Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние проблемы и основные задачи исследования 10
1.1. Особенности функционирования ТКР дизелей мобильных сельскохозяйственных агрегатов 10
1.2. Эксплуатационные показатели турбонаддува тракторных дизелей 16
1.3. Анализ причин отказов и проявлений неисправностей ТКР автотракторных двигателей в эксплуатации 16
1.3.1 Алгоритм действий при поиске причин отказа «Низкая мощность двигателя, черный дым из выхлопной трубы» 18
1.3.2 Алгоритм действий при поиске причин отказа «Синий дым из выпускной трубы» 18
1.3.3 Алгоритм действий при поиске причин отказа «Повышенный расход масла (без синего дыма)» 19
1.3.4 Алгоритм действий при поиске причин отказа «Шумная работа турбокомпрессора» 19
1.3.5 Анализ причин повышенной теплонапряжённости автотракторного двигателя в эксплуатации 21
1.4. Структурные и диагностические параметры турбокомпрессоров 26
1.5. Методы и средства диагностирования агрегатов турбонаддува 29
1.6. Существующие методические подходы в оценке работоспособности турбокомпрессоров по параметрам воздухоподачи и теплонапряжённости двигателя 38
1.7. Цели и задачи исследования 41
2. Теоретические исследования по обоснованию методов и средств диагностирования систем наддува 43
2.1. Теоретические исследования взаимосвязей показателей воздухоподачи с показателями работы двигателя при газотурбинном наддуве 43
2.2 Обоснование предельных значений показателей работы турбокомпрессора 53
2.3 Обоснование и выбор диагностируемых параметров турбокомпрессора 60
2.4 Развитие методов оценки состояния тракторных двигателей по параметрам воздухоподачи и теплонапряжённости 64
2.5 Выводы по главе 2 68
3 Методики экспериментальных исследований 69
3.1 Экспериментальное оборудование 69
3.2 Определение контролируемых параметров и их пределов 70
3.3 Первичные преобразователи и плата сбора данных 71
3.4 Методика выбора параметров измерительной системы 75
3.5 Оценка погрешностей измерения 80
3.6 Разработка модуля программного обеспечения TURBOCOMP и калибровка датчиков 81
3.7 Методика проведения испытаний с имитацией различных неисправностей в системе ДВС - ТКР 84
3.8 Имитация неисправностей в системе выпуска 85
3.9 Выводы по главе 3 87
4 Экспериментальные исследования работы систем газотурбинного наддува двигателей мобильной сельскохозяйственной техники 88
4.1 Закономерности изменения диагностических показателей ТКР на различных режимах работы двигателя 88
4.2 Результаты проверки адекватности математической модели 92
4.3 Закономерности изменения диагностических показателей ТКР при имитации неисправностей в системе наддува 93
4.4. Разработка средств диагностирования систем наддува автотракторных ДВС 104
4.1.1 Реализация методов диагностики систем наддува двигателей внутреннего сгорания в мотор-тестерах российского и зарубежного производства 106
4.1.2 Определение оптимальной компоновочной схемы мотор-тестера 108
4.1.3 Разработка программного обеспечения мотор-тестера 110
4.1.4 Разработка передвижной консоли и основного модуля мотор-тестера 111
Выводы по главе 4 113
5. Рекомендации по разработке технологии диагностирования работоспособности систем наддува 115
5.1. Технология диагностирования систем газотурбинного наддува с использованием разработанного мотор-тестера 115
5.2. Расчет экономической эффективности метода диагностирования с помощью разработанного мотор-тестера 123
Общие выводы 126
Список использованных источников 128
Приложения 145
- Анализ причин повышенной теплонапряжённости автотракторного двигателя в эксплуатации
- Теоретические исследования взаимосвязей показателей воздухоподачи с показателями работы двигателя при газотурбинном наддуве
- Закономерности изменения диагностических показателей ТКР при имитации неисправностей в системе наддува
- Технология диагностирования систем газотурбинного наддува с использованием разработанного мотор-тестера
Введение к работе
Актуальность проблемы. Развитие рыночных отношений в АПК ставят актуальной проблему повышения эффективного использования мобильной сельскохозяйственной техники. В этой связи уделяется большое внимание мероприятиям, направленным на поддержание техники в работоспособном состоянии. Однако финансовая и материальная затратность таких мероприятий остается весьма высокой, и за весь период эксплуатации машин соизмерима с затратами на производство новой техники. Уменьшить затратность технических мер на поддержание сельскохозяйственной техники в работоспособном состоянии возможно путем диагностирования в процессе её функционирования.
Наиболее трудоемким и наукоемким остается процесс диагностирования двигателей внутреннего сгорания (ДВС) мобильных энергетических средств. Неисправности двигателя ведут к снижению производительности, ухудшению экономичности и экологичности машинно-тракторного агрегата (МТА).
Статистика выхода из строя отдельных узлов и агрегатов автотракторных ДВС показывает, что 45% все отказов составляют отказы системы питания топливом и воздухом. Следовательно, исследования, направленные на совершенствование методов и средств диагностирования системы воздухоподачи автотракторного двигателя с газотурбинным наддувом (ГТН) при техническом сервисе является актуальными.
Связь работы с планами научных исследований. Работа выполнена в соответствии с планом НИОКР ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева» по теме «Энергоэффективность и ресурсосбережение технологий и систем в растениеводстве», отвечающей приоритетным направлениям работ (ПНР 1 № 28/2010 «Энергосбережение и новые материалы») и программы «У.М.Н.И.К.» по теме «Разработка технологи и средств контроля и диагностики систем наддува двигателей внутреннего сгорания транспортных средств и мобильных энергетических средств».
Цель работы - разработка методов и средств диагностирования системы воздухоподачи двигателей мобильной сельскохозяйственной техники.
Объект исследования - система воздухоподачи тракторного двигателя с газотурбинным наддувом.
Предмет исследования - закономерности изменения показателей работы турбонаддува двигателя в условиях эксплуатации.
На защиту выносятся:
- теоретические зависимости, описывающие влияние различных
эксплуатационных факторов на показатели работы турбокомпрессора и
двигателя мобильного энергетического средства;
- рекомендации по допусковым значениям давления надувочного воздуха
двигателя Д-245-35 с ТКР-6.1-00-01, обоснованные расчетно-численными и
экспериментальными исследованиями;
- новые методы и средства диагностирования функционирования
турбокомпрессора двигателя мобильного энергетического средства.
Научная новизна работы:
- получены теоретические зависимости, описывающие влияние
различных эксплуатационных факторов на показатели работы
турбокомпрессора и двигателя;
- установлена количественная взаимосвязь диагностических параметров
турбокомпрессора (ТКР) с теплонапряженностью двигателя;
- предложены новые эффективные средства диагностирования систем
газотурбинного наддува сельскохозяйственной техники.
Методика исследований предусматривала разработку математической модели зависимости давления наддува Рк от параметра теплонапряженности двигателя qn; проверку адекватности данной математической модели; разработку программы для ЭВМ; изучение закономерностей изменения показателей работы турбокомпрессора.
Практическую значимость представляют:
разработанный диагностический комплекс;
результаты экспериментального изучения зависимости диагностических параметров от характерных неисправностей систем воздухоподачи;
- программа регистрации параметров функционирования мобильных
энергетических средств (свидетельство РФ № 2011610457);
- программа «Система исследования режимов работы турбокомпрессора»
(свидетельство РФ № 2013617233);
программа «Мотор-тестер диагностики систем наддува двигателей внутреннего сгорания» (свидетельство РФ № 2013615096);
обосновано нормативное значение диагностического параметра -давления наддува.
Реализация результатов исследований.
Техническая документация на технологию диагностирования дизельных двигателей с газотурбинным наддувом принята к внедрению в малом инновационном предприятии ООО «ЭФФЕКТ ГАРАНТИЯ» и головным предприятием по диагностике транспортных средств ООО «ТЕХТР АНСКОНТРОЛЬ».
Лабораторный комплекс для изучения влияния неисправностей на показатели работы системы газотурбинного наддува, программы «Controlmes» и «TURBOCOMP» внедрены в учебном процессе ФГБОУ ВПО «МГУ им. Н.П. Огарева» по направлению подготовки «Агроинженерия».
Апробация. Основные положения и результаты исследований докладывались на Международной научно-технической конференции «Повышение эффективности функционирования механических и энергетических систем» (г. Саранск, 2009 г.); XXXVII Огаревских чтениях ФГБОУ ВПО «МГУ им. Н.П. Огарева» (г. Саранск, 2009 г.); XII научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов ФГБОУ ВПО «МГУ им. Н.П. Огарева» (г. Саранск, 2007, 2010, 2011 г.); X Международной научно-практической конференции «Образовательные, научные и инженерные приложения в среде LabVIEW и технологии National Instruments» (г. Москва, 2011 г.); научно-практической конференции «Энергоэффективные и ресурсосберегающие
технологии и системы» (г. Саранск, 2010 г.); Международной научно-практической конференции «Khurel Togoot» (г. Уланбатар, 2011 г.); на расширенном заседании кафедры мобильных энергетических средств ФГБОУ ВПО «МГУ им. Н.П. Огарева» (2013 г.), в ходе реализации гранта по программе «Участник молодежного научно-инновационного конкурса» («У.М.Н.И.К.») (2011-2012 г.).
Публикации. Результаты исследований опубликованы в 18 печатных работах, в том числе 5 в изданиях по «Перечню...» ВАК Минобразования и науки РФ, получено 3 свидетельства на программы для ЭВМ «Программа регистрации параметров функционирования мобильных энергетических средств», «Мотор-тестер диагностики систем наддува двигателей внутреннего сгорания» и «Система исследования режимов работы турбокомпрессора».
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 155 страницах машинописного текста, включает 65 рисунков и 8 таблиц, список литературы содержит 186 наименований.
Анализ причин повышенной теплонапряжённости автотракторного двигателя в эксплуатации
Повреждения турбокомпрессора могут быть вызваны также повышенной температурой отработавших газов при работе машинного агрегата на больших высотах над уровнем моря. Любой двигатель, который работает при температурах, близким к предельным на уровне моря, превысит эти температуры на высоте 1500 м над уровнем моря. Работа на таких высотах над уровнем моря может привести к превышению максимальной скорости вращения вала турбокомпрессора. Поэтому необходимо в соответствии с требованиями производителя изменить систему подачи топлива. Кроме этого, на увеличение температуры отработавших газов значительное влияние оказывают: поздний впрыск топлива, бедная смесь и поздний момент впрыска. Повышенное сопротивление на впуске, причинами которого могут быть воздушный фильтр, поврежденные соединения или патрубки недостаточного диаметра, ведет к уменьшению количества воздуха, поступающего в цилиндры, и повышению температуры отработавших газов. Повышенное сопротивление на впуске и работа на больших высотах над уровнем моря могут привести к поломке корпуса турбинного колеса и даже к поломке самого турбинного колеса под действием высоких температур. Если не менять воздушный фильтр в соответствии с требованиями производителя, то существует высокая вероятность отложения грязи в корпусе компрессорного колеса, что приведет к уменьшению поступления воздуха в цилиндры и далее к перегреву. Так же неплотно прилегающие прокладки во впускном и выпускном коллекторе приводят к уменьшению подачи воздуха.
Фактором снижения частоты вращения ротора турбокомпрессора в эксплуатации также служит увеличение механических потерь в результате трения вращающихся частей ротора о неподвижные детали ТКР. Такое в практике наблюдается при увеличенном осевом перемещении ротора, а также вследствие отложения смолистых нагарообразований на рабочих деталях турбокомпрессора. Отклонение скоростного режима ТКР от номинального в сторону уменьшения приводит при неизменной топливоподаче к снижению коэффициента избытка воздуха, а, следовательно, и росту теплонапряженно-сти двигателя [91, 92].
Основными неисправностями, приводящими к замедлению частот вращения ротора ТКР, а, следовательно, и росту тепловых нагрузок на двигатель и ТКР могут быть следующие:
1. Недостаток масла
Неисправностей системы смазки может быть несколько. Наиболее часто встречаются отложения в трубопроводах, по которым подается и отводится масло в турбокомпрессор. Эти отложения значительно уменьшают площадь проходного сечения трубопровода, а иногда и полностью забивают трубопроводы. Для нормальной работы турбокомпрессора очень важно, чтобы при тяжелых условиях работы подавалось определенное количество масла в подшипники турбокомпрессора. Масло перед подачей в подшипники обязательно должно пройти через фильтр. При постоянной подаче чистого масла в необходимых количествах подшипники турбокомпрессора могут проработать тысячи часов без заметного износа.
Первыми выходят из строя из-за недостатка масла подшипники. После выхода из строя одного или нескольких подшипников могут последовать другие повреждения, такие как трение роторов турбины и компрессора, износ уп-лотнительных колец. В худшем случае может произойти поломка оси турбины.
В нормальных условиях ось и подшипники работают при температурах 60. ..90 С.
В случае нехватки масла резко увеличивается теплоотдача на ротор турбины. Это тепло в совокупности с теплом, выделяющимся при трении в подшипниках, поднимает температуру оси до приблизительно 400 С, приводя к коксованию остатка масла и вызывая перегрев оси.
Кроме того, перегреваются все подшипники и корпус оси. Последний деформируется, а материал подшипников наваривается на ось турбокомпрессора.
В случае биения оси возникают значительные повреждения на внешних частях впускного канала, а уплотнительные кольца утрачивают свои свойства.
Из-за поломки подшипников лопатки ротора компрессора ударяются о внутреннюю его часть и повреждаются.
При высокой температуре, возникающей вследствие трения при биении оси, алюминиевые подшипники плавятся.
Бронзовые подшипники в случае перегрева теряют оловянный слой и изменяют цвет.
2. Попадание посторонних предметов
Попадающие из двигателя обломки деталей, например, части клапанов или поршневых колец, вызывают серьезные повреждения ротора турбины.
Повреждения ротора компрессора могут быть вызваны множеством причин. Например, если во впускной канал компрессора попадает твердый предмет, края лопаток ротора компрессора сбиваются, а если мягкий (кусок ткани или резины) - гнутся.
Абразивные материалы, такие как песок или грязь, быстро изнашивают лопатки ротора компрессора.
Следствием этого явления будет также разбалансировка оси и роторов турбины и компрессора. После этого дальнейшие повреждения неизбежны.
При скоростях вращения, достигающих 130000 об/мин, даже легкий дисбаланс ротора может увеличиться до запредельных величин.
3. Загрязненное масло
Турбокомпрессор смазывается фильтруемым маслом. При загрязнении масла происходят повреждения деталей. Кроме того, при этом быстро изнашивается рабочая поверхность подшипника.
Внутренняя и наружная поверхности подшипника может стачиваться настолько, что полностью удаляется слой олова.
Густое масло задерживается на внутренних перегородках корпуса оси и снижает герметичность, вызывая большие утечки масла. Густое масло может также закоксоваться под воздействием тепла и затем стать причиной последующих повреждений подшипников и уплотнений.
Загрязнения могут задерживаться на поверхности алюминиевых вкладышей и вследствие этого вызывать значительные отложения на оси подшипника и в его корпусе.
Отложение закоксованного масла на роторе турбины может быть вызвано дефектом системы герметичности турбокомпрессора, загрязненным маслом в корпусе оси или оттоком масла в систему выпуска из-за сильного износа самого двигателя. Это может быть также вызвано повышенным давлением в масляном картере двигателя, засорением сливного маслопровода турбокомпрессора или загрязнением воздушного фильтра.
Таким образом, анализ исследований в области эксплуатации систем турбонаддува тракторных дизелей, позволяет заключить, что среди возможных причин выхода из строя ТКР выделяется несколько основных факторов. В первую очередь, это нарушение смазки подшипников ротора. Причем на работоспособность турбины оказывают влияние и качество масла, и его количество (величина подачи), но особенно опасно присутствие в смазочном материале различных загрязнений. Твердые частицы, попадая в зазоры между трущимися поверхностями, вызывают их механический износ. Результат работы мелких посторонних включений выглядит как полирование контактных поверхностей вала и подшипников, сопровождающееся «зализыванием» их внешних кромок. Крупные частицы в свою очередь оказывают более серьезное абразивное воздействие — интенсивно шлифуют поверхности трения с образованием глубоких задиров. В обоих случаях результат один — унос материала и увеличение зазоров, что в итоге приводит к выходу из строя дорогостоящего узла. Причины повышенного содержания в масле твердых частиц хорошо известны: несвоевременная замена эксплуатационного материала и применение некачественного масляного фильтра. Наряду с механическими опасны и химические загрязнения масла.
Наиболее распространенный вариант — попадание в систему смазки топлива вследствие нарушения рабочего процесса в двигателе (например, при неисправности топливной аппаратуры). Негативное воздействие химических загрязнений сводится к тому, что они снижают прочность масляной пленки. Значительно сокращается ресурс турбокомпрессора при выключении двигателя сразу после продолжительной работы на повышенных нагрузках. В этом случае при остановке двигателя происходит прекращение подачи масла к подшипникам, а ротор ТКР продолжает вращаться по инерции в условиях граничной смазки. Как результат - повышенный износ подшипникового узла.
Теоретические исследования взаимосвязей показателей воздухоподачи с показателями работы двигателя при газотурбинном наддуве
Как уже отмечалось ранее, на режимах работы двигателя, близких к номинальным, показатели воздухоподачи оказывают определяющее влияние на работоспособность не только самого двигателя, но и турбокомпрессора. Тесная их взаимосвязь обуславливает необходимость обоснования предельных значений показателей воздухоподачи, при достижении которых дальнейшая эксплуатация дизеля должна быть приостановлена до установления причин появления отказа. Решение подобной задачи возможно на основании математической модели взаимосвязи показателей двигателя с параметрами, характеризующими изменения воздухоподачи.
Массовое наполнение цилиндров свежим зарядом оценивается цикловым расходом воздуха, который аналитически выражается зависимостью [76, 123, 124], где А - постоянный коэффициент; Vh — рабочий объем цилиндра, м ; рк - плотность наддувочного воздуха, кг/м3; rjv - коэффициент наполнения.
Анализ выражения (2.1) показывает, что для конкретной конструкции двигателя цикловой расход воздуха определяется в основном двумя параметрами: коэффициентом наполнения и плотностью наддувочного воздуха, определяемой давлением наддува Рк и температурой tK.
В эксплуатации колебания цикловых подач топлива и воздуха вызывают соответствующее изменение коэффициента избытка воздуха в цилиндрах двигателя. Исходя из известной формулы коэффициента избытка воздуха [76, 123, 124], запишем
Анализ выражения (2.5) показывает, что ухудшение качества протекания процессов смесеобразования и сгорания в цилиндрах двигателя при эксплуатации будет наблюдаться лишь в том случае, когда правая часть неравенства (2.5) превысит соответствующее значение коэффициента избытка воздуха в статистических условиях. Наибольшая вероятность ухудшения процессов смесеобразования и сгорания будет наблюдаться лишь на тех режимах, когда в подобных статистических условиях коэффициент избытка воздуха принимает минимальные величины. Снижение коэффициента избытка воздуха в этом диапазоне нагрузок вызывает ухудшение экономичности цикла, оцениваемого индикаторным к.п.д. и удельным индикаторным расходом топлива, а также возможное повышение теплонапряжённости двигателя.
Взаимосвязь rj и ге устанавливается зависимостью ге = г\\ -гпл, а поэтому с уменьшением а будет снижаться и эффективный к.п.д., а, следовательно, и эффективный момент двигателя. Поэтому на данном участке нагрузок эффективность функционирования двигателя МЭС, параметры его теплонапряжённости во многом будут зависеть от показателей турбокомпрессора и прежде всего от давления наддува. Определение предельных значений параметров воздухоподачи, определяющих эффективную и надёжную работу двигателя, является первостепенно важным в оценке текущего технического состояния турбокомпрессора.
В качестве параметров, которые могут варьировать в эксплуатационных условиях и влиять на состояние воздушного заряда, принимаем давление Р0 и температуру Т0 атмосферного воздуха, коэффициент сопротивления воздухоочистителя ,в и адиабатический к.п.д. компрессора гіад [124].
К параметрам, которые необходимо учитывать при оценке технического состояния ТКР следует отнести давление наддува Рк; цикловой расход воздуха qUB; коэффициент избытка воздуха а; параметр, характеризующий теплонапряженность двигателя (критерий теплонапряжённости двигателя qn, либо температуру отработавших газов trr).
Составим систему уравнений взаимосвязи указанных выше показателей в относительных приращениях. Для этого, используя метод малых отклонений [76], записываем исходные аналитические зависимости, производим их последовательное логарифмирование, дифференцирование и получа Для оценки возможных значений показателей работы двигателя с точки зрения допустимой тепловой напряженности может быть использован критерий тепловой напряженности qn [92], который дает сравнительную оценку теплонапряженности двигателя в различных эксплуатационных условиях, учитывая при этом влияние как конструктивных, так и режимных параметров двигателя на его теплонапряженность.
Для выражения зависимости критерия тепловой напряженности от параметров воздушного заряда проведем преобразование выражения (2.24), после чего получим
Таким образом, система уравнений, описывающая взаимосвязь показателей работы двигателя и системы воздухоподачи в относительных приращениях может быть представлена в следующем виде: f Ax_x8P + A,_5SqiiG=B цикле решения играют роль постоянных при неизвестных 8Р , 8Рк, ... 8qn. В правую часть вынесены независимые постоянные (для данного цикла) Вь Bj ... В9. В общем случае каждую постоянную в правой части системы уравнений (2.26) рассматриваем как сумму Bj = Bj.i + Bj.2, где j - порядковый номер уравнения в системе.
Постоянные вида Bj.j представляют собой произведение тех или иных коэффициентов на 8gUT. Постоянные вида Bj.2 содержат в виде алгебраической суммы одну или несколько величин (8tB; 8РВ; 8,в; 8гад), каждая из которых может быть домножена на постоянные коэффициенты. Во всех рассматриваемых случаях, если Bj.! Ф 0, то Bj.2= 0, и наоборот Bj_2 0, Bj_i = 0.
Постоянные Bj_2 всегда содержатся в правой части равенства и характеризуют либо внешние условия, либо другие факторы, которые воздействуют на показатели дизеля, но сами от показателей дизеля не зависят.
Постоянные Bj_i могут выступать либо в роли независимых факторов, если показатели двигателя обуславливаются назначаемым относительным приращением 8qUT (тогда они остаются в правой части равенства), либо в роли искомой величины, когда приращение подачи топлива SqUT является следствием изменения относительного приращения величин, характеризующих внешние условия или иные независимые факторы (в последнем случае Bj.j переносится в левую часть равенства на место того члена Aj.j Sy, которому отводится роль независимой постоянной).
Систему уравнений (2.26) представим в виде массивов (таблица 2.1). Массив А является определителем, состоящим из 9 столбцов и 10 строк. Столбцы и строки из коэффициентов влияния Ai_i; Ai_2 ... А9-9 при неизвестных 8Р, 8Pk, 8рк... 8qn. Каждый коэффициент влияния имеет приписанный ему порядковый номер.
Закономерности изменения диагностических показателей ТКР при имитации неисправностей в системе наддува
При диагностировании ТКР по параметрам Рк и Рт большое значение имеют экспериментальные характеристики двигателя, полученные при наличии характерных неисправностей в системе воздухоподачи (рис. 3.17). С этой целью согласно методике экспериментальных исследований была проведена серия опытов при имитации характерных неисправностей в системе наддува во время работы двигателя на различных скоростных и нагрузочных режимах.
На рис. 4.7 и 4.8 показаны файлограммы изменения давления наддува при имитации утечек газа перед турбиной. Величина утечек газа во время опытов контролировалась по величине давления газов Рт. Основной задачей, которая ставилась в опытах, являлось установление взаимосвязей между Рк и Рт и использования полученных закономерностей для распознавания характерных неисправностей.
Как было отмечено ранее, наиболее явно взаимосвязь между Рк и Рт проявляется с ростом нагрузки двигателя. При отсутствии утечек газа между турбиной данная связь прямая, прирост Рт приводит к синхронному изменению Рк (рис. 4.2). При течках газа прирост Рт замедляется, прирост же Рк более заметен. Так снижение Рт со 140 до 120 кПа за счет утечек газа приводит к изменению Рк со 120 до 108 кПа (рис. 4.8). Т.е. при перепуске газа, когда Рт = Ртхх имеет место рост давления наддува. Это подтверждает теоретические представления, о том, что Рк зависит не только от Рт, но и от температуры газов и КПД турбокомпрессора.
На рис. 4.9 представлена область распределения значений Рк и Рт при различных значениях Рт на режиме холостого хода и под нагрузкой. Из графика видно, что на режиме холостого хода значение Рк при минимальных значениях Рт находится ниже границы атмосферного давления (101 кПа), что свидетельствует о недостаточной энергии газов для раскручивания турбины и обеспечения устойчивой работы двигателя.
Точка А является пересечением верхнего графика Рк под нагрузкой с нижним графиком Рт без нагрузки. Значение Рк в данной точке является нижней границей для Рк по значениям предельной теплонапряженности, что согласуется с результатами теоретических исследований. Таким образом, условием безопасной по теплонапряженности двигателя является нагрузочный режим, когда Рк больше 122 кПа. Величина Рт пред при этом должно быть больше 130 кПа.
Взаимосвязь между Рт и Рк при наличии утечек газа на номинальном режиме работы двигателя представлена на рис. 4.10. Как видно, предельное Рк = 122 кПа достигается при Рт = 135 кПа. Логично сделать заключение, что при работе с полной нагрузкой допустимое снижение Рт по причине утечек газа составляет 25 кПа (от 160 до 135 кПа). Данному диапазону Рт соответствует диапазон снижения Рк от 146 до 122 кПа.
На линии впуска воздушного заряда наиболее характерными неисправностями является засорение воздухоочистителя и негерметичность воздушных патрубков.
График изменения Рк и Рт при увеличении оборотов двигателя без нагрузки при повышении сопротивления воздушного фильтра до Рсопр = 5 кПа. На рис. 4.11 при увеличении оборотов сопротивление растет с 5 кПа до 20 кПа. Верхний эксплуатационный предел для сопротивления воздушного фильтра допускается не более 10 кПа. При росте оборотов без нагрузки Рт увеличивается со 105 кПа до 130 кПа и снижается Рк от 100 до 75 кПа. Турбина не раскручивается вследствие низких значений Рт, которые уменьшены в 2 раза из-за неполного сгорания при невысоких коэффициентах избытка воздуха, что приводит к снижению Рк.
Таким образом, засорение воздухоочистителя (повышенное сопротивление на впуске) является неисправностью в системе воздухоподачи, которая приводит к уменьшению диагностических показателей Рт и Рк. Наибольшую информативную ценность имеет показатель Рк на режиме повышенных оборотов как на холостом ходу, так и под нагрузкой. Если для Рт изменение скоростного и нагрузочного режимов сопровождается некоторым ростом давления перед турбиной, то для Рк характерным является более заметное уменьшение. Поэтому падение Рк на холостом ходу является предметом углубленной диагностики системы наддува.
Характер изменения Рк и Рт при увеличении оборотов двигателя на холостом ходу и под нагрузкой в случае утечки воздушного заряда (негерметичности патрубков) представлен на рис. 4.14 и 4.15. Как видно, при повышении оборотов без нагрузки, имитация неисправности в системе воздухоподачи, утечки после компрессора ТКР. При увеличении оборотов без нагрузки (режим свободного ускорения) идет повышение Рк и Рт. В абсолютных значениях Рт снижен до 145 кПа, Рк до 115 кПа. Имеется ярко выраженный максимум графика, т.е. наброс давления с последующим его снижением вследствие утечек через впускной коллектор.
Повышенное противодавление (повышенное сопротивление в системе выпуска и глушения отработавших газов), которое может иметь место вследствие неисправности системы нейтрализации отработавших газов («забит нейтрализатор или сажевый фильтр») или системы глушения отработавших газов («помят глушитель»). При повышении оборотов без нагрузки идет увеличение Рт без роста Рк. Показатель Рт увеличен на значение давления сопротивления по сравнению с исправной системой, а Рк не повышается, при росте оборотов идет только сглаживание графика (уменьшение пульсаций давления).
При увеличении оборотов под нагрузкой идет повышение Рт и Рк. Показатель Рт увеличен на значение давления сопротивления по сравнению с исправной системой, а Рк снижен на эту же величину в абсолютных значениях. Внешним признаком неисправности является то, что двигатель не развивает номинальных оборотов.
Технология диагностирования систем газотурбинного наддува с использованием разработанного мотор-тестера
Выполнение ТО относится к числу ответственных и трудоемких работ по поддержанию агрегатов в работоспособном состоянии. Одним из путей, обеспечивающих снижение трудоемкости и повышения качества выполнения ТО, является внедрение в этот процесс новых средств и методов диагностирования [86, 147, 163].
Разработанный мотор-тестер для диагностирования газотурбинного наддува можно использовать при проведении ТО-1, ТО-2, ТО-3. Кроме этого легко производится операции демонтажа и подключения датчиков, мгновенная обработка данных и получения диагноза о состоянии системы ДВС - ТКР и решения о дальнейшем ремонте или техническом обслуживании.
Наибольшую эффективность использования мотор-тестера можно получить при правильном обращении с приборами, средствами и рациональной технологии диагностирования.
Данная технология диагностирования систем газотурбинного наддува применительно к разработанному мотор - тестеру, предназначена для безразборной диагностики системы наддува и определения технического состояния системы ДВС-ТКР двигателя Д-245-35 тракторов МТЗ-101, МТЗ-102, погрузчиков ТО-35, погрузчиков-экскаваторов колесных П301 (ЗМТ227).
Диагностирование систем наддува производится в последовательности и в соответствии технологией, изложенной в таблице-S-l-.
Диагностирование систем наддува начинается с опроса оператора о работе дизеля и его систем, изменения внешних органолептических параметров. При этом необходимо предварительно составить представление о наличии неисправности в определенных системах и оценить техническое состояние системы ДВС-ТКР на основании полученной информации. Далее произвести внешний осмотр систем дизельного двигателя на предмет наличия внешних утечек воздуха и технических жидкостей, механических повреждений и разрывов патрубков.
При проведении подготовительных и диагностических работ необходимо соблюдать установленные правила техники безопасности в соответствии с содержанием проводимых операций.
Таким образом, как видно из таблицы 5.1 весь процесс диагностирования системы наддува дизельного двигателя при помощи разработанного мотор-тестера занимает около 15 минут.
На рис. 5.1 показан алгоритм действий при типовой и предлагаемой технологиях диагностирования. Типовая технология диагностирования турбокомпрессора системы наддува по параметру «развиваемое давление» предусматривает проверку технического состояния двигателя, для того, чтобы неисправности двигателя не влияли на результаты диагностирования системы наддува. В предлагаемой технологии возможно сокращение числа диагностических операций, связанных с проверкой системы выпуска, интеркуллера, сопротивления воздушного фильтра, утечек в патрубках системы наддува. Только после определения общего состояния системы ДВС-ТКР возможно принятие решения о диагностировании систем, которые могут приводить к появлению внешних признаков неисправности, таких повышенный шум, расход масла, дымность отработавших газов и т.д.
На рис. 5.2 показаны этапы подготовки мотор-тестера к диагностированию газотурбинного наддува.
В таблице 5.2 приведены стоимости диагностирования по типовой и предлагаемой технологии. Цена отдельных диагностических операций представлена на состояние 01.06.2013 г. в г. Саранске по данным станций технического обслуживания. Как видно из таблицы, общая стоимость диагностических работ по предлагаемой технологии на 1600 руб. ниже по сравнению с типовой за счет сокращения числа диагностических операций.
