LABORATORYJNA METODA OCENY STANU STOŻKOWEGO WĘZŁA TRIBOLOGICZNEGO ROZPYLACZY SPALINOWYCH SILNIKÓW OKRĘTOWYCH

Transkrypt

1 MOTROL, 2009, 11c, LABORATORYJNA METODA OCENY STANU STOŻKOWEGO WĘZŁA TRIBOLOGICZNEGO ROZPYLACZY SPALINOWYCH SILNIKÓW OKRĘTOWYCH Zygmunt Raunmiagi 1, Zbigniew Ranachowski 2 1 Katedra Diagnostyki i Remontów Maszyn, Akademia Morska Szczecin, ul.podgórna 51/53, Szczecin, Z.Raunmiagi@am.szczecin.pl 2 IPPT PAN, Pawińskiego 5B, Warszawa, zranach@ippt.gov.pl Streszczenie. W artykule przedstawiono koncepcje nowej uzupełniającej metody oceny stanu powierzchni stożkowej iglicy i gniazda rozpylacza z wykorzystaniem emisji akustycznej. Do oceny wspomnianego węzła stożkowego tribologicznego zaproponowano nowoczesne techniki pomiarowe, które mogą znacząco podnieść ocenę stanu powierzchni stożkowej iglicy i gniazda rozpylacza. Słowa kluczowe: rozpylacz, ocena naprawy, stożkowy węzeł tribologiczny, emisja akustyczna. Wprowadzenie Współczesne sposoby oceny jakości rozpylaczy spalinowych silników wysokoprężnych dokonuje się: w warunkach eksploatacyjnych za pomocą metod diagnostycznych, na etapie wytwarzania i napraw z wykorzystaniem metrologii warsztatowej oraz badań mikro i makrostruktury. Niniejsza publikacja skupiona jest na nowej koncepcji oceny stanu węzła stożkowego iglicy i gniazda rozpylaczy paliwa spalinowych silników okrętowych. Na przykładzie rozpylaczy typu L O VVO-U953g/E pracujących na 4-suw. silniku okrętowym została przeprowadzona ocena stanu stożkowego węzła tribologicznego wg proponowanej metody.

2 166 Zygmunt Raunmiagi, Zbigniew Ranachowski Przyjęto kryterium oceny rozpylaczy L O VVO-U953g/E jak dla nowych egzemplarzy Pomiary metrologiczne nowego rozpylacza skok a) b) Rys. 1. Geometria badanych rozpylaczy; a) przekrój rozpylaczy, b) stożkowy węzeł triboogiczny nowego rozpylacza lub naprawionego Fig. 1. Geometry of the investigated nozzles; a) section of a new atomizer, b)conical knot of a tribological new atomizer or a repaired one Pomiary twardości wybranego losowo rozpylacza z grupy badanych rozpylaczy Rozkład twardości: mm HV0, , , , , , , , , , , , ,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 mm rdzeń 390 HV0,5 Głębokość warstwy utwardzonej - Nht = 0,25 mm (DIN 50190) Rys. 2. Rozkład pomiaru twardości w warstwie azotowanej; 1 rozpylacz paliwa, 2 iglica Fig. 2. Schedule of hardness in nitric layer; 1 a new atomizer, 2 needle of a new atomizer

3 LABORATORYJNA METODA OCENY STANU STOŻKOWEGO WĘZŁA 167 Przedstawione na rysunku 1a wymogi geometryczne dla nowego rozpylacza można sprawdzić tylko na specjalnych maszynach pomiarowych, które posiadają producenci nowych rozpylaczy, a także specjalistyczne warsztaty napraw i regeneracji aparatury paliwowej. Kryterium naprawy węzła stożkowego Naprawa stożka gniazda rozpylacza jak rysunku 2 jest zasadna jeżeli grubość utwardzonej warstwy zostanie zredukowana o mniej niż 0.4 mm w zakresie głębokości utwardzonej warstwy w rozpatrywanym przypadku wynosi 0.4 mm.( rys.2). Po przejściu oceny w zakładowej izbie kontroli jakości z wykorzystaniem najnowszych urządzeń do pomiarów długości i kąta, rozpylacze poddaje się dodatkowej ocenie na próbniku hydraulicznym. Wszystkie sprzedawane rozpylacze przechodzą powyższą procedurę kontroli jakości. Ponadto istotną obserwacją autorów niniejszej pracy jest (badania własne dowodzą), że często na 10 nowych wymienionych końcówek 1 lub 2 (a czasem więcej) leją. Z powyższego wynika, że wspomniane metody są niewystarczające do oceny jakości stożka iglicy i stożka gniazda rozpylaczy, dlatego proponuje się nową szybką uzupełniającą metodę kontroli jakości rozpylaczy okrętowych silników spalinowych. Koncepcja metody oceny stożkowego węzła tribologicznego rozpylaczy paliwa silników okrętowych Stanowisko pomiarowe zostało zbudowane na podstawie badań własnych i literatury [2-7]. Autorzy niniejszej pracy postanowili zastosować w omawianym stanowisku urządzenia umożliwiające analizę sygnału emisji akustycznej generowanej w badanym węźle tribologicznym rozpylacza. m 0,5 kg 1 2 H Rys. 3. Schemat stanowiska pomiarowego; 1 ciężarek, 2 tuleja prowadząca, 3 iglica rozpylacza, 4 rozpylacz, 5 statyw, 6 łącznik profilowany, 7 przetwornik piezoelektryczny 4371 V, 8 wzmacniacz, 9 karta dźwiękowa, 10 laptop Fig. 3. Schema of meassuring position; 1 weigh, 2 leading funnel, 3 the needle of sprayer, 4 sprayer, 5 tripod, 6 profile connection rod, 7 piezoelectric transducer 4371V, 8 amplifier, 9 sound card, 10 laptop

4 168 Zygmunt Raunmiagi, Zbigniew Ranachowski Pomiary na stanowisku pomiarowym (rys. 3) dokonano następująco: ciężarek 1 o masie m = 0,5 kg przemieszczał się pod wpływem siły grawitacji w specjalnej prowadnicy ze stałej wysokości H dla wszystkich pomiarów na powierzchnię iglicy 3 z kolei iglica 3 przekazywała energię impulsu na stożkową powierzchnię styku iglicy z gniazdem rozpylacza rys.1b. W wyniku powstałej energii wewnętrznej w postaci fali sprężystej, która wyzwala się na powierzchni zewnętrznej rozpylacza, dzięki temu przetwornik 7 piezoelektryczny 4371V firmy B&K przetwarzał wartość impulsu uderzenia na sygnał elektryczny, następnie sygnał elektryczny jest wzmacniany wzmacniaczu 8, dalej elektryczny sygnał analogowy w karcie dźwiękowej 9 firmy Sounblaster 24 bitowa został przetworzony na postać cyfrową i zapisany w odpowiednim folderze komputera. Każdy cyfrowy zapis pomiaru impulsu został poddany specjalnej obróbce sygnału w tym przypadku zastosowano program do obróbki dźwięku Wavestudio firmy Creativ Labs. Wzmacniacz 8 oraz oprogramowanie do analizy EA jest standartowe zostało zaprojektowane przez IPPT PAN w Warszawie, szczegółowy opis zawierają pozycje [1, 8, 9]. Badania eksperymentalne Na stanowisku pomiarowym wg rys. 3 przeprowadzono badania dla trzech grup rozpylaczy wybranych losowo po trzy rozpylacze w każdej grupie i dokonano na każdym rozpylaczu po 10 pomiarów: a. dla fabrycznie nowych 3 x 10=30 pomiarów, b. dla naprawionych 3x10=30 pomiarów, c. dla niesprawnych.3x10=30pomiarów. Wyniki przedstawiono w tabeli 1. Lp Tab. 1. Zestaw wartości średnich z analizy sygnałów cząstkowych dla sygnałów źródłowych Tab. 1. The set of average values from an analysis of partial signals for source signals Sygnał źródłowy Średnia liczba zdarzeń Ñ Ñ Średnia energia zdarzeń EA [mj] Średnia wartość amplitudy [mv] Uwagi 1 R1 nowy 2 R2 249, , ,3 498,1 nowy 3 R3 nowy 4 R4 naprawiony 5 R5 287,3 48, , naprawiony 6 R6 naprawiony 7 R11 zużyty leje 8 R15 168,4 46,9 7515, ,9 163,7 zużyty leje 9 R18 uszkodzenie wzorcowe Wnioski Na podstawie analizy pomiarów tabela 1dla trzech grup rozpylaczy wynika że: Trzy miary sygnału emisji akustycznej są wrażliwe na zmianę stanu powierzchni stożkowej iglicy i gniazda rozpylacza tj 1. Średnia liczba zdarzeń, 2. Średnia energia zdarzeń, 3. Średnia wartość amplitudy.

5 LABORATORYJNA METODA OCENY STANU STOŻKOWEGO WĘZŁA 169 Średnie energia zdarzeń ma duże tendencję malejącą i rosnącą dla rozpylaczy nowych, naprawionych i niesprawnych dlatego została wybrana spośród trzech badanych parametrów. Nowa koncepcja oceny stanu powierzchni z wykorzystaniem emisji akustycznej jest zasadna. Do jednoznacznej oceny stanu powierzchni stożkowej iglicy i gniazda rozpylacza wymagane jest dokładne. wyznaczenie kryterium oceny w oparciu o wartość parametru średniej energii zdarzeń EA. Na podstawie pilotowych badań autorzy widzą niezbędną potrzebę zwiększenia liczby pomiarów celem potwierdzenia przyjętej koncepcji oceny stanu powierzchni stożkowej iglicy i gniazda rozpylacza. Literatura Ranachowski Z., Bejger A.: Fault diagnostics of the fuel injection systemof medium power maritime Diesel Engine with application of acoustic sgnal, Archives of Acoustics 2005, 30, 4, Ranachowski Z.: Analiza impulsu w badaniach nieniszczących. Dwunaste seminarium IPPT PAN i Biuro Gamma, Zakopane, marca PN-EN :2002 Badania nieniszczące Emisja akustyczna Charakteryzowanie aparatury Część 2: Weryfikacja działania. Raunmiagi Z.: Weryfikacja przed naprawą rozpylaczy paliwowych zaworów wtryskowych silników wysokoprężnych. V Międzynarodowa Konferencja Naukowo-techniczna Explo- Ship, Kołobrzeg-Bornholm (Dania), Trevor J.H.: The Acoustic Emission & Ultrasonic Monitoring Handbook. First Edition. Copyright 2000 COXMOOR PUBLISHING COMPANY. Katalog firmy Bruel & Kjǽr. Praca zbiorowa pod red. Maleckiego I. i Ranachowskiego J.: Emisja Akustyczna. Źródła metody, zastosowanie. Wydanie IPPT PAN, Warszawa Ranachowski Z., Bejger A. :Fault diagnostic of the fuel injection system of a medium power maritime diesel engine with application of acoustic signal. Archives of Acoustic Vol.30, 4, PAN Warszawa 2005, pp Witrowej-Raicher D., Marzec A. (red): Jakość i Bezpieczeństwo Żywności-Nowoczesne metody analityczne w zapewnianiu jakości i bezpieczeństwa żywności. Rozdział 9. Ranachowski Z.: Emisja akustyczna w badaniach żywności.wydawnictwo SGGW, Warszawa 2008, THE LABORATORY METHOD OF CONICAL SURFACES STATE ASSESSMENT IN COMBUSTION SHIPPING ENGINES SPRAYERS Summary. In the paper a novel method of assessment of the surface state of pin seating interrconnection of Diesel engine injector is presented. Acoustic emission signal processing is applied to solve the goal. The described method is intended to improve the process of the monitoring of the quality degradation process of the key element of Diesel engine injector. Keywords: fuel nozzle, assessment, conical surface, acoustic emission.