Системата за мазане на ТКА с търкалящи лагерни възли посредством центробежни вал-помпи /ЦВП/ с очистващ сепаратор е разработена от инженерите на фирмата Brown Boveri /ABB/ за произвежданите от нея малки и средно големи типоразмери вместо мазането с центробежни маслоразпръскащи дискове. Без преувеличение това инженерно решение може да се причисли към уникалните заради простотата в конструкцията и крайния резултат от приложението му. Най-важното е ,че то увеличи експлоатационния живот на лагерните възли, намали отказите и даде възможност да се премине към следващото поколение ТКА /VTR..4/, което би било технически много трудно, ако я нямаше тази система за мазане.

Основните предимства на системата за мазане при ТКА с ЦВП с очистващи сепаратори при компресорната и турбинната част в сравнение с мазането посредством маслоразпръскащи дискове са:

възможност за непрекъснато очистване на маслото постъпващо към лагерните възли;
осигуряване насочено подвеждане на маслото в района на контактните повърхности между сачмите, ролките и вътрешната гривна на лагерите, което изключва процес на полусухо и сухо триене;
преминаване на максимално възможното количество масло през лагерите, което осигурява оптимален топлинен режим в целия експлоатационен диапазон на ТКА.

Като положителни качества на тази система могат да бъдат посочени:

простотата в конструкцията;
възможността да бъде разположена в малките по обем маслени вани;
изключително високата степен на надеждност;
задвижването от вала на ТКА;
удобството за текущо поддържане от неквалифициран персонал.

Поради своята лека конструкция тя влияе незначително върху общата маса на ротора, което не води до допълнително натоварване на лагерните възли и не влошава бързото адаптиране на ротора при преходни режими.

Посочените предимства са причината тази система да бъде актуална в момента и в следващите години до излизането от експлоатация на ТКА с външно разположени търкалящи лагерни възли.

Много по-късно сходен вариант на тази система започва да се използва и при ТКА от типоразмерния PDH..ZV-ред на чешката фирма PBS Turbo.

Общият вид на системите за мазане при компресорната част на ТКА от VTR..0,1,4 и PDH..ZV-ред са показани по долу. На първата от тях е дадена ЦВП, която се използва при ТКА VTR..0,1, а на втората при PDH..ZV. Съответно означенията на фиг.1 са: 1-канал за засмукване на маслото оформен като едно цяло с фланеца; 2-болтове, които фиксират положението, в случая на радиално-аксиалния лагерен възел; 3-щифт гарантиращ правилния монтаж на лагерния възел и фланеца, който не трябва да се развива при ремонт извършван от екипажа; 4-фланец; 5-центробежния диск на помпата; 6-капачката затваряща пространството в което постъпва и се сепарира маслото. Аналогичен е смисълът на означенията при центробежната вал-помпа на фиг.2.

Прави впечатление, че маслената вана на фиг.1 е оребрена както от вътрешна така и от външна страна, а тази на фиг.2 не е. Това е направено с цел намаляване на температурата на маслото по време на работа на ТКА.

Общият вид на ЦВП използвана при ТКА от реда VTR..4 е даден на фиг.3,4 означенията са: 1-маслена вана при компресорната част; 2-капачка на вал-помпата; 3-центробежен диск; 4-пробка за наливане на масло във ваната; 5-датчик от системата за измерване честотата на въртене на ротора; 6-дюза на вал-помпата; 7- фирмена табелка, на която е нанесена стойността на размера “К“, който важи само за дадения ТКА, и ако след сглобяването му по време на ремонт не се различава с повече от 0,1 мм от дадения там, то центровката е добра; 8-маслопоказателно стъкло; 9-канал, по-който постъпва маслото в центробежната вал-помпа.

При ТКА от посочения типоразмерен ред са характерни две неща: капаците на маслените вани са изработени от алуминий, като в тях е оформен канала за подвеждане на маслото към вал-помпата.

На фиг.5 са показани центробежни дискове и техните капачки, като на лявата фигура се вижда какво представляват те погледнати от външната страна, т.е. откъм страната на подвеждането на маслото към вал-помпата, а на дясната от вътрешната страна, т.е. откъм страната от която маслото се подава към лагерния възел. Вляво на фигурата дискът и капачката са изработени от алуминий, а вдясно от стомана.

При ТКА от реда VTR..0,1 първоначално центробежните дискове са били изработени от стомана, което е водело до увеличаване масата на ротора, а като следствие от това и до удължаване на времето при преминаване от един режим на работа на ротора към друг. В края на 70-те години започва изработването на дисковете от алуминиева сплав. Технически е възможно на много стари ТКА вместо стоманени да бъдат монтирани алуминиеви центробежни дискове без допълнителни преустройства. Безпроблемна е и експлоатацията на ТКА със системи при компресорната и турбинната част от различен метал. Посоченото говори за универсалност и приемственост в поколенията, което е специфично за ТКА произведени от фирмата АВВ.

От пускането в експлоатация, ТКА от реда VTR..4 винаги са били с ЦВП изпълнени от лек метал. Докато при поколението VTR..0,1 смукателната част с изключение на дюзата е изработена от чугун при ТКА на АВВ /фиг.1/ и от стомана при тези на PBS Turbo /фиг.2/, то при VTR…4 капака на маслената вана, в който е оформен смукателният канал е от алуминий.

Конструктивно вариант на ЦВП при ТКА от реда PDH..ZV при компресорната част е изпълнен от алуминиева сплав, а при турбинната част от алуминий и стомана.

Интересно е да се отбележи, че функцията на центробежния диск играещ ролята на сепаратор специалистите на фирмата оценяват и я използват впоследствие и при мазането със зъбни маслени помпи при големите типоразмери от VTR..1,4. Още дълги години това изпълнение ще се среща по корабите. В нашия флот то бе при ТКА VTR631 и VTR454.

За да се разбере принципа на работа на центробежната вал-помпа на фиг.6 са посочени конструктивните особености на центробежния диск.

Съответните означения са за: 1- 6 броя магнитчета, те са елементи от системата за измерване честотата на въртене на ротора при дискове изработени от алуминий, при дискове от стомана това са отвори /виж фиг.5/; 2- 4 броя отвори с резба. Те са предназначени за фиксиране на планката за застопоряване на ротора при разглобяване на ТКА; 3- 6 броя радиални канали /виж синята стрелка/, които завършват при периферията на диска; 4- 2 броя надлъжни отвора, по-които маслото постъпва към лагерния възел; 5- 3 броя отвори при малките и 4 при големите типоразмери с резба за закрепване на капачката към центробежния диск; 6- два изреза, които се използват при демонтаж на капачката; 7– 2 стоманени щифта, с които диска се фиксира към вала на ротора.

Част от центробежния диск е потопен в маслото, което се намира в маслената вана и в зависимост от нивото му частично запълва 2 или 3 от радиалните канали. При завъртване на ротора въздухът, който се намира в затвореното пространство на центробежната вал-помпа излиза от тях в маслената вана, а в пространството се създава подналягане, т.е. появява се възможност за засмукване на масло през канала оформен във фланец или капака на маслената вана /виж 1 на фиг.1,2 и 9 на фиг.4/. Постъпилото масло се сепарира и по двата отвора /виж 4 на фиг.6/ се подава точно там, където е най-необходимо, т.е. в зоната на контакта на сачмите, ролките с вътрешната гривна на лагерите /виж 5 на фиг.7/

На фиг.7 е показан надлъжен разрез в района на лагерния възел с центробежната вал-помпа при компресорната част на ТКАVTR..0,1. Основните означения съответно са: 1 – нормално ниво на маслото във ваната; 2-канал по-който постъпва маслото в затворения обем на помпата; 3-периферната повърхност, по-която се отлагат при сепарирането на маслото замърсяващите го частици; 4- 2 броя централни гайки с междинна осигуряваща зегера, които фиксират ротора спрямо корпуса на ТКА; 5-едното от двете каналчета, по което маслото постъпва в лагерния възел; 6-касета на лагерния възел; 7-радиален демпфиращ пакет; 8-лабиринтна втулка; 9-пръстеновидно пространство, в което постъпва атмосферен уплътняващ въздух.

2. Основни технически проблеми при експлоатация на центробежните вал-помпи:

2.1. Замърсяване на вътрешното пространство на центробежната вал-помпа.

То може да бъде нормално и критично. В първия случай не съществува опасност за нормалната експлоатация на ТКА. Докато във втория се нарушава подаването на необходимото количество масло към лагерния възел и това може да доведе до тежки последствия, в това число до катастрофичен отказ на ТКА. Подобни случаи на замърсяване са показани на фиг.8 и 9. Вижда се, че отложилата се маса е запушила отворчетата за подвеждане на маслото. Подобно близко до критичното е състоянието на вал-помпата показано на фиг.12.

Мръсните частици, които са по-тежки от използваното масло под въздействие на високата честота на въртене на ротора се отделят от него в пръстеновидното пространство на центробежния диск /фиг.8 и 9/. Те се образуват или попадат в процеса на експлоатация или на ремонт. По време на експлоатация при ненавременна смяна на маслото започва процес на стареене и образуването на подобни частици. Същият ефект се наблюдава и при използването на некачествени масла. Другата причина е лющене на боята на маслените вани при турбинната част. Този процес е вследствие от нарушаване на нормалното охлаждане при силно замърсяване на водното пространство на газоподвеждащите корпуси и режими на работа при големи натоварвания /виж фиг.10/. А как в условията на експлоатация трябва да изглежда маслена вана при турбинна част е показано на фиг.11. Под нея се вижда и част от водното пространство на газоподвеждащ корпус.

Недопустима е експлоатацията на ТКА с лошо състояние на лабиринтното уплътнение при турбинна част, липсата или недостатъчно количество на уплътняващ въздух, поради непочистени канали за подвеждане и отвеждането му. Пример за това е показаната маслена вана с центробежната вал-помпа на фиг.12, което е резултат от силното замърсяване на вентилационния канал фиг.13.

2.2. Счупване, липса на еластичност и износване на уплътняващите сегменти.

Основната причина за счупването и липсата на еластичност е използването на неоригинални сегменти. Най-често износването им е в резултат от експлоатация на вал-помпата с радиален бой “В1“ /фиг.7/ по-голям от допустимия за съответния типоразмер ТКА. При извършване на ремонт от страна на екипажа или демонтаж на вал-помпата с цел очистване, сегментите не трябва да се снемат, тъй като са изработени от чугун и много лесно се чупят. Този най-малък детайл на ТКА има огромно значение за безопасната му експлоатация. Без него тя е недопустима! Ако въпреки всичко се наложи поради износване да бъде подменен сегмент, предварително проверете дали имате оригинален такъв. Проверката за износване на сегментите е елементарна и се извършва като се вземе фланеца с дюзата /капака с дюзата за VTR..4/ върху която е монтиран сегмента с осигурителната зегера и се постави капачката. Ако при влизането на сегмента в цилиндричната част не се чуе специфичното щракане, а тя влиза свободно, причините са две: износен сегмент или неоригинална капачка.

В процеса на ремонт преди разглобяване на вал-помпите при компресорната и турбинната част е желателно да се измери радиалния бой „В1„ и „В2„. Максималните допустими стойности са дадени в инструкцията на ТКА. Примерно за ТКА VTR214 те са:

В1=0,00–0,04 mm; В2=0,00-0,03 mm. При посочените стойности се гарантира необходимата съостност и безпроблемна експлоатация. Превишаването на тези стойности води до повишено триене между чугунения уплътнителен сегмент и цилиндричната повърхност на капачката. Резултатът от това може да се види на фиг.17 стрелка 2.

На фиг.15 е показано измерване на радиалния бой „В1“ при капачката.

Причините за по-високите стойности от допустимите са:

монтиране на помпата и частите ѝ по начин различен от фирмения т.е. центробежният диск е завъртян на 180° или капачката е монтирана към диска не на оригиналното си положение. Ако при разглобяване на ТКА боят е в норми трябва да се маркира положението на центробежния диск спрямо вала и на капачката спрямо диска и при сглобяване да се монтират по същия начин;
подбитости, деформации или замърсяване на аксиалните контактни повърхности между детайлите, които също могат да станат причина за по-големия радиален бой. Не трябва да се допуска пренатягане на централните гайки фиксиращи центробежния диск към вала.

Превишаването на допустимия радиален бой с 0,03 – 0,05 mm не е фатално, но при следващи ремонти задължително трябва да се проконтролират неговите стойности. При нормален аксиален бой /0,01 mm/ в контактната повърхност на вала с центробежния диск решаването на проблема може да стане и с монтиране на нова капачка или евентуално центробежен сепаратор.

2.3. Пукнатини по периферията при алуминиевите капачки

Две са причините за появата на недопустими пукнатини в зоните на отворите за закрепване на капачката към диска /фиг.17 стрелката 1/:

прекомерно стягане на болтчетата;
използване на неоригинални капачки.

2.4. Скъсване на фиксиращите щифтове на центробежния диск към вала

Много неприятна е ситуацията при скъсване на фиксиращите щифтове на центробежния диск към вала. По време на демонтаж и монтаж застопоряването на ротора става със специална планка, която в единия край влиза в щифта 3 /фиг.1/, а в другия край с помощта на 2 болтчета се закрепва към два от общо четирите отвора 2 /фиг.6/ на центробежния диск. При прилагане на го-голямо усилие в процеса на освобождаване и натягане на централните гайки, щифтовете могат да се скъсат. В корабни условия при подобна ситуация най-доброто решение е монтирането на нов центробежен диск, ако не се разполага с такъв допустимо е да се избият скъсаните щифтове, изработят нови и монтират. Операцията не е много приятна, за предпочитане е това да стане в сервизни условия.

В процедурата по разглобяването и сглобяването трябва да се има пред вид и следното: болтчетата, които се използват за застопоряването трябва да бъдат с клас на якост не по-малко от 8,8. От важно значение е и тяхната дължина, ако са по-дълги от необходимото в процеса на стягането на централните гайки, те могат да станат причина за фатално пукане на челната стена на лàгерната касета, тя е от чугун и с малка дебелина в областта на контакта при ТКА VTR..0,1.

2.5. Разпенване маслото във ваните.

Това е момент, който създава неприятно усещане в обслужващия персонал особено

в случаите когато не може визуално да се контролира нивото на маслото. Разпенването може да бъде два вида: повърхностно и повсеместно. Първото не е опасно и при него спокойно може да се наблюдава нивото в маслената вана. Проблем и то сериозен може да създаде повсеместното разпенване на маслото, в този случай механикът не е в състояние да отчете ниво.

Основните причини за разпенване на турбинното масло, независимо че то е с противопени присадки, които способстват за отделяне на въздуха от него са:

изключително тежките условия на работа на маслата: висока температура и натоварване, които стават причина за влошаване качествата на присадките и рязкото намаляване на тяхната ефективност;
високата честота на въртене на центробежната вал-помпа, води до разпръскването на маслото на много малки капки, които се насищат с въздух след повърхностния контакт с него в маслената вана;

условия за разпенване на маслото и редица други проблеми създава липсата на уплътняващ атмосферен въздух, постъпващ по канала Y за компресорната част и сгъстен такъв от нея по канала Х за турбинната част, а също и възможността той да бъде отстранен от нея по канала Z , който играе ролята на вентилационен /фиг.19/. Основната причина за това е замърсяването на каналите в процеса на експлоатация;
процесът на стареене и замърсяване на маслото, най-често при турбинната част също е предпоставка за разпенването му;
използване на непочистени съдове за напълване или доливане на маслото. Пример за това е показаното на фиг.16.
почистване на маслените вани с неподходящи препарати;

2.6. Намаляване нивото на маслото

Няколко причини могат да доведат до намаляване на нивото на маслото и те за компресорната част са:

силно замърсен канал за уплътняващ атмосферен въздух Y фиг.19;
пределно износване на лабиринтната втулка или при значителни поражения по нейната повърхност в резултат от неправилен монтаж на въздушния корпус по време на ремонт;
силно замърсен въздухоприемен филтър;
неправилно сменен филтриращ материал, най-често последното е свързано с поставянето на по-голямо количество от него и принудителното му уплътняване.

При посочените причини, поради пониженото налягане в района на лабиритното уплътнение породено от засмукващия ефект на компресорното колело започва процес на намаляване на масло в маслената вана.

За турбинната част причината е в образуването на голямо количество маслени пари най-вече при продължителен процес на максимално натоварване на двигателя или при нарушено подаване на уплътняващ въздух от компресорната част по посочения канал Х. Това лесно се разбира при наличие на омасляване по газоподвеждащия корпус в района на капачката при вентилационния канал Z.

Намаляването на нивото на маслото може да бъде и поради:

използване на стари гарнитури или недобре почистени прилягащи повърхности при капаците на маслените вани;
стареене на гумените уплътнения при цилиндричните и О – ринговете при тръбните маслопоказателни стъкла;
неуплътнени пробки при капаците на маслените вани на компресорната част;
използването на неоригинални лабиринтни втулки, които са с по-голям вътрешен диаметър /дори с 0,1mm е недопустимо/ или с по-малка дълбочина и брой на ножовете между които се образуват пространствата, които завихрят потока и намаляват неговата скорост и налягане.

3. Основни препоръки при експлоатация на центробежни вал-помпи.

Основните препоръки, които задължително трябва да се имат предвид за нормалната експлоатация на ТКА с центробежни вал-помпи са:

отчитането на нивото и доливането на масло във ваните трябва да се прави при неработещ ТКА и тихо море, т.е. при липса на клатене на кораба;
при положение, че се наблюдава силно разпенване на маслото и това не дава възможност да се отчете ниво, двигателят трябва да се спре, да се източи маслото и снеме капака на маслената вана. Следва извършване на внимателен оглед на ваната, тя се очиства, като се използва плат неотделящ власинки /ако на борда не се разполага с необходимите почистващи химикали, спокойно може да се използва технически спирт/ и да се напълни с ново масло. Посоченото е допустимо да се извърши дву- или трикратно, ако проблемът не се реши, то причината е друга.
не е желателно да се долива повече от необходимото количество масло, нормално то трябва да бъде по средата на фирмената маркировка или малко над нея;
в процеса на експлоатация много внимателно трябва да се следи за промяна цвета на маслото, особено опасно е ако то потъмнява и преминава от типично жълтия цвят в сив. Последно говори за процес на силно износване на алуминиевия сепаратор, който фиксира сачмите /в момента оригиналните лагери са с подобни сепаратори, срещат се и бронзови сепаратори обикновено при много стари или непрепоръчани такива от производителя на ТКА/. При подобна ситуация възможно най-бързо ТКА трябва да бъде изведен от експлоатация, снет капака на маслената вана и при добро осветление – същата внимателно прегледана. При констатиране на по-голямо количество частици, ТКА трябва да се изведе от експлоатация. Нормално е при монтаж на нови лагери да се отделят в процеса на сработване частици, които при смяна на маслото да бъдат открити в долната част на ваната, но ако не е констатирано потъмняване на маслото, то това не е опасно и ТКА може да продължи да се експлоатира с новото масло.

Много показателен за казаното по-горе е случаят в предните години с ТКА VTR214 на главния двигател при един от корабите, които се експлоатираха в нашия флот. Извършен е ремонт и балансиране на ротора, около час след тръгването на кораба се появява непривичен шум, което налага той да остане на котва. Потърсено бе съдействие от нашия екип. След качването ни на борда и разглобяването на ТКА се установи, че единият от лагерите на лагерния възел при компресорната част е с разбит сепаратор. От проведения разговор с фирмата извършила ремонта се установи, че лагерните възли поради остатъчен ресурс не са сменени, а балансировката е извършена прецизно. Лагерите бяха сменени, но по наше настояване бе извършено изпитание в района на варненския залив. В края на изпитанието се появи съмнение, че маслото при лагерния възел на компресорната част е с незначително потъмняване. Поради настояване от страна на корабособственика се реши корабът да отплава, а ние да сме в режим на повикване. Няколко часа след това главният механик подаде информация за рязко потъмняване на маслото при посочения лагерен възел. Решено бе корабът да се върне и застане на кей. След повторното качване на борда и разглобяване на ТКА се установи, че единият от сепараторите на същия лагерен възел е пред разбиване. Този път картината беше ясна: причината е в груба грешка при балансирането, което при повторното балансиране на друг стенд се потвърди.

при извършване на ремонт много внимателно трябва да се почистят двете маслоподвеждащи каналчета 4 на фиг.6, да се продухат с въздух и да се провери визуално тяхната проводимост;
недопустимо и опасно е използването на силикон при гарнитурите на капаците за маслените вани;
центробежните дискове на вал-помпите при компресорна и турбинна част на ТКА произведени от АВВ са взаимнозаменяеми, но не е желателно по време на ремонт това да се прави. При ТКА произведени от PBS Turbo това не е възможно;
особено внимателно трябва да се подходи при почистване на замърсените кръгли или цилиндрични маслопоказателни стъкла, ако се наложи това да се прави чрез демонтаж. Преди да се пристъпи към тази операция трябва да сте сигурни, че на борда имате резервни стъкла и необходимите гумени пръстени за кръглите и „О“-рингове за цилиндричните стъкла. Не е допустимо да се използват неоригинални такива и от материал, който не е устойчив на висока температура и агресивна маслена среда;
при първоначално пускане на ТКА след ремонт не трябва да буди безпокойство фактът, че нивото на маслото спрямо предписаното малко се понижава, това се дължи на запълване на вал-помпата;
маслата, които се използват при ТКА са три вида: най-често минерални или синтетични и по-рядко полусинтетични. Експлоатационният им срок е посочен в инструкциите, но трябва да се има предвид, че ако двигателите са с високотемпературно охлаждане /на входа на ТКА 70° и повече градуса/ интервалът за смяната на маслото се съкращава. Като пример могат да се посочат съвременните четиритактови двигатели на редица фирми.

ИЗПОЛЗВАНИ СНИМКОВИ ИЛЮСТРАЦИИ

Използваният в публикацията снимков материал е от личния архив на автора, с изключение на даденото на фиг.7 и 19, който е заимстван от фирмени материали на АВВ и допълнително обработен от автора.

Изтегли тази публикация в .pdf формат

[Големина на файла 1 170 KB]

За Maritime Global

Maritime Global се реализира по идея и изпълнение, с доброволен и безвъзмезден труд, в личното свободно време и се финансира изцяло с лични средства от инж. Филип Карагьозов. 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.

Конструкция и проблеми при мазане посредством центробежни вал-помпи с очистващ сепаратор при турбокомпресорните агрегати (ТКА)

1. Конструкция и принцип на работа на центробежните вал-помпи.