Эксплуатация турбокомпрессоров  судовых

 дизель-генераторов, работающих на тяжелом топливе.

 

Герасиди В.В, Дубровин Р.Г. (г.Новороссийск, МГА им. адм. Ф.Ф. Ушакова, кафедра судовые тепловые двигатели).

 

Сегодня экономика заставляет судовладельцев использовать более дешевое тяжелое топливо низкого качества. Это топливо представляет собой остаток перегонки, в котором скапливаются все примеси [1].

Несмотря на то, что топливо греется  до необходимой температуры, сепарируется, в процессе эксплуатации,  происходит загрязнении   проточной части турбины и износ соплового аппарата турбокомпрессоров (ТК).

Загрязнение проточной части турбин и компрессоров (ТК) в процессе эксплуатации судовых дизель-генераторов (ДГ) находится в центре внимания, как эксплуатационников, так и изготовителей двигателей и ТК. Оно ведет к снижению давления надува ТК, эффективной мощности дизеля и  износу соплового аппарата  и [2].

Основные способы очистки ТК являются  сухая очистка или промывка водой проточных частей. Современная процедура очистки водой турбины судовых двигателей требует снижение нагрузки до 10-15% через каждые 50-150ч. Суммарное время всех этапов очистки (снижение нагрузки, охлаждение, впрыск воды, период сушки повышение нагрузки) составляет примерно один час. Ухудшение характеристик двигателя может быть ограничено приемлемым уровнем за стандартные  межремонтные периоды(12-18 тыс.ч.), установленным  условиями эксплуатации[3].

В последние десятилетия использование воды как средства для очистки является установившимся и проверенным решением и удовлетворяет требованиям двигателестроителей. Дизеля работающие  на тяжелого топливе с высоким содержанием ванадия, серы и других включений, имеют более высокую температуру на входе ТК, что снижает эффективность очистки водой. Кроме того, очистка водой создает термические напряжения турбокомпрессора, уменьшая интервалы их замены.

Возникает необходимость механической очитки после нескольких сотен часов работы, что требует дополнительного обслуживания и приводит к простою установки [4].

 Так например, на судах серии “NS CHALLENGER”, “NS СOMMANDER”, “NS CORONA” компании  NOVOSHIP и  “PROTEAS” компании TSAKOS SHIPPING & TRADING S.A постройки судоверфи Hyundai г. Пусан электро- энергетическая установка  состоит из 3 дизель-генераторов 5H21/32 фирмы HYUNDAI HIMSEN−MAN B&W 5H21/32 номинальной мощностью 700кВт. В качестве агрегатов наддува на данных

ДГ применяется ТК фирмы KBB серии HPR3000 и ABB серии TPS48E01.

На танкере рассматриваемой серии судов при эксплуатации ДГ стали происходить частые помпажи, а также  постепенные увеличения температуры выхлопных газов и уменьшения давления наддува. При наработки около 5500 часов увеличение данных параметров составило ∆рн=0,3 бар, ∆tгаз=40 оС по отношению к параметрам двигателей с меньшей наработкой.  При ревизии ТК на сопловом аппарате образовалось отложение нагара,  газовыпускной тракт загрязнен  зольными отложениями от выхлопных газов, все контролируемые зазоры в пределах нормы. Параметры работы двигателя до/после очистки соплового аппарата на нагрузке 580 кВт :

1)                                                                                                                                                                                                                                                    средняя по цилиндрам температура уходящих газов, оС                                                                                    – 450/421;

2)                                                                                                                                                                                                                                                    частота вращения ТК, мин–1    – 51390/51300;

3)                                                                                                                                                                                                                                                    температура газов за ТК, оС    – 325/315;

4)                                                                                                                                                                                                                                                    давление наддува (избыточное), бар                                                                                                                    – 2,2/2,5;

5)                                                                                                                                                                                                                                                    температура наддувочного воздуха, оС                                                                                                                – 40/40.

Через 4000 часов наработки ТК ситуация повторилась. При перемени нагрузки на ДГ происходят  помпажи, а также  увеличения температуры выхлопных газов и уменьшения давления наддува. Было принято решение мойку ТК по газовой стороне производить только на одном двигателе, на двух других ограничиться мойкой компрессора. При ревизии сопловых аппаратов через 4000 часов  данных двигателей замечена разница в отложениях. На сопловом аппарате ТК, который периодически подвергался мойке, отложения твердые медным инструментом не удалялся. На сопловых аппаратах других ТК нагар легко очищался.

Таким образом, загрязнение зольными отложениями проточной части центростремительных турбин  ТК среднеоборотных двигателей нерешенная задача. Рекомендованная очистка водой не дает нужного результата и, наоборот, как в приведенном выше примере может только ухудшить проблему. Они приводят к изменению параметров наддувочного воздуха. Снижение давления наддува ухудшает продувку цилиндров дизеля и как следствие  процесса сгорания. В результате имеем повышение температуры уходящих газов и увеличение расхода топлива.

Возможным вариантом решения данной проблемы может быть сухая очистка проточной части турбины турбокомпрессора. Такой вид очистки применяется для турбокомпрессора с осевыми турбинами и показал свою состоятельность – ревизии проточной части таких турбин показывают, что при периодической очистке крошкой с соблюдением инструкции загрязнения не значительны. Однако производители центростремительных турбин  ТК среднеоборотных двигателей не рекомендуют использовать данный вид очистки ввиду возможного износа элементов проточной части твердой крошкой [5].

Влияние сухих (твердых) очистителей на износ проточной части турбины необходимо  и можно  исследовать на экспериментальной установке (рис.1).

 

Схема экспериментальной установки (рис 1)

 

 

 

Описания экспериментальной установки:

Установка включает в себя компрессор 1, который нагнетает воздух в емкость сжатого воздуха 2, до 3 кг/см2. Емкость сжатого воздуха состоит из входного вентиля 3, который является невозвратным и  выходного вентиля 6, который открывается после того как в емкости сжатого воздуха будет давления равное 3 кг/см2, а также манометра 4, и предохранительного клапана 5. Затем сжатый воздух попадает  в емкость с частицами абразива 7,где находится сухой очиститель, и перемешивается с воздухом. Также сжатый воздух через вентиль 9, попадает в трубу 12, которая нагревается паяльной лампой 11, до необходимой температуры. Затем открываем вентиль 8, перемешанный воздух с сухим очистителем попадает в трубу, который под необходимым углом,  в процессе будет изменяться, попадает на образец 14, который прикреплен к шестиграннику 15. Шестигранник зажимается в тиски 16, находящиеся на столе 17.   

Проводя исследование можно выявить отрицательное воздействие очистки ТК сухих очистителей на износ проточной части турбины.

 

Литература

1.             Doug Woodyard. Pounder’s Marine Diesel Engines and Gas Turbines.

2.             Papalambrou G., Alexandrakis N., Kyratos N., Codan E., Vlaskos I., Pawils V., Boom R. Smokeless Transient Loading of Medium/High Speed Engines Using a Controlled Turbocharging System, Paper № 22, CIMAK Congress 2007, Vienna.

3.             Gizzi W., Jung M., Cellbrot P., Haueisen V. Contamination, a challenge for turbochargers in HFO operation. Paper № 176, CIMAC 2007, Vienna.

4.             Winter T., Rieder R., Werdecker F., Woyke J., Design of Radial Compressor Wheels by Wsage of Simplified, Discrete Exitation Functions. Paper №20, CIMAC 2007, Vienna.

5.             Жук А.Н., Епихин А.И. Оценка скорости износа элементов проточной части газовых турбин агрегатов наддува судовых дизелей, работающих на тяжелом топливе. – Двигатели внутреннего сгорания.- 2008. - № 2. – С. 97-101.

6.            Николаев Н.И. и др. Характерные неисправности и отказы турбонагнетателей с радиальной турбиной судовых дизель-генераторов. // Морской транспорт. Серия Техническая эксплуатация флота и судоремонт: ЭИ. М., 2002. Вып. 4 (916), с. 1 – 6.