DIJAGNOSTIKA KVAROVA 2006

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova POMORSKI FAKULTET U SPLITU

DIJAGNOSTIKA KVAROVA

Dr. Sc. Gojmir RADICA, dipl. inž. stroj.

SPLIT,2001

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova

SADRŽAJ 1.0. DIJAGNOSTIKA KVAROVA – CILJ I SUŠTINA 2.0. OSNOVE TEHNIKE MJERENJA 2.1.GRIJEŠKE MJERENJA 2.2 OSNOVE TEHNIKE MJERENJA I KONTROLE OPĆENITO O MJERNIM UREĐAJIMA 2.3 MJERENJE VREMENA 2.4 MJERENJE TLAKA 2.5 MJERENJE TEMPERATURE 2.6 MJERENJE PROTOKA FLUIDA 2.6.1 Mjerenje potrošnje goriva 2.6.2 Mjerenje protoka rashladne vode 2.6.3 Mjerenje količine i brzine zraka 2.7 MJERENJE VIBRACIJA 2.8 MJERENJE BUKE 2.9. INDICIRANJE PRITISAKA U CILINDRU 2.9.1 Mehanički indikatori 2.9.2 Električni indikatori 2.9.2.1 Električni indikatori na stroboskopskom principu 2.9.2.2 Električni indikatori koji registriraju cijeli ciklus. 2.9.3 Mjerenje površine dijagrama (planimetriranje) 2.10 KONTROLE KVALITETE FLUIDA 2.10.1 Kontrola kvalitete ispušnih plinova 2.10.1.1 Određivanje dimnosti ispušnih plinova 2.10.1.2 Određivanje sastava ispušnih plinova 2.10.1.2.1 Kemijski analizatori plina 2.10.1.2.2 Fizički analizatori plina 2.10.2. Kontrola kvalitete vode 2.11. Određivanje efektivne snage motora na ispitnim stolovima 3.0. OCJENA BUKE NA BRODOVIMA 4.0. SADAŠNJE STANJE KOD SUSTAVA ZA KONTROLU I MJERENJE BRODSKIH DIESEL MOTORA 4.1. SUSTAVI KOJI SE KONTROLIRAJU KOD BRODSKOG DIESEL MOTORA 4.1.1. Sustav goriva 4.1.2. Sustav hlađenja 4.1.3. Szstav podmazivanja 4.1.4. Sustav podmazivanja motora 5.0. IDENTIFIKACIJA RELEVANTNIH ZNAČAJKI MOTORNOG SUSTAVA 5.1. ODABIR DIJAGNOSTIČKIH ZNAČAJKI NOTORNOG SUSTAVA 6.0.ODREĐIVANJE ULAZNO – IZLAZNIH ZNAČAJKI 7.0.PODJELA BRODSKOG POGONSKOG KOMPLEKSA 7.1. PODSUSTAV RASHLADNE VODE 7.1.1. Konvencionalni rashladni sustav s morskom vodom 7.1.2. Središnji rashladni podsustav rashladne vode 7.2. PODSUSTAV GORIVA 7.3. PODSUSTAV ULJA 7.4. PODSUSTAV UPUTNOG ZRAKA 8.0. UTJECAJ RELEVANTNIH ZNAČAJKI MOTORNOG SUSTAVA I RASPORED DIJAGNOSTIČKIH MJERNIH MJESTA 9.0. DIJAGNOSTIČKI EKSPERTNI SUSTAV

2

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova

9.1.

OPĆI POJMOVI I DEFINICIJE

9.2.

OSNOVNE ZADAĆE DIJAGNOSTIKE TEHNIČKOG SUSTAVA

9.3.

PRIMJER DIJAGNOSTIČKOG EKSPERTNOG SUSTAVA GLAVNOG PORIVNOG

STROJA 9.3.1. Sustav Dijagnostike 9.3.1.1.

Izlist baze znanja dijagnostičkog ekspertnog sustava

9.3.2. Primjer dijagnostike pomoću programa EKSE 9.3.3. Primjer dijagnostičkog modela brodskog diesel motora za održavanje po stanju i administracija doknadnih djelova 10.0.

Zaključna razmatranja

Literatura Ispitna pitanja Prilog br. 1: Lista priključaka Prilog br. 2: Primjer ispitivanja motora Manouvering dijagram

3

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova

1.0. DIJAGNOSTIKA KVAROVA - CILJ I SUŠTINA Dijagnostika kvarova je predmet proučavanja sustava uzajamno povezanih uređaja, koji su projektirani za zajedničku funkciju sa čovjekom, u cilju traženja neispravnosti i određivanja njihovih uzroka; prognoziranja njegove raspoloživosti i brzine njegova trošenja, te određivanja rokova potrebnih popravaka i remonta. Djelovanje sistema dijagnostike bazira se na prikupljanju informacija o tehničkom stanju postrojenja (uređaja) i uspoređujuči dobivene podatke sa projektiranim, odnosno “etalonskim” donose se odgovarajući zaključci. Razlika između dijagnostike i automatskog upravljanja je ta da se kod automatskog upravljanja mjeri i upravlja jedna fizička veličina, dok se dijagnostikom mjeri i upravlja čitav niz fizičkih veličina, te je zadatak dijagnostike utoliko složeniji. Za potpuno rješenje postavljenih zadataka sistem bi morao imati u svom sastavu računarsku opremu. U sustav dijagnosticiranja uključeni su: 1) Objekt dijagnosticiranja 2) Tehnička sredstva dijagnosticiranja 3) Čovjek operator Postoje dva principa ostvarenja dijagnosticiranja: TEST DIJAGNOSTIKA - kod koje se na objekt djeluje specijalnim test-varijabilnim veličinama i na temelju reakcije se izvodi zaključak o njegovoj ispravnosti; FUNKCIONALNA DIJAGNOSTIKA - kod koje se za zaključke o ponašanju objekta u radu koriste radne varijabilne veličine. Određivanje parametara dijagnostike je dosta slobodan, neformalan i složen proces, na osnovu procjene i eksperimenta specijalista. Sakupljanje, obrada i dostavljanje informacija o tehničkom stanju iziskuje određeno vrijeme, koje može uzrokovati kašnjenje upravljačkih rješenja i smanjene efikasnosti sistema dijagnosticiranja. Da bi se ovo izbjeglo, može se koristiti dva načina rješavanja problema: 1) Povećanje brzine informacija 2) Korištenje prognoziranja na bazi neophodnih dobivenih podataka. Prognoziranje se zasniva na bazi ostvarivanja slučajnih procesa promjene parametara kvalitete rada u određenom vremenskom periodu, treba predvidjeti vrijednost realizacije u nekom budućem momentu vremena. Kod dijagnosticiranja u složenim sustavima, treba uzeti u obzir: - različitu fizičku prirodu nastalih kvarova, - veći broj kontrolnih točaka i - brzo proticanje procesa širenja neispravnosti. U ovakvim sustavima najfunkcionalnija je metoda postupnih povezanih ispitivanja, kako sistema u cjelini, tako i njegovih dijelova odnosno zavisnih komponenata. Griješke u brodskim sistemima mogu dovesti, ne samo do skraćenja vremena u eksploataciji, nego i do ljudskih i materijalnih nesreća velikih razmjera; tako je čovjek-operator značajan činioc upravo u donošenju upravljačkih odluka. Visoki stupanj stručnosti u korištenju moderne tehnologije upravo je neophodnost na današnjm brodovima.

4

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova

2.0. OSNOVE TEHNIČKIH MJERENJA KLASIFIKACIJA METODA MJERENJA - apsolutna metoda mjerenja - usporedna metoda mjerenja - direktna metoda mjerenja Na skali mjernog instrumenta određuje se njegova veličina ili njegovo odstupanje od uzroka ili granične mjere. Indirektna metoda mjerenja: - Tražena mjera određuje se na osnovu rezultata direktnih mjerenja (apsolutna ili usporedna) neke druge veličine vezane sa traženim određivanjem funkcionalne zavisnosti (npr. mjerenje srednjeg dijametra zavojnice pomoću tri žice). Kompleksna metoda mjerenja: - Primjenjuje se za kontrolu predmeta složenog geometrijskog oblika, kada smo prinuđeni da jednostavno nekoliko mjernih elemenata. Diferencijalna metoda mjerenja: - Metoda mjerenja koja se primjenjuje kada imamo predmet složene konfiguracije-mjerenje posebno svakog dijela nezavisno jedan od drugog. Metoda mjerenja sa dodirom: - Dodir predmeta kojeg mjerimo sa radnom (mjernom) površinom mjernog instrumenta. Metoda mjerenja bez dodira: - Nema dodira predmeta kojeg mjerimo sa radnom (mjernom) površinom mjernog instrumenta. KLASIFIKACIJA SREDSTAVA ZA MJERENJE Prema konstrukciji mjerne instrumente i pribore djelimo na: 1) Mikrometarski mjerni instrumenti koji rade na principu kinematskog para (mikrometar) 2) Polužno-mehanički mjerni instrumenti (komparator, minimetar) 3) Polužno-optički mjerni instrumenti 4) Optičko-mehanički mjerni instrumenti (mikroskop) 5) Pneumatski mjerni instrumenti 6) Električni mjerni instrumenti OSNOVNE KARAKTERISTIKE MJERNIH INSTRUMENATA U karakteristike mjernih instrumenata spada: - Veličina podjele na skali instrumenta, tj. udaljenost između dviju susjednih linija - Vrijednost podjele na skali - Veličina mjerenja cijele skale instrumenta - područje mjerenja - Početna najmanja odnosno krajnja najveća veličina koja se na instrumentu može izmjeriti - Stupanj osjetljivosti mjernog instrumenta tj. koja je najmanja veličina koja može izvršiti primjetno očitavanje na mjernom instrumentu. Griješke pokazivanja mjernog instrumenta je razlika između očitane vrijednosti na skali mjernog instrumenta i stvarne izmjerene veličine. Potrebno je razlikovati dva pojma: 1) Griješku mjernog instrumenta 2) Griješku metode mjerenja koju činimo tim priborom

5

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova

1) Griješka mjernog instrumenta potječe iz: a) nesavršenosti konstrukcije b) netočnosti montaže c) istrošenosti pojedinih dijelova instrumenta 2) Griješka metode mjerenja je sumarna griješka koja se sastoji od: a) griješke pokazivanja samog mjernog instrumenta b) griješke etalona ili uzroka pomoću kojeg je postavljen mjerni instrument c) griješke koje nastaju uslijed promjene temperature, atmosferskog tlaka i vlažnosti d) griješke koje nastaju uslijed sile mjerenja 2.1.GRIJEŠKE MJERENJA Svako mjerenje ma koliko bilo brižljivo vršeno, praćeno je griješkama, uslijed čega nikada ne dobijemo točne, već približne mjerne veličine. Uzroci griješaka su vrlo različiti. One mogu poticati od nesavršenosti mjernog instrumenta ili pribora, od uvjeta mjerenja, od individualnih sposobnosti osobe koja mjeri i dr. Rezultati mjerenja obično se izražavaju brojem. Da bi znali koliko su točni, neophodno je znati kakvi su ih uzroci izazvali i kako ih možemo odstraniti ili uzeti u obzir kod učitavanja. Griješke mjerenja, kao i griješke obrade mogu biti trojake: 1) Sistematske griješke 2) Osobne griješke 3) Slučajne griješke 1) Sistematske griješke su takve griješke koje imaju uvijek jednu te istu veličinu ili se odigravaju po jednom određenom zakonu. Sistematske griješke mogu se odstraniti uvođenjem odgovarajućih popravki, korekcija. Kad se proces mjerenja dovoljno izući, uzroci sistematskih griješaka mogu biti točno utvrđeni i njihov utjecaj se može predvidjeti i uzeti u obzir. 2) Osobne griješke mogu biti promjenljive pošto ovise od iskustva osobe koja vrši mjerenje. One se mogu smanjiti uvježbavanjem i višestrukim ponavljanjem mjerenja. 3) Slučajne griješke se nazivaju takve griješke koje nemaju stalnu veličinu, auzroci ne mogu biti točno utvrđeni. Ukoliko im se uzroci i karakteristike ne mogu utvrditi, znači da ih ne možemo odstraniti iz teorije mjerenja. Utjecaj slučajnih griješaka možemo uzeti u obzir samo pomoću teorije vjeroatnosti. One nemaju ni stalnu vrijednost, ni stalan znak. MATEMATIČKA STATISTIKA - na slučaju griješke mjerenja Matematička statistika je posebna grana Teorije vjeroatnosti, koja obrađuje podatke statistike na matematički način. Teorija vjeroatnosti dokazuje da je najtočniji rezultat mjerenja mjerne veličine aritmetička sredina svih mjerenja jedne te iste mjerne veličine sa mjernim instrumentom stalne točnosti. Pretpostavimo da smo izvršili “n” uzastopnih mjerenja neke mjerne veličine “x”. Označimo i rezultate tih mjerenja sa m1,m2,m3 ..... mn-1,mn biti će:

x= x=

m1 + m2 + m3 +.....+ m n-1 + m n n

gdje je x - srednja aritmetička vrijednost rezultata svih mjerenja.

6

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova

Razlika između rezultata uzastopnih mjerenja i stvarne vrijednosti mjerne veličine naziva se slučajnom griješkom (∆). Razlika između rezultata posebnog mjerenja i srednje aritmetičke vrijednosti naziva se ostatak griješke mjerenja (V). Ako označimo slučajnu griješku uzastopnog (posebnog) mjerenja sa “∆”, a ostatak griješke mjerenja sa “V”, dobijemo: ∆1=m1 - x

slučajna griješka

∆2=m2 - x ----------------∆n-1=mn-1 - x ∆n=mn - x x - stvarna vrijednost mjerenja x - aritmetička vrijednost ∆ - slučajna griješka mjerenja V - ostatak griješke mjerenja V1=m1 - x V2=m2 - x --------------Vn-1=mn-1 - x Vn=mn - x

ostatak griješke mjerenja

Kako pri svakom mjerenju neizbježno činimo griješke, to stvarnu vrijednost mjerne veličine zapravo i neznamo, a osim toga nepoznata nam je i slučajna griješka mjerenja. Pomoću teorije vjeroatnosti možemo dokazati da pri dovoljno velikom broju mjerenja srednja aritmetička vrijednost tih mjerenja postaje ista stvarnoj vrijednosti mjerne veličine, a ostatak griješke mjerenja je jednak slučajnoj griješci mjerenja tj. x = x ; Vi = ∆i Iz ovog slijedi da se pri većem broju mjerenja ostatak griješke može promatrati kao slučajna griješka, pa se na takve griješke može primjeniti zakoni kojima se potčinjavaju slučajne griješke. Pri mjerenju ma koje veličine obično se zahtijeva da se nađe koja je to veličina i predoči kakvu griješku mjerenja činimo. Griješku koju dopuštamo kod mjerenja karakterizira točnost mjerenja. Potrebno je razlikovati točnost pojedinačnog mjerenja i točnost završnog rezultata mjerenja tj. srednjeg aritmetičkog rezultata. Za ocjenu točnosti pojedinačnog mjerenja obično se izračunava srednja kvadratna griješka pojedinačnog mjerenja prema jednadžbi:

σ=

V 2 + V 2 +......+ V 2 1 2 n = n - 1

2 i n - 1 ∑V

Osim srednje kvatratne griješke pojedinačnog mjerenja, katkada se također određuje vjerojatnost griješke pojedinačnog mjerenja:

7

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova

R = 0,675

∑V

2 i

2 ≈ σ n - 1 3

Najveća moguća griješka pojedinačnog mjerenja određuje se tzv. graničnom griješkom metode mjerenja. ∆m = ±3 σ Slučajne griješke koje su veće od granične griješke pripadaju grubim griješkama. 2.2 OSNOVE TEHNIKE MJERENJA I KONTROLE OPĆENITO O MJERNIM UREĐAJIMA Mjerenje se izvodi u sklopu takozvanog mjernog lanca, koji se sastoji od mjernog objekta, mjerne veličine i mjernog sistema. Kao mjerni objekt može poslužiti svako tijelo bez obzira na agregatno stanje. Mjerna veličina može biti svako geometrijsko, kemijsko ili fizikalno svojstvo tijela. U fizička svojstva spadaju njihove mehaničke, toplinske, električne optičke osobine. Mjernim sistemom vršimo mjerenje, a on se sastoji od: 1. 2. 3.

davača signala prenosnog sistema i pojačala pokazivača (mogu biti analogni i digitalni).

Pri svakom mjerenju može doći do greške. Granice dozvoljene greške zavise od vrste i svrhe mjerenja; kod istraživačkih mjerenja znatno su uže nego u slučaju kontrole pogona. Prema uzroku greške dijelimo na: 1. greške uslijed netočnosti i suštinske nepouzdanosti metode mjerenja. 2. greške instrumenata koje su rezultat nesavršenosti instrumenata mjerenja. 3. greške zbog netočnog očitavanja, bilježenja i preračunavanja, rezultat su nesavršenosti i nepažnje rukovaoca. 4. greške zbog promjene uvjeta okoline. Greške možemo podijeliti na: 1. Sistematske greške, koje su predvidive, mogu se ocijeniti i uzeti u obzir, tj. korigirati izmjerene veličine. Ovdje se ubrajaju greške instrumenata i greške zbog uvjeta okoline. 2. Slučajne greške su nepredvidive. U ovu grupu se ubrajaju greške zbog trenja u mehanizmima instrumenata, koso očitavanje i slično. Odstraniti ih možemo samo ponavljanjem mjerenja. 2.3 MJERENJE VREMENA Za mjerenje vremena prilikom ispitivanja uglavnom se koristi štoperica. Podjele na štoperici omogućavaju očitavanje desetinki, pa i stotinki sekunde. Štoperica se aktivira i zaustavlja ručno ili elektromagnetski. Štopericu je potrebno navijati približno svaka dva sata rada, da se izbjegne utjecaj zategnutosti opruge na točnost mjerenja. Vrijeme početka i završetka mjerenja redovito se bilježe uz datum u izvještaju o kontroli. Kod mjerenja koja imaju ispis na papir, papir mora na sebi imati vremensku podjelu, ali se ipak bilježi i vremenski signal radi izbjegavanja pogreške.

8

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova

2.4 MJERENJE TLAKA

Uređaji za mjerenje tlaka pokazuju, u stvari, razliku između tlaka na mjernom mjestu i atmosferskog tlaka: manometri mjere nadtlak (manometarski tlak pm), vakuumetri mjere podtlak (pv). Apsolutni tlak u posudi s vakuumom iznosi: pa=pb-pv Slika 2.4. – 1a Apsolutni tlak u posudi s nadtlakom iznosi: pa=pb+pm Slika 2.4. – 1c Atmosferski tlak određuje se pomoću barometra sa živom: Slika 2.4. – 1b. Instrumenti za mjerenje tlaka dijele se prema elementu koji reagira na promjenu tlaka na: 1. Instrumente sa tekućinom (U-cijevi, mikromanometri, prstenaste vage), 2. Instrumente sa oprugom (cjevasta opruga, burdonova cijev, membrana), 3. Instrumente koji koriste davače za pretvaranje djelovanja tlaka u proporcionalnu veličinu.

Slika 2.4. - 1. Mjerenje podtlaka i nadtlaka pomoću otvorene U-cijevi i barometarskog tlaka pomoću živinog barometra. Instrumenti sa tekućinom (živa, voda, toluol, alkohol) izrađuju se u obliku U-cijevi i primjenjuju se pri mjerenju malih podtlakova ili nadtlakova, ili pri mjerenju malih razlika tlakova, u tom slučaju ih zovemo diferencijalni manometar. Pri mjerenju protoka vode pomoću prigušnog uređaja koristi se diferencijalni manometar sa potopljenom cijevi (slika 2.4. – 2a). Iz jednadžbe ravnoteže za nivo I-I imamo: p1+γ v× h1=p2+γ v× h2+γ ž × h ∆p=p1-p2=γ ž × h-γ v(h1-h2)=h(γ ž-γ v)

9

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova

Slika 2.4. – 2a. Mjerenje diferencijalnim manometrom. Ako se mjeri protok plina, može se zanemariti utjecaj specifične težine samog stupca plina a to je:

∆p=p1-p2=h× γ ž

Slika 2.4. – 2b. Izvrnuta U-cijev Izvrnuti manometar (izvrnuta U-cijev) na slici 2.4. – 2b, punjena je toluolom (γ th=8.378 N/m3), služi za mjerenje veoma malih tlakova pri određivanju protoka vode. Priključne cijevi su pune vode pa jednadžba ravnoteže za razinu I-I ima oblik: p1+γ v× h1-γ v× h=p2+γ v× h1-γ th× h

∆p=p2-p1=h(γ v-γ th)=k× h

Slika 2.4. – 2c. Skica mikromanometra sa kosom cijevi.

10

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova

Mikromanometar sa kosom cijevi na slici 2.4. – 2c služi za mjerenje vrlo malih podtlakova, nadtlakova i malih razlika tlakova. Ako se prostor u posudi površine A1 priključi na tlak p1>p2 spustiti će se razina u posudi za h, a podići će se na mnogo veći razina u kosoj kapilarnoj cijevi presjeka A2. Očitanje se vrši na kosoj cijevi, koja ima veću podjelu i moguće je točnije očitavanje. Prstenasta vaga na slici 8a sastoji se od prstena koji je napunjen tekućinom : 1. vodom, za opseg mjerenja do ±150 mm vodenog stupca (VS), 2. živom, za opseg mjerenja do ±2500 mm vodenog stupca (VS). Prsten je podijeljen pregradom A i vezan za prizmu. uslijed djelovanja razlike tlaka s jedne i druge strane pregrade javlja se sila F koja daje moment M, koji zakreće prsten: M=F× R=(p1-p2)A× R=∆p× A× R

Pri zakretanju prstena pomiče se težište S sve dok se ne uspostavi ravnoteža:

∆p× A× R=G× a× sin α ∆p=

G a sin α = k × sin α R A

Slika 2.4. – 3a. Skica prstenaste vage

Slika 2.4. – 3b. Skica manometra sa cjevastom oprugom

11

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova

Za mjerenje tlaka koristi se zakretanje prstena, a ne razlika razina. Instrumenti sa oprugom se primjenjuju za veće tlakove. Na slici 2.4. – 3b prikazan je manometar sa cijevi elipsastog presjeka (Burdonova cijev) pozicija 1. Projekcijska površina unutrašnje polovice cijevi manja je od projekcijske površine vanjske polovice, uslijed čega se javlja sila koja teži ispravljanju cijevi. Za slobodni kraj ove cijevi vezana je prijenosna poluga koja zakreće kazaljku. Slaba opruga 2 neutralizira utjecaj zazora u mehanizmu.

Slika 2.4. – 3c. Skica manometra s membranskom oprugom. Na slici 2.4. – 3c je metalni manometar sa membranskom oprugom. Prostor u kome je smještena ova kutijasta opruga hermetički je zatvoren, što omogućuje mjerenja nadtlaka, podtlaka i razlike tlakova u strojnom kompleksu. 2.5 MJERENJE TEMPERATURE Temperaturu definiramo kao stupanj zagrijanosti tijela, ona je proporcionalna kinetičkoj energiji tijela. Za mjerenje temperature koriste se termometri. Rad termometara zasniva se na činjenici da tijela mijenjaju svojstva i osobine pri promjeni temperature. Svojstva tijela koja se najčešće koriste pri mjerenju temperature su: promjena volumena tekućih i plinovitih tijela, promjena dimenzija krutih tijela, promjena električnog otpora, promjena termoelektričnog potencijala i promjena intenziteta zračenja. U međunarodnom sistemu jedinica SI kelvin (K) je jedna od osnovnih jedinica. Temperatura izmjerena po toj skali naziva se apsolutna ili termodinamička temperatura i označava se sa T (K). Pri gradnji termometara najčešće se koriste slijedeća svojstva tijela, koja sa mijenjaju pri promjeni temperature: - promjena volumena plinovitih i tekućih materija - promjena dužine čvrstih tijela - promjena električnog otpora - promjena termoelektričnog potencijala - promjena intenziteta zračenja Termometri imaju skalu za očitavanje temperature. Postoje termometri sa: 1) Celzijusovom skalom 2) Farenhaytovom skalom 3) Kelvinovom skalom (apsolutna ili termodinamička)

12

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova

Prema Celzijevoj temperaturnoj skali, temperatura smrzavanja vode uzima se za nultu temperaturu i označava se sa 0oC. Temperatura vrenja vode pri normalnom atmosferskom tlaku uzeta je kao 100oC. Sve temperature niže od 0oC imaju predznak minus. Kelvinova ili apsolutna temperaturna skala nema negativnih vrijednosti temperature, a prema ovoj skali se nulta temperatura nalazi na tzv. apsolutnoj nuli (0oK), odnosno -273,15oC. To je ujedno najniža moguća temperatura. Niže temperature nema. Prema sredstvu punjenja ili prema korištenom principu termometre možemo podijeliti na: 1. termometre sa tekućinom, 2. metalne termometre, 3. manometarske termometre, 4. električne termometre i to : • elektrootporne, • termoelektrične ( termoelementi ); 5.optički termometri: • na fotometrijskom principu , • na energetskom principu. Termometri sa tekućinom Termometri sa tekućinom rade na principu promjene volumena tekućine sa promjenom temperature. Punjenje termometara se vrši: 1. 2. 3.

živom, (živini termometri) za temperature od -39.8 do 700 0C, Toluolom, za temperature od -120 do +110 0C, Pentanom, za vrlo niske temperature od -200 do +20 0C.

Cjevčice za termometre se prave od specijalnog stakla. Za niske temperature jensko staklo, a za visoke temperature kvarcno staklo. Najčešće se primjenjuju živini termometri, različitih opsega i različitih točnosti skale. Živini termometri se pri baždarenju skale potapaju u kontrolnu sredinu tj. za 0 0C topljenje leda i 100 0C - vrenje vode, pri tlaku od 750 mm stupca žive (750 mm Hg). Metalni termometri Metalni termometri zasnivaju svoj rad na različitom izduženju pojedinih metala pri promjeni temperature. Ugradnjom dvije metalne šipke od različitih materijala u tankoj zaštitnoj cijevi, dobija se razlika u izduženju pri njihovom zagrijavanju, koja se preko prijenosnog mehanizma uvećava i prenosi na kazaljku termometra. Metalni termometar se može napraviti i na principu bimetalne trake, koja se pri zagrijavanju povije prema elementu koji se manje izdužuje, i taj efekt se koristi za pokretanje kazaljke. Metalni termometri su neosjetljivi na udarce u pogonu, ali njihova točnost nije velika, te se koriste samo za orijentaciona mjerenja. Manometarski termometri

13

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova

Manometarski termometri djeluju na principu promjene volumena tekućina (živa, metil alkohol), plina (helij, dušik), ili para (etil klora, eter, benzol). Sastoje se od malog rezervoara u kojem je smještena radna materija, kapilarne cijevi (bakrene), i cjevaste opruge (Bourdonove cijevi). Kapilarna i Bourdonova cijev ispunjene su istom materijom kao i rezervoar. Kod parnih manometarskih termometara oko dvije trećine volumena rezervoara napunjeno je tekućinom koja isparava pri niskoj temperaturi, dok je ostali dio ispunjen parom. Zagrijavanjem dolazi do povećanja tlaka uslijed čega se cjevasta opruga ispravlja, pomičući kazaljku koja pokazuje temperaturu. Manometarski termometri mogu se očitavati na velikim udaljenostima (tekućinski do 20 m, plinski do 30 m, parni do 60 m). Zavisno od punjenja koriste se za opseg mjerenja od -130 do 550 0C. Na njihovo mjerenje utiče temperatura okoline. Zbog moguće greške od 2 %, koriste se tamo gdje se ne zahtijeva velika točnost, već samo za kontrolu. Električni termometri Električni termometri se dijele na elektrootporne i termoelektrične. Elektrootporni termometri koriste činjenicu da se otpor mijenja s promjenom temperature. Uglavnom se za izradu davača primjenjuje: platina, za opseg rada od -220 do 550 0C (iznimno 750 0C); nikal, od -60 do 150 0C; bakar, volfram i drugi. Elektrootporni davač se izrađuje tako da se žica metala (d=0.02-0.07 mm) namota na izolatorski nosač od keramike, a zatim sve potopi u kvarcno staklo. Elektrootporni termometri omogućuju točno mjerenje, udaljenostima, očitavanje temperatura na raznim mjestima.

mjerenje

na

velikim

Elektrootporni termometri se napajaju istosmjernom strujom (6,12,24 Volti). Pokazni instrument elektrootpornog termometra je galvanometar sa skalom u 0C. Termometar je podešen tako da mu je otpor pri 0 0C , obično, 100 ohma. Promjene otpora se mjere Wheastoneovim mostom (slika 2.5. - 1a), otpori R1,R2,R3 su poznati i konstantni dok je Rt otpor davača koji se mijenja promjenom temperature. Mjerenje temperature se može izvršiti kompenzacionom metodom. Kod kompenzacione metode se podešavanjem otpora Rp kompenzira otpor Rt i kazaljka galvanometra dovodi na nulu, pa je u tom slučaju: Rt =

Rp × R1 R2

Ova metoda se koristi pri vrlo točnim mjerenjima temperatura.

14

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova

ž Slika 2.5. - 1a. Shema spoja elektrootpornog termometra preko Wheastonevog mosta. Pri ispitivanju motora elektrootporni termometri se primjenjuju pri mjerenju nižih temperatura, kao npr. mjerenje temperature ulja, temperature rashladne vode, ulazne temperature zraka. Termoelektrični termometri se baziraju na termoelektričnom efektu (slika 2.5. - 1b). Kroz kontaktnu površinu (1-metal, 2-legura tog metala) prodiru slobodni elektroni. Intenzitet prodiranja elektrona i elektromotorne sile, koja teži vratiti elektrone natrag, zavise od vrste spoja i temperature. Ako su temperature spojeva različite, javit će se elektromotorna sila, koja je funkcija razlike temperatura spojeva: Et=Em-Eu=f(Tm-Tu) Indeks “m” odnosi se na mjerno mjesto na kome je temperatura promjenjiva, a “u” se odnosi na usporedni spoj.

Slika 2.5. - 1b. Shema nastajanja termoelektromotorne sile.

15

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova

U kolo termoelementa ugrađuje se precizni galvanometar G čija je skala obično baždarena u 0 C. Spojevi termoelemenata se za mjerenja do 150 0C vrše mekim letovanjem, a za temperature iznad 700 0C zavarivanjem. Obje žice termoelementa, kompenzacijski vodovi i bakarni vodovi moraju biti dobro izolirani gumom ili termoplastikom (do 50 0C), lakiranjem i omotavanjem termički otpornim materijalom (do 200 C), cjevčicama od porculana (do1400 0 C), magnezijumom (preko 1400 0C) i cjevčicama od sinteriranog aluminijevog oksida. Za izradu termoelemenata koriste se slijedeći parovi materijala: 1. Konstantan- Bakar 2. Konstantan- Željezo 3. Nikal- Krom nikal 4. Platina- Platina rodij

do........350 0C do........600 0C do.......1100 0C do.......1600 0C.

Termoelement možemo ugraditi tako da hladni (usporedni, referentni) spoj bude stalno na temperaturi 0 0C u izoliranoj posudi sa ledom (primjenjuje se za niže temperature i točna mjerenja). Termoelektrični davač pruža niz prednosti u odnosu na živin termometar. Zbog male mase i malog toplinskog kapaciteta toplog spoja njegova se temperatura brzo izjednači sa temperaturom sredine, tj. moguće je brzo stacioniranje instrumenta. Postoje specijalne izvedbe koje omogućuju mjerenje brzo promjenjivih temperatura, te mogu mjeriti na daljinu i očitavanje na velikom broju mjernih mjesta. Termoelementi se lako grade a mali gabariti spoja omogućuje laku ugradnju i mjerenje temperatura u jednoj točki, te veoma veliku točnost mjerenja. Termoelementi se koriste za mjerenje temperatura ispušnih plinova i kontrolu temperatura pojedinih dijelova motora. Za mjerenje temperatura površina (približnih) razvijeni su dodirni davači.

Slika 2.5. - 1c.

1. 2. 3. 4. 5.

termoelementa sa držanjem hladnog spoja na 0 0C.

žice termoelementa 4 i 5 spojene su u točkama 1 i 6, izolatorska cjevčica 2, zaštitna čahura 3, referentni spoj 6, čahura 7,

16

Shema ugradnje

Pomorski fakultet Split 6. 7. 8.

Dijagnostika kvarova

termostatska posuda sa ledom i vodom 8, galvanometar 10, zatvorena zaštitna čahura 11.

Pri ugradnji termoelemenata mora se omogućiti odvođenje topline sa toplog spoja odvođenjem kroz same žice ili zračenjem na okolne zidove. Optički (termoradijacijski) pirometri Optički pirometri primjenjuju se za mjerenje visokih temperatura, iznad 8000C. Princip njihovog rada zasniva se na zakonima zračenja fizičkih tijela. U okviru ispitivanja, kontrole i dijagnosticiranja stanja motora radiacioni pirometri se koriste pri specijalnim proučavanjima procesa izgaranja (zbog velikih brzina promjena stanja primjenjuju se specijalni uređaji). Postoje dvije izvedbe : na principu ukupnog zračenja(slika 2.5. - 4) i na principu djelomičnog zračenja (slika 2.5. - 5). Kod pirometra na ukupno zračenje sabirna leća koncentrira toplinske zrake na zacrnjeni topli spoj termoelementa, čiji je pokazni instrument baždaren u 0C.

Kod pirometra na principu djelomičnog zračenja uspoređuje se sjaj tijela čija se temperatura mjeri sa sjajem užarenog vlakna sijalice, koja se nalazi u fokusu sabirne leće objektiva . Reguliranjem el. struje otpornikom 5 postiže se nestajanje užarenog vlakna na pozadini predmeta koji promatramo. U trenutku nestajanja vlakna temperatura predmeta jednaka je temperaturi vlakna pa instrument 6 pokazuje temperaturu tijela.

Slika 2.5. - 2 Skica ugradnje termoelementa za mjerenje temperature površina elemenata a) normalno izvođenje b) bezinercijski cijevni termoelement.

17

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova

Elektrode termonaponskog davača 1 i 2 su izolirane izolacijskim slojem 3.

Sl. 2.5. – 3. Povoljan način ugradnje termometara u struji fluida u ravnoj cijevi (a) i koljenu (b). 1. 2. 3. 4.

termometar (davač), izolacijski sloj, brtva, zaštitna čahura.

Slika 2.5. - 4. Princip rada termometra na ukupno zračenje sabirna leća, zaslon, topli spoj termoelementa pokazni instrument

1. 2. 3. 4.

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Slika 2.5. – 5. Princip rada pirometra korištenjem djelomičnog zračenja: sabirna leća, dimni filter(blenda), paralelni izvor svjetlosti, izvor el. struje, otpornik, pokazivač, leća, crveni (stakleni) filter, promatrač.

18

radiacijskog

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova 2.6. MJERENJE PROTOKA FLUIDA

Fluidi koji se koriste u propulzijskom sustavu brodova su: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

slatka voda, slana voda, gorivo (diesel i teško), ulja za hlađenje i podmazivanje, zrak, ispušni plinovi, vodena para.

Za pravilan rad propulzijskog sustava potrebno je točno definirati i dozirati količinu određenog medija. Sukladno tome treba izvršiti mjerenja protoka. Mjerenje protoka najčešće se vrši težinskom ili zapreminskom metodom, ali i protokomjerima i raznim prigušnim sredstvima. Prigušna sredstva i različiti plinski satovi se koriste za mjerenje, ali se može koristiti i metoda izračunavanja na osnovu mjerenja brzine fluida. 2.6.1 Mjerenje potrošnje goriva Potrošnja goriva je važan pokazatelj ekonomičnosti motora. Svakom opterećenju odgovara točno određena potrošnja goriva, dok su svi sustavi motora u ispravnom stanju. To znači da na osnovu potrošnje goriva možemo doći do nekih kontrolnih parametara. Potrošnja goriva daje se kao satna ili kao specifična efektivna odnosno indikatorska potrošnja. Određivanje satne potrošnje svodi se na mjerenje vremena za koje se potroši određena količina goriva. Kod zapreminske metode (slika 2.6.1. - 1a.) se štopericom mjeri vrijeme T (s), za koje se potroši V (cm3) goriva iz mjerne posude, pa se uz pomoć poznate specifične težine goriva ρ (g/cm3) izračuna satna potrošnja goriva: Gh =

V ×ρ × 3600 = V × ρ × 3.6 1000

19

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova

Slika 2.6.1. - 1a. Zatvorena mjerna posuda. Posuda V0 je pod pritiskom iz rezervoara. Ako su ventili S i S1 otvoreni gorivo će puniti mjernu posudu i cijev a. Ispuštanjem zraka na ventilu S1 podešava se razina goriva na M-N. Otvaranjem ventila S (poz. I) motor će trošiti gorivo iz rezervoara. Pri mjerenju se ventil S zatvori (poz. II), te motor troši gorivo iz mjerne posude. Pri nailasku razine na obilježene reperne crte kod A štoperica se uključi, a kod B (ili C) se isključuje. Spuštanjem razine u mjernoj posudi, dotiče gorivo kroz cijev a i puni pomoćnu posudu A0. Veličina pomoćne A posude je takva da spuštanjem razine sa M na M” razina u pomoćnoj posudi dosegne N”. Dalje razina goriva ne opada jer ono dotiče kroz cijev b. Štoperica se može uključivati i pomoću elektromagnetskih kontakta. Prednost ove metode je u njenoj jednostavnosti, a greške su uslijed utjecaja temperature okoline i zbog vlaženja površina posude. Težinska metoda se bazira na upotrebi vage sa skalom. Štoperica se uključuje i nakon određenog utroška (npr. 100g) isključuje. Gorivo dolazi iz rezervoara slobodnim padom preko cijevi 5 do ventila 4, koji u poz. I preko cijevi 3 puni posudu 2 na vagi 1 i opskrbljuje motor preko cijevi 6. U poziciji II motor troši gorivo iz rezervoara. Pozicija III je za mjerenje. Gorivo se troši iz posude na vagi, te se kazaljka pomiče ulijevo. U trenutku prolaska kroz ravnotežni položaj uključuje se Štoperica 15, pomoću kontaktne sipke 9, žive 10, elektromagneta 11 i sipke 12. Tada se sa lijevog tasa skida uteg i pri ponovnom prolasku kazaljke kroz ravnotežni položaj Štoperica se zaustavlja. Iz očitanog vremena T (s), za koje je proteklo gorivo mase utega g (gr) nalazimo satnu potrošnju:

20

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova Gh =

ρ T

× 3 .6

Slika 2.6.1. - 1b. Shema instalacije za određivanje potrošnje goriva težinskom metodom. Opisane metode daju srednje vrijednosti potrošnje za vremenski interval. Protokomjeri daju trenutne vrijednosti protoka goriva, tj. satne potrošnje. Mjerenje pomoću protokomjera ne daje pouzdane rezultate, te se oni koriste za orijentacijsku kontrolu potrošnje u fazi podešavanja opterećenja motora. 2.6.2 Mjerenje protoka rashladne vode Kod velikih brodskih motora protok vode se ne određuje težinskom ili zapreninskom metodom već prigušnim sredstvima, te protokomjerima sa okretnim klipovima. Najčešće se primjenjuju blenda i sapnica, dok se venturi cijev primjenjuje rjeđe. Dimenzioni odnosi ovih uređaja su normirani (slika 2.6.2 - 1). Do izraza za protok dolazimo na osnovu slijedećih izraza.

ρ 1 =ρ 2 =ρ .

možemo pisati

v 2 2 − v 21 = p1 − p2 ρ 2

Primjenom Bernoulijeve jednadžbe dobijemo: Za A1 i A2 važi jednadžba kontinuiteta tj.

A1 A2 = v1 v 2 A0 d 2 = A1 D 2

21

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova v1 =m v2

p1 − p2

ρ

= v 22

2 v2 =

1 − m2 2

p1 − p2

ρ

1 − m2

uslijed trenja je brzina protjecanja manja tj.; v2”=ϕ× v2 ϕ-koeficijent gubitka brzine uslijed trenja. Sa A2 (mm2) i v2” (m/s) je sekundni protok: V(m3/s)=

A0 × ϕ × v 2 1000000

a satni protok:

A × ϕ × v2 =0,004α× d2 M(m /h)=3600 0 1000000 3

p1 − p2

ρ

α je koeficijent protoka, ustanovljen eksperimentalnim putem, po DIN 1952.

Slika 2.6.2 - 1 Normalna sapnica.

22

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova

Pri strujanju fluida doći će do pada tlaka i povećanja brzine. Teoretski pad tlaka je prikazan crtkanom crtom, a u stvari se mijenja po punoj crti.

Slika 2.6.2 – 2 Strujanje kroz prigušni uređaj. 2.6.3 Mjerenje količine i brzine zraka

Plinski satovi sa okretnim klipovima koriste se za veće protoke (do 30000 m3/h), ali i za srednje protoke. Specijalno profilirani klipovi 2 okreću se u kućištu 1. Sinkronizacija njihovog okretanja postiže se vanjskim zupčanicima 3. Broj okretaja klipova razmjeran je protoku plina ili pare, pa mjerilo pokazuje protok u m3. Mjerenjem vremena možemo odrediti satni protok. Kod svih plinskih satova mjeri se tlak i temperatura plina kako bi se rezultati mogli svesti na normalne uvjete okoline. Protok kroz cijevi može se odrediti i na osnovu brzina i rasporeda brzina. Brzina plina ili pare se određuje na osnovu dinamičkog tlaka, koji predstavlja razliku ukupnog i statičkog tlaka:

pd =

ρ × v2 2

= p u − pt

23

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova

a odatle: v=

2 pd

ρ

gdje je : v (m/s) ; pd (Pa) dinamički tlak; ρ (kg/m3) specifična masa (gustoća) plina ili pare.

Slika 2.6.3. - 1. Određivanje brzina protoka fluida: a) mjerenje statičkog tlaka, b) mjerenje ukupnog tlaka (Pitova cijev), c) Pito-statički manometar za mjerenje dinamičkog tlaka, d) Prandtlova cijev . 1) slika rasporeda brzina (profil brzina). Obično se za ova mjerenja koristi Prandtlova cijev , pomoću koje se može odrediti statički, ukupni i dinamički tlak. Postavljanjem ovog instrumenta na raznim mjestima u cijevi može se ustanoviti raspored brzina i odrediti srednja brzina strujanja. 2.7. Mjerenje vibracija

U okviru dijagnosticiranja i kontrole motora susrećemo se sa kontrolom torzionih oscilacija koljenastog vratila, koje mogu dovesti do loma vratila. Poprečne vibracije vratila kao i vibracije ostalih dijelova motora, vibracije temelja i oslonaca motora, vibracije na priključenom objektu izazvane radom motora i slično. Za snimanje torzionih vibracija primjenjuju se torziografi, mehanički i električni, a rjeđe optički.

24

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova

Električni torziografi su kompaktni i osjetljiviji u odnosu na mehaničke. Na slici 2.7. – 1. prikazan je induktivni davač električnog torziografa.

Slika 2.7. – 1. Skica induktivnog davača električnog torziografa

Permanentni magnet 1 može se slobodno okretati (u nekim granicama) oko jezgre 3, sa kojom je vezan oprugama. Jezgra je kruto vezana za vratilo. U polju magnetnih crta su namotaji 2 fiksirani za jezgru, pa svako kretanje magneta u odnosu na jezgru izaziva proporcionalne varijacije napona. Oscilografski snimci ovih promjena predstavljaju brzine pomicanja, a da bi se dobile amplitude primjenjuje se integrirajuće električno kolo.

Za mjerenje uvijanja primjenjuju se mjerne trake - slika 2.7. – 2. Pri uvijanju vratila jedna od traka će se produžiti, a druga skratiti. Ove deformacije elektrootporne mjerne trake dovode do proporcionalne promjene napona.

Za mjerenje pravocrtnih vibracija primjenjuju se induktivni davači - 2.7. – 3. Okvir davača (1 i 4) oslanja se na element čije vibracije mjerimo. Stalni magnet 5 (na oprugama 6), se pomiče, (uslijed inertnosti), u odnosu na namotaje 3. Namotaji su namotani na papirnatom valjku 2, i pričvršćeni na poklopcu 1. Svako aksijalno pomicanje okvira u

25

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova

odnosu na magnet izaziva promjenu napona pa se upotrebom integrirajućeg kola može dobiti amplituda oscilacija. 2.8. Mjerenje buke

Kod mjerenja vibracija poseban problem predstavlja mjerenje akustičnih vibracija - buke.

Slika 2.8. - 1. Blok-shema uređaja za mjerenje buke. Najjednostavniji mjerač nivoa buke sastoji se od mikrofona, pojačala, i pokazivača izmjerenih vrijednosti. Mikrofon je davač koji djelovanje pulsirajućeg zvučnog pritiska pretvara u električni signal. Kondenzatorski (kapacitivni) mikrofon sastoji se od membrane (čelik ili aluminij) koja je izložena valovima zvučnog tlaka, i zadnje (nepomične) perforirane elektrode. Vrlo su pouzdani u radu. Pri izboru mikrofona treba voditi računa o temperaturi, vlažnosti, brzini vjetra (za vanjska mjerenja), intenzitetu buke i frekventnom području. Frekventni analizatori se sastoje od niza električnih filtera od kojih svaki propušta zvučne valove određene frekvencije a ostale prigušuje. Spajanjem vrijednosti dobivenih u pojedinim frekventnim pojasevima dobijemo spektar buke. Obzirom da kod motora ima više izvora buke, treba za svih napraviti spektar buke kako bi se moglo djelovati na izvore najviših razina buke. 2.9. Indiciranje tlaka u cilindru

Indiciranje odnosno snimanje tlakova u cilindru motora u zavisnosti o hodu klipa (p-V dijagram), ili o kutu koljenastog vratila (p-α dijagram) vrši se indikatorima. Indiciranje se vrši zbog određivanja indikatorske snage (p-V dijagram), proučavanja radnog procesa motora, dijagnosticiranja stanja motora (p-α dijagram), i njime se dobija stvarni dijagram motora. Na osnovu snimljenog p-V dijagrama planimetriranjem se odredi srednji indikatorski tlak, a zatim indikatorska snaga. Po principu rada indikatori su: mehanički, optički i električni. Mehanički se uglavnom koriste kod sporohodnih motora. Optički indikatori su primjenjivi i kod srednjehodnih motora, dok su električni indikatori primjenjivi kod svih brzohodnosti motora 2.9.1. Mehanički indikatori

Prilikom indiciranja treba najprije obilježiti atmosfersku crtu (pomoću ventila indikatora), a zatim vršiti snimanje. Treba paziti da uže za okretanje bubnja bude nategnuto,

26

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova

te imati na umu da zbog inertnosti mehanizma nije za brzohodne motore. Pri snimanju crta niskog pritiska postoji graničnik (označen sa H), koji na sebe preuzima sile većih pritisaka ciklusa. Mehaničke indikatore se periodično provjerava, kontrolira se: brtvljenje klipa, zazor u mehanizmu pisaljke, proporcionalnost prijenosa pisaljke i karakteristike opruge. 2.9.2.Električni indikatori

Postoje dvije grupe električnih indikatora. U prvu grupu spadaju oni koji pokazuju cikluse motora u cijelosti, dok drugi daju dijagram koji rezultira iz niza uzastopnih ciklusa (stroboskopski princip). 2.9.2.1. Električni indikatori na stroboskopskom principu

Kod ovih indikatora dijagram se snima točku po točku, pri čemu točke raznih pritisaka pripadaju raznim ciklusima motora. Dakle snimljeni dijagram predstavlja srednji ciklus rada motora u periodu snimanja. Kako se uzastopni dijagrami međusobno razlikuju uglavnom u toku crte izgaranja, u tom području se uglavnom dobije raspršivanje točaka, te je ovaj dijagram neupotrebljiv sa stanovišta dijagnostike procesa izgaranja.

Slika 2.9.2.1. – 1. Izgled indikatorskih dijagrama snimljenih elektropneumatskim indikatorom. 1. Crta kompresije, 2. crta ekspanzije zraka,

27

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova

3. crta izgaranja, 4. ispuh, 5. usis, 6. dijagram pritiska ubrizgavanja goriva.

Slika 2.9.2.1. – 2.a. Vanjski izgled i poprečni presjek mehaničkog indikatora Slika 2.9.2.1. – 2.b. (desno) Mehanički indikator s presjekom kroz cilindar i bubanj Slika 2.9.2.1. – 2. Mehanički indikator (dijelovi). 1.Specijalno tanko uže,

2. pisaljka,

3. bubanj indikatora,

4. opruga,

5. prirubnica,

6. tijelo indikatora,

7. prijenosna poluga,

8. cilindar indikatora,

9. klip, 10.konusni priključak na cilindar motora.

Slika 2.9.2.1. – 2. Mehanički indikator sa štapnom oprugom

28

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova

2.9.2.2. Električni indikatori koji registriraju cijeli ciklus.

Električni indikatori koji registriraju cijeli ciklus su katodni (elektronski) i elektromagnetski oscilograf. Kod katodnog oscilografa (slika 2.9.2.2. – 1.) sliku crta snop elektrona koji udaraju u fluorescentni ekran. Osnovna sustavna komponenta osciloskopa je katodna cijev u kojoj vlada vakuum. Katodna cijev se sastoji od: 1. Katode, 2. Elektronske optike (W, A1 i A2) koja fokusira snop elektrona i omogućuje oštru sliku. Veneltov cilindar W, koji je negativno naelektriziran prema katodi (-20 do -40 V) i promjenom njegovog potencijala regulira se jačina elektronskog snopa. Postavljanjem anoda A1 i A2 postižemo ubrzanje i koncentraciju elektrona, tako da oni imaju veoma tanki mlaz. 3. Sistem za skretanje elektronskog mlaza, koji se sastoji od pločica H i V za skretanje mlaza, 4. Zastor na koji pada snop elektrona ima zadatak da što veći dio njihove kinetičke energije pretvori u svjetlost.

Slika 2.9.2.2. – 1. Instalacija katodnog oscilografa. K-katoda, W-vaneltov cilindar, A1,A2-anode, H i V-pločice za vodoravno i okomito skretanje mlaza, Z-zastor, Dp-davač tlaka,

29

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova

Dα-davač kuta (vremena), P1,P2-pojačala.

Slika 2.9.2.2. – 2. Skica

kapacitivnog (kondenzatorskog) davača.

Na shemi je sa Dp označen davač pritiska, a sa Dα davač kuta koljenastog vratila, pa se na ekranu dobije p-α dijagram. Davači pritiska se mogu izvesti kao piezoelektrični, kapacitivni i indukcijski. 2.9.3. Mjerenje površine dijagrama (planimetriranje)

Sa mjerenjem površina susrećemo se pri određivanju srednjeg indikatorskog pritiska grafičkim putem, na osnovu indikatorskog dijagrama, pri određivanju srednje tangencijalne sile i viška rada za proračun zamašnjaka.

Slika 2.9.3. – 1. Polarni planimetar. 1. Upravljačka poluga, 2. vodeća poluga, 3. igla, 4. uteg, 5. zglobni spoj,

30

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova

6. igla, 7. mjerni kolut, 8. nepomični bubanj, 9. baždareni kolut, 10. nosač, 11. indikatorski dijagram, 12. početna točka. Pomicanjem igle 6 po dijagramu na baždarenom kolutu očitavamo površinu u cm2. Možemo i podesiti razmjer mjerenja pomoću poluge 2, naime razmjer je proporcionalan sa duljinom L.

2.10 Kontrole kvalitete fluida

2.10.1 Kontrola kvalitete ispušnih plinova Na osnovu sastava i boje ispušnih plinova dijagnosticira se pravilnost izgaranja, utjecaj kvalitete smjese, izmjena radne materije, intenzitet vrtloženja i momenta paljenja, a može se i udovoljavati ekološkim zahtjevima. Kod diesel motora kontrolira se dimnost i sastav ispusnih plinova. 2.10.1.1. Određivanje dimnosti ispušnih plinova Dim u ispušnim plinovima motora posljedica je izdvojenih koksnih čestica pri izgaranju. Dimnost se povećava sa povećanjem opterećenja, odnosno smanjenjem koeficijenta viška zraka. Rad dimomjera se zasniva na principu apsorpcije ili filtriranja. Kod dimomjera Saurer (slika 2.10.1.1. – 1.) kontrolira se jedna litra ispušnih plinova kroz filtre papir. Potom se na osnovu zacrnjenosti filter papira i etalon uzoraka određuje dimnost. Dimna vrijednost R=0 odgovara čistim plinovima, a R=300 potpuno crnim plinovima. Prednost ovog uređaja je u njegovoj jednostavnosti, ali je rezultate kod različitih motora teško uspoređivati. Da bi se mogli uspoređivati rezultati raznih motora treba udovoljiti zahtjevima proizvođača. Pri ispitivanju višecilindričnih motora treba uzimati uzorak plina iz svake ispušne cijevi da bi se moglo točno kontrolirati.

31

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova Slika 2.10.1.1. – 1. Instalacija sa dimometrom Saurer

1. Cijev, 2. orebreni priključak, 3. držač, 4. filter papir, 5. poklopac sa mrežom, 6. ručica za učvršćivanje, 7. gumena cijev, 8. staklena posuda, 9. nosač, 10.nosač, 11.postolje, 12.okretna ploča, 13.etalon uzorci, 14.vrijednosti za dimnost, 15.osovinica, 16.ploča, 17.otvor na ploči, 18.otvor za očitanje dimne vrijednosti.

2.10.1.2 Određivanje sastava ispušnih plinova

Na osnovu sastava ispušnih plinova kontroliramo potpunost izgaranja, otrovnost plinova, koeficijent viška zraka i toplinske gubitke uslijed nepotpunog izgaranja. Analizatori plina rade na kemijskom, fizikalnom ili kombiniranom principu. Prednost fizičkih analizatora je što se ostvaruje kontinuirano registriranje i imaju veću točnost. Kemijski analizatori zahtijevaju uzimanje i čuvanje uzoraka, analiza se vrši ručno, a rezultati su manje točni. Prednost im je niska cijena. 2.10.1.2.1. Kemijski analizatori plina

Zasnivaju svoj rad na činjenici da dijelovi plinske smjese kemijski reagiraju sa određenim reaktivima, dok isti reaktivi ne apsorbiraju ostale komponente. Kod analize plinova treba obratiti pažnju na uzimanje i čuvanje uzoraka. Pri uzimanju plina može doći do kondenziranja vode pa se sonda ugrađuje pod određenim kutem u odnosu na smjer protoka plina.

32

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova

Kao apsorpciona sredstva se primjenjuju: 1. Za CO2- otopina kalij hidroksida, 2. Za nezasićene ugljikovodike reda CmH2m i CmH2m-2- sumporasta kiselina. 3. Za O2- natrij hiposulfid, 4. Za CO- amonijklorid, Apsorpcija se vrši navedenim redoslijedom.

Slika 2.10.1.2.1. – 1. Sustav za uzimanje uzorka plina: a) hlađeni priključak (sonda), b) baterija za uzorke plina sa tri posude. 1- ispusna cijev, 2- kvarcna cjevčica, 3- hlađena cijev (Cu ili C), 4- vanjska cijev, 5-6- priključak rashladne vode, 7- posuda, 8- ventil, 9- posuda s vodom, za punjenje, 2.10.1.2.2. Fizički analizatori plina

Fizičkim analizatorima plina moguće je odrediti koncentraciju neke komponente smjese ako se neko njeno svojstvo bitno razlikuje od istog tog svojstva ostalih komponenti npr. toplinska provodljivost, termomagnetske osobine, apsorpcija infracrvene svjetlosti. Promjena

33

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova

koncentracije te komponente rezultira proporcionalnom promjenom napona što omogućuje očitavanje.

Slika 2.10.1.2.2. – 1. Instalacija sa fizičkim analizatorom plina 1. Ispušna cijev, 2. sonda, 3. reduktor pritiska, 4. grubi pročistač, 5. odvajač, 6. hladnjak, 7. fini pročistač, 8. membranska pumpa, 9. mjerač protoka, 10.analizator, 11.električni sistem, 12.pojačalo, 13.pokazni instrument, 14.registrirajući instrument. Sustav ima zadatak da uzima kontinuirano uzorak plina i da je očišćenu od primjesa dovede u mjernu komoru analizatora. U području kontrole sustava ispušnih plinova motora najčešće se primjenjuju sljedeći fizički analizatori: - Analizatori na principu toplinske provodljivosti, -

Termomagnetski analizatori, Infracrveni analizatori. 2.10.2. Kontrola kvalitete vode

34

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova

Kvalitet vode korištene u generatorima pare određuje ukupnu sigurnost uređaja. Na brodu se koriste sljedeće vode: 1. morska voda, 2. slatka voda, 3. kotlovska voda, 4. napojna voda, 5. kondenzat pare, 6. destilirana voda. Spomenuti tipovi vode bitno se razlikuju po kvaliteti čija se ocjena izvodi na osnovu ovih pokazatelja: tvrdoća, sadržaj klorida, sadržaj kisika, koncentracija vodikovih iona, sadržaj rastopivih ostataka, mutnost, sadržaj kiselina, organskih i drugih otapala. Voda sadrži različite soli koje uvjetuju njenu tvrdoću ili druga svojstva. Suma svih soli u vodi jest ukupan sadržaj soli. Kvantitativnu mjeru - ocjenu o ukupnom sadržaju soli u vodi izvodi se prema postojanju u njoj rastopljenih klorida (klornih soli). Kvalitativna mjera tog pokazatelja je koncentracija klor-iona. Tvrdoća je sumarna količina u vodi sadržanih kationa kalcija Ca+2 i magnezija Mg+2 izražena u miligram ekvivalentima1 na kilogram otopine.

Alkalitet

Alkalitet karakterizira sadržaj u vodi NaOH, NaHCO3, Na3PO4, Ca(OH)2 i drugih, dok u ukupni alkalitet ulaze i ioni: hidratni OH-, karbonatni CO32-, bikarbonatni HCO3- i fosfatni PO43-. Osnovni uzrok alkaličnosti vode je unošenje dodataka u vodu, radi odstranjivanja tvrdoće. Tablica 2.10.2. – 1. Maksimalni normativi kvaliteta vode. Oblik vode

Pokazatelj kvalitete

Jedinica

Tip kotla i radni tlak pare (MPa) Glavni

2 0.02

Napojna voda

Uku. tvrdoća Kisika Spojevi Fe Spojevi mjedi

mgEKV/l mg/l kg/kg kg/kg

Glavni, pomoćni, utilizacijski do 2 0.3 -

Kondenzat Destilirana voda

Kloridi Ukupna tvrdoća

Cl- mg/l mgEKV/l

10 0.05

35

2-4 0.02 0.05 -

4-6 0.00 2 0.03 100 50 0.2 0.00 1

6-9 0.001 0.002 100 50 0.1 0.001

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova

1

Miligram ekvivalentom nazivamo broj miligrama tvari koji je ravan ekvivalentnoj masi. Da bi izrazili koncentraciju u mgEKV/kg potrebno je količinu tvari otopljenu u 1kg, izraženu u mg, podijeliti sa njenom ekvivalentnom masom. Destilirana voda Kotlovska voda

Ukupna tvrdoća Ukupni sadržaj soli Kloridi

mgEKV/l

0.05

mg/l

0.02

3000

0.00 1 2000 300

0.00 1 250

Cl- mg/l

1200

500

30

30

Alkalični broj

NaOH mg/l

150-200

100150

1030

1015

Fosfatni broj

PO4 mg/l

10-30

2040

3050

1020

Nitratni broj

NaPO3 mg/l

75-100

5075

5-15

-

tvrdoća

mgEKV/l

0.02

0.05

0.02

0.02

2.11. Mjerenje efektivne snage motora na ispitnim stolovima

36

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova

Slika 2.11.-1 Principijelna shema pokusne instalacije sa hidrauličkom kočnicom sustava Junkers. 1 motor, 2 - elastična spojka, 3 - stator, 4 – rotor (bubanj sa šiljicima), 5 – dovod vode, 6 – pomična vratašca za reguliranje razine vode u kočnici, 7 – ležišta rotora (oslonjena u statoru), 8 – ležišta statora, 9 – brojač okretaja, 10 – prijenosna poluga, 11 – vaga, 12 – protuuteg za uravnoteženje prijenosne poluge, L – krak kočnice

Slika 2.11.-2. Uzdužni presjek hidraulične kočnice sa lopaticama, sustava Frood 1 – stator, 2 – umetak na statoru sa elipsastim tiroidalnim udubljenjem, 3 – rotor, 4 – vratilo, 5 – brtva, 6 – postolje, 7 – nosač kočnice, 8 – kućište ležišta statora, 9 – kućište ležišta rotora, 10 – brojač okretaja, 11 – odvod vode, 12 – regulacijski zastor, 13 – dovod vode, 14 – pogon regulacijskog elementa, 15 – lijevak za odvod vode, 16 – prirubnica elastične spojke

37

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova

Slika 11. Skica cirkulacije vode kod pokusne instalacije sa hidrauličnom kočnicom i motorom hlađenim vodom K – hidraulična kočnica, M – motor, H – hladnjak sa ventilatorom, P1 – pumpa vode motora, T – termostat, P2 – pumpa za toplu vodu, P3 – pumpa za ohlađenju vodu, I – alternativa sa hladnjakom voda – voda, II – alternativa sa posudom za miješanje, MP – mjerna posuda za određivanje protoka rashladne vode, A-B – protočni sustav, A′ -B′ -cirkulacijski sustav 3.0. OCJENJIVANJE BUKE NA BRODOVIMA

U ovoj točki opisane su osnovne metode i kriteriji za ocjenjivanje buke. Norme za dopuštene razine buke na brodovima biti će razrađene kasnije. Navode se samo neke strane norme. Do danas su se općenito iskristalizirale dvije osnovne metode za ocjenjivanje i normiranje buke. Kao baza prihvaćena je veličina koja karakterizira razinu ukupne buke - razina buke LA u dBA. Baza druge metode je familija tzv. N-krivulja za ocjenjivanje buke standardizirana od 150. Krivulje N ucrtane su na dijagramu B2 u Prilogu 2. Krivulje se označuju slovom N i brojem koji odgovara oktavnoj razini zvučnog tlaka kod frekvencije 1000 Hz. Ove krivulje su u osnovi predviđene za ocjenu oktavnih spektara, no mogu se translacijom za 5 dB (točno 4,8 dB) okomito prema dolje primjeniti i za tercne spektre. Princip ocjenjivanja neke buke uz pomoć njenog oktavnog ili tercnog spektra sastoji se u tome da se ustanovi, koju najvišu krivulju N dodiruje snimljeni spektar. Pri tome se dozvoljava prekoračenje krivulje u jednoj oktavi ili u dvije, ako nisu susjedne, za 3 dB. Ako se ocjenjuje tercni spektar, tolerancija je 2 dB. Kod normiranja redovno se uzima odnos zadanih vrijednosti razine buke LA i vrijednosti krivulje N kao: LA = N+5 90dB = N85+5 - dopuštena granica za zaštitu oštećenja sluha Za ocjenjivanje i normiranje buke postoji nekoliko kriterija od kojih su za primjenu na brodovima važni slijedeći: 1) oštećenje sluha 2) nelagodnost i smetnje izazvane bukom 3) ometanje razumljivosti govora i čujnosti signala Dopuštena granica za zaštitu oštećenja sluha jednoznačno je određena vrijednošću ukupne razine 90 dB odnosno N85 za 8-satno dnevno izlaganje buci. Sa skraćenjem ekspozicije, razina se povećava i to za po 3 dB za svako raspolavljanje vremena razine ukupne buke LA u dB. Vrijednost ukupnih razina i SIL-a pokazane su u tablici 3.3. Norme nekih zemalja za trgovačke brodove pokazane su u tablici 3.4.

Tablica 3.0. – 1. Propisi nekih zemalja za dopuštene razine buke LA u dBA na brodovima

38

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova

SR Nje - DR Nje SSSR mačka mačka Švedska (Sanitar - SEV (SBG) (DSRK) NSASN na prav.) (Sekc. 4) PROSTORIJA (1968) (1970) (1973) (1964) (1970) STROJARN. Sa kontrolnom kabinom 110 105 100 95 STROJARN. Bez kontrolne kabine 90 90 85 85 90 STROJARN. Radionice i dr. stal. rad. mj. 90 90 75 STROJARN. Kontrolna kabina 75 80 70 70 NASTAMBA Kabine 60 60 55 50-60 NASTAMBA Zajedničke prostorije 65 60 65 50-60 60 60 SLUŽ.PROST Kormilarnica 60 65 50 60 SLUŽ.PROST Radio - kabina 60 60 65 50 60 SLUŽ.PROST Krila mosta 65 70 BOLNICE I AMBULANTE 55 -

Opća je tendencija u svijetu da se norme postrožavaju i to u sadašnjoj etapi za 5 dB. To je jasno došlo do izražaja u Švedskim normama, gdje je granica očuvanja sluha pomaknuta od 90 na 85 dBA. Time se još više produbljuje jaz između propisa i stanja na brodovima i postavljaju teži zahtjevi svima onima koji su odgovorni za gradnju i eksploataciju brodova. Za ocjenjivanje zvučnih vibracija ne postoje posebne metode, već se one ocjenjuju posredno uz pomoć razina buke.

4.0. SADAŠNJE STANJE KOD SUSTAVA ZA KONTROLU I MJERENJE BRODSKIH DIESEL MOTORA

Sustavi za kontrolu parametara stanja brodskih motora danas su na vrlo niskoj razini automatiziranosti i sve su akcije kontrole manualne. Izuzetak su osnovni parametri motora poput: 1. tlaka i temperature okoline, 2. broja okretaja motora i turbopuhala, 3. tlaka i temperature goriva na ulazu u motor, 4. tlaka i temperature ulja za podmazivanje, 5. pada tlaka zraka kroz filter i rashladnik, 6. temperature ispušnih plinova. Pokazivači parametara koji se prate nalaze se uz samo mjerno mjesto, ali i u kontrolnoj kabini strojarnice. Tu ih časnik na straži bilježi po dolasku i odlasku sa dužnosti. Svaki određeni broj radnih sati treba kontrolirati i : - indicirani tlak u cilindrima, - tlak uputnog zraka, - progib koljenastog vratila, - karakteristike goriva, - karakteristike maziva.

39

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova

Sustavi kontrole, odnosno mjerni instrumenti, povezani su sa alarmnim uređajima i sustavima zaštite. Ponekad na osnovu (točno) očitanih parametara i vrijednosti parametara danih od proizvođača ne možemo dijagnosticirati stvarno stanje stroja već vrijednosti parametara trebamo preračunavati u skladu sa stanjem okoline. 4.1 SUSTAVI KOJI SE KONTROLIRAJU KOD BRODSKOG DIESEL MOTORA

Najčešći propulzijski sustav na brodovima je diesel motor, još su u primjeni parna turbina, plinska turbina, nuklearni pogon i električni pogon. U ovom radu zadržati ćemo se na diesel motornoj propulziji. Kada govorimo o diesel motorima moramo navesti neke specifičnosti motora koje razmatramo, jer se motori sa unutrašnjim izgaranjem u mnogo čemu razlikuju. Na brodovima se najčešće koriste sporookretni motori, mada je tendencija da se sve više ugrađuju brzookretni motori, sa oko 1000-1400 o/min, radi boljeg stupnja iskorištenja. To do sada nije bilo moguće jer su takvi motori radili samo na diesel gorivo, a ne i na znatno jeftiniji mazut. Značajke najčešćih brodskih diesel motora su: • Rad na teško i lako gorivo, • sporookretnost, • jednoradni (dugog hoda stapa) sa križnom glavom, • prekretnost (slijedi da ne moraju imati reduktor), • dvotaktni sa ispiranjem cilindara, • sa prednabijanjem zraka. Sustavi motora mogu se podijeliti na : -sustav dobave zraka, -sustav pripreme i dobave goriva, -sustav ispuha i prednabijanja, -sustav transformacije energije u cilindrima. Ovu podjelu izvršili smo sa stanovišta pretvorbe energije. U okviru svakog od ovih sustava, a zatim i njih zajedno, prate se pojedine značajke kao što su temperatura, tlak, protok, sastav plinova, položaj polužja. Na osnovu tih značajki, uz poznavanje teorije rada tih sustava, vrijednosti značajki pri ispravnom radu sustava (dobivenim tijekom probne vožnje), te matematičkih simulacijskih modela ekspert može doći do zaključaka o stanju sustava i njegovih elemenata. Praćenjem tih značajki u određenom vremenskom periodu moguće je odrediti trend ponašanja vrijednosti pojedinih značajki, te na osnovu toga dijagnosticirati stanje unaprijed tj. predvidjeti stanje pojedinih sustava ili njihovih komponenti unaprijed (Trend analisys). Uvjeti okoline okolni tlak

Unutrašnji uvjeti okolna temp.

-0.01 bar

0.01 bar % -1.56

% -1.89

-1.51

-0.87

1.27

tlak plina iza turbi ne

razli ka tlaka kroz. filter

10 K

10 K

% ispirnog -0.19

% -2.38

% 1.89

0.01 bar % -0.40

-0.19

-2.54

1.27

-0.41

Korigirane značajke Tlak zraka Tlak kompresije

40

temp a. ispir nog zraka

razli ka tlaka kroz kras. zraka 0.01 bar % -0.86

temp . mors ke vode

Utjecajne značajke

10 K

Pomorski fakultet Split Maksimalni tlak izgaranja Spec. potrošnja goriva Temp. ispušnog plina prije turbine Temp. ispušnog plina nakon turbine Temp. ispušnog plina iza cilindra

Dijagnostika kvarova

-0.18

-1.74

0.74

-0.29

-0.05

-0.58

0.74

0.06

0.53

0.52

0.11

0.32

0.17

0.52

-0.20

2.52

0.85

0.65

1.45

0.79

0.85

-0.02

3.08

0.55

1.16

1.84

1.00

0.55

0.26

2.67

1.03

0.56

1.36

0.80

1.03

Tablica 4.1. - 1 Iskustvena tablica korekcionih faktora

Tablica 4.1. – 2. U svrhu kontrole pratimo vrijednosti sljedećih značajki: Redni broj

Nadzirani parametri

1 1.

2 DIESEL MOTOR Sustav goriva Tlak goriva

1.1 1.1.1 1.1.2

Viskozitet goriva

1.1.3 1.2

Razina goriva Sustav ulja za podmazivanje Tlak ulja za pod. Temeljnog i odrivnog ležaja

1.2.1

Položaj mjernih vrijednosti 3

Alarm graničnih vrijednosti 4

iza filtera

min.

ispred visokotlačnih pumpi dnevni tank

max/min.

Zaštitno djelovanje

Indikac ije

5

6

automatski start pumpe

na poziv

min.

stalno automatski start pumpe u pripremi, smanjenje opterećenja,

min.

41

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova

1.2.2

Tlak ulja za pod. Križne glave

min.

1.2.3

Tlak ulja za pod. Razvodnog vratila Temperatura ulja za pod. razvodnog vratila Temperatura na ulazu ulja za podmazivanje Tempa. dijelova odrivnog ležaja Tempa. ulja na izlazu iz temeljnog ležaja, ležaja križne glave, ili koncentracija uljnih para u karteru. Protok ulja

min.

1.2.4

1.2.5 1.2.6

1.2.7

1.2.8 1.2.9 1.3 1.3.1 1.3.2 1.3.3

Redni broj

zaustavljanje. stalno automatski start pumpe u pripremi, smanjenje opterećenja, zaustavljanje. automatski start pumpe u pripremi, zaustavljanje.

max.

max. max.

smanjenje opterećenja, zaustavljanje.

max.

smanjenje opterećenja

min.

smanjenje opterećenja

Razina ulja za pod. Sustav turbopuhala Tlak ulja za pod. Turbopuhala Temperatura ulja za pod. turbopuhala Brzina vrtnje turbopuhala

na tanku ulja

min.

na ulazu

min.

Nadzirani parametri

Položaj mjernih

na izlazu iz max. svakog ležaja na poziv

Alarm graničnih

42

Zaštitno djelovanje

Indikac ije

Pomorski fakultet Split

1 1. 1.4 1.4.1

1.4.2 1.4.3 1.4.4 1.5

1.5.1 1.6

1.6.1

1.6.2 1.6.3

1.6.4

1.7

Dijagnostika kvarova

vrijednosti 2 3 DIESEL MOTOR Sustav hlađenja klipa Tlak sredstva na ulazu za hlađenje

Temperatura sredstva za hlađenje klipa Protok sredstva za hlađenje klipa Razina sredstva za hlađenje klipa Sustav hlađenja morskom vodom Tlak morske vode Sustav hlađenja cilindara slatkom vodom Tlak rashladne vode cilindru

vrijednosti 4

6

na izlazu iz max. svakog klipa

stalno automatski start pumpe u pripremi, smanjenje opterećenja smanjenje opterećenja

za svaki min. cilindar

smanjenje opterećenja

min.

ekspanzijski tank

min.

iza pumpe

min.

stalno automatski start pumpe u pripremi

automatski start pumpe u pripremi, smanjenje opterećenja smanjenje opterećenja

u

Temperatura rashladne vode Onečišćenje uljem sustava rashladne vode Razina sredstva za hlađenje cilindara Sustav zraka za upućivanje

5

na izlazu iz svakog cilindra alarm

ekspanzijski tank

min.

43

Pomorski fakultet Split 1.7.1

1.7.2 1.8 1.8.1 Redni broj 1 1. 1.8 1.8.2 1.8.3 1.9 1.9.1 1.9.2

1.9.3 1.10 1.10.1 1.11

Dijagnostika kvarova

Tlak zraka za ispred upućivanje glavnog zapornog ventila Tlak upravljačkog zraka Sustav ispirnog zraka Tlak ispirnog kolektor zraka ispirnog zraka Nadzirani Položaj parametri mjernih vrijednosti 2 3 DIESEL MOTOR Sustav ispirnog zraka kolektor Temp. ispirnog ispirnog zraka (požar) zraka Razina vode kolektor ispirnog zraka Sustav ispušnih plinova iza svakog Temperatura cilindra ispušnih plinova Temp. iza svakog ispušnih cilindra plinova. Odstupanje od prosjeka. ispred svakog Temp. turbopuhala ispušnih plinova. Brzina/smjer vrtnje motora Krivi smjer Prekoračenje brzine motora

min.

stalno

min.

stalno Alarm graničnih vrijednosti 4

max.

Zaštitno djelovanje

Indikac ije

5

6

smanjenje opterećenja

max.

na poziv

max.

smanjenje opterećenja

na poziv

max.

max.

na poziv

alarm alarm

4.1.1 SUSTAV GORIVA

44

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova

Cjevovodi goriva moraju po pravilu biti odvojeni od ostalih cjevovoda. Gorivo se u tankovima grije vodom ili parom (najčešće). Najviša temperatura goriva u tanku mora biti bar 10 0C niža od plamišta para goriva. Cjevovodi goriva diesel motornog pogona obično su podijeljeni na dva dijela: na cjevovode teškog i diesel goriva. Dnevni tank goriva postavlja se iznad tanka mješača goriva, tako da gorivo dolazi slobodnim padom. Sustav na slici 2 je tako građen da se mogu koristiti diesel i teško gorivo. Da se osigura napajanje pumpi goriva, kapacitet električno pogonjene cirkulacijske pumpe goriva je veći od količine goriva koju troši motor. Višak goriva se vraća nazad kroz odlazeći rezervoar. Daljinski upravljani brzo-zatvarajući ventil na ulazu “A” u motor se zahtijeva od strane proizvođača, da bi trenutno zaustavio motor, posebno tijekom probne vožnje u slučaju da sustav gašenja motora zataji. Sustav goriva ima zadatak da pripremi gorivo za potrošnju u motoru. Sustav mora zagrijati gorivo (parom radi protupožarne zaštite), očistiti ga od voda i drugih nečistoća (bilo taloženjem ili čistiocima), te ga zagrijati prije visokotlačne pumpe goriva. 4.1.2 SUSTAV HLAĐENJA MOTORA

Ovisno o toplinskoj opterećenosti i veličini motora, hlade se ovi dijelovi: -cilindri, -poklopci cilindara, -klipovi (ili stapovi), -ispušni ventili, -rasprskači, -ispušni vodovi, -staze križnih glava, itd. Hlađenje vodom može biti izvedeno na nekoliko načina, ali je najčešća dilema: • Konvencionalni niskotemperaturni sustav hlađenja morskom vodom, i slatkovodni rashladni sistem za hlađenje košuljica cilindara. • Centralni sustav za hlađenje vodom, sa tri kruga: -sustav morske vode, -niskotemperaturni slatkovodni sustav, -visokotemperaturni sustav košuljica cilindara. Prednosti klasičnog sustava za hlađenje morskom vodom su: samo dvije grupe pumpi rashladne vode (za morsku i slatku vodu) i jednostavna instalacija sa nekoliko ventilskih sistema. Dok su nedostaci: morska voda do svih rashladnika i time viši troškovi održavanja, skupi ventili morske vode od nekorozivnih materijala poput ventila iz galvaniziranog čelika ili krom-niklovih ventila. Prednosti centralnog sustava za hlađenje su: samo jedan izmjenjivač topline hlađen morskom vodom, i stoga, samo jedan izmjenjivač za pregledavati; svi su drugi izmjenjivači hlađeni slatkom vodom i mogu, stoga, biti napravljeni od jeftinijeg materijala, treba biti samo nekoliko nekorozivnih ventila, reducirano održavanje rashladnika i komponenti, povećana iskoristivost topline. Nedostaci su mu: tri grupe pumpi rashladne vode (za morsku vodu, slatku vodu niske temperature i vodu košuljice visoke temperature) i visi početni troškovi. 4.1.3 SUSTAV PODMAZIVANJA MOTORA

Sustav podmazivanja vrši i djelomično hlađenje slijedećih dijelova: -klip, -prstenovi, -križna glava, -temeljni i leteći ležajevi, -osovina turbopuhala, -bregasta osovina, i drugi. Ovaj sistem opskrbljuje uljem ležajeve motora kroz ulaz “R”, i do klipova kroz ulaz “U”. Glavni motor se ventilira kroz “AR” pomoću ventila koji je povezan direktno na palubu. Ovaj ventil ima drenažni sustav da bi se kondenzirano ulje vratilo u drenažni rezervoar. Odvodi iz kućišta “AE”

45

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova

su montirani s obje strane. Ulje za podmazivanje se pumpa iz taložnog tanka pumpom ulja (001) do rashladnika ulja (002), termostatskog ventila (003), i kroz filtere (004), do motora gdje se raspoređuje ležajevima i klipovima. Veći dio ulja se raspodijeli između klipova i križne glave. Ulje iz motora, se skuplja na uljnu “tavu”, odakle se vodi u taložni tank. 4.1.4 SUSTAV PREDNABIJANJA MOTORA

U cilju povećanja iskoristivosti volumena cilindra i stupnja iskorištenja motore prednabijamo pothlađenim zrakom. Turbokompresor može raditi na konstantni tlak (češće) ili impulsno. Ispušni plinovi se odvode iz cilindara u kolektor ispušnih plinova gdje se neutraliziraju fluktuacije tlaka iz cilindara i odatle se plinovi konstantnog pritiska vode u turbokompresor. Kompenzatori tlaka su smješteni između ispušnih ventila i kolektora ispušnih plinova i između kolektora i turbokompresora. Motor se opskrbljuje ispirnim zrakom iz jednog turbokompresora. Kompresor turbokompresora usisava zrak iz strojarnice, kroz filtere, a komprimirani zrak se hladi u rashladniku ispirnog zraka. Rashladnik je opremljen “hvatačem” kondenziranih kapljica, što sprečava da kondenzirana voda bude odnešena zrakom u kolektor ispirnog zraka i u komoru izgaranja.

5. IDENTIFIKACIJA RELEVANTNIH ZNAČAJKI MOTORNOG SUSTAVA

Za sigurnost plovidbe broda od izuzetnog je značaja poznavanje trenutnog stanja i buduće raspoloživosti glavnog Dieselovog motora. Dijagnosticiranje stanja brodskog motornog sustava zasniva se na permanentnom mjerenju - praćenju, za proces relevantnih značajki, obradi rezultata mjerenja, te njihovoj prezentaciji i korištenju u svrhu uvida u ispravnost, efikasnost i raspoloživost. Bitan preduvjet za ostvarenje navedenih ciljeva je pravilan izbor značajki mjerenja i mjernih mjesta. Razvoj motora s unutrašnjim sagorijevanjem postavlja pred istraživače i ispitivače sve kompleksnije zahtjeve u pogledu obuhvatnosti i egzaktnosti dobivanja i korištenja rezultata mjerenja. Glede ocjene rada i efikasnosti složenog dijagnostičkog sustava kao što je Dieselov motor potrebito je potpuno poznavati radni proces motora kao i zavisnost izlaznih značajki o ulaznim značajkama procesa. Preduvjet za projektiranje i realizaciju dijagnostičkog sustava brodskog Dieselovog motora je identifikacija relevantnih značajki sustava Dieselovog motora. 5.1.ODABIR DIJAGNOSTIČKIH ZNAČAJKI MOTORNOG SUSTAVA

Cilj svakog ispitivanja motora je dokazati, u odre|enim uvjetima, postizanje zahtjevanih značajki, te pokazati sigurnost i trajnost u radu. Proizvo|ači motora i klasifikacijska društva preporučuju koje su značajke motornog sustava relevantne i preporučuju se za kontinuirano praćenje. U ovom radu relevantne značajke su podijeljene na nadzorne, upravljačke-regulacijske ili zaštitne. Osnova za svrsishodnu dijagnostiku, brodskog Dieselovog motora je dobro određen i razrađen sustav značajki. U radu, posebna pažnja posvećena je slijedećim općim značajkama: temperatura, tlak, protok, broj okretaja, pomak. Temperatura Temperatura je jedna od najznačajnijih pogonskih značajki. Mjerenjem temperature mogu se dobiti informacije o stanju procesa kao što su:

46

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova

- termičko opterećenje vitalnih dijelova motora - nepotpuno izgaranje u cilindrima - trošenje tarnih površina - neispravnost sustava za hlađenje i podmazivanje Tlak Tlak kao i temperatura predstavlja značajnu pogonsku značajku. Pomoću njega mogu se dobiti obavijesti o: - stanju radnih medija (ulja za podmazivanje, goriva, zraka za ispiranje, ispušni plinovi) - termodinamičkom procesu koji se zbiva u prostoru izgaranja. Protok i količina Često se zahtjeva mjerenje volumnog ili masenog protoka. Kod dokazivanja performansi motora mjerenje potrošnje goriva je jedna od najbitnijih značajki. Broj okretaja Kod sustava sa rotacijskim djelovima važna pogonska značajka je broj okretaja ili kutna brzina vrtnje. Za nas su bitne značajke broj okretaja motora i turbopuhala. Snaga Snaga se određuje na osnovu poznate veličine zakretnog momenta i kutne brzine motora. Prema gornjim značajkama odabrane su dijagnostičke značajke sustava brodskog Dieselovog motora. 6.0. ODREĐIVANJE ULAZNO - IZLAZNIH ZNAČAJKI Model dvotaktnog Dieselovog motora s turbopuhalom vidljiv je na slici 6.0. – 1. Na slici su vidljive relevantne značajke kao i tok pojedinih medija, odnosno mehaničke veze dijelova motornog kompleksa.

47

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova IP

IP ISPU[NI KOLEKTOR p,T

p,T ISPU[NI VENTIL

p,T

M

IP

p

G

M p,T, m

U G

PROSTOR IZGARANJA

M

VISOKOTLA^NA PUMPA GORIVA p,T

PUHALO ISPIRNI KOLEKTOR IZ IZ

STAPNI MEHANIZAM

p,T,m

p,T

RASHLAD. ZRAKA p,T

p,T, n p,T m

p,T, m RV

Legenda:

n

p,T

RAZVODNO VRATILO

p

p,T

p,T IZ

G UBRIZGA^

IP PUHALO

M

p,T, m

p,T FILTER ZRAKA IZ

p,T

p,T RM

U

U - tok ulja za podmazivanje RM - tok rashladne morske vode IZ - tok zraka za ispiranje M - mehaničke veze RV - tok rashladne vode G - tok goriva IP - tok ispušnih plinova

Slika 6.0. – 1.: Blok dijagram modela Dieselovog motora s podjelom na podsustave (lit.9). 7.0. PODJELA BRODSKOG POGONSKOG KOMPLEKSA NA DIJAGNOSTIČKE PODSUSTAVE

Svaki brodski glavni porivni strojni kompleks sastoji se od motora kao glavnog dijela i njemu pridruženih ne manje važnih podsustava. Na slici 7.0 prikazan je blok dijagram Dieselovog brodskog motora s podsustavima. Ovaj pojednostavljeni dijagram ne pokazuje svu kompliciranost i interaktivnu povezanost značajki navedenih podsustava, pa ćemo pojedine podsustave prikazati shematski s puno više detalja. U razmatranje uzimamo primjer brodskog porivnog sporohodnog dvotaktnog Diesel motora ("MAN B&W" serije L/MC), te ćemo obraditi podsustave rashladne vode (konvencionalni i središnji rashladni sustav), podsustav ulja za podmazivanje, podsustav goriva i podsustav zraka za upućivanje i nadzor motora.

48

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova

Primjer dijagnostike u cilju održavanja sporohodnog brodskog dieselovog motora po stanju U razmatranje uzimamo primjer brodskog porivnog sporohodnog, dvotaktnog Diesel motora (lit 5), te obrađujemo podsustave rashladne vode (konvencionalni i središnji rashladni sustav), podsustav ulja za podmazivanje, podsustav goriva i podsustav zraka za upućivanje motora. Primjer je vršen za 6 L 60 MC/MCE seriju MAN-B&W

Slika 7.0. – 1. Blok dijagram sustava brodskog Diesel motora s podsustavima (lit 4.) 7.1. Tehnički opis motora 6L 60 MC/MCE U razmatranje je uzet motor 6 L 60 MC/MCE. Oznaka označava: 6 - broj cilindara L - dugi stapaj 60 - promjer cilindra MC - program motora E - ekonomska verzija Poprečni i uzdužni presjek motora prikazan je na slikama Motor je prekretan, jednoradni, dvotaktni s križnom glavom, s istosmjernim ispiranjem, turbonabijanjem i hlađenjem zraka za prednabijanje. Danas su dostupni tipovi L -MC/MCE motora promjera cilindara od 35, 50, 60, 70, 80 i 90 cm. Ovi tipovi motora koriste veliki omjer stapaja i promjera radi smanjenja specifične potrošnje goriva kako bi se poboljšao termodinamički stupanj djelovanja (oko 50%) sa istosmjernim ispiranjem.

49

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova

Proučavanjem poprečnog presjeka vidimo da je temeljna ploča izvedena od malog broja ploča. U principu se izvodi u jednom komadu, ali ako proizvodni kapaciteti omogučavaju, može se izvesti podjela u manje jedinice. Temeljni vijci su poredani po uzdužnoj ploči u grupama po 4 na svakom poprečnom nosaču. Analize pokazuju da vijci postavljeni na pola puta između poprečnih nosača mogu vrlo malo doprinijeti smanjenju poprečnih sila od glavnih ležaja. Veća udaljenost glavnog ležaja znači bolju raspodjelu tlačnih sila od kotvenih vijaka. Kučište je sastavljeno od posebnih stalaka u obliku slova A sa vodilicama za križne glave uzdužno povezane sa pločama na kojima se nalaze vrata za inspekciju i tehnički pregled, zaledno sa odušnim ventilima. Konstruirani su novi cilindarski okviri. Zgog njihove relativno komplicirane strukture mogu biti izrađeni samo od lijevanog željeza, lijevani u jedan, dva ili čak tri dijela. Motor ima dva izbora izvedbe koljenčaste osovine, zavareni sklop koljenčaste osovine i verzija steznog sklopa. Obe izvedbe će biti postavljene u strukturu motora. Zavareni sklop koljenčaste osovine je povoljniji i jeftiniji od steznog. Lakat koljenastog vratila izveden je sa tankim pločama sa bijelim metalom. Glavni ležaj ima plašt sa debelim slojem bijelog metala, dok plašt križne glave ima tanak sloj bijelog metala. Uljem hlađeni klipovi su standardni za MC motore. Glava klipa je izrađena od krommolibdenog čelika koji daje odličnu čvrstoću i otpornost protiv toplinskih udara. Važan faktor, koji doprinosi punom iskorištenju svojstava čvstoće materijala koji se koriste kod izrade klipova, je hlađenje uljem, koje ima dodatne prednosti u spriječavanju korozije i mješanja rashladnog sredstva. Konstruiran je i novi ispušni ventil. Vanjsko plinsko kučište je promijenjeno zbog prilagođavanja jačih usadnih vijaka potrebnih za držanje ventila u mjestu protiv visokog tlaka.

50

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova

51

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova

52

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova

Tehnički podaci motora 6L 60 MC/MCE Oznaka tipa Promjer cilindra Stapaj Nazivna snaga Pri srednjem efektivnom tlaku

6 l 60 mc/mce 600 mm 1944 mm 1320 kW MC 16.2 bar MCE 13 bar 111o/min 1 380oC 250oC 4.4 kg/sek/cil 150oC 39oC max. 0,991 g/cm3 176-167 g/kWh 1,96 bar 106,8 bar 125 bar 14 015 mm 850 tona 2,28 tona 1,41 tona 2,1-2,2 bar

Nazivni broj okretaja Broj turbopuhala Temperatura ispušnog plina prije turbine Temperatura ispušnog plina iza turbine Ukupni protok tlaka Temperatura zraka prije rashladnika Temperatura zraka poslije rashladnika Gustoća goriva kod 15oC Specifična potrošnja goriva pri max. snazi Tlak ispirnog zraka Tlak kompresije Tlak izgaranja Ukupna dužina motora Ukupna težina Težina glave cilindra Težina klipa sa stapajicom Tlak ulja za podmazivanje

.

53

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova 7.1 PODSUSTAVI RASHLADNE VODE Motori ovise o izgaranju goriva da bi razvili snagu. Pa ipak, samo oko 33% od ove cjelokupne toplinske energije je pretvoreno [dovedeno] na zamašnjak. Približno 30%, je izbačeno preko ispušnih sustava, dok drugi 7% isijava s površine motora izravno u atmosferu. Ostalih 30% morati biti odvedeno preko pažljivo izvedenih rashladnih sustava.

Pokušajmo objasniti o kolikoj količini topline [energije] je riječ. Izračunato je za dizel motor od 20 konjskih snaga koji radi sa 70% opterećenja razvija toliko energije da bi zadovoljio pet peterosobnih kuća pri vanjskom temperaturom ispod nule.

Osnovna zadaća rashladnog sustava je da primi neiskorištenu i latentnu toplinu izgaranja i odvede je u atmosferu. Kada shvatimo odnos među izlazne snage motora i izgorenog goriva postaje jasno da količina koja se mora odvesti rashladnim sustavom je izravno proporcionalna snazi motora.

Jedan od sustava za hlađenje je pomoću radijatora. Jezgra radijatora odvodi toplinu koju oduzima motoru i njegovim pomoćnim sustavima preko rashladnog sredstva. Kako rashladno sredstvo prolazi kroz kanale, ili cijevi, u jezgri, zrak prolazi između cijevi i odnosi toplinu dovedenu rashladnim sredstvom pomoću zraka kroz radijator.

Radijatori su takove veličine da otklone količinu topline na jezgri radijatora balansirajući toplinu preuzetu s motora na željenu radnu temperaturu. Radijator ne može ukloniti više topline nego što voda u sustavu može primiti i odnijeti, tu je mala korist od povećanja količine rashladnog sredstva, osim kao mjera opreza od pregrijavanja. Cijevi u jezgri radijatora mogu biti linijskog tipa, prikazane lijevo, ili nagnutpg tipa, prikazane desno. Većina cijevi su napravljene od bakra, ali teže slitine se koriste da bi se oduprli trvenju u stanovitim primjenama. Za veći stupanj odvođenja topline veličina razmaka krilaca ograničavaju kapacitet radijatora za rashlađivanje vode u cijevima. Više krilaca po centimetru, biti će veća stopa rashlađivanja. Prema tome, jezgra prikazana na desnoj slici imati će veću rashladnu stopu. Ipak, ista jezgra imati će također veću stopu začepljenja, jednostavno zbog toga što su krilca bliža i prostor između njih je manji i lakše se začepe. Jedan način za poboljšanje osobina rashladnog sustava je tlačenje sustava. Voda pod tlakom ključa na većoj temperaturi nego voda na tlaku atmosfere; i dok se para ne javi na točki ključanja, podizanje točke ključanja služi kao predostrožnost protiv gubljenje rashladnog sredstva isparavanjem. Tlačenje također pomaže uklanjajući kavitaciju na vodenoj crpki, koje može prouzrokovati prekid rada crpke i kvar na motoru, ukoliko se pojavi.

54

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova

Tlačenje također smanjuje nastanak zračnih mjehurića koje uzrokuje točkastu koroziju i slab prijenos energije. Mjehurići uz vruće dijelove u motoru, kao što je ova pretkomora izgaranja, može košaricu korisno hladiti i uzrokuje ozbiljna oštećenja na motoru. Možda još i značajnije, mjehurići u rashladnom sredstvu može uzrokovati kavitaciju u crpki, djeluje na protok (smanjuje se), i uzrokuje problem pregrijavanja.

Temperatura na kojoj tekućina ključa ovisi o tlaku koji djeluje na nju. Pod atmosferskim uvjetima na morskoj razini, čista voda ključa na 100 °C. Na visini, ipak, voda ključa na nižoj temperaturi. Ako je u sustav pod tlakom, točka ključanja se podiže.

Da bi se postigla točka ključanja u sigurnim granicama u sustavu hlađenja, omogućuje se tlačenje kako se rashladno sredstvo grije i širi. Najveći tlak je ograničen, u dijelovima, pomoću široke opruge koja opterećuje ventil na poklopcu radijatora.

Otvaranje se javlja kada je tlak u radijatoru jednak tlaku okoline uvećan za tlak na ventilu uzrokovan silom opruge. Tlačeni radijatorski poklopac je načinjen tako da se čak na visini dovoljan tlak održava da bi se održala točka ključanja u granicama.

Kada je motor ugašen, rashladno sredstvo se steže. Ako se zrak u gornjem tanku odvodio tijekom rada, ovo sad mora biti napravljeno tako da spriječi da bi se stvorio tlak niži od atmosferskog i rashladnom sustavu. Ovo je izvedivo pomoću malog ventila u centru velikog ventila. Manji ventil se otvara kada je atmosferski tlak veći od tlaka kojeg postiže manja opruga uvećan za tlak u radijatoru.

Tu su tri tipa rashladnog sustava: - Radijator - pločasti rashladnici - recirkulirajuća voda

55

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova

Ovo je tipični rashladni sustav radijatorima. Ima izvana kontrolirani tempereturni regulator. Protok počinje na vodenoj pumpi (1) i podijeljen je između rashladnika ulja (8) i vodu košuljice “aftercooler”-a (5) ako je njime opremljena), pa do bloka (7), glave (2), kućište temperaturnog regulatora i temperaturnog regulatora. U ovoj točki regulator ili šalje rashladno sredstvo nazad u crpku kroz zaobilaznicu do radijatora ili i do radijatota i do crpke.

Radi kako tipični radijatorski sustav, osim što radijator ima dodatnu površinu odijelka i priključna sporedna cijev je ugrađena između ovog površinskog dijela i usisa crpke. Ovo je načinjeno da osigura stalnu dobavu crpke tijekom značajne promijene broja okretaja motora kod promjene brzine (manja brzina).

Sada pogledajmo pločasti rashladni sustav. Rashladno sredstvo u ovom sustavu protječe, u osnovi, kao i kod radijatorskog sustava osim nakon što rashladno sredstvo napusti kučište temperaturnog regulatora. Temperaturni regulator vode regulira protok vode od pločastog izmjenjivača topline umjesto reguliranja protoka do radijatora. Kada je rashladno sredstvo na radnoj temperaturi napušta motor da bi bilo hlađeno pločastim izmjenjivačem topline i vraća se nazad do kučišta temperaturnog regulatora i tada dalje do ekspanzionog tanka. Od ekspanzionog tanka rashladno sredstvo teče nazad do vodene crpke. Na nekim sustavima može biti odvojeni pločasti izmjenjivač topline i pomoćna crpka za rashlađivanje “aftercooler”-a. Sustav također može imati ručni ili termostatski controlirani zaobilazni ventil za kontrolu temperature vode koja ulazi u “aftercooler”. Ovo je shematski prikaz izmjenjivača topline rashladnog sustava. Tok rashladnog sredstva teče slično kao kod pločastog rashladnika. Značajna razlika je umijesto korištenja pločastih linija, rashladno sredstvo prolazi kroz izmjenjivača topline koji ima odvojenu crpku za odvod rashladnog sredstva. Ovi slajdovi nam pokazuju vodom hlađeno turbopuhalo.

Ovdje se vidi shematski prikaz sustav sirove vode. Sirova voda ulazi i koristi se u izmjenjivaču topline kao rashladno sredstvo za razmjenu topline, “aftercooler”-u i rashladniku ulja. Bilo koja ili više od ovih jedinica ne moraju se nalaziti u ciklusu.

56

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova

Ovo je sustav sirove (morske) vode na prednjem dijelu motora. Crvena ručka je cink protektor umetnut u sustav sirove vode. Motori korišteni u radu s morskom vodom imaju šipke od cinka umetnuti u sustav koji radi s morskom vodom. Ove šipke od cinka smanjuju koroziju u sustavu (uzrokovane djelovanjem morske vode s metalnim dijelovima). Kemijska akcija (galvanski članak) će uzrokovati koroziju šipki od cinka, ali će održati da se dijelovi koji se nalaze u sustavu morske vode svedu na minimum. Šipke su učvršćene za vlakno i smještene u liniji sa “aftercooler”-om i na ispustu crpke za morsku vodu. Cink protektor je obojan u crveno za lakše prepoznavanje. Cink protektor mora biti redovito provjeravan ili svakih 50 puta nakon upotrebe. Da bi provjerili šipke, odmaknuti čep i lagano tući sa malim čekićem. Ako se šipka pokvarila ili se djelići odvoje kada se udre, ugradite nove šipke od cinka na čep pošto taj nije više svrsishodan. Ništa ne stavljajte na žicu čepa (poput dodataka ili brtve) budući da treba biti dobar električni kontakt između čepa i kućišta.

Vodena crpka i rotor crpke su odgovorni za cirkulaciju vode koja omogućava toplini da bude djelotvorno prenesena s motora na rashladno sredstvo i dalje na radijator ili izmjenjivač topline.

Kućište regulatora topline vode ima brojne otvore za kontrolne senzore ili temperaturne sonde za vodu koje služe u svrhu testiranja.

Ovdje vidimo veliki provrte kućišta regulatora (stroja) koji sadrži četiri čahurasta tipa regulatora. Svaki od ovih regulatora smješten je u protubušene i imaju brtve rubnog tipa.

Hlađenje vodom može biti na nekoliko načina, a najčešći u uporabi su: Konvencionalni niskotemperaturni rashladni podsustav s morskom vodom i slatkovodnim rashladnim podsustavom za hlađenje bloka motora.

57

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova

Središnji rashladni podsustav s tri kruga: podsustav morske vode, niskotemperaturni podsustav slatke vode i visokotemperaturni podsustav rashladne vode bloka motora. Prednosti konvencionalnog rashladnog podsustava su slijedeće: -Samo dvije vrste pumpi rashladne vode (morska voda i voda bloka motora). -Jednostavna instalacija s nekoliko cijevnih sustava. Nedostatci su slijedeći: -Morska voda u rashladnicima i zbog toga veći troškovi održavanja. -Skupa cijevna instalacija od nekorozivnog materijala kao što je galvanizirani čelik, Cu-Ni cijevi.

Prednosti sredinjeg rashladnog podsustava su slijedeće: -Samo jedan izmjenjivač topline hlađen morskom vodom, što znači da samo on mora biti pregledavan. -Svi ostali izmjenjivači su slatkovodno hlađeni i mogu zbog toga biti napravljeni od manje skupog materijala. -Potrebito je samo nekoliko nekorozivnih cijevi. -Smanjeno održavanje rashladnika i komponenti. Nedostatci su slijedeći: -Tri vrste pumpi za rashladnu vodu (morska voda, slatka voda niske temperature i rashladna voda bloka motora visoke temperature). -Veća početna cijena. 7.1.1 KONVENCIONALNI RASHLADNI PODSUSTAV S MORSKOM VODOM Konvencinalni rashladni sustav s morskom vodom prikazan na shemi 7.1.1 koristi se za hlađenje: rashladnika ulja za podmazivanje bregaste osovine, rashladnika ulja glavnog pogonskog stroja, rashladnika rashladne vode bloka motora i rashladnika ispirnog zraka. Kapacitet pumpi morske vode je baziran na izlaznoj temperaturi morske vode od maksimalno 323 0K nakon prolaza kroz rashladnike - s ulaznom temperaturom od maksimalno 305 0 K (tropski uvjeti) što daje maksimalno povećanje od 18 0K. Ventili u sustavu moraju imati na sebi obilježenu skalu da bi se mogla vršiti točna kontrola protoka. Podsustav rashladne vode bloka motora koristi se za hlađenje košuljica i glava cilindara i ispušnih ventila glavnog porivnog stroja. Pumpa rashladne vode bloka motora dobavlja vodu sa izlaza iz motora i tjera je prema rashladniku vode bloka motora odakle se rashladna voda vraća u motor. Na izlazu iz rashladnika rashladne vode bloka motora je termostatski kontroliran regulacijski ventil sa senzorom na izlazu rashladne vode iz motora, što drži rashladnu vodu na izlazu iz glavnog motora na temperaturi od 353-355 0K. Preporučene maksimalne brzine vode su: Voda bloka motora............……....3.0 m/s. Morska voda..................................3.0 m/s.

58

Pomorski fakultet Split

Dijagnostika kvarova

Međusobna povezanost rashladnika u podsustavu služi za postizanje: -Najmanje moguće ulazne temperature rashladne vode u rashladnik ulja motora s ciljem korištenja najjeftinijih rashladnika. S druge strane s ciljem spriječavanja ukrućenja ulja ulazna temperatura rashladne vode ne smije biti niža od 283 0K. -Najnižu moguću ulaznu temperaturu vode u rashladnik ispirnog zraka s ciljem što je moguće manje potrošnje goriva.

59

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova Ekspanzijski tank rashladne vode motora

Alarmni ure|aj odu{nog tanka

L

Pumpe morske vode

Rashladnik ulja bregaste osovine

Rashladnik ulja motora Odu{ni tank

Termostatski ventil

Izlaz morske vode

M

Termostatski ventil

N Rashladnik vode motora

Ulaz morske vode Generator slatke vode Morska voda

Ulaz morske vode

Predgrija~

K

P

Vodene pumpe motora Rashladnik ispirnog zraka

Rashladna voda motora

Shema 7.1.1: Konvencionalni rashladni podsustav

60

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

Dijelovi rashladnog sustava su: Pumpe rashladne morske vode Pumpe su centrifugalnog tipa. Protok morske vode.................................................................0.086 m3/s. Razlika tlaka........................................................................2-2.5 x 105 Pa. Radna temperatura.................................................................max. 223 0K. Kapacitet mora biti dovoljan s tolerancijom od 0% do +10% i mora pokrivati hlađenje glavnog motora. Pumpe rashladne vode bloka motora Pumpe su centrifugalnog tipa. Protok rashladne vode blokom motora.....................................0.022 m3/s. Razlika tlaka........................................................................2-2.5 x 105 Pa. Kapacitet mora biti u toleranciji od 0% do +10%. Navedeni kapaciteti pokrivaju samo glavni motor. Rashladnik ulja bregaste osovine Rashladnik je ili cjevastog tipa napravljen od materijala otpornog na morsku vodu ili pločasti izmjenjivač od titana. Viskozitet ulja ....................................................75 x 10-6 m2/s pri 323 0K. Protok ulja...............................................................................0.0017 m3/s. Rasipanje topline................................................................................9 kW. Max. pad tlaka na uljnoj strani.................................................0.5 x 105 Pa. Temperatura ulja na izlazu iz rashladnika.........................................318 0K. Protok rashladne vode...............................................................0.0011 m3/s. Temperatura morske vode na ulazu u rashladnik..............................307 0K. Max. pad tlaka na vodenoj strani..............................................0.2 x 105 Pa. Maksimalni pad tlaka na vodenoj strani može biti i veći što ovisi o izvedbi rashladnog sustava. Rashladnik ulja motora Rashladnik je ili cjevastog tipa napravljen od materijala otpornog na morsku vodu ili pločasti izmjenjivač od titana. Viskozitet ulja ......................................................75 x 10-6 m2/s pri 323 0K. Max. viskozitet ulja............................................................1000 x 10-6 m2/s. Protok ulja...................................................................................0.065 m3/s. Rasipanje topline.............................................................................810 kW. Max. pad tlaka na uljnoj strani..................................................0.5 x 105 Pa. Radni tlak na uljnoj strani............................................................4 x 105 Pa. Temperatura ulja na izlazu iz rashladnika.........................................318 0K. Protok rashladne vode...................................................................0.03 m3/s. Temperatura rashladne vode na ulazu: morska voda......................................................................................305 0K. slatka voda.........................................................................................309 0K. Max. pad tlaka na vodenoj strani...............................................0.2 x 105 Pa.

61

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

Kapacitet protoka ulja mora biti unutar tolerancije od 0% do +12%. Kapacitet protoka rashladne vode mora biti unutar tolerancije od 0% do +10%. Da bi se osigurala ispravnost rada rashladnika ulja mora se temperatura morske vode regulirati tako da ne bude ispod 283 0K. Pad tlaka može biti i veći što ovisi o izvedbi rashladnog sustava. Rashladnik vode motora Rashladnik je cjevastog ili plo~astog tipa napravljen od materijala otpornog na morsku vodu. Rasipanje topline.............................................................................1540 kW. Protok rashladne vode motora.......................................................0.022 m3/s. Temperatura rashladne vode motora na ulazu.....................................353 0K. Max. pad tlaka na vodenoj strani motora....................................0.2 x 105 Pa. Protok morske vode......................................................................0.031 m3/s. Max. pad tlaka na strani morske vode.........................................0.2 x 105 Pa. Temperatura ulazne morske vode .......................................................311 0K. Rasipanje topline i protok morske vode su bazirani na tropskim uvjetima npr. temperature morske vode 305 0K i temperature zraka od 318 0K. Pad tlaka u rashladniku može biti i veći što ovisi o izvedbi rashladnog sustava. Rashladnik ispirnog zraka Rashladnik ispirnog zraka je sastavni dio glavnog motora. Rasipanje topline..............................................................................3620 kW. Protok morske vode.......................................................................0.054 m3/s. Temperatura ulazne morske vode ........................................................305 0K. Pad tlaka na strani morske vode....................................približno 0.5 x 105 Pa. Rasipanje topline i protok morske vode su bazirani na tropskim uvjetima. Termostatski ventil morske vode Ventil za kontrolu temperature je trostrani ventil koji može dio ili svu morsku vodu proslijediti na usisnu stranu pumpe za morsku vodu. Senzori termostatskog ventila su locirani na ulazu morske vode u rashladnik ulja motora, a temperaturni prag mora biti minimalno 383 0K. Protok morske vode.......................................................................0.086 m3/s. Temperaturno podešavanje moguće unutar....................+278 0K do +305 0K. Termostatski ventil rashladne vode bloka motora Temperaturno kontrolni sustav može biti opremljen trostranim ventilom kao mješajućim ventilom koji dio ili svu rashladnu vodu bloka motora usmjerava kroz rashladnik. Senzori se postavljaju na izlazu glavnog motora, a temperatura mora biti unutar raspona od 343 0K do 363 0K.

62

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

7.1.2 SREDIŠNJI RASHLADNI PODSUSTAV Središnji rashladni podsustav prikazan na shemi 7.1.2 karakterizira samo jedan izmjenjivač topline hlađen morskom vodom, a ostali rashladnici uključujući i rashladnik vode bloka motora slatkom vodom niske temperature. U cilju sprječavanja previsokih temperatura ispirnog zraka proračunska temperatura slatke niskotemperaturne rashladne vode je 309 0K, imajući u vidu maksimalnu temperaturu mora od 305 0K. Također vrijede ista pravila kao kod konvencionalnog rashladnog sustava o držanju temperature rashladne vode u rashladniku ispirnog zraka na što nižoj razini, kao i da termostatski ventil slatke niskotemperaturne vode mora biti postavljen na minimalno 383 0C. Dijelovi rashladnog sustava su: Pumpe rashladne morske vode Pumpe su centrifugalnog tipa. Protok morske vode........................................................................0.081 m3/s. Razlika tlaka..............................................................................2-2.5 x 105 Pa. Normalna radna temperatura..........................................................283-305 0K. Radna temperatura........................................................................max. 323 0K. Kapacitet mora biti dovoljan s tolerancijom od 0% do +10% i mora pokrivati hlađenje glavnog motora. Razlika u tlaku izme|u pumpi je odre|ena na bazi totalnog pada tlaka u sustavu. Pumpe rashladne vode bloka motora, visokotemperaturne Pumpe su centrifugalnog tipa. Protok rashladne vode blokom motora............................................0.022 m3/s. Razlika tlaka..............................................................................2-2.5 x 105 Pa. Normalna radna temperatura..................................................pribli`no 353 0K. Radna temperatura........................................................................max. 363 0K. Kapacitet mora biti dovoljan s tolerancijom od 0% do +10% i mora pokrivati hlađenje glavnog motora. Razlika u tlaku između pumpi je određena na bazi totalnog pada tlaka u sustavu. Središnji rashladnik Rashladnik je cjevastog ili pločastog tipa napravljen od materijala otpornog na morsku vodu. Rasipanje topline.................................................................................5980 kW. Protok slatke rashladne vode .............................................................0.022 m3/s. Temperatura slatke rashladne vode na izlazu...........................................309 0K. Max. pad tlaka na strani slatke vode...............................................0.2 x 105 Pa. Protok morske vode..........................................................................0.081 m3/s. Max. pad tlaka na strani morske vode.............................................0.2 x 105 Pa. Temperatura ulazne morske vode ...........................................................305 0K. Pad tlaka može biti i veći što ovisi o izvedbi rashladnika. Rasipanje topline i protok morske vode su bazirani na tropskim uvjetima npr. temperature morske vode 305 0K i temperature zraka od 318 0K. Pad tlaka u rashladniku može biti i veći što ovisi o izvedbi rashladnog sustava. Rad u tropskim uvjetima će malo povećati temperaturu u rashladnom sustavu i malo će utjecati na performanse motora. Pumpe središnje rashladne vode, niskotemperaturne

63

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

Pumpe su centrifugalnog tipa. Protok morske vode............................................................................0.071 m3/s. Razlika tlaka..................................................................................2-2.5 x 105 Pa. Normalna radna temperatura......................................................približno 353 0K. Radna temperatura...........................................................................max. 363 0K. Kapacitet mora biti dovoljan s tolerancijom od 0% do +10% i mora pokrivati hlađenje glavnog motora. Razlika u tlaku između pumpi je određena na bazi totalnog pada tlaka u sustavu. Rashladnik vode motora Rashladnik je cjevastog ili pločastog tipa napravljen od materijala otpornog na morsku vodu. Rasipanje topline..............................................................................1540 kW. Protok rashladne vode motora........................................................0.022 m3/s. Temperatura rashladne vode motora na ulazu......................................353 0K. Max. pad tlaka na vodenoj strani motora......................................0.2 x 105 Pa. Protok slatke vode niske temperature..............................................0.031 m3/s. Max. pad tlaka na strani slatke vode niske temperature................0.2 x 105 Pa. Temperatura ulazne slatke vode niske temperature...............................316 0K. Rasipanje topline i protok morske vode su bazirani na tropskim uvjetima npr. temperature morske vode 305 0K i temperature zraka od 318 0K. Pad tlaka u rashladniku može biti i veći što ovisi o izvedbi rashladnog sustava. Rashladnik ispirnog zraka Rashladnik ispirnog zraka je sastavni dio glavnog motora. Rasipanje topline................................................................................3620 kW. Protok ................................................................................................0.04 m3/s. Temperatura ulazne slatke vode niske temperature.................................309 0K. Pad tlaka na strani slatke vode niske temperature.............pribli`no 0.5 x 105 Pa. Termostatski ventil središnje rashladne vode Temperaturno kontrolni sustav može biti opremljen trostranim ventilom kao mješajućim ventilom koji dio ili svu rashladnu vodu bloka motora usmjerava kroz rashladnik. Osjetnici se postavljaju na izlazu iz termostatskog ventila, a temperatura mora biti minimalno 283 0 K. Podaci za rashladnik ulja bregaste osovine, rashladnik ulja motora i termostatski ventil rashladne vode bloka motora su isti kao i u konvencionalnom rashladnom sustavu.

64

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

65

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

7.1.3. PODSUSTAV GORIVA

Na ovoj slici vidimo protok goriva u sustavu goriva.Pregledajmo ovaj protok. Gorivo iz tanka goriva(7) se siše prijenosnom pumpom goriva (11) kroz separator za vodu (F) i sekundarni filter goriva (9). Separator goriva može biti Caterpillar-ov separator ili OEM-ov separator. Na većini brodova nalazi se primarni filter goriva smješten pokraj tanka goriva. Sekundarni filter goriva je OEM-ov. Iz filtera gorivo ide do kućišta pumpe ubrizgača goriva (14). Gorivo dolazi na vrh kućišta i prolazi kroz unutrašnje prolaze (20) do prijenosne pumpe goriva (11). Iz prijenosne pumpe gorivo pod pritiskom ispunjava kućište pumpe ubrizgača goriva (14). Pritisak goriva u kućištu je reguliran ventilom bypass-a (12). Pri punom opterećenju (FULL LOAD) pritisak je 30 +/- 5 psi (205 +/- 35 kPa). Ako pritisak u kućištu naraste previše, bypass ventil će se otvoriti i propustiti dio goriva natrag na ulaz goriva u prijenosnu pumpu. Iz kućišta pumpe ubrizgača gorivo pod pritiskom odlazi do svakog pojedinog ubrizgača (6).

RAD PRIMARNE PUMPE Kad je ručica primarne pumpe (2) izvučena, vakuum u primarnoj pumpi otvara kontrolni ventil (A) isiše gorivo iz tanka. Kad se ručica gurne zatvara se kontrolni ventil (A) i otvara kontrolni ventil (B). Ovo potiskuje zrak i/ili gorivo u kućište kroz prolaze za gorivo i kroz kontrolni ventil (C). Daljnjim radom primarne pumpe siše se gorivo iz tanka sve dok

66

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

cjevovod goriva, filter goriva i kućište ne bude ispunjeno gorivom. To se radi dok kroz izlaz goriva iz ručnog ispusnog ventila (5) ne presanu izlaziti mjehurići. KONSTANTNI ISPUSNI VENTIL Konstantni ispusni ventil (4) propušta približno oko 9 galona goriva na sat natrag u tank goriva. Ovo gorivo se vraća kroz povratnu cijev (3). Ovaj protok uklanja zrak iz kućišta i pomaže pri hlađenju pumpe ubrizgača goriva. Kontrolni ventil (D) spriječava ovaj protok dok je pritisak u kućištu 8 +/- 3 psi (55 +/- 20 kPa).

Pregledajmo smještaj svake od komponenti. Slijedeće dvije slike prikazuju instalaciju tanka goriva na izletničkom brodu koji sadrži dvije 3208-ice.

Većina tankova goriva su izrađena od niskougljičnog valjanog čelika.

67

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

Ovdje vidimo separator za vodu tanka goriva. On može izdvojiti više od 95% vode iz goriva ako je koncentracija vode u gorivu manja od 10%.

Ovo je motorni separator za vodu. Smješten je na motoru. Ventil na donjoj desnoj strani se koristi za ispuštanje vode iz kućišta. Otkada se kućište izrađuje od prozirne plastike moguće je lako vidjeti kad je potrebno ispuštanje. Nikada se ne smije dopustiti da se separator napuni više od ¾ volumena vode jer u protivnom neće moći više izdvajati vodu iz goriva. Pri mjenjanju filtera skida se stezaljka.

68

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

Na nekim brodskim instalacijama OEM instalira Racor-ove filtere goriva Ovi Racor-ovi filteri povezuju primarni filter goriva sa separatorom za vodu.

Ovo je sekundarni filter goriva i primarna pumpa na uobičajenom mjestu.

69

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

Ovo je sekundarni filter goriva prikazan na tipičnoj brodskoj 3208 instalaciji. Ovdje su sekundarni filter goriva i primarna pumpa smješteni na desnoj istaknutoj strani motora zbog lakšeg pristupa servisera.

A ovdje vidimo ručni ispusni ventil. Ovaj ventil se koristi za ispust zraka iz sustava goriva pri servisiranju.

70

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

Na ovoj slici vidimo cijevi do ubrizgača i solenoid za prekid dovoda goriva. Solenoid za prekid dovoda goriva služi za električno zaustavljanje motora. Dvije su vrste solenoida: uključen za pokretanje i uključen za zaustavljanje.

SUSTAV GORIVA KOD SPOROHODNIH BRODSKIH PROPULZIONH MOTORA Podsustav je tako dizajniran da se može koristiti i lako i teško gorivo. Iz tankova gorivo se dovodi do električno pokretanih napojnih pumpi pomoću kojih se povećava tlak u niskotlačnom dijelu cirkulacijskog sustava, što pak ne dozvoljava ključanje goriva u odušnom tanku u definiranim temperaturnim okvirima. Odušni tank je povezan sa dobavnim tankom preko automatskog odzračnog ventila, koji oslobađa sve plinove a zadržava tekućinu. Iz niskotlačnog dijela podsustava gorivo se pogoni električno pokretanim cirkulacijskim pumpama, koje pumpaju gorivo kroz pedgrijač i potpuno protočni filter smješten neposreno ispred ulaza u motor. Da bi se osigurala dobava viša od potrebite, kapacitet električno pokretane pumpe je veći od potrebe motora za gorivom. Višak goriva se recirkulira od motora kroz odušni tank. Tlak goriva mjeren na motoru (na razini pumpe) treba biti 7-8 x 105 Pa što odgovara cirkulacijskom tlaku pumpe od 10 x 105 Pa. Ovo osigurava tlačnu granicu koja ne dozvoljava pojavu kavitacije i stvaranja plinova u sustavu goriva čak i na temperaturi od 423 0K. Kada motor stane cirkulacijska pumpa će nastaviti cirkulirati zagrijano teško gorivo kroz sustav čime se postiže zagrijanost pumpi i odzraženost ventila. Obloženi cjevovod goriva...................................................max. 423 0K. min. 373 0K. Obloženi drenažni cjevovod rashladnom vodom motora.... max. 363 0K. min. 323 0K. Za cijevne spojeve propisane su maksimalne brzine: Lako Diesel gorivo..........................................................................1.0 m/s. Teško Diesel gorivo.........................................................................0.6 m/s. Izolacija na cijevi goriva i drenažnog goriva se ne smije stavljati dok se cijevi ne podvrgnu testovima propisanim od strane odgovornih klasifikacijskih društava. Ovo se također odnosi na

71

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

izoliranje cijevi, spojeva i ventila s ciljem osiguranja vanjske temperature izolacije od maksimalno 328 0K na temperaturi okoline od maksimalno 311 0K. Dobavne pumpe goriva Pumpe trebaju biti vijčananog ili zupčastog tipa. Viskozitet goriva specificiran................. veći od 700 x 10-6 m2/s pri 323 0K. Viskozitet goriva max.........................................................1000 x 10-6 m2/s. Protok goriva............................................................................0.00075 m3/s. Razlika tlaka..................................................................................4 x 105 Pa. Tlak isporuke.................................................................................4 x 105 Pa. Kapacitet mora biti unutar tolerancije od 0% do +15%. Cirkulacijske pumpe goriva Pumpe trebaju biti vijčananog ili zupčastog tipa. Viskozitet goriva specificiran.............veći od 700 x 10-6 m2/s pri 323 0K. Viskozitet goriva max......................................................1000 x 10-6 m/s. Protok goriva.......................................................................0.00138 m3/s. Razlika tlaka.............................................................................6 x 105 Pa. Tlak isporuke..........................................................................10 x 105 Pa. Radna temperatura.........................................................................423 0K. Kapacitet mora biti unutar tolerancije od 0% do +15%. Razlika u tlaku se bazira na totalnom padu tlaka u predgrijaču i rashladniku od maksimalno 1.5 x 105 Pa. Predgrijač goriva Predgrijač je cjevastog ili pločastog tipa. Sada kada je viskozitet iza predgrijača mjerena značajka, temperatura predgrijača može varirati, u zavisnosti o viskozitetu i viskozitetnom indeksu goriva. Viskozitet goriva specificiran............ veći od 700 x 10-6 m2/s pri 323 0K. Protok goriva.......................................................................0.00138 m3/s. Rasipanje topline..........................................................................134 kW. Pad tlaka na strani goriva.......................................................max. 105 Pa. Ulazna temperatura goriva...............................................približno 373 0K. Izlazna temperatura goriva..............................................................423 0K.

72

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

73

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

7.1.4 PODSUSTAV ULJA ZA PODMAZIVANJE I HLAĐENJE MOTORA Podsustav dobavlja ulje za podmazivanje u ležajeve motora kroz ulaz R1 i rashladno ulje za hlađenje klipa kroz ulaz U1 . Blok motora se ventilira kroz otvor AR1 putem cijevi koja ide direktno do palube. Ulje za podmazivanje se pumpa iz tanka s dna glavnim uljnim pumpama do rashladnika ulja za podmazivanje, termostatskog ventila kroz potpuno protočni pročistač do motora gdje se distribuira prema klipovima i ležajevima. Pumpa ulja za podmazivanje Pumpa ulja za podmazivanje može biti vijčanog, zupčastog ili centrifugalnog tipa. Viskozitet ulja...................................................75 x 10-6 m2/s pri 323 0K. Viskozitet ulja, maksimalni.............................................1000 x 10-6 m2/s. Protok ulja..............................................................................0.0647 m3/s. Projektirana razlika tlaka...........................................................4 x 105 Pa. Tlak dobave..............................................................................4 x 105 Pa. Radna temperatura.........................................................................333 0K. Kapacitet protoka mora biti unutar tolerancije od 0% do +12%. By-pass ventil prikazan između glavnih pumpi ulja može biti ispušten ukoliko pumpe imaju u sebi ugrađen by-pass. Rashladnik ulja motora (Prilog 3) Rashladnik je ili cjevastog tipa napravljen od materijala otpornog na morsku vodu ili pločasti izmjenjivač od titana, osim ukoliko se ne koristi središnji rashladni podsustav. Viskozitet ulja ..................................................75 x 10-6 m2/s pri 323 0K. Max. viskozitet ulja.........................................................1000 x 10-6 m2/s. Protok ulja..............................................................................0.0647 m3/s. Rasipanje topline..........................................................................810 kW. Max. pad tlaka na uljnoj strani...............................................0.5 x 105 Pa. Radni tlak na uljnoj strani.........................................................4 x 105 Pa. Temperatura ulja na izlazu iz rashladnika......................................318 0K. Protok rashladne vode............................................................0.0305 m3/s. Temperatura rashladne vode na ulazu: morska voda...................................................................................305 0K. slatka voda......................................................................................309 0K. Max. pad tlaka na vodenoj strani.............................................0.2 x 105 Pa. Kapacitet protoka ulja mora biti unutar tolerancije od 0% do +12%. Kapacitet protoka rashladne vode mora biti unutar tolerancije od 0% do +10%. Da bi se osigurala ispravnost rada rashladnika ulja mora se temperatura morske vode regulirati tako da ne bude ispod 283 0K. Pad tlaka može biti i veći što ovisi o izvedbi rashladnog podsustava.

1

Prilog: Lista priključaka

74

Kontrolni ventil temperature ulja Sustav za kontrolu temperature može u zavisnosti o potrebama preko trostranog ventila zaobići rashladnik potpuno ili djelomično. Viskozitet ulja ...............................75 x 10-6 m2/s pri 323 0K. Protok ulja................................................0.0647 m3/s. Temperaturni raspon na ulazu u motor......313-323 0K. Uljni potpuno protočni pročistač Viskozitet ulja na radnoj temperaturi ........................90-100 x 10-6 m2/s. Protok ulja............................................................................0.0647 m3/s. Max. pad tlaka pri čistom pročistaču....................................0.2 x 105 Pa. Radna temperatura, približno.......................................................318 0K. Radni tlak ...........................................................................4.5 x 105 Pa. Čišćenje potrebito pri padu tlaka maksimalno.....................0.5 x 105 Pa. Kapacitet protoka ulja mora biti unutar tolerancije od 0% do +12%. Potpuno protočni preočstač treba biti postavljen što bliže glavnom motoru. Ako je postavljen dupli pročistač mora imati dovoljan kapacitet da propusti svu količinu ulja kroz svaku stranu pročistača na zadanoj radnoj temperaturi sa maksimalnim padom tlaka kroz filter od 0.2 x 105 Pa (pri čistom pročistaču).

75

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova Paluba

Dobavni tank AR

Termostatski ventil

Potpuno proto~ni pre~ista~ U E AB R

Rashladnik ulja motora

Iz Pumpe ulja pre~ista~a motora

U pre~ista~

Shema 7.1.4: Podsustav ulja za podmazivanje i hla|enje

77

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

7.1.5 PODSUSTAV UPUTNOG I NADZORNOG ZRAKA Uputni zrak se dobavlja preko kompresora uputnog zraka, prikaz na shemi 7.1.5, do spremnika uputnog zraka i od njih do ulaza A1 u glavni motor. Kroz redukcijsku podstanicu koja dovodi komprimirani zrak na 7 x 105 Pa i dalje prema motoru kao: - nadzorni zrak za manevarski sustav i opruge zraka ispušnog ventila kroz B1. - sigurnosni zrak za zaustavljanje u nuždi kroz ulaz C1. - zrak koji prolazi kroz redukcijski ventil do ulaza AP1 za čišćenje turbopunjača i manji dio koji se koristi za testiranje ventila goriva. Kompresori uputnog zraka Kompresori uputnog zraka trebaju biti vodeno-hlađeni, dvostupanjski sa međuhlađenjem. Količina zraka na ulazu: Reverzibilan motor za 12 startanja...................................2x0.0458 m3/s. Nereverzibilni motor za 6 startanja.....................................2x0.025 m3/s. Tlak dostave zraka................................................................30 x 105 Pa. Spremnici uputnog zraka Volumen spremnika uputnog zraka je: Reverzibilan motor za 12 startanja.................................2x0.001527 m3/s∗. Nereverzibilni motor za 6 startanja.................................2x0.000833 m3/s*. Tlak dostave zraka...................................................................30 x 105 Pa. Redukcijska podstanica Redukcija.......................................................................s 30 na 7 x 105 Pa. Tolerancija m 10%. Finoća filtera ..............................................................................0.060 µ m. Redukcijski ventil Redukcija ....................................................................s 30 na 10 x 105 Pa. Tolerancija m 10%.

1 *

Prilog 1: Lista priklju~aka. Volumen pri 298 0K i 1.033 x 105 Pa.

78

Pomorski fakultet u Splitu Test ventila goriva

Dijagnostika kvarova Redukcijski ventil

100 um

Redukcijska podstanica

25 mm Spremnik uputnog zraka 30 bara

U kalju`u

C 25 mm

AP

125 mm A

Separator ulja i vode

Spremnik uputnog zraka 30 bara

U kalju`u

U kalju`u

Kompresori uputnog zraka

7.1.5. – 1. Shema: Podsustav uputnog i kontrolnog zraka

79

B

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

7.1.6 PODSUSTAV USISA ZRAKA I ISPUHA PLINOVA MOTORA

Početi ćemo sa zračnim sustavom T motora. Brodski motor 3208 ima vodom hlađeno turbopuhalo (4) smješteno na istaknutom dijelu motora. Zrak se usisava kroz pročiščivač zraka (koji je smješten na adapteru za pročiščivač zraka (3)), komprimira se torbopuhalom (4) i prolazi kroz ventile za ulaz zraka (1 i 6) prema ulazu sabirnika (7) u svaku glavu cilindra. Ispušni plinovi prolaze kroz vodom hlađene ispušne sabirnike (9) do držača turbopuhala (8). Odatle plinovi ulaze u kućište turbopuhala i uzrokuju vrtnju rotora. Ispušni plinovi izlaze iz turbopuhala kroz otvor ispuha. 80

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

Tu se još nalazi i ventil PCV-a (pozitivna ventilacija kućišta ručice ) (2) na svakom kućištu ventila. Ovi ventili su spojeni na adapter za pročiščvač zraka na ulazu zraka u turbopuhalo i rciklira dim iz kućišta.

Pogledajmo sad sustav zraka TA motora. Protok zraka u ovom motoru je isti kao kod T motora s iznimkom da komprimirani zrak iz turbopuhala izravno ulazi u hladilo (9) prije nego uđe u usisni sabirnik zraka. Ovdje se nalaze također dva PCV ventila (2). Ovi ventili su spojeni na separator ulja (1). Separator ulja izdvaja ulje iz dima u kućištu i vraća ga u uljni karter motora. Dim zatim ide do adaptera pročišćivača zraka (3) na usinoj strani turbopuhala.

81

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

Pogledajmo rad PCV ventila.

82

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

Mala opruga i atmosferski pritisak čvrsto drže PCV ventil potiskujući lijevu stranu membrane. Pritisak iz kućišta potiskuje lijevu stranu membrane. Kad pritisak u kućištu poraste za 2 in (50 mm) vodenog stupca, veći je od sile na lijevoj strani. To uzrokuje pomicanje ventila iz sjedišta. Dim iz kućišta sad ide kroz ventil u usisnu cijev i nastavlja do komore izgaranja. NAPOMENA: NIKADA ne raditi s motorom kad su ventili ili membrana skinuti. Pritisak u kućištu je prenizak i to bi uzrokovalo preveliku potrošnju ulja. Uz to prljavi zrak može ući u motor.

83

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

Pogledajmo sada razmještaj različitih komponenata. Ovdje vidimo pročiščivač zraka, hladilo, desni ispušni sabirnik i PCV ventil sa uljnim separatorom.

84

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

Ovdje vidimo turbopuhalo, smješteno uz filter zraka, izlaz komprimiranog zraka koji prolazi kroz hladilo i desni ispušni sabirnik iz kojeg zrak ide u turbopuhalo.

85

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

Ovdje vidimo ispuh turbopuhala spojenog na cijevi ispuha i na izlaz morske vode koja cirkulira kroz hladilo ulja zupčanika. Morska voda prolazi iz hladila ulja do ispušnog potiskivača i izlazi iz motora kroz ispušne cijevi.

Na ovoj instalaciji ispušni cjevovod prolazi uzduž odjeljka strojarnice i izlazi na stražnjem dijelu broda iznad vodne linije. 86

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

87

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

8.0. UTJECAJ RELEVANTNIH ZNAČAJKI MOTORNOG SUSTAVA I RASPORED DIJAGNOSTIČKIH MJERNIH MJESTA

Značajke Dieselovog motornog sustava relevantne za dijagnostiku, preporučene od proizvođača, s rasporedom osnovnih mjernih mjesta prikazane su na slikama 8.1, 8.2 i 8.3. U tablicama 1.,2.,3.,4. i 5. su navedene dijagnostičke značajke motornog sustava uz naznaku vrste signala i njihovog utjecaja na stanje radnog procesa brodskog Dieselovog motora. Mjerni instrumenti se označavaju kombinacijom simbola iza kojih slijedi broj. Simboli označavaju: DSA Prekida gustoće za alarm (uljna magla) DS-SLD Prekidač gustoće za slow down E Električna sredstva EV Solenoidni ventil ESA Prekidač elektri~ni za alarm FSA Prekidač protoka za alarm FS-SLD Prekidač protoka za slow down LSA Prekidač razine za alarm PDI Indikator razlike tlaka PDSA Prekidač razlike tlaka za alarm PDT Odašiljač razlike tlaka PI Indikator tlaka PS Prekidač tlaka PS-SHD Prekidač tlaka za shut down PS-SLD Prekidač tlaka za slow down PSA Prekidač tlaka za alarm PSC Prekidač tlaka za nadzor PE Osjetnik tlaka (analogni) PEA Osjetnik tlaka za alarm (analogni) PEI Osjetnik tlaka za daljinsku indikaciju PE-SLD Osjetnik tlaka za slow down (analogni) SE Osjetnik brzine (analogni) SSA Prekidač brzine za alarm SS-SHD Prekidač brzine za shut down TI Indikator temperature TSA Indikator temperature za alarm TSC Indikator temperature za nadzor TS-SHD Indikator temperature za shut down TS-SLD Indikator temperature za slow down TE Osjetnik temperature (analogni) TEA Osjetnik temperature za alarm (analogni) TEI Osjetnik temperature za daljinsku indikaciju (analog.) TE-SLD Osjetnik temperature za slow down (analogni) VE Osjetnik viskoziteta (analogni) VI Indikator viskoziteta ZE Osjetnik pozicije ZS Prekidač pozicije WEA Signal vibracije za alarm (analogni) WI Indikator vibracija WS-SLD Prekida~ vibracija za slow down

89

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

Troznamenkasti broj također ima svoju posebnost. Dvije zadnje znamenke predstavljaju poziciju unutar podsustava, dok prva znamenka predstavlja podsustav kojem mjerna dijagnostička značajka pripada, pa tako na predstavljenim shemama i tabelama prve znamenke označavaju: - broj 3 - označava dijagnostičke značajke na podsustavima kroz koje protječe tekućina; - broj 4 - označava dijagnostičke značajke na podsustavima kroz koje protječu plinovi; - broj 6 - označava dijagnostičke značajke na podsustavima kroz koje protječe elektrri~na energija;

OPIS Podsustav ispirnog zraka Spremnik ispirnog zraka (pomoćno puhalo) nadzor Električni motor, pomoćno puhalo Manevarski podsustav Okretanje krmom/cilindar Okretanje naprijed/cilindar Uklanjanje (reset) shut-down funkcije za vrijeme nadzora nezgode Davanje signala kada je prijenosni mehanizam daljinski upravljan Davanje signala za vrijeme nadzora nezgode Odvajanje sustava otkazivanja i uklanjanja od sigurnosnog pri nadzoru nezgode Solenoidni ventil Solenoidni ventil za zaustavljanje u slučaju nezgode Indikacija uključenosti prekretanja Opoziv alarma podmazivanja cilindra Glavni uputni ventil-blokiran Glavni uputni ventil-u slu`bi Dobava u distributor uputnog zraka, otvoreno-zatvoreno Električni motor, prekretač Otkaz taho alarma iz sigurnosnog podsustava kada je zapovje|eno "STOP"

SIMBOL

POZICIJA

PSC

418 670

ZS ZS ZS

650 651 652

ZS

653

PSC PSC

654 655

EV EV ZS ZS ZS ZS ZS

656 658 659 661 663 664 666/667 671 675

PSC

Tablica 8.0. - 1. Nadzorna sredstva na motoru. MJESTO OSJETNIKA Podsustav goriva Istjecanje iz visokotlačnih cijevi Gorivo iza pročistača Podsustav ulja za podmazivanje Ulaz ulja za podmazivanje Ulaz ulja za podmazivanje Izlaz ulja za podmazivanje iz klipa/cilindar Izlaz ulja za podmazivanje iz klipa/cilindar

90

SIMBOL

POZICIJA

ALARM

LSA PSA

301 306

visok nizak

TSA TSA TSA FSA

312 313 318 320

visok nizak visok nizak

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

Ulaz ulja za podmazivanje u klip Ulaz ulja za podmazivanje u glavne i odrivni ležaj Segment odrivnog ležaja Ulaz ulja za podmazivanje u koljenastu osovinu Ulaz ulja za podmazivanje u koljenastu osovinu Podmazivači cilindara (ugrađeni prekidači) Izlaz ulja za podmazivanje ležaja turbopuhala Ulaz ulja za podmazivanje ležaja turbopuhala Detektor uljne magle Podsustav rashladne vode Ulaz rashladne vode u rashladnik zraka Ulaz slatke rashladne vode Ulaz slatke rashladne vode Izlaz slatke rashladne vode/cilindar Slatka rashladna voda kroz motor Podsustav zraka Ulaz uputnog zraka Dobava nadzornog zraka Dobava sigurnosnog zraka Dobava zraka ispušnom ventilu Dobava nadzornog zraka,nakon motora Dobava sigurnosnog zraka, nakon motora Spremnik ispirnog zraka Ispirni zrak-alarm vatre/cilindar Ispirni zrak, pomoćno puhalo Ispušni plinovi nakon cilindra Ispušni plinovi nakon cilindra, odstupanje od prosjeka Ispušni plinovi nakon cilindra, odstupanje od prosjeka Ispušni plinovi nakon turbopunjača Ispirni zrak-razina vode Manevarski podsusutav Sigurnosni sustav, pad napajanja, niska voltaža Taho sustav, pad napajanja, niska voltaža Sigurnosni sustav,grješka u kablovima Sigurnosni sustav, grupni alarm, shut down Krivi smjer, samo za reverzibilne motore Prekoračenje broja okretaja motora

PSA PSA TSA TSA PSA LSA TSA PSA DSA

327 331 350 356 358 365 370 372 436

nizak nizak visok visok nizak nizak visok nizak visok

PSA PSA TSA TSA PDSA

378 386 385A 388 391

nizak nizak nizak visok nizak

PSA PSA PSA PSA PSA PSA TSA TSA PSA TSA TEA

402 404 406 408 409 410 414 415 419 427 429

nizak nizak nizak nizak visok visok visok visok nizak visok visok

TEA

430

nizak

TSA LSA

433 434

visok visok

ESA ESA ESA ESA

nizak nizak

SSA

438

Tablica 8.0. - 2. Alarmni osjetnici za nenadzirane strojarnice. MJESTO OSJETNIKA TERMOMETRI Gorivo Gorivo iza pročistača Ulje za podmazivanje Ulje za podmazivanje na ulazu u sustav

91

SIMBOL

POZICIJA

TI

302

TI

311

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

Ulje za podmazivanje na izlazu iz klipa/cilindar Dio ležaja odrivne osovine Ulje za podmazivanje na ulazu koljenaste osovine Ulje za podmazivanje na izlazu koljenaste osovine Ulje za podmazivanje na izlazu osovine turbopuhala Niskotemperaturna rashladna voda Ulaz rashladne vode Izlaz rashladne vode/rashladnik zraka Visokotemperaturna slatka rashladna voda Ulaz slatke rashladne vode Izlaz slatke rashladne vode/cilindar Izlaz slatke rashladne vode/turbopuhalo Ispirni zrak Ispirni zrak prije rashladnika zraka/rashladnik zraka Ispirni zrak iza rashladnika zraka/rashladnik zraka Spremnik ispirnog zraka Ispušni plinovi Ispušni plinovi prije turbopuhala/turbopuhalo Ispušni plinovi poslije ventila Manometri Gorivo Gorivo iza pročistača Ulje za podmazivanje Ulje za podmazivanje na izlazu iz klipa Ulje za podmazivanje glavnih i odrivnih ležaja Ulje za podmazivanje na ulazu koljenaste osovine Ulje za podmazivanje na izlazu osovine turbopuhala Visokotemperaturna slatka rashladna voda Ulaz slatke rashladne vode Uputni i nadzorni zrak Uputni zrak prema glavnom uputnom ventilu Dobava nadzornog zraka Dobava sigurnosnog zraka Ispirni zrak Spremnik ispirnog zraka Ispušni plinovi Spremnik ispušnih plinova Isušivanje turbopuhala/dobava zraka Ispušni plinovi poslije ventila Manevarski podsustav Pilot tlak prema aktuatoru Diferencijalni mjerači tlaka Pad tlaka kroz rashladnik zraka/rashladnik zraka Pad tlaka kroz pročistač turbopuhala/turbopuhalo Brzinomjer Brzina motora

TI TI TI TI TI

317 349 355 360 369

TI TI

375 379

TI TI TI

385 387 393

TI TI TI

411 412 413

TI TI

425 426

PI

305

PI PI PI PI

326 330 357 371

PI

386

PI PI PI

401 403 405

PI

417

PI PI PI

424 435 475

PI

668

PD PD

420 422

E

438

Tablica 8.0. - 3. Instrumenti na motoru za nadzirane i nenadzirane strojarnice.

92

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

MJESTO OSJETNIKA Ulaz ulja za podmazivanje Izlaz rashladnog ulja klipa/cilindar Izlaz rashladnog ulja klipa/cilindar Ulaz rashladnog ulja klipa Ulje za podmazivanje glavnih i odrivnih ležajeva Segment odrivnog ležaja Ulaz ulja za podmazivanje u koljenastu osovinu Podmazivači cilindara (ugrađeni prekidači) Podmazivači cilindara Ulaz slatke rashladne vode Izlaz slatke rashladne vode/cilindar Spremnik ispirnog zraka Vatra u ispirnom zraku/cilindar Izlaz ispušnih plinova/cilindar Ispušni plinovi nakon cilindra,odstupanje od prosjeka Uljna magla u bloku/cilindar

SIMBOL TS-SLD TS-SLD FS-SLD PS-SLD PS-SLD TS-SLD TS-SLD LS-SLD FS-SLD PS-SLD TS-SLD TS-SLD TS-SLD TS-SLD TS-SLD SD-SLD

POZICIJA 314 319 321 328 334 351 361 365 366 384 389 414A 416 428 431 437

ALARM visok visok nizak nizak nizak visok visok nizak nizak nizak visok visok visok visok visok/nizak visok

Tablica 8.0. - 4. Funkcije za slow down u nenadziranim strojarnicama.

MJESTO OSJETNIKA Ulje za podmazivanje glavnih i odrivnog ležaja Segment odrivnog ležaja Ulaz ulja za podmazivanje u koljenastu osovinu Prekoračenje brzine motora

SIMBOL PS-SHD TS-SHD PS-SHD SS-SHD

POZICIJA 335 352 359 438

ALARM nizak visok nizak visok

Tabela 8.0. - 5. Funkcije za shut down u nadziranim i nenadziranim strojarnicama.

Slika 8.1 Sheme Dieselovog motora s naznakom osnovnih mjernih mjesta (lit. 6)

93

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

94

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

95

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

96

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

Na slici 8.4 prikazan je raspored panela smještenih na motoru i položaj osnovnih mjerača i prekidača tlaka. Slični shematski prikazi mogu se izraditi i za preostale podsustave brodskog porivnog stroja.

97

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova 9.0. DIJAGNOSTIČKI EKSPERTNI SUSTAV

9.1. OPĆI POJMOVI I DEFINICIJE Ekspertni sustav sačinjavaju programi elektroničkog računala, koji se koriste za uskladištenje znanja i iskustava stručnjaka određenog znanstvenog područja. To znanje i iskustvo opotrebljava se za rješavanje složenih problema na isti način kako bi to učinio stručnjak. Ovaj oblik software-a omogućuje računalu da umjesto dosadašnje ograničene uloge "pomoćnika" postane stvarni "sudionik", koji može zaključivati na istoj konceptualnoj razini, kao i njegov korisnik i pri tom dijagnosticirati, analizirati i savjetovati. Za sve ekspertne sustave se može reći da uspješno rješavaju sve rutinske i većinu težih problema. Ekspertni sustav oslobađa vrijednog stručnjaka od teških problema i čak od kreativnijih aktivnosti, kao što je istraživanje i dizajn. Karakteristika ekspertnih sustava je brzo i točno djelovanje, objašnjavanje i davanje odgovora na temelju teorije ili prema heurističkim pravilima, odnosno, pozivajući se na već zapamćene slučajeve iz prošlosti. Ekspertni sustavi, također, imaju sposobnost izravnog informiranja korisnika koji postavlja pitanja. Ekspertni sustav za dijagnostiku stanja brodskog Dieselovog motora temelji se na eksperimentalnim podacima dobijenim mjerenjem relevantnih značajki brodskog Dieselovog motora i kontinuiranim praćenjem rada. Baza znanja pri izradi dijagnostičkog ekspertnog sustava je datoteka kvarova gdje se uvode teoretska i praktična znanja stručnjaka. Osnovni zahtjevi koji se postavljaju na rad stroja, pa tako i brodskog Dieselovog motora, su maksimalni radni učinci s minimalnim troškovima održavanja. Danas se ovim zahtjevima može udovoljiti samo uvođenjem novog tehnološkog pristupa u praćenju i mjerenju radnih karakteristika stroja, kao i korištenjem računarske tehnike i znanosti u dijagnosticiranju i otklanjanju kvarova. U svijetu se posljednjih godina ulažu značajni napori u cilju ostvarenja navedenih zahtjeva. Loyd’s Register kreirao je sveobuhvatnu bazu podataka utemeljenu na podacima dobivenim mjerenjima i inspekcijskim pregledima strojeva, koji su vrlo dobra osnova za utvrđivanje metoda i postupaka za ocjenu pouzdanosti strojnih djelova i čitavih strojnih sustava. Pri realizaciji dijagnostičkog ekspertnog sustava imamo tri faze. U prvoj fazi definiraju se mogući kvarovi na temelju teorijskih i praktičnih znanja. Organiziraju se u posebnu datoteku kvarova, a software-ski se uvode pravila, koja predstavljaju znanje stručnjaka. Ovdje se utvrđuje i minimalan broj potrebnih senzorskih uređaja za registriranje radnih značajki motora. U drugoj fazi se prototip dijagnostičkog sustava "utemeljenog na pravilima" provjerava uvođenjem novih primjera, koji su dobijeni iz različitih izvora i od različito projektiranih motora. Vrši se uspoređivanje novih primjera s već prihvaćenim pravilima, te uvođenjem novog pravila kao rezultat ove usporedbe. Završetkom ovog procesa postiže se zbirka zadovoljavajućih pravila, što predstavlja inicijalnu bazu znanja. Treća faza obuhvaća inicijalnu bazu znanja koja se proširuje pravilima, uz pomoć matematičke simulacije. Ova pravila predstavljaju komplicirane slučajeve višestrukih kvarova koji se eksperimentalno nisu dali utvrditi. Baza znanja Dieselovog motora povezuje se s posebnim modulom, koji posjeduje mehanizam donošenja zaključaka. S njim zajedno tvori ekspertni sustav za dijagnosticiranje kvarova.

98

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

Uspješnost ekspertnog sustava izravno ovisi o kvantiteti i kvaliteti formiranih primjera i pravila. Stoga je potrebito uskladiti prikupljene podatke s radnim značajkama motora u ovisnosti o okolnostima kvara. Najveći dio podataka za bazu znanja dobija se eksperimentalnim putem, mjereći parametre motora u radnim uvjetima. Najprije se uspostavlja baza sirovih podataka na temelju već spomenutih eksperimentalnih vrijednosti, odnosno, labaratorijskih i servisnih podataka. Posebnim software-skim postupkom se od prikupljenih podataka formira baza kondenziranih podataka, koja sadrži statističke rezultate kritičnih značajki. Loyd’s Register je predložio konfiguraciju ekspertnog sustava, a slika 9.1. – 1. prikazuje ekspertni sustav postavljen po takvoj preporuci. Uz bazu znanja uveden je i modul "generiranje pravila", koji pretvara empirijsko znanje i eksperimentalne podatke u odgovaraju}a pravila. Koncept ekspertnog sustava za dijagnostiku kvarova prikazuje slika 9.1. – 2. Pošto se specificira problem, utvrđuju se zahtjevi potrebiti da se dođe do nužnih informacija. Potrebiti podaci se dobiju iz odgovarajućih izvora i adekvatno se organiziraju u bazi ulaznih podataka. Slijedi izgradnja modela problema sa shemom procesa koji vodi rješenju. Model problema zajedno s bazom ulaznih podataka tvori "ekspertni sustav za analizu informacija". On služi za definiranje datoteke primjera, iz koje se primjenom pogodnog software-a izvodi prototip "sustava utemeljenog na pravilima". Za kompletiranje ekspertnog sustava potreban je modul za donošenje odluke, koji konzultira bazu znanja i konstruira operacijski sustav baze znanja.

99

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

TEORIJSKI SIMULACIJSKI PODACI

EKSPERIMENTALNI PODACI

EMPIRIJSKO LJUDSKO ZNANJE

MODUL ZA GENERIRANJE PRAVILA

BAZA ZNANJA

KONZULTACIJSKI MODUL

OBJA[NJENJE RAZUMIJEVANJE

ODLU^IVANJE

Slika 9.1. – 1.: Prijedlog konfiguriranja ekspertnih sustava (Loyd's Register)

100

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova ULAZNI PODACI

EKSPERIMENTALNI PODACI

TEORIJSKI SIMULAC. PODACI

BAZA ULAZNIH PODATAKA DATOTEKA PRIMJERA

STRATEŠKI MODEL INFORMACIJSKIH ANALIZA

SOFTWARE ZA VEZU

REDEFINIRANA PRAVILA

SOFTWARE ZA UVOÐENJE PRAVILA

GENERIRANJE PRAVILA

EKSPERTNO ZNANJE

ULAZNI PODACI

PROTOTIP SUSTAVA UTEMELJENOG NA PRAVILIMA

POBOLJŠANJA

MODUL ZA ODLUKE BAZA ZNANJA

OPERACIJSKI SUSTAV BAZE ZNANJA

Slika 9.1. - 2: Ekspertni sustav Razvoj hardware-a elektroničkih računala, koji prati sve "pametniji" software, nalaže uvođenje novih pristupa teoriji i praksi održavanja strojnih sustava, a osobito onih koji rade u specifičnim uvjetima, kao što su u ovom slučaju brodska postrojenja.

101

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

Prema normama DIN 31051, osnovni pojam dijagnostike stanja podrazumijeva djelatnosti koje se izvode u radnom stanju i u stanju mirovanja, s ciljem da se utvrdi stvarno ponašanje promatranog tehničkog sustava, da se to stanje analizira i potom ocijeni. Dijagnostika se temelji na znanstvenoj osnovi, na matematičkim i fizičkim metodama, koja omogućavaju postizanje optimalnih rezultata. To je znanost koja se bavi prepoznavanjem stanja tehničkog sustava. Dijagnostika stanja (slika 2.3) obuhvaća sve aktivnosti koje se provode s ciljem ocjene trenutnog stanja tehničkog sustava, sa i bez rastavljanja sustava. Uspoređivanjem s dozvoljenim (nominalnim) vrijednostima planiraju se aktivnosti održavanja ili prognoze stanja sustava budućnosti. Dijagnostika u sebi sadrži određivanje i analizu statičkih i dinamičkih značajki i procjenu sustava. Praćenje i kvantitativno mjerenje promjena stanja sustava vrši se preko odgovarajućih značajki tehničkog sustava. Izbor dijagnostičkih značajki svakog sastavnog dijela ili sustava vrši se na osnovi: - proučavanja njihovih funkcija, načina i uvjeta rada - analize razine njihovog funkcioniranja - sastavljanja logičkih shema uzročno-posljedičnih veza značajki i faktora koje utječu na radnu sposobnost tehničkog sustava - analize otkaza i dr. Smanjenje ili gubljenje radne sposobnosti tehničkog sustava u procesu eksploatacije proizlazi iz uzroka (trošenje, deformacija, korozija, oštećenja) koji utječu na relevantne značajke motornog sustava. Ako je stanje sustava takvo, da vrijednost makar i jedne zadane značajke (koja karakterizira sposobnost izvo|enja zadane funkcije) ne odgovara zahtjevima utvr|enim normativno-tehničkom dokumentacijom, sustav se smatra nesposobnim za rad. Promjenu tehničkog stanja, koja se događa trenutno, nazivamo diskretnom i ona se opisuje dinamičkim veličinama. Ako se promjena tehničkog stanja događa postupno, nazivamo je monotonom i ona se opisuje statičkim veličinama. Dijagnostički model predstavlja formalni opis (u analitičkoj, tabličnoj ili drugoj formi) sastavnog dijela tehničkog sustava i njegovog ponašanja u neispravnom i ispravnom stanju. Utvr|ivanje stanja tehničkog sustava može se ostvariti primjenom odgovarajuće mjerne i druge opreme pomoću specijalista za dijagnostiku.

102

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

DIJAGNOSTIKA STANJA SUSTAVA

PROVJERA RADNE SPOSOBNOSTI

PROVJERA OPTIMALNOSTI

SUSTAV JE RADNO SPOSOBAN

SUSTAV NIJE RADNO SPOSOBAN

SUSTAV JE SPREMAN ZA RAD

PREDVI\ANJE STANJA SUSTAVA

SUSTAV ]E U VREMENU T OTKAZATI

SUSTAV RADI U DOZVOLJENIM GRANICAMA ODSTUPANJA

SUSTAV JE SPREMAN ZA RAD

TRA@ENJE UZROKA BUDU]EG OTKAZA

TRA@ENJE OTKAZA

OTKLANJANJE OTKAZA

ZAMJENA ILI POPRAVAK SASTAVNIH DIJELOVA SUSTAVA

Slika 9.1. – 3.: Dijagnostika stanja sustava

103

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

9.2. OSNOVNE ZADAĆE DIJAGNOSTIKE TEHNIČKOG SUSTAVA

Osnovna stanja sustava mogu biti: - Stanje "u radu" - ispravno stanje tehničkog sustava pri kome on odgovara svim zahtijevima koji su određeni normativno-tehničkom dokumentacijom. - Stanje "u otkazu" (shut down) - neispravno stanje tehničkog sustava pri kome on odgovara barem jednom zahtjevu određenom normativno-tehničkom dokumentacijom. - Stanje "u zastoju " - zbog otkaza. Osnove za dijagnostiku tehničkog sustava jesu: - određivanje ispravnih tehničkih sustava koji podliježu dijagnostici njihovih mogućih neispravnosti; - formiranje i izbor matematičkog modela ispravnog sustava, koji pomaže u otkrivanju neispravnosti; - formiranje i algoritam dijagnosticiranja; - izbor sredstava dijagnosticiranja. Prema karakteru promjene dijagnostičkih značajki s vremenom, razlikujemo: - statičke (uzima se da mjerna veličina ostaje nepromjenjena), - dinamičke (mjerna veličina mijenja se s vremenom). Stanje tehničkog sustava u našem slučaju motora, može se opisati velikim brojem dijagnostičkih značajki. Sve značajke radnog procesa ne utječu podjednako na stanje sustava. Veći broj značajki koji se kontrolira omogućava veću vjerojatnost pravilne prognoze stanja sustava. Rad u različitim režimima opterećenja i stalna promjena vanjskih uvjeta utječu na vrijednosti značajki. Kod ovako složenih sustava, kao što je motorni sustav, ne mogu se teoretski navesti sva moguća stanja. Zato je potrebito otkriti kakve su neispravnosti i odstupanja od normalnog rada moguća, što je u radu i učinjeno. 9.3. PRIMJERI DIJAGNOSTIČKOG EKSPERTNOG SUSTAVA BRODSKOG PORIVNOG STROJA

9.3.1. Sustav Dijagnostike Sustav "Dijagn", razvijen je u programskom jeziku Prolog za rad na osobnom računalu. Predstavlja osnovu za izgradnju ekspertnog sustava i služi za dijagnostiku u OFF-line režimu (značajke se unose u računalo nakon uzetih mjerenja, za razliku od ON-line režima gdje se pomoću mjerno-računarske tehnike izravno s osjetnika podaci unose u računalo i obrađuju). Modul za akviziciju - zahvatanje znanja omogućuje ekspertu kreiranje dinamičke baze znanja. Podaci se unose ručno preko tastature osobnog računala. Baza znanja čini jedan od najvitalnijih segmenata ekspertnog sustava. Predstavljanje znanja je u vidu činjenica, produkcijskih pravila tipa "ako dođe do određene situacije, tada je potrebita određena akcija". Baza znanja nije konačna i ona se stalno može proširivati i dopunjavati. Upravo izgradnja kvalitetne i konzistentne baze znanja je jedna od najsloženijih faza u izgradnji ekspertnog sustava. Mehanizam zaključivanja zasnovan je na standardnom konceptu Prolog jezika, tj. na zaključivanju unatrag (backward reasoning) koje polazi od postavljenog cilja (goal) i traži uvjete (conditions) koji udovoljavaju tom cilju. Korisničkio sučelje zajedno s modulom za objašnjenje, predstavlja komunikacijsko sredstvo sa sustavom.

104

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

Cilj izrade ovakve ovakve baze znanja bio je ukazati na sveobuhvatnost posla pri stvaranju jednog ekspertnog dijagnosti~kog sustava u kojem je potrebito da u stvaranju sudjeluje tim (grupa) eksperata iz područja informatike, brodostrojarstva i sličnih tehničkih područja. Navedeni su osnovni problemi-kvarovi u radu jednog brodskog Diesel motora: -Pri upućivanju, motor se ne okreće ili se samo ljulja ne čineći puni okretaj. -Motor radi normalno sa zrakom, ali ne daje paljenja ili pali na prekide. -Motor radi ali jedan od cilindara ne pali. -Motoru se smanjuje broj okretaja ili se sasvim zaustavi. -Motoru se smanjuje broj okretaja sa istodobnim lupanjem kod svake promjene hoda klipa. -Kod jednog od cilindara se umanjuje temperatura ispuha i tlak izgaranja. -Kod jednog od cilindara, temperatura ispuha se poveala, a tlak paljenja se smanjio. -Dimljenje i temperatura ispuha kod svih cilindara se pove}ava. -U jednom cilindru čuje se lupanje kod svakog drugog okretaja i prestaje čim se kod neispravnog cilindra isključi pumpa goriva. -U jednom cilindru čuje se lupanje koje se ponavlja kod svake promjene hoda klipa. -Jedan od cilindara dimi,ispušni plinovi imaju tamnu boju. -Povećano dimljenje se zapaža kod svih ili kod većine cilindara, ispušni plinovi su tamne boje. -Motor dimi - ispušni plinovi su plavkaste boje. -Motor se ne može zaustaviti kod postavljanja polužja za gorivo u položaj "stoj". -Cijev za dovod komprimiranog zraka ventilu za upućivanje zagrijava se. -Izlazna voda nekog od cilindara ima višu temperaturu od vode ostalih cilindara, premda je ventil za reguliranje potpuno otvoren. -Ventil sigurnosti jednog od cilindara neprestano puca. -Ventil sigurnosti jednog cilindra neprestano puca, temperatura ispuha pada, a tlak paljenja je nepostojan. -Ventili sigurnosti pucaju kod svih cilindara. -Ventil sigurnosti neprekidno propuštaju kod različitih cilindara. -Klipni prstenovi propuštaju plinove, dim izlazi iz kućišta, u cilindru se čuje naročito pucketanje. -Poluge i kotačići ventilskih pogona i pogona pumpi goriva zagrijavaju se. -Usisni i ispušni ventili ne rade normalno. -Pumpa za podmazivanje ne radi ispravno. -Pumpa za ulje ne stvara dovoljan tlak. -Pumpa za podmazivanje ležaja križne glave ne proizvodi dovoljan tlak. -Cirkulacija ulja za hlađenje klipova prestala. -Manometri ispred i iza pročistača ulja ne pokazuju nikakvu razliku tlaka. - Manometri ispred i iza pročistača ulja pokazuju preveliku razliku tlaka. -U cirkulaciji ulja nadolazi voda, ulje mjenja boju i postaje mutno. -Pumpa ulja ne stvara tlak. -Pumpa ulja u pogonu tuče. -Kod smanjenog opterećenja broj okretaja motora se povećava iznad dozvoljene granice. -Regulator ne podržava jednaki broj okretaja. -Regulator ne podržava mali broj okretaja. -Regulator ne dozvoljava razvijanje punog broja okretaja. -Ležaj koljenastog vratila se grije. Proučeni su mogući uzroci uz naznaku njihove vjerojatnosti i navedene upute za otklanjanje neispravnosti. Navedeno je osnova za bazu znanja temeljenu na iskustvu i stručnoj literaturi.

105

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

Struktura ekspertnog dijagnostičkog sustava, gdje se primjenjuje razvijeni program, predstavljena je blok shemom na slici 9.3. - 1. (lit. 8)

Korisnik

Ekspert podru~ja

Modul za akviziciju

Modul za obja{njenje

Sustav nadzo i upravljanja

ES Baza podataka Mehanizam i znanja zaklju~ivanja

Slika 1. Blok shema ekspertnog sustava za OFF-line dijagnostiku kvarova brodskih Dieselovih motora 9.3.1.1. IZLIST BAZE ZNANJA DIJAGNOSTIČKOG EKSPERTNOG SUSTAVA

Problem 3 "Motor radi ali jedan od cilindar ne pali." Mogući uzroci: -"Usisni ili ispušni ventil nekog cilindra propušta ili visi uslijed čega je kompresija slaba.",": vjerojatnost /30 - 60 %/" -"Klip pumpe za gorivo ili preljevni ventil je zariban.",": vjerojatnost /30 - 60 %/" Upute za otklanjanje neispravnosti: -"Provjeriti nepropustljivost ventila pomoću komprimiranog zraka. Provjeriti zračnost ispod podizača ventila. Ako je potrebito treba ventile rastaviti i obrusiti." -"Treba pogledati kretanje klipa, razvodnika ili preljevnog ventila i ako se primjeti da postoje zaribavanja treba motor zaustaviti, pumpu rastaviti i neispravnosti odstraniti."

106

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

Problem 4 "Motoru se smanjuje broj okretaja ili se sasvim zaustavi." Mogući uzroci: -"Pumpe za gorivo ne dovode jednoličnu koičinu goriva (ventili propuštaju) .",": vjerojatnost /60 - 80 %/" -"Klip pumpe za gorivo se pomiče polako (tromo) .",": vjerojatnost /60 - 80 %/" -"U gorivo je nadošla voda što se može provjeriti na pipcima prečistača za gorivo.",": vjerojatnost /80 - 100 %/" -"Dotjecanje goriva pumpama za gorivo se smanjilo ili potpuno prekinulo uslijed male ili nikakve količine goriva u pogonskom tanku.",": vjerojatnost /5 - 30 %/" -"Preniski tlak zraka za ispiranje radnog cilindra uslijed:-propuštanja ventila pumpe za ispiranje ili razbijenih pojedinih ventila;-jedna kompletna grupa ventila je labava (opuštena) .",": vjerojatnost /30 - 60 %/" -"Neki od dijelova motora (klip, ležaj, itd.) je jako ugrijan.",": vjerojatnost /5 - 30 %/" Upute za otklanjanje neispravnosti: -"Pregledati ventile pumpe i po potrebi ih ubrusiti i ugladiti." - "Klip pumpe treba očistiti, a njegov cilindar izgladiti i namazati uljem." -"Motor zaustaviti i vodu odstraniti iz prečistača, pogonskog tanka i čitavog sustava za gorivo." -"Pogonski tank napuniti gorivom i provjeriti pravilnost položaja ventila i pipaca na cjevovodu goriva." -"Pregledati ventile i neispravne ili polomljene zamjeniti novim.-Pregledati sve grupe ventila i neispravnosti odstraniti." -"Odmah zaustaviti motor i ako je moguće odstraniti kvar." Problem 6 "Kod jednog od cilindara se umanjuje temperatura ispuha i tlak sagorijevanja." Mogući uzroci: -"Smanjeno dodavanje goriva radi neispravnosti pumpe goriva ili brijega pumpe goriva.",": vjerojatnost /60 - 80 %/" -"Rupice na sapnici ubrizgača su začepljene. Kod toga se čuju udarci u cijevi ubrizgača. Kao uzrok može biti i propuštanje goriva iz tlačnog u rashladni prostor ubrizgača.",": vjerojatnost /30 - 60 %/" Upute za otklanjanje neispravnosti: -"Provjeriti da klip pumpe nije zariban i da li su tlačni ventil i njegova opruga ispravni. Kod pumpe s preljevnim ventilom (razvodnikom) treba pregledati da isti nisu zaribani. Pregledati kolutić, brijeg i polužje pumpe da li se nalaze u ispravnom stanju." -"Ubrizgač treba izvaditi, rupice na sapnici očistiti. Ako je potrebito, ubrizgač treba zamjeniti."

Problem 7 "Kod jednog od cilindara, temperatura ispuha se povećala, a tlak paljenja se smanjio." Mogući uzroci: -"Ubrizgač je neispravan (igla zapinje ili slabo dosijeda) .",": vjerojatnost /60 - 80 %/" Upute za otklanjanje neispravnosti:

107

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

-"Ako se ne može postići normalan rad igle putem pritezanja opruge, tada treba motor zaustaviti i neispravnosti odstraniti ili ubrizgač zamjeniti."

Problem 8 "Dimljenje i temperatura ispuha kod svih cilindara se povećava." Mogući uzroci: -"Motor je preopterećen.",": vjerojatnost /80 - 100 %/" -"Kod motora s puhalom umanjuje se tlak nabijanja radi neispravnosti puhala.",": vjerojatnost /60 - 80 %/" -"Nepravilno ispiranje kod dvotaktnih motora.",": vjerojatnost /5 - 30 %/" Upute za otklanjanje neispravnosti: -"Provjeriti opterećenje svih cilindara. Dok se ne pronađe uzrok preopterećenju mora se voziti smanjenim brojem okretaja." -"Provjeriti da li tlak nabijanja i broj okretaja turbine za dodavanje zraka odgovara broju okretaja i operećenju motora. Osim toga provjeriti i nepropusnost zračnog i ispušnog voda. Ako je potrebito treba rastaviti i pregledati puhalo." -"Prvom prilikom treba pregledati i očistiti ventile za ispiranje. Ako je potrebito agregat za ispiranje pregledati i popraviti."

Problem 13 "Motor dimi-ispušni plinovi su plavkaste boje." Mogući uzroci: -"Ulje za podmazivanje dolazi u prostor izgaranja uslijed veće istrošenosti prstena za ulje.",": vjerojatnost /80 - 100 %/" -"Prsteni za ulje su nepravilno postavljeni.",": vjerojatnost /80 - 100 %/" -"Razina ulja u kućištu je suviše visoka uslijed začepljenosti cijevi za otjecanje ulja u pogonski tank. Donji dijelovi koljenastih ležajeva dotiču se razine ulja i jako ga zapljuskuju po kućištu.",": vjerojatnost /60 - 80 %/" -"Tlak ulja za podmazivanje ležajeva i hlađenje klipova je previsok.",": vjerojatnost /30 60 %/" -"Preobilno podmazivanje ispirne pumpe, radi čega ulje sa ispirnim zrakom dilazi u cilindar.",": vjerojatnost /30 - 60 %/" Upute za otklanjanje neispravnosti: -"Uljni prstenovi moraju se zamijeniti." -"Pregledati sve prstene koji brišu ulje." -"Pregledati stanje i očistiti mreže na otvoru za otjecanje ulja iz kućišta u pogonski tank." -"Tlak ulja regulirati na normalu." -"Smanjiti podmazivanje ispirne pumpe i regulirati je prema propisima za dotični motor."

9.3.2. Primjer dijagnostike pomoću programa EKSE

108

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

Ovaj primjer radi na problemu kompleksne analize i testiranja sustava parametara diesel motora, tako da ističe karakteristike motornog radnog ciklusa. Postiže se slijedeće: 1.) Analiza stanja motora od strane ekspertnog sustava i prijedlozi za podešavanje i servisiranje 2.) Proračun performansi motora s obzirom na standardno stanje okoline 3.) Vizuelno prikazivanje trendova i automatsko stvaranje cijelog raporta koji uključuje trenutno opažanje i stanje motora 4.) Optimizacija rada motora postignuta termodinamičkom analizom radnog ciklusa. Kroz analizu indikatorskog dijagrama motora s unutrašnjim izgaranjem moguće je dobiti vrijednosti radnog ciklusa motora koje je nemoguće ili teško izmjeriti, a koji su veoma bitni da bi smo ocijenili točnost učestalosti radnog ciklusa i njegovu optimizaciju. 9.3.3. Primjer dijagnostičkog modela brodskog dizel motora za održavanje po stanju i administracija doknadnih dijelova

New Sulzer Diesel Ltd. je razvio cijelu familju novih proizvoda, nazvanih MAPEX, dizajniranih tako da poboljšaju djelotvornost motora kroz bolje rukovođenje i planiranje. Proizvodi MAPEX-a (lit 6) komplementiraju i proširuju funkcije standardne daljinske kontrole i nadzora sustava. U njihove karakteristike spada nadzor, analiza trenda i planiranje, kao i rukovođenje rezervnim dijelovima i održavanje. Članovi MAPEX familje su: • SIPWA-TP (lit 6) koji je alat za nadzor trošenja klipa na Sulzer-ovom dvotaktnom diesel motoru. Sa SIPWA-TP-om može se sa sigurnošću optimizirati potrošnja ulja za podmazivanje cilindra, te se na taj način klipovi generalno repariraju samo kad je potrebno • MAPEX-PR (lit 6) za nadzor stanja cilindra prilikom rada na Sulzer-ovim dvotaktnim diesel motorima. MAPEX-PR omogućava nadzor temperature zidova košuljice cilindra, temperaturu ulaza i izlaza rashladne vode, temperaturu ispirnog zraka nakon svakog hladnjaka, plus brzinu motora i poziciju indikatora opterečenja • MAPEX-SM (lit 6) kao napredni rukovodeći alat za administraciju i planiranje rezervnih dijelova i održavanje. Mapex-sm

MAPEX-SM je napredni menadžerski alat za administraciju i planiranje rezervnih dijelova i održavanje. Dolazi u kompletu sa originalnim podacima od New Sulzer Diesel-a za određeni motor, ili motore. Sistem radi na računalima kompatibilnima sa IBM osobnim računalima. Uključuje nabavku rezervnih dijelova, kontrolu inventara, statističke izvještaje, snimanje povijesti održavanja i mnogo više. Mapex-pr

109

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

MAPEX-PR, vezan za pouzdanost klipa u radu, je sistem za konstantno nadgledanje stanja cilindra u radu na velikim dvotaktnim Sulzer-ovim diesel motorima. u slučaju otkrivanja oprečnih stanja uključuje alarm. MAPEX-PR je idealan dodatni modul za SIPWA-TP i najčešće se implementiraju u isti hardware. MAPEX-PR omogućava grafičko nadgledanje slijedećih podataka: • temperaturu stijenke cilindra • izlaznu i ulaznu temperaturu rashladne vode cilindra • temperaturu ispirnog zraka nakon svakog rashladnika • brzinu motora • poziciju indikatora opterečenja motora

Sipwa-tp

Sulzer-ovprogram za otkrivanje trošenja klipnog prstena sa procesiranjem tijeka je moćan alat za otkrivanje trošenja klipnog prstena i rotacije na velikim Sulzerovim dvotaktnim diesel motorima. Sa SIPWA-TP-om možemo sigurno optimizirati trošenje ulja za podmazivanje cilindra i izvoditi generalnu reparaturu klipa samo kada je to stvarno potrebno. Sistem nam omogućava da brzo poduzmemo protumjere u slučaju nenormalnog stanja u radu. Emisije ispušnih plinova iz motora se također smanjuju, zbog nižeg nivoa ulja za podmazivanje cilindra. SIPWA-TP podržava direktno prebacivanje informacija u glavni ured preko satelitskih komunikacija, kao i na floppy diskete.

110

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova ISPITIVANJE DIESEL MOTORA SKICA POKUSNE INSTALACIJE

I - Sustav kočenja; II - Sustav hlađenja; III - Sustav mjerenja potrošnje goriva; IV - Sustav mjerenja potrošnje zraka; V - Garnitura U-cijevi za mjerenje niskih tlakova; VI - Uređaji za provjeru sastava ispušnih plinova; VII - Upravljački stol. 1 – motor, 2 – kočnica, 3 – elastična spojka, 4 – temeljna ploča, 5 – rasplinjač, 6 – prigušni spremnik, 7 – prigušni uređaj, 8 – spremnik goriva, 9 – mjerna posuda, 10 – trokraki pipac, 11 – rashladnik voda-voda, 12 – dovod vode, 13 – ispušni lonac, 14 – analizatori plina, 15 – temperature u rashladnom sustavu, 16 – temperature u ispušnom sustavu, 17 – tlak ulja, 18 – broj okretaja motora, 19 – upravljačke ručice (motora i kočnice)

DIESEL MOTOR (karakteristike) D = 110 mm S = 140 mm L = 245 mm R = 70 mm ε = 18 z = 4 Radni volumen Vh = 5,31 [ dm3] Vh = z*D2π/4*s

111

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

Privješena pumpa goriva: Np = n/2 = 950 [ min-1] Donja ogrijevna vrijednost Hd = 42000 [ kJ/kg] ρ g = 0,835 [ g/cm3] Izmjerene veličine i zadane standardne veličine: -

tlak okoline pa = 743,5 [ mmsŽ] = 0,9913 [ bar]

-

temperatura okoline ta = 18,5 [ ° C]

-

standardne vrijednosti tst = 20 [ ° C] pst = 1,013 [ bar]

-

opterećenje na kočnici Fn 0 G = 435 [ N]

-

broj okretaja motora n = 1900 [ min-1]

-

masa potrošenog goriva ∆mg [ gr] = 100 [ gr]

-

vrijeme za koje se gorivo potroši ∆τ g = 24,2 [ s]

-

pad tlaka u kolektoru zraka ∆pr = 166 [ mmH2O] = 0,0166 [ bar]

-

pad tlaka u venturi cijevi ∆pv = 355 [ mmH2O] = 0,0355 [ bar]

-

pad tlaka u cijevi ispred venturija ∆p1 = 123 [ mmH2O] = 0,0123 [ bar]

-

maseni protok vode kroz izmjenjivač topline mhv = ∆mhw/τ w = 432 [ kg/h] ; τ w = 2 [ s]

-

temperatura vode na ulazu i izlazu izmjenjivača topline twu = 79 [ ° C] ; twi = 88 [ ° C]

-

temperatura vode na ulazu i izlaza rashladnika ulja tujlu = 15 [ ° C] ; tulji = 76 [ ° C]

112

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

-

maseni protok ulja kroz rashladnik mhu = 440 [ kg/h]

-

temperatura i tlak ulja tu = 91 [ ° C] ; pu = 3,4 [ bar]

-

temperatura ispušnih plinova tip = 630 [ ° C] . ODREĐIVANJE POJEDINIH PARAMETARA MOTORA

1. KORIGIRANA SNAGA MOTORA Peo = k * Pe [ kW] = 61,983 [ kW]

*

1,0186 = 63,13 [ kW]

2. ZAKRETNI MOMENT MOTORA Meo = 9550*

Peo 63,13[kW ] = 9550* = 316,66 [ Nm] n 1900 min −1

[

]

3. SREDNJI EFEKTIVNI TLAK 4. 300 * i * p eo 300 * 4 * 63,13[kW ] pe = = = 7,508 [ bar] Vh * n 5,31 dm 3 *1900 min −1 i = 4 – taktnost

[ ]

[

]

5. SATNA POTROŠNJA GORIVA Gh = 3,6*

∆m g ∆τ g

= 3,6

100[gr ] = 14,876 [ kg/h] 24,2[s ]

6. SPECIFIČNA EFEKTIVNA PORTOŠNJA GORIVA ge = 103 *

Gn 14,876[kg / h] = 235,54 [ gr/kWh] = 103 * Peo 63,13[kW ]

7. CIKLUSNA POTROŠNJA GORIVA b=

3,6 * ∆m g *10 6 60 * ∆τ g ρ g n p i

=

3,6 *100[gr ]*10 6 = 78,14 [ mm3/cikl] 3 −1 60 * 24,2[s ]* 0835 mg / mm * 950 min * 4

[

]

[

8. EFEKTIVNI STUPANJ KORISNOSTI MOTORA ηe =

3,6 * 10 6 3,6 * 10 6 = = 0,364 ge H d 235,5[gr / kWh]* 42000[kJ / kg ]

113

]

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

9. MEHANIČKI STUPANJ KORISNOSTI MOTORA ηm =

-

Pe Pe + Pm

tlak mehaničkih gubitaka određuje se Rombergovom metodom

Gh – satna potrošnja = f(pe) Pm = 2,25 [ bar] ηm =

7,508[bar ] = 0,769 7,508[bar ] + 2,25[bar ]

10. INDIKATORSKA SNAGA MOTORA Pi =

Peo

ηm

=

63,13[kW ] = 82,09 [ kW] 0,769

11. KOEFICIJENT PUNJENJA MOTORA ηv =

-

teorijski protok Vt =

-

p a − ∆p r Tst Vs * * p st Tr Vt

[

]

[ ]

2 * n * Vn * 60 2 *1900 min −1 * 5,31 dm 3 * 60 = = 302,6 [ kW] 1000 * τ 1000 * 4

stvarni protok

114

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

Vs = 14,7118*(1 - 0,6625* = 14,7188 (1 –0,665

-

∆p v ∆p v [ m3/h] )* ρ1 p1

123mmVs 0,0355[bar ] )* = 250 [ m3/h] 3 0,979[bar ] 1,16 kg / m

[

]

p1 = pa - ∆p1 = 0,9913 – 0,0125 = 0,979 [ bar] p1 0,979 *105 [Pa ] ρ1 = = = 1,16 [ kg/m3] RT1 287[J / kgK ]* 293[K ] 250 0,9913 − 0,0166 20 ηv = * = 0,799 * 18,5 302,6 1,013

12. KOEFICIJENT VIŠKA (PRETIČAK) ZRAKA λ = L / Lmin Lmin – stehiometrijzka količina zraka potrebna za potpuno izgaranje 1 kg goriva

Lmin =

1 g g 0,01 *( L + H − ) = 0,4945 0,21 12 4 32

 kmolzraka     kggoriva 

L – stvarna količina zraka koja dolazi na 1 kg goriva L=

pb * VL  kmolzr  8315 * Tr  kggor 

Tr = To [ K] pb = pa – pr = 0,9913 [ bar] - 0,0166 [ bar] = 0,9747 * 105 [ Pa] -

volumni protok zraka kroz motor  m3 zraka  3  ; Vs [ m /h] ; Gh [ kg/h]   kggoriva   m3 zraka  250 m3 / h VL = = 16,0856   14,876[kg / h]  kggoriva 

VL =

Vs Gn

[

]

 m3 zraka  0,9747 *105 [Pa ]*16,8056   kggoriva  = 0,68  kmolzraka  L =   8315 * 291,5[K ]  kggoriva  λ = 0,68/0,4945 = 1,37 λ TOPLINSKI BILANS MOTORA

Osnovna jednadžba toplinskog bilansa Qg (dovedena) = Qe (efektivna) + Qhw (odv. rashl. medijem) + Qhv (odv. uljem) + Qr (odv. isp. plinovima) + Qost

115

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

13. KOLIČINA TOPLINE DOVEDENA GORIVOM Qg = Gh * Hd = 14,876 [ kg/h]

*

42000 [ kJ/kg] = 624,79 [ MJ/kg]

15. KOLIČINA TOPLINE KOJA SE EFEKTIVNO ISKORISTI Qe = 3600 * Peo [ kJ/h] ; Qe = 3600 * 63,13 [ kW] = 227,268 [ MJ/h] 16. KOLIČINA TOPLINE ODVEDENA RASLADNOM TEKUĆINOM -

-

hlađenje bloka Qhw = mhv * cw * (twi – twu) = 432 [ kg/h] Qhw = -16,28 [ MJ/h]

*

4,187 [ kJ/kgK]

odvedena hlađenjem ulja Qhu = mhu * cw * (tiwu – tuwu) = 440 [ kg/h] * 4,187 [ kJ/kgK] Qhu = -94,06 [ MJ/h] Qw = Qhw + Qhu = -16,28 – 94,06 = -110 [ MJ/h]

*

(79 [ ° C] - 88 [ ° C] ) =

*

(15 [ ° C] -76 [ ° C] ) =

17. KOLIČINA TOPLINE ODVEDENE ISPUŠNIM PLINOVIMA t

Qip = Gn * {[ ΣMi *cpmi  ] * tip - [ Mz * cpmz 0 r ] * tR} tr = ta cpmi [ kJ/kg] - specifična toplina pojedinih produkata izgaranja  kmolisp. pl.  Mi   - broj molova pojedinih produkata izgaranja  kggor.   kmolzr.  Mv   - broj molova zraka po jedinici goriva  kggor.  Cpmz [ kJ/kgK] - specifična toplina zraka g  kmolCO  0,86 M CO2 = c = = 0,0716   12 12  kggoriva  g H 2O 0,13  kmolH 2 O  = 0,065  M H 2O = =  12 2  kggoriva   kmolO2  M O2 = 0,21 * (λ - 1) * Lmin = 0,21 * (1,370-1) * 0,4945 = 0,0385    kggoriva   kmolN 2  M N 2 = 0,79 * λ * Lmin = 0,79 1,37 * 0,4945 = 0,535    kggoriva  Mz = L = 0,68 c Opm2 = 29,224 + 0,004042 tg = 31,77 [ kJ/kgK] N2 c pm = 28,733 + 0,0023275 tg = 30,19 [ kJ/kgK]

c Hpm2O = 33,15 + 0,005275 tg = 36,47 [ kJ/kgK] 6 2 2 c CO pm = 36,03 + 0,021 tg – 7,788 * 10 tg = 46,16 [ kJ/kgK] z c pm = 28,84 + 0,0026822 tr = 28,88 [ kJ/kgK]

116

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

Qip = 210,55 [ kJ/h] 18. OSTALI TOPLINSKI GUBICI Qost = Qg - Qe - Qhw - Qip = 624,79 – 227,268 – 110,3 – 210,55 = Qost = 76,672 [ MJ/h] 19. POSTOTNI UDIO POJEDINIH KOLIČINA TOPLINE -

dovedena količina topline gorivom qg = 100 [ %]

-

efektivno iskorištena toplina qe = 100 * Qe/Qg = 36,375 [ %]

-

toplina odvedena hlađenjem qhw = 100 * Qw/Qg = 17,65 [ %]

-

toplina odvedena ispušnim plinovima qip = 100 Qip/Qg = 33,7 [ %]

-

ostala količina topline qost = qg –(qe + qw + qip) = 13,27 [ %]

a) Brzinska karakteristika

117

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

b) Toplinski bilans

c) Karakteristike opterećenja

d) Univerzalni dijagram za ge

118

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

119

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

DIJAGNOSTIKA KVAROVA-PITANJA 1) Dijagnostika kvarova-cilj i suština: a) Elementi dijagnosticiranja b) Principi dijagnosticiranja c) Metode dijagnosticiranja d) Definicija dijagnostike stanja e) Funkcionalna shema dijagnostike stanja f) Zadaci dijagn. tehničkog sustava g) Grupe dijagnostičkih značajki 2) Klasifikacija metoda mjerenja 3) Klasifikacija sredstava mjerenja 4) Griješke mjerenja 5) Primjena matematičke statistike kod ocjene rezultata mjerenja 6) Općenito o dijagnostičkim ekspertnim sustavima (opis, primjeri, faze realizacije) 7) Funkcionalna shema ekspertnog dijagnostičkog sustava 8) Mjerenje temperature termometrima i senzorima a) Definicija i osnovni principi mjerenja temperature b) Oblasti primjene pojedinih vrsta termometra c) Značaj mjerenja temperature d) Vrste termometara (principi, opis i sheme pojedinih vrsta i primjena - Lit.1. Sl. 73,74,76,85,89) 9) Mjerenje tlaka (definicija, osnovni principi, oblasti primjene pojedinih vrsta, značaj, sheme i skice - Lit.1. Sl. 64,65,66,69) 10) Mjerenje protoka fluida (osnovni principi, primjena, značaj - Lit.1. Sl. 62,63) a) Mjerenje potrošnje goriva (vrste i skice - Lit.1. Sl. 48) b) Mjerenje tekućine u rezervoarima c) Korištenje prigušnih sredstava (primjena, izvodi - Lit.1. Sl. 56) 11) Mjerenje vibracija i buke motora (propisi o buci i vibracijama, metode mjerenja uz skice i opis) a) Razina jakosti zvuka b) Blok shema mjerača zvučnog nivoa 12) Snimanje razvijenih tlakova u cilindru (indiciranje) a) Principi rada indikatora (primjeri uz skice i opis - Lit.1. Sl. 31,32,38, 40,43) b) Obrada indikatorskog dijagrama c) Indikatorska snaga-objašnjenje uz opis 13) Određivanje efektivne snage motora (izvodi) a) Metode mjerenja zakretnog momenta b) Vrste kočnica na probnim stolovima (opis i sheme - Lit.1 Sl.7,10,12) c) Određivanje broja okretaja (metode - Lit.1 Sl. 28,30) 14) Kontrola kvalitete ispušnih plinova motora SUI a) Metode određivanja dimnosti i sastava ispušnih plinova (primjena - Lit.1. Sl. 88,90,93,94,95) 15) Odabir relevantnih značajki motornog sustava - određivanje ulazno- izlaznih značajki 16) Utjecaj relevantnih značajki motornog sustava na stanje procesa (opis pojedinih značajki) a) Međuovisnost značajki Dieselovog motornog sustava 17) Korekcija relevantnih značajki (objašnjenje uz primjer pojedinih veličina - Lit.1.i 2.) 18 Objašnjenje procesa izgaranja (modeliranje fiz.-kem. procesa) 19) Analiza indikatorskog dijagrama (općenito uz primjer analize ind. dijagrama dvotaktnog Diesel motora) 20) Dijagnostika stanja Dieselovog motora uz pomoć analize indikatorskog dijagrama

120

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

a) navesti primjere poremećaja pojedinih značajki, moguće uzroke i preporučene akcije 21) Najčešće neispravnosti u radu brodskih pomoćnih uređaja i strojeva a) Pomoćni kotlovi b) Pumpe c) Kompresori i ventilatori d) Čistioci i filtri e) Izmjenjivači topline f) Rashladni uređaji g) Vitla i dizalice h) Kormilarski strojevi i uređaji 22) Zadatak iz ispitivanja značajki Diesel motora (brzinske karakteristike i karakteristike opterećenja

121

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

Preporučena literatura: (1.) M. Mikuličić: Motori I, Školska knjiga - Zagreb, 1976. (2.) D. Krpan, D. Jeras: Laki motori, Sveučilišna naklada Liber, Zagreb,1976. (3.) J. Šretner: Brodski motori s unutrašnjim izgaranjem, Sveučilište u Zagrebu, Zagreb, 1970. (4.) CAPA - User Oriented Expert System, MAN-B&W, 1988. (5.) D. Jeras: Motori s unutra{njim izgaranjem, Zagreb, 1976. (6.) Instrukcijska knjiga MAN-B&W za dieselov motor serije MC (7.) Katalog tvrtke "Sultzer" s mogućnostima proizvoda "MAPEX" (8.) R. Antonić, G. Radica: Expertni sustav brodskog dieselovog motora - koncept razvoja i primjene, ETAN u pomorstvu, Zadar, 1989. (9.) G. Radica, R. Antonić: Modeliranje radnog procesa SUI za dijagnostiku ekspertnim sustavom, ETAN u pomorstvu, Zadar, 1990. (10.) G. Radica i dr.: Identifikacija parametarskog sustava za testiranje dieselovih motora na probnom stolu diesel motora, ETAN u pomorstvu, Zadar, 1988. (11.) Katalog tvrtke "ATM": Tehnika vođenja procesa, Zagreb, 1995. (12.) G. Radica: Dijagnostika stanja brodskog dieselovog motora, Zagreb, 1993. (13.) Grupa autora: Upute za rad s diesel motorima, Beograd, 1954. (14.) Živković-Trifunović: Ispitivanje motora SUS, Beograd 1985 (15) Ozretić: Brodski pomoćni motori

122

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova Prilog 1. LISTA PRIKLJUČAKA

Priključak Gorivo BX BD BF AF F Voda K L M N P Ulje AR E U AB R Zrak A AP B C

Opis priključka Ulaz pare za grijanje cijevi goriva Izlaz slatke vode za grijanje drenažnih cijevi za gorivo Izlaz pare za grijanje cijevi goriva Gorivo u drenažni spremnik Izlaz goriva Ulaz slatke rashladne vode Izlaz slatke rashladne vode Odzračivanje rashladne vode Ulaz rashladne vode u rashladnik zraka Izlaz rashladne vode u rashladnik zraka Izlaz uljnih para Odzračna cijev odvoda ulja za podmazivanje iz turbopunjača Ulaz rashladnog ulja Odvod ulja za podmazivanje iz turbopunjača Ulaz ulja za podmazivanje Ulaz uputnog zraka Ulaz zraka za suho čišćenje turbopunjača Ulaz sigurnosnog zraka Izlaz ispušnih plinova

123

Pomorski fakultet u Splitu

Dijagnostika kvarova

124