Le système de turbocompression séquentielle du moteur diesel peut résoudre efficacement le problème de correspondance entre le moteur diesel et le turbocompresseur à basse vitesse et à faible charge, et améliorer efficacement les performances de puissance, l'économie et les caractéristiques d'émission du moteur diesel dans de faibles conditions de fonctionnement. Il est largement utilisé dans les moteurs diesel de propulsion des navires.
Cet article présente la structure et les caractéristiques associées du système de suralimentation séquentielle d'un certain type de moteur diesel marin. Sur la base des défauts courants accumulés lors des tests de maintenance à long terme de ce type de moteur, il résume, généralise et étudie les solutions, et propose des mesures pertinentes.
Cet article a une valeur de référence significative pour le processus de maintenance et de réparation de ce type de système de suralimentation séquentielle, ainsi que pour l'élimination de défauts similaires.
I. Structure, processus de travail et caractéristiques du système de suralimentation séquentielle
La turbocompression séquentielle des moteurs diesel fait référence à la configuration dans laquelle un seul moteur diesel est équipé de deux ou plusieurs turbocompresseurs connectés en parallèle, ainsi que des systèmes d'échappement et d'admission du moteur diesel du navire pour former un système de turbocompression. Tous les turbocompresseurs fonctionnent selon une certaine logique soit de manière séquentielle, soit simultanément. On l’appelle également turbocompression séquentielle.
En raison de l'excellente performance, puissance et économie des turbocompresseurs séquentiels, ils sont largement utilisés dans les moteurs diesel et -de grande puissance pour les navires à charges variables.
1. Structure et processus de boosting successif
En prenant comme exemple le système de suralimentation séquentielle d'un certain type de moteur diesel marin, nous présenterons la structure du système de suralimentation séquentielle.
Ce type de moteur diesel est équipé de deux turbocompresseurs identiques, produits par une entreprise nationale. À condition que la structure du moteur diesel et du système de suralimentation restent fondamentalement inchangées, ce système de suralimentation séquentielle est conçu pour répondre à diverses conditions de fonctionnement du navire. Il utilise l'un des turbocompresseurs pour fonctionner à charges partielles, en s'adaptant aux conditions de charge partielle, de sorte que le moteur diesel ait un coefficient d'excès d'air de combustion élevé et le couple maximum possible.
Lors de l'entrée dans une condition de charge élevée-, le turbocompresseur contrôlé (le deuxième) est mis en service.
Figure 1 : Schéma de structure du système de suralimentation séquentielle pour moteurs diesel
Sa structure est illustrée à la figure 1. Une fois le moteur diesel démarré avec succès, le booster TCA de la colonne A fonctionne immédiatement, tandis que le booster TCB de la colonne B ne fonctionne pas. Ainsi, tous les gaz d'échappement des colonnes A et B sont amenés de manière centralisée au surpresseur TCA dans la colonne A, entraînant la rotation de la turbine du surpresseur TCA. Le booster TCA comprime ensuite l'air et le pompe dans le refroidisseur intermédiaire. L'air comprimé est refroidi par le refroidisseur intermédiaire et pénètre uniformément dans les cylindres des colonnes A et B.
Le booster TCB dans la colonne B est un booster contrôlé, principalement contrôlé par la vanne d'air et la vanne de gaz pour réaliser le contrôle start-arrêt du booster contrôlé. La vanne de gaz contrôle la connexion et la déconnexion entre le tuyau d'échappement de la colonne B et l'extrémité turbine du TCB, tandis que la vanne d'air contrôle la connexion et la déconnexion entre le compresseur du TCB et le tuyau d'admission de la colonne B. Lorsque la vitesse, la charge et la pression de suralimentation augmentent, le système de contrôle STC (Sequential Turbocharger System) ouvrira automatiquement la vanne de gaz et la vanne d'air respectivement, et le booster contrôlé TCB sera mis en service.
Le processus ci-dessus montre que les suralimentations successives de ce type de moteur diesel peuvent être considérées comme un système de suralimentation à surface variable non -continue-.
À des charges élevées, les deux boosters fonctionnent simultanément ;
À faibles charges, le surpresseur TCB cesse de fonctionner, ce qui équivaut à réduire la zone d'écoulement de la tuyère de la turbine, de sorte qu'il existe toujours une pression relativement élevée avant et après la turbine, générant une pression de suralimentation plus élevée, répondant aux exigences de volume d'admission d'air lorsque le moteur diesel fonctionne à basse vitesse et à couple élevé.
2. Les caractéristiques de ce type de suralimentation séquentielle
(1) Le moteur diesel et le système de suralimentation séquentielle ont de bonnes caractéristiques de correspondance.
La bonne adéquation se manifeste spécifiquement comme suit : dans n'importe quelle condition de charge, en ajustant la pression d'air et le débit entrant et sortant du compresseur et du moteur diesel, le système de suralimentation séquentielle peut toujours fonctionner efficacement. La réponse transitoire est rapide, la suralimentation à basse vitesse-est suffisante, la vitesse élevée-ne surchauffe pas et ne survit pas, l'accélération est rapide et aucune fumée noire n'est émise. Le taux de consommation de carburant, la température des gaz d'échappement, les émissions, etc. du moteur diesel atteignent tous l'état optimal.
(2) Le système de suralimentation séquentielle permet au moteur diesel marin d'avoir une excellente économie de carburant et un excellent rendement dans des conditions de faible -charge, ainsi que des performances de puissance et une stabilité élevées dans des conditions de -charge élevée.
Le fonctionnement d'un moteur diesel marin pendant la navigation nécessite qu'il fonctionne dans diverses conditions de charge, et des commutations fréquentes de la charge du moteur sont nécessaires. Un système de turbocompression séquentielle bien adapté permet au moteur diesel marin de répondre à ces exigences.
(3) Le système de suralimentation séquentielle est relativement complexe.
Ce système de suralimentation nécessite l'ajout d'un ensemble de surpresseurs de contrôle (TCB) pour les vannes de régulation de gaz et d'air ainsi qu'un système de contrôle. Cela augmente le nombre de points de défaillance et les taux de défaillance, ainsi que les coûts de maintenance.
De plus, pendant le processus de conception, des calculs de correspondance précis pour les surpresseurs et le débit et la pression d'admission et d'échappement du moteur diesel sont nécessaires, et le calendrier de fonctionnement des surpresseurs contrôlés TCB doit être déterminé.
II. Défauts courants et analyse des causes
1. Surtension du turbocompresseur
La surtension du turbocompresseur fait référence au phénomène dans lequel la vitesse de rotation du turbocompresseur reste constante, mais si le débit d'air entrant dans le compresseur du turbocompresseur diminue jusqu'à un certain niveau, la direction du gaz entrant dans la turbine et le diffuseur du compresseur s'écarte de la valeur optimale, provoquant des fluctuations importantes de la pression du gaz à l'intérieur du compresseur. Le turbocompresseur entre dans un état de fonctionnement instable et émet des bruits de rugissement ou de respiration sifflante à l'extrémité du turbocompresseur.
Ce défaut se produit fréquemment dans les moteurs diesel marins équipés de systèmes de suralimentation séquentielle. Les surtensions peuvent accélérer les dommages causés par la fatigue des pièces internes telles que les pales ou accélérer l'expansion des fissures existantes. Dans les cas graves, cela peut entraîner la destruction du turbocompresseur.
Les surtensions des moteurs diesel marins se produisent fréquemment dans les systèmes de suralimentation séquentielle. Ce système se compose d'un système complexe d'admission et d'échappement de moteur diesel, de turbocompresseurs et de systèmes d'admission et d'échappement. Il y a plusieurs raisons principales à cela.
(1) Volume d'air d'admission insuffisant ou irrégulier du turbocompresseur
Pour certaines raisons, le volume d'air d'admission à l'extrémité compresseur du turbocompresseur du moteur diesel est insuffisant ou irrégulier. Cela provoquera des tourbillons d’air ou une pression instable à l’entrée et à la sortie du compresseur, entraînant une surtension du turbocompresseur.
De plus, les buses de turbine du turbocompresseur ont tendance à être obstruées par de la saleté ou des corps étrangers pendant le fonctionnement. Cela entraînera le passage de l'air dans les aubes de la turbine d'un flux laminaire à un flux turbulent, modifiant l'angle d'impact optimal sur les aubes de la turbine et provoquant également une surtension dans le turbocompresseur.
(2) Régime du moteur diesel instable ou puissance de sortie inégale de chaque cylindre
Si le régime du moteur diesel fluctue, l'énergie du gaz poussant la turbine du turbocompresseur devient discontinue, ce qui conduit à un fonctionnement instable du turbocompresseur et provoque un mauvais débit d'air côté compresseur. En conséquence, une surtension du turbocompresseur se produit.
De plus, lorsque le moteur diesel de ce type de navire fonctionne à faible régime, il arrive souvent que certains cylindres ne s'enflamment pas. Cela réduit la demande en air, qui peut même être inférieure à la capacité d'alimentation du compresseur. L'excès d'air retourne vers la sortie du compresseur, provoquant un blocage du flux d'air à la sortie du compresseur, un mauvais débit d'air, une augmentation de la contre-pression du compresseur et d'autres conditions entraînant une surtension du turbocompresseur.
(3) Le système de suralimentation séquentielle fonctionne de manière incompatible avec le fonctionnement du moteur diesel.
Le fonctionnement du système de suralimentation séquentielle ne correspond pas à celui du moteur diesel. Le système de commande du système de suralimentation séquentielle fonctionne mal et ne répond pas aux exigences des conditions de fonctionnement du moteur diesel, ce qui entraîne son arrêt ou le fonctionnement sous contrôle du compresseur de suralimentation contrôlé.
En termes simples, lors d'un fonctionnement dans des conditions basses, le compresseur contrôlé TCB ne doit être utilisé que lorsque le TCA est utilisé, ce qui signifie que le TCA et le TCB sont utilisés simultanément ;
Cependant, lors de l'utilisation du TCA et du TCB dans des conditions élevées, le compresseur contrôlé TCB ne fonctionne pas et seul le TCA est utilisé.
Ce phénomène se produit très fréquemment dans un certain type de moteur diesel marin et est principalement dû à des pannes du système de contrôle.
Les conditions pour que le compresseur contrôlé TCB soit mis en service dans ce type de moteur diesel marin sont :
Le régime du moteur principal supérieur ou égal à * * * r/min, le régime du compresseur supérieur ou égal à * * *00 r/min et la pression de suralimentation supérieure ou égale à 0. * * MPa.
Pendant le fonctionnement du moteur diesel, l'ensemble du processus est automatiquement contrôlé par l'instrument de contrôle STC et l'actionneur pneumatique avec une pression d'air de contrôle de 0. * MPa complète l'ouverture et la fermeture de la vanne de gaz et de la vanne d'air et réalise une commutation automatique. De plus, l'air de commande appuie également sur le piston de la vanne pour empêcher la vanne de s'ouvrir ou de se fermer en raison de vibrations ou d'autres raisons.
Figure 2 Système de contrôle STC
Par conséquent, si l'un des composants du système de contrôle STC (comme illustré sur la figure 2) ou ses actionneurs tombe en panne pendant le fonctionnement du moteur diesel, cela entraînera un problème de correspondance entre le turbocompresseur et le moteur diesel, provoquant un défaut de surtension dans le turbocompresseur.
De plus, le turbocompresseur piloté TCB est principalement activé par la commande d'ouverture et de fermeture de la vanne gaz et de la vanne air. Après un fonctionnement prolongé du moteur diesel, des dépôts de cendres et de carbone s'accumulent dans la canalisation, ce qui peut empêcher la fermeture complète de la vanne de gaz ou de la vanne d'air. Cela entraînera une fuite des gaz évacués par le moteur diesel ou de l'air qui y pénètre, et dans les cas graves, cela peut également provoquer un défaut de démarrage-arrêt du turbocompresseur contrôlé TCB, provoquant ainsi une surtension du turbocompresseur.
2. Diminution de la pression de suralimentation
La chute de pression de suralimentation du système de suralimentation séquentielle est également un défaut relativement courant. Les principales raisons incluent une diminution de la vitesse de rotation de la pompe de suralimentation, une mauvaise admission d'air dans le canal d'admission de la pompe de suralimentation et des dommages aux aubes du compresseur. L’analyse spécifique est la suivante.
(1) Diminution de la vitesse de rotation de la pompe de suralimentation
La diminution de la vitesse de rotation de la pompe de suralimentation est généralement causée par une insuffisance de gaz entrant dans la pompe de suralimentation. Tout d'abord, la régularité et l'étanchéité du passage de gaz doivent être vérifiées. Le fonctionnement à long-terme du moteur diesel peut provoquer une accumulation de suie sur la paroi interne du tuyau d'échappement, entraînant un diamètre intérieur plus petit du chemin d'écoulement du tuyau d'échappement et un mauvais débit de gaz. De plus, la douceur de la buse de la pompe de suralimentation doit également être vérifiée.
Ce type de moteur est principalement inspecté sous trois aspects. Tout d’abord, l’étanchéité du tuyau d’échappement doit être vérifiée. Le tuyau principal d'échappement de ce type de moteur diesel est divisé en 8 parties, chaque partie est intégrée à des collecteurs d'échappement à 8 cylindres et installée sur la culasse. Les 8 parties du tuyau d'échappement principal de chaque cylindre sont fixées ensemble par des colliers de serrage. Le fonctionnement à long-terme du moteur diesel peut provoquer le vieillissement des bagues d'étanchéité aux points de connexion de chaque tuyau principal en raison des températures élevées, et il peut également y avoir une fuite de gaz aux points de connexion entre chaque tuyau d'échappement principal et le collecteur d'échappement du cylindre et la culasse.
Deuxièmement, vérifiez s'il y a un jeu au point de connexion entre le tuyau d'échappement principal et l'extrémité de la turbine du turbocompresseur en raison de vibrations ou d'autres raisons. Il peut y avoir une fuite de gaz et une mauvaise étanchéité.
Troisièmement, si le défaut de faible vitesse de rotation de la pompe de suralimentation se produit pendant le fonctionnement à faible-charge du moteur diesel, c'est-à-dire lorsque la pompe de suralimentation contrôlée TCB ne fonctionne pas, vérifiez d'abord l'étanchéité de la vanne de gaz contrôlant la pompe de suralimentation contrôlée TCB. Si le robinet de gaz n'est pas fermé hermétiquement, du gaz s'échappera à travers le robinet de gaz mal scellé dans la pompe de suralimentation contrôlée, ce qui entraînera une diminution du volume de gaz entrant dans la pompe de suralimentation de la colonne A TCA pendant le fonctionnement à faible-charge du moteur diesel, ce qui entraînera une faible vitesse de rotation de la pompe de suralimentation pendant le fonctionnement à faible-charge. La base de ce jugement de défaut peut être de vérifier si la pompe de suralimentation contrôlée TCB fonctionne à basse vitesse. Si le TCB fonctionne à basse vitesse, cela indique que le robinet de gaz n'est pas fermé hermétiquement, une petite quantité de gaz s'échappe dans le TCB, provoquant une rotation, entraînant une diminution de la pression de suralimentation pendant le fonctionnement à faible -charge du moteur diesel. Dans les cas graves, cela peut provoquer une surtension de la pompe de suralimentation.
(2) La douceur du passage d'admission et la détérioration des performances d'étanchéité de la canalisation d'admission du moteur diesel sont quelques-uns des problèmes de ce type de moteur diesel lorsqu'il est utilisé comme moteur diesel marin. La méthode d'admission varie selon les différents types de navires. Il existe principalement deux méthodes : l'admission dans la salle des machines et l'admission externe.
Pour les moteurs diesel utilisant la méthode d'admission de la salle des machines, si tous les ventilateurs de la salle des machines sont des ventilateurs d'extraction, cela provoquera une pression négative dans la salle des machines, entraînant une diminution de la pression d'admission et du volume d'admission du turbocompresseur.
Pour les moteurs diesel utilisant la méthode d'admission externe, après un fonctionnement à long-terme, lors de l'installation du passage d'admission et du filtre d'admission, de l'air extérieur impur provoquera de la saleté et un blocage dans le filtre d'admission, la canalisation d'admission, le silencieux et le refroidisseur intermédiaire, ce qui entraînera une réduction de la résistance d'admission, entraînant une diminution de la pression d'admission et du volume d'admission, et finalement provoquant une diminution de la pression de suralimentation.
De plus, en raison des vibrations du navire et du moteur diesel, des problèmes de desserrage aux points de connexion de la canalisation d'admission surviennent de temps en temps, ce qui entraînera une fuite de la canalisation d'admission et une diminution de la pression d'admission.
Pendant le fonctionnement à faible-charge, si la vanne d'air du turbocompresseur contrôlé n'est pas fermée hermétiquement, une partie de l'air du turbocompresseur contrôlé s'en échappera, entraînant une diminution de la pression d'admission du moteur diesel.
Enfin, il est nécessaire de vérifier l'intégrité des aubes du compresseur du turbocompresseur. Si ce turbocompresseur a déjà subi une surtension, les aubes du compresseur, en particulier les extrémités des aubes, peuvent se déformer ou subir d'autres dommages au rotor du compresseur, ce qui entraînera une diminution de l'efficacité du compresseur et une réduction du volume du compresseur, entraînant une diminution de la pression de suralimentation.
3. Bruit ou vibration anormal
Pendant le fonctionnement à grande vitesse du compresseur, d'autres types de bruit peuvent également se produire en plus du bruit de surtension, comme le bruit perçant d'un frottement ou d'un impact métallique, qui peut provoquer des vibrations du compresseur.
Les raisons de ce problème sont nombreuses. Par exemple, une mauvaise lubrification du compresseur entraîne une usure importante des roulements de support ;
Le fonctionnement à long-terme du moteur diesel entraîne le desserrage des boulons de connexion entre le moteur diesel et le compresseur ;
Couple inégal des boulons de connexion lors de l'installation du compresseur ;
Les objets métalliques étrangers endommageant le rotor peuvent provoquer une déviation du compresseur ou un frottement avec le bord extérieur du boîtier ;
Le fonctionnement opportun du compresseur contrôlé TCB n'est pas opportun, ce qui entraîne une vitesse de rotation excessive du compresseur de colonne A TCA, et ainsi de suite.
III. Solutions courantes ou mesures préventives en cas de pannes successives du système d'augmentation de pression
Grâce à-une participation à long terme à la maintenance de ce type de moteur diesel marin, nous avons accumulé et résumé les mesures de dépannage courantes et les méthodes préventives pour les défauts courants du système de turbocompression séquentielle de ce type de moteur.
Étant donné que le système de suralimentation séquentielle est un système relativement complexe composé du système de tuyauterie d'admission et d'échappement du moteur diesel, du système de tuyauterie d'admission et d'échappement de l'unité de suralimentation et du système de commande de l'unité de suralimentation contrôlée, et que chaque composant est interdépendant et s'influence mutuellement, les causes des défauts ne sont pas isolées. Les solutions pour chaque défaut ne sont pas uniques. Sur la base des pratiques pertinentes, les mesures de dépannage courantes et les méthodes préventives suivantes pour le système d'unités de suralimentation successives sont résumées.
(1) Lorsque le turbocompresseur du moteur diesel subit une surtension ou a une faible pression de suralimentation, les paramètres pertinents doivent être analysés de manière approfondie pour en déterminer la cause. Si nécessaire, le moteur doit être arrêté pour inspection.
Si des bruits ou des vibrations anormaux se produisent et que la cause ne peut être déterminée, le moteur doit d'abord être arrêté pour inspection afin d'éviter une extension supplémentaire de la portée du défaut.
(2) Selon les conditions d'utilisation réelles, conformément aux exigences de maintenance, une maintenance et un entretien en temps opportun des canalisations d'admission et d'échappement du moteur diesel et des canalisations d'admission et d'échappement du turbocompresseur doivent être effectués. Cela comprend principalement un nettoyage régulier des parois intérieures des canalisations pour éviter tout blocage et assurer leur douceur ; renforcer l'inspection de l'étanchéité des pipelines, en accordant une attention particulière aux problèmes d'étanchéité causés par la corrosion des parois des tuyaux ou des problèmes de connexion, afin d'éviter les fuites d'échappement et de fumée.
(3) Renforcer l'inspection de la contre-pression d'échappement pour éviter un mauvais débit d'échappement et réduire les surtensions dans le turbocompresseur. Tout d'abord, vérifiez si la pression d'échappement à l'extrémité du compresseur du turbocompresseur est trop élevée et vérifiez la saleté et le blocage du refroidisseur d'air. Nettoyez et entretenez régulièrement le refroidisseur d’air pour qu’il ne soit pas obstrué. Deuxièmement, vérifiez le débit d’échappement des gaz et l’échappement de l’extrémité turbine du turbocompresseur. Certains navires installent des dispositifs de traitement des fumées tels que la réduction du bruit, et ceux-ci doivent être régulièrement nettoyés et entretenus.
(4) Pour éviter le bruit et les vibrations du turbocompresseur, en combinaison avec la réparation ou l'entretien, inspectez et remplacez régulièrement la structure du rotor et la forme des pales. Gardez la forme intacte et sans déformation. Pour les turbocompresseurs nouvellement installés ou réparés en usine-, effectuez des tests d'équilibrage dynamique sur le rotor. Si l'équilibre dynamique n'est pas qualifié, un réglage de la mouture doit être effectué.
(5) Inspecter et entretenir régulièrement le système de contrôle STC des turbocompresseurs successifs pour garantir que les modules d'acquisition, de transmission et de traitement des données du système de contrôle fonctionnent normalement. Selon la logique définie, saisissez avec précision l'état des turbocompresseurs contrôlés et envoyez des signaux de démarrage ou d'arrêt de travail selon les besoins.
(6) Assurer le fonctionnement normal des vannes de gaz, des vannes d'air, des dispositifs de source de gaz, etc. des turbocompresseurs contrôlés. Empêchez la valve de coller, provoquant des gaz d'échappement ou des fuites d'air. Empêcher l'incapacité de démarrer ou d'arrêter la vanne de gaz et la vanne d'air normalement en raison de défauts dans d'autres mécanismes exécutifs, affectant ainsi le démarrage et l'arrêt du turbocompresseur contrôlé.
(7) Dans le système de suralimentation successive STC d'un certain type de moteur diesel étudié dans cet article, les colonnes A et B utilisent des turbocompresseurs de même spécification. Pour améliorer la durée de vie du système de suralimentation et réduire le taux de défaillance, le turbocompresseur contrôlé de la colonne B a une durée de fonctionnement plus courte. Il est recommandé d'alterner la rotation des deux colonnes de turbocompresseurs en fonction du temps de travail, afin que les cycles de service des deux turbocompresseurs puissent être approximativement les mêmes et que le taux d'utilisation des turbocompresseurs puisse être amélioré.
IV. Conclusion
Cet article présente brièvement la structure et les caractéristiques associées des Système de suralimentation d'un certain type de moteur diesel marin. Sur la base de l'expérience pratique à long terme des tests de maintenance pour ce type de moteur, l'auteur résume et conclut les défauts courants, et propose des solutions associées telles que l'échange régulier des ensembles A et B de compresseurs. Cet article présente des avantages qualitatifs et économiques pour l'entretien et la réparation du système de suralimentation séquentielle de ce type de moteur.