METODA DIAGNOZOWANIA UKŁ ADU MECHANICZNEGO OKRĘ TOWEGO TURBINOWEGO SILNIKA SPALINOWEGO

Podobne dokumenty
WYKRYWANIE USZKODZEŃ W LITYCH ELEMENTACH ŁĄCZĄCYCH WAŁY

ANALIZA PRZYSPIESZEŃ DRGAŃ PODPÓR W RÓŻ NYCH STANACH PRACY SILNIKA LM 2500

WYZNACZENIE CHARAKTERYSTYK EKSPLOATACYJNYCH OKRĘ TOWEGO TURBINOWEGO SILNIKA SPALINOWEGO LM2500

ŚRODKI I URZĄDZENIA TRANSPORTU UKŁADY NAPĘDOWE STATKÓW MORSKICH

DIAGNOSTYKA ENDOSKOPOWA SILNIKÓW OKRĘ TOWYCH

I. KARTA PRZEDMIOTU CEL PRZEDMIOTU

I. KARTA PRZEDMIOTU CEL PRZEDMIOTU

OBLICZENIA SILNIKA TURBINOWEGO ODRZUTOWEGO (rzeczywistego) PRACA W WARUNKACH STATYCZNYCH. Opracował. Dr inż. Robert Jakubowski

CHARAKTERYSTYKI OKRĘ TOWYCH TURBINOWYCH SILNIKÓW SPALINOWYCH W STANACH PRACY USTALONEJ

Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie Laboratorium z Elektrotechniki z Napędami Elektrycznymi

Trójfazowe silniki indukcyjne. 1. Wyznaczenie charakterystyk rozruchowych prądu stojana i momentu:

Nr programu : nauczyciel : Jan Żarów

STANOWISKOWE BADANIE ZESPOŁU PRZENIESIENIA NAPĘDU NA PRZYKŁADZIE WIELOSTOPNIOWEJ PRZEKŁADNI ZĘBATEJ

Zmiana punktu pracy wentylatorów dużej mocy z regulowaną prędkością obrotową w obiektach wytwarzających energię cieplną lub elektryczną

Ćwiczenie 1b. Silnik prądu stałego jako element wykonawczy Modelowanie i symulacja napędu CZUJNIKI POMIAROWE I ELEMENTY WYKONAWCZE

ROZWIĄ ZANIE PROBLEMU NIEDOSTATECZNEJ MOŻ LIWOŚ CI OBCIĄŻANIA SILNIKA GTD-350 NA STANOWISKU LABORATORYJNYM

Temat /6/: DYNAMIKA UKŁADÓW HYDRAULICZNYCH. WIADOMOŚCI PODSTAWOWE.

MARINE GASTURBINES LM 2500 AS OBJECT OF EXPLOITATION S RESEARCH IN STEADY CONDITIONS OF WORK

Mgr inż. Marta DROSIŃSKA Politechnika Gdańska, Wydział Oceanotechniki i Okrętownictwa

Temat: Wpływ właściwości paliwa na trwałość wtryskiwaczy silników jachtów motorowych

Karta (sylabus) modułu/przedmiotu Transport Studia I stopnia

I. KARTA PRZEDMIOTU CEL PRZEDMIOTU

ZESZYTY NAUKOWE NR 5(77) AKADEMII MORSKIEJ W SZCZECINIE. Wyznaczanie granicznej intensywności przedmuchów w czasie rozruchu

Silniki prądu stałego. Wiadomości ogólne

LABORATORIUM PODSTAW ELEKTROTECHNIKI Badanie silnika bocznikowego prądu stałego

Mechanika i Budowa Maszyn Studia pierwszego stopnia

1. Wprowadzenie. 2. Klasyfikacja i podstawowe wskaźniki charakteryzujące pracę silników spalinowych. 3. Paliwa stosowane do zasilania silników

SPIS TREŚCI. Przedmowa... 8

Cieplne Maszyny Przepływowe. Temat 1 Wstęp. Część I Podstawy teorii Cieplnych Maszyn Przepływowych.

Układy napędowe maszyn - opis przedmiotu

BADANIA NAD MODYFIKOWANIEM WARUNKÓW PRACY ŁOŻYSK ŚLIZGOWYCH SILNIKÓW SPALINOWYCH

AUDYT NAPĘDU ELEKTRYCZNEGO

PRZEGLĄD KONSTRUKCJI JEDNOFAZOWYCH SILNIKÓW SYNCHRONICZNYCH Z MAGNESAMI TRWAŁYMI O ROZRUCHU BEZPOŚREDNIM

Przenośniki Układy napędowe

1. BADANIA DIAGNOSTYCZNE POJAZDU NA HAMOWNI PODWOZIOWEJ

OKREŚLENIE WPŁYWU WYŁĄCZANIA CYLINDRÓW SILNIKA ZI NA ZMIANY SYGNAŁU WIBROAKUSTYCZNEGO SILNIKA

Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie Laboratorium z Elektrotechniki z Napędami Elektrycznymi

Zakład Zastosowań Elektroniki i Elektrotechniki

SILNIK INDUKCYJNY KLATKOWY

OBLICZENIA SILNIKA TURBINOWEGO ODRZUTOWEGO (SILNIK IDEALNY) PRACA W WARUNKACH STATYCZNYCH

1. W zależności od sposobu połączenia uzwojenia wzbudzającego rozróżniamy silniki:

Trójfazowe silniki indukcyjne. serii dskgw do napędu organów urabiających kombajnów górniczych Wkładka katalogowa nr 11a

NC ER warunki działania w charakterze dostawców usług w zakresie obrony i odbudowy na podstawie umowy

Rozrusznik. Elektrotechnika w środkach transportu 85

ZAŁOŻENIA DO MODELOWANIA PROCESÓW GAZODYNAMICZNYCH W SPRĘŻARKACH SILNIKÓW TURBINOWYCH O ZMIENNEJ GEOMETRII KANAŁÓW PRZEPŁYWOWYCH

Ćwiczenie EA1 Silniki wykonawcze prądu stałego

BADANIE WRAŻ LIWOŚ CI WIBROAKUSTYCZNEJ SYMPTOMÓW MECHANICZNYCH USZKODZEŃ SILNIKÓW SPALINOWYCH

POPRAWA EFEKTYWNOŚCI ENERGETYCZNEJ UKŁADU NAPĘDOWEGO Z SILNIKIEM INDUKCYJNYM ŚREDNIEGO NAPIĘCIA POPRZEZ JEGO ZASILANIE Z PRZEMIENNIKA CZĘSTOTLIWOŚCI

Wymagania edukacyjne Technologia napraw zespołów i podzespołów mechanicznych pojazdów samochodowych

Ćwiczenie: "Silnik prądu stałego"

1. Wprowadzenie 1.1. Krótka historia rozwoju silników spalinowych

Maszyny Elektryczne i Transformatory sem. III zimowy 2012/2013

SPIS TREŚCI PRZEDMOWA WYKAZ WAŻNIEJSZYCH OZNACZEŃ 1. PODSTAWOWE INFORMACJE O NAPĘDZIE Z SILNIKAMI BEZSZCZOTKOWYMI 1.1. Zasada działania i

Wykład 2 Silniki indukcyjne asynchroniczne

Silniki prądu stałego

Napędy urządzeń mechatronicznych - projektowanie. Ćwiczenie 1 Dobór mikrosilnika prądu stałego z przekładnią do pracy w warunkach ustalonych

WERYFIKACJA MODELU DYNAMICZNEGO PRZEKŁADNI ZĘBATEJ W RÓŻNYCH WARUNKACH EKSPLOATACYJNYCH

WPŁYW ZMIAN USTAWIENIA ŁOPATEK KIEROWNICY SPRĘŻARKI OSIOWEJ NA PRACĘ TURBINOWEGO SILNIKA SPALINOWEGO

Określenie maksymalnego kosztu naprawy pojazdu

OCENA NIEZAWODNOŚCI EKSPLOATACYJNEJ AUTOBUSÓW KOMUNIKACJI MIEJSKIEJ

Spis treści. Przedmowa 11

Lp. Numer biuletynu Data zatwierdz. Dotyczy Uwagi 1 S/3614/E-1921/ Resursów układu napędowego śmigłowca W-3.

Opracować model ATP-EMTP silnika indukcyjnego i przeprowadzić analizę jego rozruchu.

Spis treści. 1. Badanie układu samodiagnostyki w silniku benzynowym typu Struktura systemu sterowania silnikiem benzynowym typu

1. Logika połączeń energetycznych.

SILNIK INDUKCYJNY KLATKOWY

PRACA RÓWNOLEGŁA PRĄDNIC SYNCHRONICZNYCH WZBUDZANYCH MAGNESAMI TRWAŁYMI

Wykaz ważniejszych oznaczeń Podstawowe informacje o napędzie z silnikami bezszczotkowymi... 13

Spis treści Przedmowa

ANALiZA WYKORZYSTANiA TERMOWiZJi DO OCENY PRZEBiEGU ROZRUCHU SiLNiKA TURBiNOWEGO NA POKŁADZiE ŚMiGŁOWACA

Niezawodność eksploatacyjna środków transportu

Straty mechaniczne tłokowych silników spalinowych

PORÓWNANIE ROZRUCHU PRZENOŚNIKA TAŚMOWEGO Z WYKORZYSTANIEM SILNIKÓW PIERŚCIENIOWYCH ORAZ SPRZĘGIEŁ HYDRODYNAMICZNYCH

Niezawodność i Diagnostyka

PROBLEMY NIEKONWENCJONALNYCH UKŁADÓW ŁOŻYSKOWYCH Łódź, maja 1997 r.

Konstrukcje Maszyn Elektrycznych

Rys. 1. Instalacja chłodzenia wodą słodką cylindrów silnika głównego (opis w tekście)

ELOKON Polska Sp. z o.o. Bezpieczeństwo pracy przemysłowych urządzeń do procesów cieplnych

MT 2 N _0 Rok: 1 Semestr: 1 Forma studiów:

Zespół B-D Elektrotechniki. Laboratorium Silników i układów przeniesienia

Badanie napędu z silnikiem bezszczotkowym prądu stałego

Silniki indukcyjne. Ze względu na budowę wirnika maszyny indukcyjne dzieli się na: -Maszyny indukcyjne pierścieniowe. -Maszyny indukcyjne klatkowe.

MODERNIZACJA NAPĘDU ELEKTRYCZNEGO WIRÓWKI DO TWAROGU TYPU DSC/1. Zbigniew Krzemiński, MMB Drives sp. z o.o.

9.Tylko jedna odpowiedź jest poprawna. 10. Wybierz właściwą odpowiedź i zamaluj kratkę z odpowiadającą jej literą np., gdy wybrałeś odpowiedź A :

Dobór silnika serwonapędu. (silnik krokowy)

Temat: Silniki komutatorowe jednofazowe: silnik szeregowy, bocznikowy, repulsyjny.

Ćwiczenie M 1 - protokół. Badanie maszyn prądu stałego: silnika bocznikowego i prądnicy obcowzbudnej

Ćwiczenie 1 Dobór mikrosilnika prądu stałego do napędu bezpośredniego przy pracy w warunkach ustalonych

POMIARY OPORÓW WEWNĘ TRZNYCH SILNIKA SPALINOWEGO

2.2. Metoda przez zmianę strumienia magnetycznego Φ Metoda przez zmianę napięcia twornika Układ Ward-Leonarda

Zespół B-D Elektrotechniki

ELASTYCZNOŚĆ SILNIKA ANDORIA 4CTI90

Przetworniki Elektromaszynowe st. n.st. sem. V (zima) 2016/2017

PORÓWNANIE SILNIKA INDUKCYJNEGO ORAZ SYNCHRONICZNEGO Z MAGNESAMI TRWAŁYMI I ROZRUCHEM BEZPOŚREDNIM - BADANIA EKSPERYMENTALNE

Badanie charakterystyk turbiny wiatrowej w funkcji prędkości wiatru

Charakterystyki prędkościowe silników spalinowych

Rodzaj nadawanych uprawnień: obsługa, konserwacja, remont, montaż, kontrolnopomiarowe.

2. Klasyfikacja i podstawowe wskaźniki charakteryzujące pracę silników spalinowych

AUTOMATYKA I STEROWANIE W CHŁODNICTWIE, KLIMATYZACJI I OGRZEWNICTWIE L2 STEROWANIE INWERTEROWYM URZĄDZENIEM CHŁODNICZYM W TRYBIE P

DIAGNOSTYKA INTENSYWNOŚCI ZUŻYCIA OLEJU SILNIKOWEGO W CZASIE EKSPLOATACJI

Transkrypt:

ZESZYTY NAUKOWE AKADEMII MARYNARKI WOJENNEJ ROK XLV NR 3 (158) 2004 Adam Charchalis Bogdan Pojawa METODA DIAGNOZOWANIA UKŁ ADU MECHANICZNEGO OKRĘ TOWEGO TURBINOWEGO SILNIKA SPALINOWEGO STRESZCZENIE W referacie przedstawiono wyniki badań układów rozruchowych okrętowych turbinowych silników spalinowych. Obejmowały one identyfikację oraz analizę niezawodnościową obiektu badań, badania wstępne, badania rozruszników, wybór symptomów diagnostycznych oraz analizę ich trendu w czasie eksploatacji na przykładzie silnika uszkodzonego i nieuszkodzonego. Wyniki pozwoliły opracować metodę diagnozowania układów rozruchowych okrętowych turbinowych silników spalinowych. WSTĘP W procesie eksploatacji okrętowych turbinowych silników spalinowych ważną rolę odgrywają ich układy rozruchowe. Dobry stan techniczny tych układów ma wpływ na niezawodność uruchamianych silników, a co za tym idzie na gotowość bojową okrętu. Jak wykazały badania literaturowe, problematyka związana z eksploatacją i diagnostyką układów rozruchowych tego typu silników nie jest w pełni rozpoznana. Potrzeba diagnozowania układów rozruchowych okrętowych turbinowych silników spalinowych była zatem inspiracją do przeprowadzenia badań mających na celu opracowanie metody ich diagnozowania. Każdy układ rozruchowy silnika turbinowego niezależnie od jego typu (rys. 1.) składa się z następujących elementów: układu mechanicznego wytwornicy spalin silnika turbinowego ze sprzęgłem samorozłączającym, rozrusznika, instalacji zasilania rozrusznika, instalacji paliwowej wraz z instalacją zapłonową oraz układu automatyki. 5

Adam Charchalis, Bogdan Pojawa UKŁAD ROZRUCHOWY UKŁAD MECHANICZNY WYTWORNICY SPALIN OTSS ROZRUSZNIK INSTALACJA ZASILANIA ROZRUSZNIKA INSTALACJA ZAPŁONOWA INSTALACJA PALIWOWA AUTOMATYKA ROZRUCHU BLOK ZABEZPIECZEŃ Rys. 1. Schemat układu rozruchowego okrętowego turbinowego silnika spalinowego Przyjmując układ rozruchowy za klasyczny układ energetyczny [1, 8], w którym z jednej strony występuje rozrusznik wraz z instalacją jego zasilania, a z drugiej układ mechaniczny wytwornicy spalin silnika turbinowego, to dla takiego układu w stanie ustalonym elektrycznego obracania można dokonać bilansu energetycznego, w którym występować będzie moment obrotowy dostarczany od rozrusznika, a jednocześnie moment oporowy pochodzący od układu mechanicznego. Wzrost oporów w układzie mechanicznym silnika turbinowego, wynikający z jego naturalnego starzenia się lub w wyniku występujących w nim uszkodzeń, spowoduje wzrost dostarczanego momentu obrotowego pochodzącego od rozrusznika niezbędnego do zachowania wymaganych parametrów kontrolnych w tym procesie [1, 2, 9, 10]. Można zatem uznać, że ocenę stanu technicznego układu kinematycznego da się przeprowadzić w sposób pośredni, tzn. na podstawie parametrów kontrolnych rozrusznika zarejestrowanych podczas jego pracy w stanie ustalonym elektrycznego obracania, przy założeniu, że znany jest jego stan techniczny [7]. Elektryczne obracanie jest jednym z wariantów pracy układu rozruchowego, w którym nie występuje proces spalania paliwa w komorze spalania silnika. Fakt ten pozwala założyć, że kolejne elektryczne obracania można uważać za porównywalne. CEL I OBIEKT BADAŃ Przeprowadzone badania miały na celu wykazanie zależności między zmianą stanu technicznego układu mechanicznego wytwornicy spalin silnika turbinowego 6 Zeszyty Naukowe AMW

Metoda diagnozowania układu mechanicznego okrętowego turbinowego silnika spalinowego a zmianą ustalonych wartości parametrów kontrolnych pracy układu rozruchowego w wariancie elektrycznego obracania wirników oraz opracowanie metody jego diagnozowania. Badania dotyczyły elektrycznych układów rozruchowych okrętowych turbinowych silników spalinowych wchodzących w skład układu napędowego M-15 okrętów projektu 1241 RE (rys. 2.). Silniki te są konstrukcji trójwirnikowej z dwuwirnikową wytwornicą spalin. Charakterystyczne dla tej konstrukcji jest współosiowe ułożenie wałów wirników niskiego i wysokiego ciśnienia. Wał wirnika niskiego ciśnienia ułożony jest wewnątrz drążonego wału wirnika wysokiego ciśnienia. Do łożyskowania wirników silnika zastosowano łożyska toczne. POWIETRZE SPALINY KANAŁ DOLOTOWY POWIETRZA KANAŁ WYLOTOWY SPALIN Ut It Uwz Iwz nsnc Mroz n roz nswc WYTWORNICA SPALIN TURBINA NAPĘDOWA PALIWO KS PRZEKŁADNIA REDUKCYJNA SNC SWC TWC TNC TN ROZRUSZNIK LINIA WAŁU NAPĘDOWEGO ZESPÓŁ PROSTOWNIKOWY ~ 380 V, 50 Hz OKRĘTOWA SIEĆ ENERGETYCZNA Rys. 2. Schemat elektrycznego układu rozruchowego okrętowego turbinowego silnika spalinowego: SNC, SWC odpowiednio: sprężarka niskiego i wysokiego ciśnienia; TNC, TWC odpowiednio: turbina niskiego i wysokiego ciśnienia; TN turbina napędowa; I t prąd twornika; I wz prąd wzbudzenia; U t napięcie twornika; U wz napięcie wzbudzenia; M roz moment obrotowy rozrusznika; n roz prędkość obrotowa rozrusznika 3 (158) 2004 7

Adam Charchalis, Bogdan Pojawa Podczas pracy układu rozruchowego zespół prostownikowy zasila rozrusznik będący silnikiem elektrycznym prądu stałego o wzbudzeniu szeregowo- -równoległym. Rozrusznik przekazuje moment obrotowy na wieniec wirnikowy wysokiego ciśnienia. Wirnik napędzany od rozrusznika przekazuje moment obrotowy za pomocą skrzynek napędowych wszystkim mechanizmom pomocniczym niezbędnym do zapewnienia prawidłowej pracy silnika turbinowego. Automatyka zespołu prostownikowego ma za zadanie utrzymanie wymaganych parametrów kontrolnych rozruchu, ich rejestrację oraz wyłączenie układu rozruchowego w przypadku przekroczenia parametrów kontrolnych rozruchu poza dopuszczalny przedział ich wartości. Układ rozruchowy zapewnia następujące warianty pracy: rozruch gorący, rozruch pozorny i elektryczne obracanie. Podczas pracy układu rozruchowego w rzeczywistych warunkach siłowni okrętowej jest możliwość rejestracji napięcia i prądu w obwodzie twornika, napięcia w obwodzie wzbudzenia oraz prędkości obrotowych wirników niskiego i wysokiego ciśnienia. Przebiegi czasowe tych wielkości w procesie elektrycznego obracania przedstawia rysunek 3. W owych przebiegach można wyróżnić trzy charakterystyczne etapy: pokonanie bezwładności wirników i wprawienie ich w ruch obrotowy, stan ustalony oraz wyłączenie rozrusznika i wybieg tychże wirników. Przebieg momentu obrotowego rozrusznika w procesie elektrycznego obracania może być zmierzony lub wyznaczony na drodze obliczeń analitycznych. Silniki turbinowe nie są wyposażone w momentomierze umożliwiające pomiar momentu rozruchowego, jednak istnieje możliwość jego wyznaczenia na podstawie parametrów kontrolnych pracy układu rozruchowego. n SNC, n SWC, I t, U t, U wz 1,0 I II III 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 n SNC n SWC Ut Uwz It 0,2 0,1 0,0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 czas [s] Rys. 3. Przebieg parametrów kontrolnych w procesie elektrycznego obracania 8 Zeszyty Naukowe AMW

Metoda diagnozowania układu mechanicznego okrętowego turbinowego silnika spalinowego WYNIKI BADAŃ W prowadzonych badaniach w pierwszej kolejności dokonano analizy uszkodzeń występujących w procesie eksploatacji obiektu badań oraz możliwości ich naprawy. Wyniknęło z niej, że przeprowadzenie regulacji bądź wymiany podzespołów w instalacji zasilania rozrusznika lub układzie automatyki w pełni przywraca zdatność eksploatacyjną układu rozruchowego. Dotyczy to również rozrusznika. Czynności te mogą być wykonane z powodzeniem przez załogę i nie są bardzo kosztowne. Inaczej wygląda to w odniesieniu do układu mechanicznego wytwornicy spalin, który jest nieodłącznym elementem struktury konstrukcyjnej silnika, w szczególności węzłów łożyskowych. Koszt i zakres czynności związanych z naprawą układu mechanicznego różni się od wcześniej wymienionych elementów układu rozruchowego. Poza tym, może ją przeprowadzić tylko zakład wytwórczy (często poza granicami kraju), dlatego w warunkach eksploatacji jest to problem bardzo poważny. W prowadzonych badaniach przyjęto zatem, że stan techniczny instalacji zasilania rozrusznika jest znany, a zmianie ulega jedynie stan techniczny układu mechanicznego wytwornicy spalin silnika turbinowego, spowodowany procesami naturalnego zużywania się lub wystąpieniem w nim nagłych uszkodzeń. Niesprawności układu mechanicznego mogą wynikać z wielu przyczyn, do głównych należą: błędy popełnione w procesie produkcji oraz montażu; niewłaściwe warunki pracy układów trybologicznych; wyłączenie z pracy silnika turbinowego pracującego na wysokim obciążeniu, w wyniku zadziałania automatyki zabezpieczeń; uszkodzenia mechanizmów pomocniczych; nadmierne obciążenia dynamiczne podczas wykonywania powtórnego rozruchu silnika przed całkowitym zatrzymaniem się wirnika napędzanego od rozrusznika. Następstwem wspomnianych przypadków są niewyważenia oraz utrata współosiowości wirników silnika, jak również zwiększone naciski jednostkowe w łożyskach powodujące ich późniejsze uszkodzenia. W dalszej kolejności przeprowadzono badania wstępne rozruszników w rzeczywistych warunkach siłowni okrętowej mających na celu wykazanie zmian 3 (158) 2004 9

Adam Charchalis, Bogdan Pojawa w przebiegu parametrów kontrolnych elektrycznego obracania, ze względu na zakłócenia występujące podczas pracy układu rozruchowego, do których należą: zmiana stanu technicznego układu mechanicznego wytwornicy spalin; zmiana stanu cieplnego silnika turbinowego; zmiana stanu cieplnego rozrusznika spowodowana wielokrotnymi następującymi po sobie elektrycznymi obracaniami; zmiana parametrów otoczenia. Przeprowadzone eksperymentalne badania wstępne wykazały [5, 6], że największy wpływ na zmianę przebiegu tych parametrów ma zmiana stanu technicznego układu mechanicznego. Najbardziej czułymi parametrami na zmianę stanu są napięcie wzbudzenia U wz, moment obrotowy rozrusznika M roz oraz prędkości obrotowe wirników niskiego n SNC i wysokiego ciśnienia n SWC. Na przebieg parametrów kontrolnych elektrycznego obracania ma również wpływ stan cieplny silnika turbinowego, jednak aby go pominąć, dalsze badania układów rozruchowych prowadzono tylko z wykorzystaniem silników, których stan cieplny zdefiniowany był jako zimny. Jeżeli chodzi o wpływ stanu cieplnego rozrusznika oraz zmiany zewnętrznych parametrów otoczenia, to nie mają one istotnego wpływu na przebieg parametrów kontrolnych elektrycznego obracania. Badania wstępne pozwoliły również na ocenę możliwości zrealizowania postawionego celu badań. Zakładając, że ocenę stanu technicznego układu mechanicznego można przeprowadzić w sposób pośredni, tzn. na podstawie parametrów kontrolnych rozrusznika zarejestrowanych podczas jego pracy w stanie ustalonym elektrycznego obracania, przy założeniu, że znany jest jego stan techniczny, w dalszej kolejności należało przeprowadzić badania rozruszników [4]. Miały one na celu: określenie wpływu liczby wykonanych cykli rozruchowych przez rozrusznik na jego stan techniczny, przy założeniu, że na jego stan ma głównie wpływ liczba wykonanych przez niego cykli rozruchowych; opracowanie modelu matematycznego przebiegu momentu obrotowego rozrusznika w procesie elektrycznego obracania na podstawie parametrów kontrolnych tego procesu. Do kompleksowych badań rozruszników wytypowano sześć losowo wybranych rozruszników o różnej liczbie wykonanych cykli rozruchowych, w tym dwóch rozruszników nowych. W celu wykonania badań zaprojektowano oraz wykonano laboratoryjne stanowisko hamowniane, przeznaczone do badań charakterystyk 10 Zeszyty Naukowe AMW

Metoda diagnozowania układu mechanicznego okrętowego turbinowego silnika spalinowego mechanicznych rozruszników silników turbinowych, oraz skonstruowano specjalną wersję momentomierza wchodzącego w skład tego stanowiska. Specjalna konstrukcja momentomierza wynika z tego, że ma on specjalne kołnierze, które umożliwiają jego wykorzystanie zarówno podczas badań laboratoryjnych, jak i w warunkach rzeczywistych, kiedy z jednej strony można go podłączyć do skrzynki napędowej silnika, a z drugiej strony podłączyć do niego rozrusznik. Poza tym momentomierz umożliwia jednoczesny pomiar momentu i prędkości obrotowej rozrusznika. Określenia stanu technicznego badanych rozruszników dokonano na podstawie porównania ich charakterystyk mechanicznych (rys. 4.). Z przebiegu tych charakterystyk wynika, że przy eksploatacji rozruszników zgodnie z instrukcją, liczba wykonanych cykli rozruchowych nie powoduje znacznego odchylenia charakterystyk rozruszników starych od charakterystyk rozruszników nowych. prędkość obrotowa rozrusznika [obr/min] 4800 4700 4600 4500 4400 4300 4200 4100 4000 3900 3800 nroz (rozrusznik 1) nroz (rozrusznik 2) nroz (rozrusznik 3) nroz (rozrusznik 4) nroz (rozrusznik 5) nroz (rozrusznik 6) 3700 3600 3500 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 moment obrotowy rozrusznika [Nm] Rys. 4. Przebieg aproksymowanych charakterystyk mechanicznych wytypowanych rozruszników W dalszej kolejności opracowano model matematyczny przebiegu momentu obrotowego rozrusznika w procesie elektrycznego obracania na podstawie parametrów kontrolnych tego procesu, który przedstawia zależność: 3 (158) 2004 11

Adam Charchalis, Bogdan Pojawa M roz 1,711 60 U t ( t) 0,015 I t ( t) (579,26[ I t ( t)] ) I t ( t) ( t) = I t ( t), 2π n ( t) gdzie: M roz moment obrotowy rozrusznika; I t prąd twornika; U t napięcie twornika; n roz prędkość obrotowa rozrusznika; R t rezystancja twornika; R p rezystancja przejścia. W celu sprawdzenia adekwatności opracowanego modelu poddano go testom statystycznym polegającym na wyznaczeniu współczynnika korelacji liniowej pomiędzy wynikami pomiarów bezpośrednich (dokonanych za pomocą momentomierza) i obliczeń na podstawie opracowanego modelu (rys. 5.). roz moment obrotowy rozrusznika M roz [Nm] 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 Mroz pom (elektryczne obracanie) Mroz oblicz (elektryczne obracanie) Mroz pom (rozruch gorący) Mroz oblicz (rozruch gorący) stan ustalony 0,1 0,0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 czas [s] Rys. 5. Wyniki badań adekwatności opracowanego modelu matematycznego przebiegu momentu obrotowego rozrusznika dla elektrycznego obracania i rozruchu gorącego 12 Zeszyty Naukowe AMW

Metoda diagnozowania układu mechanicznego okrętowego turbinowego silnika spalinowego W wyniku przeprowadzenia badań otrzymano współczynnik korelacji liniowej dla elektrycznego obracania równy 0,964. Dodatkowo to samo wykonano dla przebiegu momentu obrotowego podczas rozruchu gorącego, otrzymując wartość współczynnika korelacji liniowej równą 0,992. Widok momentomierza podłączonego do skrzynki napędowej silnika turbinowego podczas badań rozruszników na okręcie przedstawia rysunek 6. 1 2 3 Rys. 6. Widok momentomierza podłączonego do skrzynki napędowej silnika turbinowego podczas badań rozruszników na okręcie: 1 rozrusznik; 2 momentomierz Mt-200; 3 łoże ustalające Z wyników przeprowadzonych badań można wnioskować, że opracowany model pozwoli w sposób przybliżony, ale z wystarczającą w aplikacjach inżynierskich dokładnością, opisywać przebieg momentu obrotowego rozrusznika podczas elektrycznego obracania wirników wytwornicy spalin badanych silników turbinowych. Końcowym etapem badań był wybór i analiza trendu wybranych symptomów diagnostycznych zmiany stanu technicznego układu mechanicznego wytwornicy spalin silnika turbinowego. Wyboru symptomów dokonano spośród ustalonych wartości parametrów kontrolnych elektrycznego obracania. 3 (158) 2004 13

Adam Charchalis, Bogdan Pojawa Dysponując modelem matematycznym przebiegu momentu obrotowego rozrusznika oraz rejestracjami parametrów kontrolnych elektrycznego obracania zawartych w bazie danych Bazowego Systemu Diagnostycznego [3], można było odtworzyć trend zmian stanu technicznego układu mechanicznego wytwornicy spalin w czasie życia jednego z silników. Należy nadmienić, że w badaniach silników turbinowych eksploatowanych na okrętach wojennych możliwy jest jedynie eksperyment bierny i analiza trendu symptomów diagnostycznych w czasie ich eksploatacji. Analizę przeprowadzono dla jednego z eksploatowanych silników, który uległ uszkodzeniu, a jego eksploatacja została wstrzymana. Był nim silnik turbinowy marszowy kombinowanego układu napędowego COGAG, w którym nastąpiło uszkodzenie łożyska tylnej podpory turbiny niskiego ciśnienia. Lokalizację uszkodzenia przeprowadzono w oparciu o wielosymptomową analizę diagnostyczną [3]. Dodatkowo w celu odniesienia się podczas tej analizy do silnika nieuszkodzonego wykonano analizę trendów wybranych symptomów diagnostycznych dla drugiego silnika marszowego, który wchodził w skład tego samego układu napędowego okrętu co silnik uszkodzony. Jest to o tyle istotne, że zakresy obciążeń tych silników oraz charakter ich eksploatacji były takie same. Największą wrażliwość na zmianę stanu technicznego wykazały: napięcie wzbudzenia U wz, moment obrotowy rozrusznika M roz oraz prędkość obrotowa rozrusznika n roz. Wyniki analizy symptomów diagnostycznych wrażliwych na zmianę stanu technicznego układu mechanicznego wytwornicy spalin badanych silników w czasie ich eksploatacji przedstawiają rysunki 7., 8. i 9. 33 32 U wz (silnik nieuszkodzony) U wz (silnik uszkodzony) 31 Napięcie wzbudzena U wz [V] 30 29 28 27 26 25 24 23 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500 2600 czas eksploatacji [h] Rys. 7. Przebieg ustalonych wartości napięcia wzbudzenia U wz podczas elektrycznego obracania w czasie eksploatacji rozpatrywanych silników turbinowych 14 Zeszyty Naukowe AMW

Metoda diagnozowania układu mechanicznego okrętowego turbinowego silnika spalinowego prędkość obrotowa rozrusznika n roz [obr/min] 4200 4150 4100 4050 4000 3950 3900 3850 3800 3750 n roz (silnik nieuszkodzony) n roz (silnik uszkodzony) 3700 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500 2600 czas eksploatacji [h] Rys. 8. Przebieg ustalonych wartości prędkości obrotowej rozrusznika n roz podczas elektrycznego obracania w czasie eksploatacji rozpatrywanych silników turbinowych moment obrotowy rozrusznika M roz [Nm] 67 66 65 64 63 62 61 60 59 58 57 56 55 M roz (silnik nieuszkodzony) M roz (silnik uszkodzony) 54 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500 2600 czas eksploatacji [h] Rys. 9. Przebieg ustalonych wartości momentu obrotowego rozrusznika M roz podczas elektrycznego obracania w czasie eksploatacji rozpatrywanych silników turbinowych 3 (158) 2004 15

Adam Charchalis, Bogdan Pojawa Z charakteru tych przebiegów wynika, że dla obu rozpatrywanych silników turbinowych symptomy stanu technicznego układów mechanicznych wytwornicy spalin w czasie ich eksploatacji w sposób ciągły ulegają zmianie. Dynamika zmian symptomów jest różna, w zależności od tego czy występuje zużycie eksploatacyjne, czy też degradacja stanu spowodowana jest uszkodzeniem istotnych elementów układu mechanicznego silnika. Wyniki przeprowadzonych badań umożliwiły opracowanie metodyki oceny stanu technicznego układu mechanicznego wytwornicy spalin silnika turbinowego na podstawie ustalonych wartości parametrów kontrolnych elektrycznego obracania. WNIOSKI KOŃCOWE Przeprowadzone badania wykazały, że istnieje zależność między zmianą stanu technicznego układu mechanicznego wytwornicy spalin silnika turbinowego a mierzonymi wartościami parametrów kontrolnych elektrycznego obracania. Tym samym wykazano, że parametry pracy układu rozruchowego mogą być nośnikami informacji diagnostycznej. Największą wrażliwość na zmianę stanu technicznego wykazały napięcie wzbudzenia U wz, moment obrotowy rozrusznika M roz oraz prędkość obrotowa rozrusznika n roz. Wartości tych parametrów w stanie ustalonym elektrycznego obracania stanowić mogą symptomy diagnostyczne, charakteryzujące ogólny stan techniczny układu mechanicznego wytwornicy spalin silnika turbinowego w procesie jego eksploatacji. Z analizy przebiegu trendów tych symptomów wynika potrzeba prowadzenia systematycznych badań diagnostycznych. Model matematyczny, opracowany podczas badań, z wystarczającą dokładnością opisuje przebieg momentu obrotowego rozrusznika w procesie elektrycznego obracania. Został on zweryfikowany na podstawie pomiaru momentu obrotowego rozrusznika, za pomocą specjalnie skonstruowanego momentomierza. Zaproponowana metoda diagnozowania układu rozruchowego w dużym stopniu obniża koszty badań, gdyż umożliwia diagnozowanie układu kinematycznego wytwornicy spalin silnika turbinowego bez konieczności gorącego uruchamiania silnika i jego pracy na obciążeniach. 16 Zeszyty Naukowe AMW

Metoda diagnozowania układu mechanicznego okrętowego turbinowego silnika spalinowego BIBLIOGRAFIA [1] Cannon R. H. jr., Dynamika układów fizycznych, Wydawnictwa Naukowo- -Techniczne, Warszawa 1973. [2] Cempel C., Tomaszewski F., Diagnostyka maszyn, Międzyresortowe Centrum Naukowe Eksploatacji Majątku Trwałego, Radom 1992. [3] Charchalis A. i in., Sprawozdania z badań diagnostycznych turbinowych silników spalinowych eksploatowanych na okrętach MW RP, prace badawcze AMW, Gdynia 1986 1998. [4] Charchalis A., Pojawa B., Ocena charakterystyk mechanicznych rozruszników elektrycznych okrętowych turbinowych silników spalinowych, XXX Ogólnopolskie Sympozjum Diagnostyka Maszyn, Węgierska Górka 2003. [5] Charchalis A., Pojawa B., Wpływ pogorszenia się stanu technicznego okrętowego turbinowego silnika spalinowego na jego charakterystyki rozruchowe, XXVII Ogólnopolskie Sympozjum Diagnostyka Maszyn, Węgierska Górka 2000. [6] Charchalis A., Pojawa B., Wpływ stanu cieplnego okrętowego turbinowego silnika spalinowego na jego charakterystyki rozruchowe, IV Sympozjum Naukowo-Techniczne pt. Silniki w zastosowaniach wojskowych, Jurata 1999. [7] Charchalis A., Pojawa B., Wstępne założenia diagnozowania układu rozruchowego okrętowego turbinowego silnika spalinowego, II Międzynarodowy Kongres Diagnostyki Technicznej, Warszawa 2000. [8] Kowalowski H., Maszyny i napędy elektryczne, PWN, Warszawa 1975. [9] Orłowski Z., Diagnostyka w życiu turbin parowych, Wydawnictwa Naukowo- -Techniczne, Warszawa 2001. [10] Sitnik L., Kinetyka zużycia, PWN, Warszawa 1998. ABSTRACT The paper present the results of investigations into start-up systems used in marine turbine internal combustion engines. They included identification and reliability analysis of the object investigated, initial investigations, investigations of starters, selection of diagnostic 3 (158) 2004 17

Adam Charchalis, Bogdan Pojawa symptoms and their trends analysis during exploitation, based on an example of a damaged and non-damaged engine. The results were used to develop the method for diagnosing start-up systems in marine turbine internal combustion engines. Recenzent kmdr dr hab. inż. Zbigniew Korczewski 18 Zeszyty Naukowe AMW