТКА са важен фактор от системата за контрол на работата не само на ТКА, а и на целия турбобутален двигател /ТБД/. Задължително е футлярите да са оригинални, като казаното е от особена важност за ТКА пред които не са монтирани защитни решетки. Това са всички четиритактови двигатели използвани като дизел-генератори и всички главни двигатели на речните ни кораби. Авторът при ремонт на подобни двигатели се е сблъсквал с множество случаи в своята практика на скъсани футляри, които впоследствие попадайки в проточната част на ТКА са довели до неприятни повреди и дори до откази.

Двете тръби /фиг.12 стрелките със син цвят/, които се виждат непосредствено до защитната решетка в газовия ресивер са дифузорите за изходящите газове на два от цилиндрите на двигателя. Тяхното предназначение е да трансформират голямата кинетична енергия /скорост/ на изходящия поток в потенциална /налягане/.Това води до намаляване на пулсациите на потока в газовия ресивер, т.е. той става с почти постоянно налягане пред ТКА, което осигурява на последния и по-висок КПД на турбинната му част. По подобен или друг начин след цилиндрите на корабните двигатели са оформени конструктивно дифузорни преходи. В последните години те се срещат при все повече четиритактови двигатели които използват пулс-преобразователни и модулни пулс-преобразователни или други подобни системи за принудително пълнене. Крайната цел е икономия на гориво.

4. Брой и места на монтиране на защитните решетки

От показаното в предните редове се вижда че защитните решетки могат да бъдат изпълнени с кръгла или правоъгълна форма. С цел по-голяма здравина при двигателите с голяма мощност те са разделени на секции. Броят на защитните решетки зависи от броя на ТКА при двигателите с постоянно налягане на газовете пред ТКА. Например, за споменатия по-горе двигател RT-flex96C те са четири, като пред всеки в ресивера е монтирана защитна решетка Това важи за всички съвременни двутактови двигатели използвани в корабните и стационарните енергетични уредби.

При старите поколения двутактови двигатели които работеха с импулсни системи за принудително пълнене, т.е. с променливо налягане на газовете пред ТКА, броят на защитните решетки зависеше от броя на газоподвеждащите им канали и можеше да бъде 2, 3 или 4.

Показателен е случаят с двигателите 10К45GF, които години наред се експлоатираха в българския флот. Те бяха с четири ТКА VTR321, като към всеки един от тях подвеждането на газовете от цилиндрите на двигателя ставаше с по две газоподвеждащи тръби .Едната тръба е с голям диаметър и приема газовете от 2 цилиндъра ,а другата малка, като тя е за половината газове от един от цилиндрите /фиг.13/. Така общо на всеки от този двигател имаше по 8 защитни решетки. Конструктивно те бяха от типа показан на фиг.10.

На фиг.11 се вижда един от най-често срещащите се варианти на монтиране на защитна решетка при двутактов КДВГ. Тя е разположена в единия край на газовия ресивер, където е и ТКА. Този случай е характерен за двутактовите двигатели с по-малка мощност и ос на ТКА разположена в една равнина с оста на ресивера. При двигатели с по-голяма мощност с един или повече ТКА решетките се монтират в изпускателния ресивер /фиг.12/. Мястото им се определя в зависимост от положението на ТКА надлъжно на ресивера, а така също и от разположението на ТКА спрямо ресивера. Възможни са два варианта:

ТКА монтиран над газовия ресивер;
ТКА монтиран под газовия ресивер.

Решетките в този случай са многосекционни. За посочения двигател 6RTA52U тя е четирисекционна с правоъгълна форма /фиг.12/.

Място на монтиране на защитните решетки на двигател 10 K45GF

5. Замърсяване на защитните решетки

Замърсяването на защитните решетки в процеса на техническата им експлоатация е основен проблем, независимо че при различните им конструктивни варианти той се проявява в по-голяма или по-малка степен. Като резултат от това, влиянието му може да бъде приемливо за кратък експлоатационен период, след който е задължително да се предприемат съответните мерки. Основните причини за замърсяване на защитните решетки съвпадат с тези за газовия тракт и са свързани с вида на използваното гориво, горивоподготовката и състоянието на горивната апаратура, центровката на двигателя, режима на работа и др. В следващите редове са разгледани типични случаи на замърсяване при двата основни конструктивни варианта на защитни решетки.

Най-податливи и с най-голямо влияние върху работата на турбобуталния двигател са старата конструкция плътни защитни решетки с разпробити отвори. При тях обикновено замърсяването става за сравнително кратък период на експлоатация. По мнение на главни механици и личния опит на автора, при двигатели с подобни решетки и използване на лошокачествено гориво, предозиране в режими на малки натоварвания на цилиндрово масло, лошо сепариране, нарушен подгрев на горивото и др., замърсяването може да стане за период от 5-10 дни. При подобни случаи неговата проява е с рязко повишаване с около 40-100 °С температурата на газовете пред турбинната част на ТКА и задължително първоначално с „мека“ неустойчива работа на компресорната част /предпомпажно състояние/ и шумови ефекти, особено при плаване в щурмово време, ледова обстановка и др. При достигане граничните стойности на посочената температура, компресорната част изпада в помпаж, съпроводен с изключително силен звуков ефект и изхвърляне на въздух в машинното отделение. Плътните защитни решетки при по-слабо влияние на замърсяващите фактори могат да достигнат критични стойности на замърсяване след няколко хиляди часа на работа. В този случай индикацията за това е бавното непрекъснато повишаване във времето на температурата на газовете пред ТКА и разбира се появата в определен момент на специфичния шум който много често плаши механиците, тъй като създава усещането че не е откъм компресорната част на ТКА. В подобни случаи лист хартия може да свърши много добра работа, достатъчно е да го поставите върху въздухоприемния филтър, ако прилепне плътно и не мърда причината не е в замърсената защитна решетка, а е друга. Ако започне пулсиращо преместване в радиална посока, то това е вече признак, че има съпротивление в газовия тракт. Не трябва обаче еднозначно да се приема този факт. Подобен ефект би се получил не само от замърсена решетка, но и от замърсен дюзов апарат, въздухоохладител, силно замърсени продухвателни прозорци, лошо състояние на буталната част и др. В този случай опитът на обслужващия персонал е от изключително значение за локализиране на причината.

Типичен случай на замърсяване на плътна защитна решетка е показан на фиг.14. Прави впечатление, че отлагането при отделните отвори е неравномерно и при евентуален частичен демонтаж, т.е. без снемане на защитната решетка за контрол на състоянието, то веднага говори на обслужващия персонал, че тя трябва да бъде демонтирана и основно очистена.

Авторът в практиката се е сблъсквал с няколко куриозни случая, при които визуално след частичен демонтаж /на място/ е извършван оглед на защитната решетка и заключението е било, че тя е чиста и няма отлагания. Така е станало и със случая описан по-долу:

Пред ТКА VTR454 монтиран към двигател 8L35MC защитната решетка е подобна на показаната на фиг.10, 14. По време на престоя на кораба в град Варна е извършен основен ремонт на ТКА, който включва очистване на елементите на въздушната част /ВПФ, компресорно колело и лопатъчен дифузор, а така също и на газовата /дюзов апарат и турбинни лопатки/. Подменени са зъбните маслени помпи, лагерните възли и лабиринтните втулки. В случая е интересен следният момент. Преди ремонта ТКА е работил нормално при всички експлоатационни режими, в това число и при най-неблагоприятните от гледна точка на вероятността за помпаж, момент след изключване на електрическите компресори.

След ремонта корабът отплава и започва продължителна неустойчива работа на компресорната час при посочените по-горе режими, т.е. в момента на изключването на ел. компресори. Това кара екипажа да започне проверки в това число и на защитната решетката. На същата е извършен оглед без тя да бъде демонтирана, при който не е открито нищо притеснително. Вниманието е насочено към другите възможни причини. Подадена е информация на корабособственика за евентуална повреда при дюзовите лопатки вследствие на ремонта, в резултат на който те са деформирани, намалено е проходното сечение, което е довело до високата температура при входа на турбинната част и непрекъснати помпажи??? Това продължава по време на целия рейс. От кораба настояват при пристигането му в България на борда да бъде изпратен ремонтен екип ръководен от автора с цел повторно демонтиране и основен преглед на техническото състояние на ТКА. След разговор в техническия отдел на компанията бе решено преди повторното разглобяване на ТКА да бъде демонтирана защитната решетка и проверена. След като бе свалена се получи конфузна ситуация, тъй като видимо тя бе в идеално състояние без отлагания с фина гладка повърхност по вътрешната страна на отворите. Поради липса на информация в корабната документация за решетката се реши да се извърши проверка за диаметъра на отворите и чрез разпробиване до поява на метална повърхност. Присъстващите отново бяха изненадани. При всички отвори се установи, че отлагане с дебелина 1,5 mm. което за конкретния случай е довело до общо намаляване на проходното сечение пред турбинната част с 25%. В крайна сметка отпадна необходимостта от повторното разглобяване на ТКА. Обяснението защо преди ремонта при мръсна решетка и проточна част на ТКА е нямало помпажи, а след ремонта, но отново с мръсна решетка и чист ТКА са започнали е посочено в т.6.

МЛАДИ КОЛЕГИ, ВИНАГИ ВНИМАТЕЛНО ИЗВЪРШВАЙТЕ ПРОВЕРКИТЕ И СЕ ОТНАСЯЙТЕ С НЕОБХОДИМАТА СЕРИОЗНОСТ КЪМ ДРЕБНИТЕ ДЕТАЙЛИ. ТОВА ЩЕ Е ДОБРЕ ЗА ВАС И ЗА ТЕЗИ, КОИТО ЩЕ ДОЙДАТ СЛЕД ВАС НАЙ-ВАЖНОТО, Е ЧЕ ВИЕ ЩЕ СИ СПЕСТИТЕ МНОГО НЕРВИ И БЕЗСЪННИ ЧАСОВЕ. ЗАПАЗЕТЕ ГИ ЗА ХУБАВИТЕ ДНИ И НОЩИ НА БРЕГА

Горното е доказано в 50-годишния опит на автора

В сравнение с плътните, мрежестите решетки се замърсяват значително по-малко, но и при тях е възможно да се образуват опасни за работата на ТКА отлагания. Това се потвърждава от показаното на фиг.15.и 16. И в двата случая работата на двигателите е била съпроводена с значително повишаване температурата на газовете пред ТКА и множество помпажи. Важно е да се знае също, че двигателите са използвали качествени горива!

Показаната на фиг.17 защитна решетка е интересна с това, че образувалите се на отделни места отлагания са специфични и те са в резултат от пожар в изпускателния ресивер. Тези отлагания са с изключително голяма твърдост и при откъсване те с голяма скорост се удрят в лопатките на дюзовия апарат и турбинното колело. Последствията са подбитости при входящите ръбове на лопатките и увеличаване на радиалната хлабина между върха на аксиалните турбинни лопатки и ограничителния пръстен. Под действие на центробежните сили тези образувания попадат в посочената хлабина и се раздробяват на малки частици от въртящите се с голяма честота турбинни лопатки, което води до нейното увеличаване, дължащо се на износване на ограничителния пръстен и турбинните лопатки. Повишава се температурата на изходящите газове и започват неприятните помпажи. Има обаче нещо по-лошо – посоченото износване, което налага смяна на турбинните лопатки и ограничителния пръстен или тяхното възстановяване. Това струва за средно голям ТКА няколко десетки хиляди долара.

В неприятна ситуация попада екипажът при голям корабен двигател с подобни на показаната на фиг.17 решетки. Повишени температури и помпажи налагат да се влезе в изпускателния колектор и продължително време с чукчета на ръка да се снема твърдото отлагане на 4 броя решетки, което е било с дебелина 1-1,5 мм по телта на всяка от тях до отстраняването на проблема.

6. Анализ на влиянието на замърсяването на защитните решетки върху устойчивостта на работа на компресорната част на ТКА

В следващите редове авторът предлага качествен анализ за влиянието на замърсяването на защитните решетки, който важи за всички съвременни двутактови КДВГ, без значение на техния производител, които използват способа на правотоково-клапанното принудително пълнене съчетано със система с постоянно налягане на газовете пред ТКА /РТ=const/ и наличие на електрически компресори. По приблизително подобен начин изглеждат нещата и в случаите на замърсяване на въздухоохладител, продухвателните прозорци на цилиндровите втулки, дюзовия апарат, турбинните лопатки и изпускателния тракт, т.е. всяко допълнително съпротивление в газовъздушния тракт на двигателя води до промяна на изходната картина. Поради желание да не се претоварва посоченият материал с теоретична част се разглежда само случаят на двигатели с един ТКА. Интересно е да се отбележи и следното:

В годините на своята активна практико-преподавателска дейност авторът освен със стотиците чисто практически въпроси свързани с ремонта и експлоатацията най-много е коментирал въпроса с феномена помпаж при ТКА. Четири са главните моменти които всеки един уважаващ професионално себе си механик трябва да познава:

каква е физическата същност на това явление;
кои са причините и кои от тях са доминиращи;
до каква степен явлението е опасно за ТКА и двигателя;
как би следвало да се действа при наличие на помпаж на ТКА?

Тук тези въпроси няма да намерят своя отговор, но при първия удобен момент те ще бъдат разгледани за Вас.

Най-добре влиянието на замърсяването на защитните решетки при КДВГ може да се разбере, като се анализира положението на линията на работните режими на ТКА и разходната характеристика на двигателя върху работното поле на компресорната част /compressor map/. Това е направено от автора на фиг.18 Използвано е действително поле на ТКА TPL85-B публикувано в ABB Turbocharger TPL…-B for 2-stroke engines, Product information, Publication No.CH-Z2052 99. От съображения за сигурност производителите на съвременните ТКА не посочват спецификацията, така е и в конкретния случай.

Работно поле на компресорната част TPL 85-B

Характеристиките показани върху работното поле на компресорната част на фиг.18 са снети на специален стенд от производителя и те са за типоразмера TPL85-B с точно определени конструктивни размери на следните две основни части: компресорно колело и лопатъчен дифузор, т.е. за точно определена спецификация. Ако внимателно се погледне работното поле примерно при степен на повишаване на налягането πк=3,5 тази спецификация има гранични възможности в диапазона ⁓28-42 m³/s. Това говори ,че в този работен диапазон може да има няколко двигателя които да са с различна мощност но на всеки от тях трябва да бъде монтиран ТКА TPL85-B с различна спецификация при посочената степен на повишаване на налягането.

Оптималният, най-ефективен вариант за двигателя от разглеждания пример при πк=3,5 е диапазонът от ⁓30-32 m³/s, т.е. там трябва да преминава неговата разходна характеристика, тъй като това е зона с максимален к.п.д 0,86 за компресорната част. Наляво е помпажната зона, а надясно рязко намалява к.п.д, т.е. двигателят ще работи с по-голям разход на гориво. Фирмите производители на ТКА на базата на своя дългогодишен опит са разработили теоретико-експериментални модели за съгласуването на ТКА и двигателя.

Въпросът за работните полета и спецификациите при различните типоразмери ТКА, изисква по-задълбочено разглеждане и излиза извън обсега на тази публикация.

И така нека се върнем към темата на настоящия материал с обяснение на показаното на фигурата, а то е:

по ординатата – степен на повишаване на налягането πк ;
по абсцисата – производителност на компресорната част /приведена към стандартни условия приети от фирмата производител/ Gк, m³/s;
най в ляво, начупената линия е границата на помпажа която разделя общото поле на две части: лява, в която попадането на работна точка на ТКА означава помпаж и дясна – зона на устойчива работа на компресорната част;
кривите на постоянните честоти на въртене на ротора /оцветени в зелен цвят, като посочените стойности са относителни/;
кривите на постоянните к.п.д на компресорната част /0,65;0,70…../;
I, II – зони с най-голяма вероятност за изпадане в помпаж на ТКА;
ЛРР 1 – линия на работните режими на ТКА, когато са включени спомагателните ел. компресори;
ЛРР 2 – линия на работните режими на ТКА, когато са изключени спомагателните ел. компресори;
РХД 1 – разходна характеристика на двигателя при работещи ел. компресори;
РХД 2 – разходна характеристика на двигателя при изключени ел. компресори.
Сините ЛРР1,2 и РХД1,2 са за случая на чиста защитна решетка, идеално техническо състояние на двигателя, винта, корпуса и фирмените атмосферни условия. Всяка промяна на някой от тези фактори променя и положението на тези линии върху работното поле.

Да дефинираме смисъла на посочените линии:

ЛРР – това е линията, по която са разположени работните точки на компресорната част при съответните режими на работа на ТКА. Така например т.А1 показва каква е степента на повишаване на налягането /⁓1,95/ и количеството въздух което подава към двигателя при дадения режим компресорната част/⁓20 m³/s/.
РХД – това е линията по която са разположени работните точки за двигателя при съответните режими на работа, от гледна точка на количество и качество на постъпващия към него въздух. Така например т. А2 показва каква е степента на повишаване на налягането /⁓2,15/ и количеството въздух което постъпва към цилиндрите на двигателя /⁓20 m³/s/
А1, А2, А3, А4 – характерни работни точки върху ЛРР и РХД със син цвят при чиста защитна решетка, с червен цвят при замърсена.

Известно е че пускането на двигателя се предшества от старта на ел. компресори, които осигуряват така необходимото за двутактовите двигатели първоначално количество въздух, т.е. в тези начални моменти основното количество въздух за да работи устойчиво двигателя в зоната на минималните честоти на въртене /обороти/ се получава от тях, но преминава през компресорната част на ТКА, като спомага за по-бързото развъртване на ротора. До момента на тяхното изключване към двигателя постъпва едно и също количество въздух със степен на повишаване на налягането формирана от ел. компресори и ТКА. Това обяснява и наличието на две сини и две червени линии, съответно плътна и прекъсната. Първата от тях е ЛРР1, а втората РХД1 при работещи ел. компресори и ТКА. В началото на диаграмата с отсечките ТКА и ЕК е показано това, вижда се по-голямото участие във формирането на налягането на ел. компресори за сметка на ТКА. С увеличаване натоварването на двигателя /увеличаване на температурата и честотата на въртенето/, тяхната роля намалява. Момент преди изключването им т.А2 тяхното дялово участие е показано с отсечката ∆πек, като πк1 е в резултат от работата на компресорната част, а πк2 от компресорната част + ел. компресори.

Тук съм изкушен да напомня на „младите“, около моята възраст колеги за тъй наречените “черни сектори“ на измерителите на честотата на въртене на главните двутактови двигатели от поколението с импулсни системи за принудително пълнене без ел. компресори, когато по-форсираните от тях / примерно 6ДКРН67/140-4 – серията „Станко Стайков“/ с ТКА ТК60 използващи плъзгащи лагерни възли се затрудняваха да наберат необходимата честота на въртене и маневрите в пристанища бяха малки изпитания за тях и най-вече за хората на мостика.

В момента на изключване на ел. компресори, двигателят преминава на работа от схема на последователно принудително пълнене /ТКА + ЕК/ към схема на чисто принудително пълнене /само ТКА/ т. А1, А2 се преместват в една т. А3, а ЛРР от този момент / при абстрахиране от съпротивлението на въздухоохладителя, което е пренебрежимо малко спрямо налягането на постъпващия въздух/ съвпада с РХД. Това преместване, наляво по-близо до границата на помпажа се обяснява с появата на допълнително съпротивление във въздушния тракт – клапите, които трябва да отвори въздуха преди да постъпи към цилиндрите на двигателя. Преди това компресорната част на ТКА е работила в благоприятни условия, далеч от границата на помпажа тъй като ел. компресори са засмуквали подаваното от нея количество въздух. Един пример от практиката:

При десетките ремонти на ТКА VTR454 монтирани към двигатели 8L35MC на кораби от нашия флот проверката на качеството на ремонта на кея се извършваше с ръчното пускане на ел. компресори и въртене на вала с валоповоротката. Благодарение на техния засмукващ ефект, роторът на ТКА се развъртваше стабилно и последният можеше да бъде прослушан и се види, че зъбните маслени помпи на вала му подават нормалното масло към лагерните възли

Тук е редно да отбележим, че при работещи ел. компресори почти е невъзможно компресорната част да изпадне в помпаж. Не стоят нещата така след тяхното изключване Тук има два интересни момента:

много важно е положението на ЛРР2 спрямо границата на помпажа: разходящо или с еквидистантен характер след т.А При първият случай с увеличаване честотата на въртене на двигателя все по-малка ще става вероятността от изпадане в помпаж на компресорната част. Докато при втория – в целия диапазон на работа на двигателя вероятността от помпаж ще е приблизително една и съща;
много важен е и характера на границата на помпажа, начупена или плавна крива.

На фиг.18 са отбелязани две зони I и II, първата започва от момента на изключването на ел. компресори при дадено техническо състояние на двигателя, ТКА, корпуса, винта и външните фактори и завършва при констатиран помпаж, там където той рязко намалява или изчезва при натоварване на двигателя, а втората е по причини конструктивно заложена в самата компресорна част. При старите поколения ТКА границите на помпажа бяха плавни криви и при тях съществуваше само първата зона. Не така изглеждат нещата днес при новите поколения ТКА, при които границата на помпажа има „причудливо“ начупен характер със зони приближаващи се и отдалечаващи се от ЛРР. Така че, ако в практиката се тръгне да се търси зона на устойчива работа, тя за нашия пример ще бъде между I и II, т.е. в диапазона по πк⁓1,9 – 2,6.

При замърсяване на защитната решетка и загуба на проходно сечение над 20%, а в някои случай и при по-малко проценти това може да стане, ако има съпътстващи промени и в други фактори: замърсен дюзов апарат, турбинни лопатки, въздухоохладител, вълнение и др. помпажът може да ни изненада.

Положението на ЛРР и РХД при замърсяване на защитната решетка са показани с червен цвят върху работното поле. Прави впечатление тяхното опасно приближаване към границата на помпажа и то е по-голямо съответно при по-голямо замърсяване. Ако приемаме точките А4 за такива при номинален режим на работа на двигателя, това трябва да ни говори, че при подобна ситуация намалява налягането и количеството на постъпващия към двигателя въздух, мощността на турбинната част, поради по-малкото количество газове които ще преминат през нея и като следствие и честотата на въртене на ротора на ТКА. Крайният ефект от замърсяването на защитните решетки е по-малък коефициент на излишния въздух, по-лошо горене, по-високи температури и разход на гориво за двигателя.

И в заключение да се върнем към обещания коментар за случая при ТКА на двигателя 8L35MC. Нека приемем, че червените линии върху разходното поле /фиг.18/ са за състоянието на ТКА преди ремонта /основното очистване/ и при замърсената защитна решетка.

След очистване на ТКА, компресорната част при същата замърсена решетка подава по-голямо количество въздух, което води до по-голямо увеличаване на съпротивлението в газовъздушния тракт и до преместване още по наляво на ЛРР и разбира се до помпажи.

7. Повреди при защитните решетки

Повредите при защитните решетки зависят от конструкцията им. Интересен е случаят с показаната на фиг.9 скъсана пластинчата решетка, която е била монтирана пред ТКА Т540Е на двигател 6ДКРН74/160-3, който е с импулсна система за принудително пълнене. Основната причина при подобни повреди е пулсиращият поток на газовете и породените от него вибрации, които са довели до скъсването на демпфиращата тел и пластини които попадат в проточната част на турбината. По време на ремонта се взема решение да се изработи нова защитна решетка без да се съобразят с условията на експлоатация на последната, а не да се достави оригинална. Това е довело до ново скъсване на решетката и до нови проблеми с дюзовите и турбинните лопатки. В крайна сметка се е наложила смяна на два броя ротори и дюзови апарати.

При плътни решетки с разпробити отвори, авторът се е сблъсквал със следните проблеми:

пукнатини между отворите, което може да бъде обяснено с остатъчните напрежения на материала в резултат от разпробиването им и последващата експлоатация с високата температура на потока газове, която условно, ако пред ТКА е 450 °С, то пред защитната решетка ще бъде няколко десетки градуса повече.

По неприятното е че често при лоша организация на горивния процес в цилиндрите на двигателя, центровка, прегорели седла на клапани и др. се създават условия за догаряне на част от горивото върху повърхността на защитната решетка със значително по-високи температури което води често до:

прегаряне на част от метала на решетката.

Другите по-рядко срещани проблеми са:

корозията и ерозията, първата се среща при решетки монтирани на кораби изведени продължително време извън експлоатация /над 6 месеца/ без изисканото в такива случай очистване и консервация. Ерозията се получава при работа със силно замърсени горива или въздух.

Казаното подсказва, че при пускането в експлоатация на стар кораб едно от нещата което трябва да се провери са защитните решетки!

Показаната на фиг.19 част от плътна решетка е с опасни пукнатини, ясно се вижда и липсата на част от метала, който е попаднал в проточната част на турбината и е свършил своята “полезна“ работа за дюзовия апарат, ограничителния пръстен и работните лопатки.

При новите двигатели много проблеми създават мрежестите защитни решетки, независимо от предприетите мерки от страна на производителите. Освен посочените по-горе причини тук голяма роля има конструкцията, дебелината на телта, начинът на изработка и фактът, че тези решетки спрямо плътните много трудно успяват да устоят на носещите се от потока по големи стоманени парчета метал от сегменти и клапани. И още нещо: не трябва да се заблуждавате, че ако ТКА е разположен над газовия ресивер парчетата няма да достигнат до проточната турбинна част. Във връзка с казаното искам да споделя с Вас интересен пример за да почувствате силата на потока газове носещ с голяма скорост това, което е попаднало в него.

Добре познати на по-старите колеги са експлоатиращите се и до днес главни двигатели 6RND76 в световния флот, навремето това бяха едни от най-разпространените в Параходство БМФ. Единственият ТКА VTR631 е разположен над газовия ресивер, а защитната мрежеста решетка е на разстояние ⁓ 1,5 м. под канала на газоподвеждащия корпус, а до оста на турбината то е повече от 2 м. Известно е, че тези двигатели са без изпускателни клапани, т.е. продухването е прозоречно. Парче от сегмент с маса около 0,5 кг. след неизвестно време и хиляди удари върху решетката я разкъсва и попада в проточната част на ТКА. Резултатът – тежък отказ налагащ смяната на дюзовия апарат, ограничителния пръстен, ротора, маслени помпи, лабиринтни втулки. Период извън експлоатация.

Подобен на описания случай бе констатиран и при двигател 5RTA68 с ТКА VTR564 също с неприятни поражения: 5 броя турбинни лопатки с пукнатини, 2 броя с големи откъртвания и 21 броя с по-леки поражения. Краен резултат: основен ремонт на ротора със смяна на комплект турбинни лопатки-45 броя.

На фиг.20, 21, 22 са показани скъсани мрежести решетки. Първата е монтирана в ресивера на двигател 8K90M-C с два ТКА ТСА88. На снимката се вижда скъсаната тел, показаното говори, че механиците прецизно са огледали състоянието на решетката! Много неприятни са случаите дадени на фиг.21, 22. На първата се вижда и „виновника“ за състоянието на решетката.

Крайно неприятен е случаят с показаната защитна решетка на фиг.21. Това е типичен пример за прегаряне на телта в резултат от процес на горене в изпускателния тракт.

8. Контрол на състоянието и действия от страна на екипажа при повреда на защитните решетки

Периодично обслужващият двигателя персонал трябва да извършва контрол на защитните решетки за замърсяване и повреди. Косвените показатели които говорят за нарушаване нормалното им състояние са повишаване на температурата на газовете пред турбинната част и при голяма част от случаите изпадане в предпомпажно състояние или помпаж на ТКА. При констатиране на тези неща една от първите проверки която трябва да се направи е преглед на защитните решетки. Добрата техническа морска практика изисква това да се прави не при достигане граничното състояние, а регулярно. Често това се пренебрегва от корабните механици, тъй като причината е в сравнително трудния визуален контрол който е най-добрият начин за проверка но изисква в зависимост от мястото на монтиране на решетката и конструкцията, влизане в изпускателния ресивер, демонтаж на свързващите тръби или самата нея. Контролът трябва да се извърши внимателно, по цялата повърхност и при добро осветление. В момента на редица кораби има ендоскопски системи които позволяват лесно, ако има на подходящо място отвор да се провери техническото състояние на решетките.

Особено, както вече бе отбелязано трябва да се внимава със замърсяването на плътните решетки които трябва да се проверяват с повишено внимание. Задължително е да се измерят диаметрите на няколко отвора и сравни стойността им с тази, когато са чисти. Констатирани са случаи, както вече бе казано, когато отворите са с идеална гладкост , но със значително отлагане което визуално не може да се констатира. Ако няма размера на чистия отвор е наложително решетката да се постави на бормашина и с свредла с различен диаметър последователно да се премине през отворите до поява на метал.

При новите поколения корабни двигатели се използват ТКА с вътрешно разположени лагерни възли /TPL,TCA,МЕТ/ по време на ремонт се демонтира газоподвеждащата част, това е удобен момент за контрол на състоянието на защитната решетка, ако тя е разположена в края на газовия ресивер, а не вътре в него.

При констатирана повреда или силно замърсяване по защитната решетка, нещата не трябва да се подминават с лека ръка, задайте си въпроса защо е станало това и коя е причината: състоянието на горивната апаратура, вида на горивото и неговата подготовка, центровката на двигателя, дозировката на цилиндрово масло, газоразпределението /нормалната работа на хидро-пневматичните клапани и по-специално системата им за управление-чистотата на маслото или попадането на въздух в него и др./

Как трябва да се постъпи при констатирани тежки проблеми, като например посоченото на фиг.21, 22 това, което е останало от мрежестата част на защитната решетка трябва да се премахне и потърси начин за спешна доставка на нова оригинална решетка. Случаят показан на фиг.20 е по-специален, може да продължи нормалната експлоатация, но с условие, периодично да се контролира решетката.

При многосекционните мрежести решетки /фиг.12/ е възможно на повредената секция да се монтира плътен стоманен лист, но повдигнат с дистанционни втулки така, че газовете да могат да влизат под листа за да се доведе до минимум заприщването на потока. Подобно решение при проблеми със здравината на мрежата на защитната двусекционна решетка за своите двигатели 5,6,7S60MC-C предлага фирмата „HYUNDAI“.

Неправилно е да се прави опит да бъде закрепена останалата част от мрежата на решетката, категорично при по-голямо натоварване на двигателя тази част в крайна сметка ще се отзове в проточната част на ТКА.

И така, дано млади колеги съм Ви убедил че дребните неща са много, много важни за нашата професия.

Попътен вятър и малко проблеми свързани с ТКА!

Авторът иска да изкаже своята специална благодарност на нашите уважавани колеги инж. Ив. Карчев, инж. Д. Харизанов, инж. Й. Симеонов, инж. Р. Русев, инж. Р. Андонов за предоставения за тази и други публикации част от снимковия материал и за споделените лични впечатления. Без тяхната помощ представеното на Вашето внимание би било непълно и най-важното, не достатъчно аргументирано.

Сваляне на публикацията в .pdf формат [ТУК] Размер на файла 3.2MB

За Maritime Global

Maritime Global се реализира по моя идея и изпълнение, с доброволен и безвъзмезден труд, в личното ми свободно време и се финансира изцяло с лични средства от мен. Всеки, който има желание да публикува материал или да съдейства по друг начин за развитието на сайта, нека се чувства свободен да се свърже с мен.

Защитните решетки пред турбокомпресорните агрегати или за елементарните неща, които създават големите проблеми.

1. Причини за наличието на защитни решетки