§ 13. Прогрев дизеля и прием нагрузки

Прогрев. Режим работы после пуска до достижения дизелем установившегося теплового состояния, обеспечивающего надежную его эк­сплуатацию на полной нагрузке, называется прогревом.

Во время прогрева изменяются температуры стенок цилиндра, порш­ня, крышки и других деталей, их температурные напряжения, зазоры между сопряженными деталями (в особенности между втулками ци­линдров и поршнями, между штоками клапанов и направляющими), температура и вязкость смазочного масла, температура охлаждающей воды.

В начальный период работы дизеля рабочие газы нагревают холод­ные стенки цилиндров, их крышек и поршней. Это приводит не только к повышению температуры деталей, но и к возникновению разности температур между поверхностями, соприкасающимися с горячими га­зами и с охлаждающей жидкостью, т. е. к появлению температурных напряжений. Наибольшие температурные напряжения наблюдаются в крышке цилиндра и в поршне, что часто приводит к появлению тре­щин в этих деталях. Как показали исследования, установившееся теп­ловое состояние крышек, поршней и втулок цилиндров достигается у двигателей средней мощности при изменении режима работы на одну ступень (с малого на средний, со среднего на полный) за 4 - 6 мин.

В результате нагревания поршня и втулок изменяются их диаметры, и зазоры между ними. При повышении нагрузки на дизель температура поршня, особенно изготовленного из алюминиевого сплава, растет бы­стрее, чем температура втулки, омываемой холодной водой. Однако одновременное, хотя и неодинаковое тепловое расширение поршня и втулки обеспечивает сохранение зазора между ними и, как правило, да­же в случае довольно быстрого увеличения нагрузки при нормальных смазке и охлаждении поршня и втулки цилиндра задира поршня не происходит.

Для многих деталей, в том числе головных подшипников и поршней, смазочное масло одновременно выполняет функции охлаждающей жид­кости. Поэтому температурный режим смазки влияет на длительность периода прогревания дизеля и на износ деталей за этот период.

При низких температурах масло имеет высокую вязкость и подача его к узлам трения затруднена. При температурах ниже + (10 ÷ 15.) °С оно может совсем не поступать к смазывающим поверхностям или посту­пать в недостаточном количестве. Задержка подачи масла и малые скорости перемещения трущихся пар приводят к нарушению целостно­сти масляного слоя и к работе деталей в условиях полужидкостного или, в худшем случае, сухого трения, а следовательно, и к повышенным нагревам деталей и уменьшению зазоров между ними. Даже если при этом и не происходит задира поршня или расплавления подшипников, то износ трущихся деталей возрастает весьма значительно.

В зависимости от конструктивных особенностей масляной системы (объема масла в системе, перепуска его помимо холодильника и т.д.) продолжительность работы дизеля до достижения установившейся температуры масла различна. У быстроходных дизелей с небольшим объ­емом масла в системе она составляет 25 - 35 мин, у тихоходных дизе­лей средней мощности с маслосборниками 60 - 90 мин и более.

Надежная работа дизеля на полной мощности обеспечивается в до­вольно широком диапазоне температур масла от минимально необхо­димой до установившейся при соблюдении условия поступления требуе­мого количества его ко всем смазываемым поверхностям. Минимальная температура масла зависит как от его свойств, так и от конструктив­ных особенностей дизеля.

Низкая температура охлаждающей воды увеличивает температур­ные перепады и напряжения в деталях дизеля, задерживает стабили­зацию зазоров нагревающихся деталей. Поэтому работа дизеля с повы­шенной нагрузкой при низкой температуре охлаждающей воды может привести к задиру поршней и появлению трещин в крышках цилинд­ров и поршнях. Продолжительность работы дизеля до достижения установившейся температуры охлаждающей воды составляет 10 - 15 мин для быстроходных и 25 - 30 мин для тихоходных дизелей средней мощ­ности.

Таким образом, основным показателем, определяющим длитель­ность прогрева дизеля, является температура смазочного масла и ох­лаждающей воды перед его пуском. Работа дизеля с повышенной нагрузкой сразу же после пуска, т. е. раньше достижения минимально необходимых температур масла и охлаждающей воды, приводит к по­вышенным износам деталей, возникновению трещин в крышках цилин­дров и поршнях, к заклиниванию или задирам последних.

В инструкциях по эксплуатации дизелей заводы-изготовители, как правило, указывают режимы прогрева дизелей и допустимые темпера­туры масла и охлаждающей воды, которыми и следует руководство­ваться в практической деятельности.

Рекомендуемые минимальные температуры охлаждающей воды и смазочного масла, при которых допускается работа дизелей под на­грузкой, приведены в табл. 4.

Таблица 4.

Если инструкция по эксплуатации не содержит конкретных указаний относительно режима прогрева дизеля, то до достижения маслом и во­дой температуры 30 - 35°С он должен работать на режиме самого ма­лого хода (частота вращения не выше 60% номинальной). Нереверсив­ный дизель прогревают на холостом ходу, сначала при скорости враще­ния 60 - 70% номинальной, а затем при номинальной.

Продолжительность прогрева зависит от начальной температуры воды и масла. При этом следует иметь в виду, что длительная работа дизеля на холостом ходу (свыше 30 мин) запрещается, так как при отсутствии нагрузки ухудшается сгорание топлива, закоксовываются распылители форсунок и пригорают поршневые кольца и клапаны.

Прием нагрузки. Нагружать дизель (увеличивать частоту враще­ния) можно только в том случае, если будет установлено, что дизель и все его системы работают нормально, а температура воды и масла не ниже минимально допустимых.

Некоторые заводы-изготовители в инструкциях по эксплуатации приводят не только минимальные температуры, но и допустимые ре­жимы работы дизеля по времени.

При отсутствии таких данных нагрузки у тихоходного дизеля средней мощности нужно принимать постепенно в течение 15 - 20 мин прогре­того и 25 - 30 мин холодного. На каждой ступени нагрузки (с самого малого на малый, с малого на средний и со среднего на полный) ди­зель должен проработать 4 - 5 мин с целью обеспечения его равномер­ного прогрева. Для быстроходного дизеля время работы при переходе с одной ступени нагрузки на другую сокращается до 1,5 - 2 мин, а об­щая продолжительность прогрева до приема 100%-ной нагрузки - до 4 - 6 мин. Следует помнить, что работа двигателя на критической ча­стоте вращения и на частоте, при которой возникают значительные ви­брации корпуса, запрещается. При изменении подачи топлива такие зо­ны необходимо проходить по возможности быстро.

Прием дизелем перегрузки возможен лишь после того, как устано­вится его нормальный тепловой режим. Продолжительность непрерыв­ной работы дизеля на 110%-ной нагрузке не должна превышать 1 ч. Повторная перегрузка допускается не ранее чем через 1 - 2 ч для бы­строходных и через 5 - 6 ч для тихоходных двигателей после оконча­ния предыдущего перегрузочного режима. Суммарная продолжитель­ность работы на 110%-ной нагрузке не должна превышать 10% об­щего времени работы дизеля.

Каждый случай работы с перегрузкой и продолжительность ее за­писываются в вахтенном (машинном) журнале.

Большинство существующих в настоящее время ДАУ предусматри­вают возможность весьма быстрого (в течение 10 - 15 сек) изменения режима работы дизеля от малого до полного хода в аварийной обста­новке. Неоправданно частое применение такого аварийного маневра приводит к появлению чрезмерных тепловых напряжений в деталях, что снижает надежность работы дизеля.

При необходимости экстренного повышения нагрузки или частоты вращения дизеля за ним следует обеспечить наблюдение помощника механика, который должен находиться в машинном отделении.

Строгое соблюдение режима прогрева и приема нагрузки во времени как при управлении с местного поста, так и с поста в рубке яв­ляется гарантией длительной надежной работы дизеля. Быстрому про­греванию дизеля способствует исправное состояние автоматических ус­тройств, регулирующих температуру охлаждающей воды и масла (тер­морегуляторов). В период прогрева и приема нагрузки должно быть организовано постоянное наблюдение за работой дизеля. При этом надо следить за тем, чтобы не было перегревов отдельных деталей, чрез­мерного повышения давления масла и перерыва в охлаждении дизеля.

Управлять холодным дизелем при прогреве его на холостом или са­мом малом ходу надо с местного поста управления и только после по­вышения температуры воды и масла до значений, обеспечивающих нормальную работу дизеля под нагрузкой не менее 50 - 75%, допус­кается включение дистанционного или автоматического управления.