El sistema de turbocompresor secuencial del motor diésel puede resolver eficazmente el problema de coincidencia entre el motor diésel y el turbocompresor a bajas velocidades y cargas bajas, y mejorar eficazmente el rendimiento energético, la economía y las características de emisión del motor diésel en condiciones de funcionamiento bajas. Es ampliamente utilizado en motores diésel de propulsión de barcos.
Este artículo presenta la estructura y las características relacionadas del sistema de turbocompresor secuencial de un determinado tipo de motor diésel marino. A partir de las averías comunes acumuladas a través de pruebas de mantenimiento-a largo plazo de este tipo de motores, resume, generaliza y estudia las soluciones, y propone medidas pertinentes.
Este artículo tiene un importante valor de referencia para el proceso de mantenimiento y reparación de este tipo de Sistema de Turbocompresor Secuencial, así como para la eliminación de fallas similares.
I. Estructura, proceso de trabajo y características del sistema de turbocompresor secuencial.
La turbocompresor secuencial de motores diésel se refiere a la configuración en la que un solo motor diésel está equipado con dos o más turbocompresores conectados en paralelo, junto con los sistemas de escape y admisión del motor diésel del barco para formar un sistema de turbocompresor. Todos los turbocompresores funcionan según una determinada lógica, ya sea de forma secuencial o simultánea. También se le conoce como turbocompresor secuencial.
Debido al excelente rendimiento, potencia y economía de los turbocompresores secuenciales, se utilizan ampliamente en motores diésel y de alta-potencia para barcos con cargas variables.
1. Estructura y proceso de impulso sucesivo
Tomando como ejemplo el sistema de turbocompresor secuencial de un determinado tipo de motor diésel marino, presentaremos la estructura del sistema de turbocompresor secuencial.
Este tipo de motor diésel está equipado con dos turbocompresores idénticos, fabricados por una empresa nacional. Con la condición de que la estructura del motor diésel y el sistema de turbocompresor permanezcan básicamente sin cambios, este sistema de turbocompresor secuencial está diseñado para satisfacer diversas condiciones operativas del barco. Utiliza uno de los turbocompresores para funcionar a cargas parciales, adaptándose a las condiciones de carga parcial, de modo que el motor diésel tenga un alto coeficiente de exceso de aire de combustión y el máximo par posible.
Al entrar en una condición de carga alta-, se pone en funcionamiento el turbocompresor controlado (el segundo).
Figura 1 Diagrama de estructura del sistema de turbocompresor secuencial para motores diésel
Su estructura se muestra en la Figura 1. Después de que el motor diésel arranca exitosamente, el refuerzo TCA en la columna A funciona inmediatamente, mientras que el refuerzo TCB en la columna B no funciona. Por lo tanto, todos los gases de escape de las columnas A y B se suministran centralmente al TCA de refuerzo en la columna A, haciendo girar la turbina del TCA de refuerzo. Luego, el TCA de refuerzo comprime el aire y lo bombea al intercooler. El aire comprimido es enfriado por el intercooler y ingresa uniformemente a los cilindros de las columnas A y B.
El impulsor TCB en la columna B es un impulsor controlado, controlado principalmente por la válvula de aire y la válvula de gas para lograr el control de arranque-parada del impulsor controlado. La válvula de gas controla la conexión y desconexión entre el tubo de escape de la columna B y el extremo de la turbina del TCB, mientras que la válvula de aire controla la conexión y desconexión entre el compresor del TCB y el tubo de admisión de la columna B. Cuando la velocidad, la carga y la presión de sobrealimentación aumentan, el sistema de control STC (Sistema de turbocompresor secuencial) abrirá automáticamente la válvula de gas y la válvula de aire respectivamente, y el TCB de refuerzo controlado se pondrá en funcionamiento.
Del proceso anterior, se puede ver que el impulso sucesivo de este tipo de motor diésel puede considerarse como un sistema de turbocompresión de área variable no-continua-.
Con cargas elevadas, ambos propulsores funcionan simultáneamente;
Con cargas bajas, el TCB de refuerzo deja de funcionar, lo que equivale a reducir el área de flujo de la boquilla de la turbina, de modo que todavía hay una presión relativamente alta antes y después de la turbina, generando una presión de impulso más alta, cumpliendo con los requisitos de volumen de entrada de aire cuando el motor diésel funciona a baja velocidad y gran par.
2. Las características de este tipo de sobrealimentación secuencial
(1) El motor diésel y el sistema de turbocompresor secuencial tienen buenas características de combinación.
La buena combinación se manifiesta específicamente de la siguiente manera: bajo cualquier condición de carga, al ajustar la presión del aire y el caudal que entra y sale del sobrealimentador y del motor diésel, el sistema de turbocompresor secuencial siempre puede funcionar de manera eficiente. La respuesta transitoria es rápida, la sobrealimentación a baja-velocidad es suficiente, la alta-velocidad no se sobrecalienta ni se acelera, la aceleración es rápida y no se emite humo negro. La tasa de consumo de combustible, la temperatura de escape, las emisiones, etc. del motor diésel alcanzan el estado óptimo.
(2) El sistema de turbocompresor secuencial permite que el motor diésel marino tenga una excelente economía de combustible y eficiencia en condiciones de carga baja-, así como un rendimiento de alta potencia y estabilidad en condiciones de carga alta-.
El funcionamiento de un motor diésel marino durante la navegación requiere que funcione en diversas condiciones de carga, y es necesario cambiar frecuentemente la carga del motor. Un-sistema de turbocompresor secuencial bien adaptado permite que el motor diésel marino cumpla con estos requisitos.
(3) El sistema de turbocompresor secuencial es relativamente complejo.
Este sistema de turbocompresor requiere la adición de un conjunto de impulsores de control (TCB) para las válvulas de control de gas y aire, así como un sistema de control. Esto aumenta el número de puntos de falla y las tasas de falla, y aumenta los costos de mantenimiento.
Además, durante el proceso de diseño, se necesitan cálculos precisos de coincidencia entre los propulsores y el flujo y presión de admisión y escape del motor diésel, y se debe determinar el tiempo de funcionamiento de los propulsores controlados TCB.
II. Fallos comunes y análisis de causas
1. Aumento del turbocompresor
El aumento repentino del turbocompresor se refiere al fenómeno en el que la velocidad de rotación del turbocompresor permanece constante, pero si el flujo de aire que ingresa al compresor del turbocompresor disminuye a un cierto nivel, la dirección del gas que ingresa al impulsor y difusor del compresor se desvía del valor óptimo, causando fluctuaciones significativas en la presión del gas dentro del compresor. El turbocompresor entra en un estado de funcionamiento inestable y emite rugidos o sibilancias en el extremo del turbocompresor.
Esta falla ocurre frecuentemente en motores diésel marinos con sistemas de turboalimentación secuencial. La sobretensión puede acelerar el daño por fatiga de piezas internas como las palas o acelerar la expansión de las grietas existentes. En casos graves, esto puede provocar la destrucción del turbocompresor.
El aumento de potencia de los motores diésel marinos se produce con frecuencia en los sistemas de turbocompresor secuencial. Este sistema consta de un complejo sistema de admisión y escape del motor diésel y turbocompresores y sistemas de admisión y escape. Hay varias razones principales para esto.
(1) Volumen de aire de admisión insuficiente o irregular del turbocompresor
Por determinadas razones, el volumen de aire de admisión en el extremo del compresor del turbocompresor del motor diésel es insuficiente o no es uniforme. Esto provocará vórtices de aire o presión inestable en la entrada y salida del compresor, lo que provocará un aumento repentino en el turbocompresor.
Además, las toberas de turbina del turbocompresor tienden a obstruirse con suciedad u objetos extraños durante el funcionamiento. Esto hará que el aire en las palas de la turbina cambie de flujo laminar a flujo turbulento, alterando el ángulo óptimo de impacto en las palas de la turbina y también provocando un aumento repentino en el turbocompresor.
(2) Velocidad inestable del motor diésel o salida de potencia desigual de cada cilindro
Si la velocidad del motor diésel fluctúa, la energía del gas que empuja la turbina del turbocompresor se vuelve discontinua, lo que conduce a un funcionamiento inestable del turbocompresor y provoca un flujo de aire deficiente en el extremo del compresor. Como resultado, se produce un aumento repentino en el turbocompresor.
Además, cuando este tipo de motor diésel de barco funciona a baja velocidad, suele haber situaciones en las que algunos cilindros no se encienden. Esto reduce la demanda de aire, que puede ser incluso inferior a la capacidad de suministro del compresor. El exceso de aire regresa a la salida del compresor, lo que provoca un bloqueo del flujo de aire en la salida del compresor, un flujo de aire deficiente, aumento de la contrapresión del compresor y otras condiciones que provocan un aumento repentino en el turbocompresor.
(3) El sistema de turbocompresor secuencial funciona de manera inconsistente con el funcionamiento del motor diesel.
El funcionamiento del sistema de turbocompresor secuencial no coincide con el funcionamiento del motor diésel. El sistema de control del sistema de turbocompresor secuencial falla y no cumple con los requisitos de las condiciones de operación del motor diesel, lo que hace que se detenga o que el sobrealimentador controlado funcione bajo control.
En términos simples, cuando se opera en condiciones bajas, el sobrealimentador controlado TCB solo debe usarse cuando se emplea TCA, lo que significa que tanto TCA como TCB se usan simultáneamente;
Sin embargo, cuando se utilizan TCA y TCB en condiciones altas, el sobrealimentador controlado TCB no funciona y solo se utiliza TCA.
Este fenómeno ocurre con mucha frecuencia en cierto tipo de motor diésel marino y se debe principalmente a fallos en el sistema de control.
Las condiciones para que el sobrealimentador controlado TCB pueda ser puesto en funcionamiento en este tipo de motor diésel marino son:
La velocidad del motor principal mayor o igual a * * * r/min, la velocidad del sobrealimentador mayor o igual a * * *00 r/min y la presión de sobrealimentación mayor o igual a 0. * * MPa.
Durante el funcionamiento del motor diésel, todo el proceso es controlado automáticamente por el instrumento de control STC y el actuador neumático con una presión de aire de control de 0. * MPa completa la apertura y el cierre de la válvula de gas y la válvula de aire y realiza la conmutación automática. Además, el aire de control también presiona el pistón de la válvula para evitar que la válvula se abra o cierre debido a vibraciones u otras razones.
Figura 2 Sistema de control STC
Por lo tanto, si algún componente del sistema de control STC (como se muestra en la Figura 2) o sus actuadores falla durante el funcionamiento del motor diésel, se producirá un problema de coincidencia entre el turbocompresor y el motor diésel, lo que provocará una falla por sobretensión en el turbocompresor.
Además, el turbocompresor controlado TCB se activa principalmente mediante el control de apertura y cierre de la válvula de gas y la válvula de aire. Después de que el motor diésel funciona durante mucho tiempo, se acumulan depósitos de ceniza y carbón en la tubería, lo que puede impedir que la válvula de gas o de aire se cierre por completo. Esto dará como resultado una fuga del gas descargado por el motor diesel o del aire que ingresa a él y, en casos severos, también puede causar una falla de arranque-parada del TCB del turbocompresor controlado, provocando así un aumento repentino en el turbocompresor.
2. Disminución de la presión de sobrealimentación
La caída de la presión de sobrealimentación del sistema de turbocompresor secuencial también es una falla relativamente común. Las razones principales incluyen una disminución en la velocidad de rotación de la bomba de refuerzo, mala entrada de aire en el canal de admisión de la bomba de refuerzo y daños en las paletas del compresor. El análisis específico es el siguiente.
(1) Disminución de la velocidad de rotación de la bomba de refuerzo
La disminución en la velocidad de rotación de la bomba de refuerzo generalmente se debe a que ingresa insuficiente gas a la bomba de refuerzo. En primer lugar, se debe comprobar la suavidad y el sellado del paso de gas. El funcionamiento-largo plazo del motor diésel puede hacer que se acumule hollín en la pared interior del tubo de escape, lo que da como resultado un diámetro interior más pequeño de la ruta de flujo del tubo de escape y un flujo de gas deficiente. Además, también se debe comprobar la suavidad de la boquilla de la bomba de refuerzo.
Este tipo de motor se inspecciona principalmente en tres aspectos. En primer lugar, se debe comprobar la estanqueidad del tubo de escape. El tubo principal de escape de este tipo de motor diésel está dividido en 8 partes, cada parte está integrada con colectores de escape de 8 cilindros y se instala en la culata. Las 8 partes del tubo principal de escape de cada cilindro se fijan entre sí mediante abrazaderas. El funcionamiento-a largo plazo del motor diésel puede hacer que los anillos de sellado en los puntos de conexión de cada tubo principal envejezcan debido a las altas temperaturas, y también puede haber fugas de gas en los puntos de conexión entre cada tubo principal de escape y el colector de escape del cilindro y la culata del cilindro.
En segundo lugar, verifique si hay alguna holgura en el punto de conexión entre el tubo principal de escape y el extremo de la turbina del turbocompresor debido a vibración u otras razones. Puede haber fugas de gas y un sellado deficiente.
En tercer lugar, si la baja velocidad de rotación de la falla de la bomba de refuerzo ocurre durante el funcionamiento con carga baja-del motor diésel, es decir, cuando el TCB de la bomba de refuerzo controlada no está funcionando, primero verifique el sellado de la válvula de gas que controla el TCB de la bomba de refuerzo controlada. Si la válvula de gas no está bien cerrada, algo de gas se escapará a través de la válvula de gas mal sellada hacia la bomba de refuerzo controlada, lo que provocará una disminución en el volumen de gas que ingresa a la bomba de refuerzo de columna A TCA durante el funcionamiento con carga baja-del motor diésel, lo que provocará que la velocidad de rotación de la bomba de refuerzo sea baja durante el funcionamiento con carga baja-. La base para este diagnóstico de falla puede ser verificar si la bomba de refuerzo controlada TCB está funcionando a baja velocidad. Si el TCB está funcionando a baja velocidad, indica que la válvula de gas no está bien cerrada, una pequeña cantidad de gas se escapa al TCB, lo que provoca la rotación, lo que resulta en una disminución en la presión de sobrealimentación durante el funcionamiento de carga baja-del motor diésel. En casos graves, puede provocar un aumento repentino de la bomba de refuerzo.
(2) La suavidad del conducto de admisión y el deterioro del rendimiento de sellado de la tubería de admisión del motor diésel son algunos de los problemas de este tipo de motor diésel cuando se utiliza como motor diésel marino. El método de admisión varía entre los diferentes tipos de barcos. Existen principalmente dos métodos: admisión a la sala de máquinas y admisión externa.
Para los motores diésel que utilizan el método de admisión de la sala de máquinas, si todos los ventiladores de la sala de máquinas son extractores, se producirá una presión negativa en la sala de máquinas, lo que dará como resultado una disminución en la presión de admisión y el volumen de admisión del turbocompresor.
Para los motores diésel que utilizan el método de admisión externa, después de un funcionamiento-largo plazo, durante la instalación del conducto de admisión y el filtro de admisión, el aire impuro externo provocará suciedad y obstrucción en el filtro de admisión, la tubería de admisión, el silenciador y el intercooler, lo que reducirá la resistencia de la admisión, lo que resultará en una disminución de la presión y el volumen de admisión y, en última instancia, provocará una disminución en la presión de sobrealimentación.
Además, debido a la vibración del barco y del motor diésel, de vez en cuando se producen problemas de aflojamiento en los puntos de conexión de la tubería de admisión, lo que provocará fugas en la tubería de admisión y una disminución de la presión de admisión.
Durante el funcionamiento con carga baja-, si la válvula de aire del turbocompresor controlado no está bien cerrada, parte del aire del turbocompresor controlado se escapará a través de ella, lo que provocará una disminución en la presión de admisión del motor diésel.
Finalmente, es necesario comprobar la integridad de las palas del compresor del turbocompresor. Si este turbocompresor alguna vez ha experimentado un aumento repentino, las palas del compresor, especialmente las puntas de las palas, pueden deformarse o sufrir otros daños en el rotor del compresor, lo que provocará una disminución en la eficiencia del compresor y una reducción en el volumen del compresor, lo que resultará en una disminución en la presión de sobrealimentación.
3. Ruido o vibración anormal
Durante el funcionamiento a alta-velocidad del sobrealimentador, también puede haber otros tipos de fallas de ruido además del ruido de sobretensión, como el sonido penetrante de la fricción o el impacto del metal, que puede causar vibración en el sobrealimentador.
Las razones de este problema son numerosas. Por ejemplo, una mala lubricación del sobrealimentador provoca un desgaste severo de los cojinetes de soporte;
El funcionamiento-largo plazo del motor diésel hace que se aflojen los pernos de conexión entre el motor diésel y el sobrealimentador;
Par desigual de los pernos de conexión durante la instalación del sobrealimentador;
Los objetos metálicos extraños que dañan el rotor pueden hacer que el sobrealimentador se desvíe o tenga fricción con el borde exterior de la carcasa;
El funcionamiento oportuno del sobrealimentador controlado TCB no es oportuno, lo que da como resultado una velocidad de rotación excesiva del sobrealimentador de columna A TCA, y así sucesivamente.
III. Soluciones comunes o medidas preventivas para sucesivos fallos del sistema de aumento de presión
A través de la participación-a largo plazo en el mantenimiento de este tipo de motor diésel marino, hemos acumulado y resumido las medidas comunes de solución de problemas y métodos preventivos para las fallas comunes del sistema de turbocompresor secuencial de este tipo de motor.
Debido a que el sistema de turbocompresor secuencial es un sistema relativamente complejo compuesto por el sistema de tuberías de admisión y escape del motor diesel, el sistema de tuberías de admisión y escape de la unidad de sobrealimentación y el sistema de control controlado de la unidad de sobrealimentación, y cada componente es interdependiente y mutuamente influyente, las causas de las fallas no están aisladas. Las soluciones para cada falla no son únicas. Con base en las prácticas relevantes, se resumen las siguientes medidas comunes de solución de problemas y métodos preventivos para el sistema de unidades de sobrealimentación sucesivas.
(1) Cuando el turbocompresor del motor diésel experimenta un aumento repentino o tiene una presión de sobrealimentación baja, se deben analizar exhaustivamente los parámetros relevantes para determinar la causa. Si es necesario, se debe apagar el motor para su inspección.
Si se producen sonidos o vibraciones anormales y no se puede determinar la causa, primero se debe apagar el motor para inspeccionarlo para evitar una mayor expansión del alcance de la falla.
(2) De acuerdo con las condiciones de uso reales, de acuerdo con los requisitos de mantenimiento, se debe realizar un mantenimiento y conservación oportunos de las tuberías de admisión y escape del motor diesel y de las tuberías de admisión y escape del turbocompresor. Esto incluye principalmente la limpieza regular de las paredes internas de las tuberías para evitar obstrucciones y garantizar la suavidad; fortalecer la inspección del sellado de tuberías, prestando especial atención a los problemas de sellado causados por la corrosión de la pared de la tubería o problemas de conexión, para evitar fugas de gases de escape y humo.
(3) Fortalecer la inspección de la contrapresión del escape para evitar un flujo de escape deficiente y reducir el aumento repentino en el turbocompresor. Primero, verifique si la presión de escape en el extremo del compresor del turbocompresor es demasiado alta y verifique la suciedad y la obstrucción del enfriador de aire. Limpie y mantenga periódicamente el enfriador de aire para mantenerlo sin obstrucciones. En segundo lugar, verifique el flujo de escape de los gases y el escape del extremo de la turbina del turbocompresor. Algunos barcos instalan dispositivos de tratamiento de humos, como reducción de ruido, y deben limpiarse y mantenerse periódicamente.
(4) Para evitar el ruido y la vibración del turbocompresor, junto con la reparación o el mantenimiento, inspeccione y reemplace periódicamente la estructura del rotor y la forma de las palas. Mantiene la forma intacta y sin deformaciones. Para turbocompresores recién instalados o reparados-de fábrica, realice pruebas de equilibrio dinámico en el rotor. Si el equilibrio dinámico no está calificado, se debe realizar un ajuste de molienda.
(5) Inspeccionar y mantener periódicamente el sistema de control STC de los sucesivos turbocompresores para garantizar que los módulos de adquisición, transmisión y procesamiento de datos del sistema de control funcionen normalmente. De acuerdo con la lógica establecida, capte con precisión el estado de los turbocompresores controlados y envíe señales de inicio o parada de trabajo según sea necesario.
(6) Asegurar el funcionamiento normal de las válvulas de gas, válvulas de aire, dispositivos de fuente de gas, etc. de los turbocompresores controlados. Evite que la válvula se pegue, lo que provocará fugas de aire o escape. Evitar la imposibilidad de arrancar o detener la válvula de gas y la válvula de aire normalmente debido a fallas en otros mecanismos ejecutivos, afectando así el arranque y parada del turbocompresor controlado.
(7) En el sistema de turbocompresor sucesivo STC de un determinado tipo de motor diésel estudiado en este artículo, las columnas A y B utilizan turbocompresores de la misma especificación. Para mejorar la vida útil del sistema de turbocompresor y reducir la tasa de fallas, el turbocompresor controlado en la columna B tiene un tiempo de funcionamiento más corto. Se recomienda alternar la rotación de las dos columnas de turbocompresores según el tiempo de trabajo, de modo que los ciclos de servicio de los dos turbocompresores puedan ser aproximadamente iguales y se pueda mejorar la tasa de utilización de los turbocompresores.
IV. Conclusión
Este artículo presenta brevemente la estructura y las características relacionadas de los sucesivos Sistema de turboalimentación de un determinado tipo de motor diésel marino. Basado en la experiencia práctica-a largo plazo de las pruebas de mantenimiento para este tipo de motor, el autor resume y concluye fallas comunes y propone soluciones relacionadas, como el intercambio regular de los juegos de sobrealimentadores A y B. Este artículo tiene buena calidad y prestaciones económicas para el mantenimiento y reparación del sistema de turbocompresor secuencial de este tipo de motor.