DIJAGNOSTIKA KVAROVA 2006

Pomorski fakultet u Splitu Dijagnostika kvarova

POMORSKI FAKULTET U SPLITU

DIJAGNOSTIKA KVAROVA

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

SPLIT,2001

Pomorski fakultet Split Dijagnostika kvarova

SADRAJ 1.0. DIJAGNOSTIKA KVAROVA CILJ I SUTINA 2.0. OSNOVE TEHNIKE MJERENJA 2.1.GRIJEKE MJERENJA 2.2 OSNOVE TEHNIKE MJERENJA I KONTROLE

OPENITO O MJERNIM UREAJIMA

2.3 MJERENJE VREMENA 2.4 MJERENJE TLAKA 2.5 MJERENJE TEMPERATURE 2.6 MJERENJE PROTOKA FLUIDA

2.6.1 Mjerenje potronje goriva 2.6.2 Mjerenje protoka rashladne vode 2.6.3 Mjerenje koliine i brzine zraka

2.7 MJERENJE VIBRACIJA 2.8 MJERENJE BUKE 2.9. INDICIRANJE PRITISAKA U CILINDRU

2.9.1 Mehaniki indikatori 2.9.2 Elektrini indikatori

2.9.2.1 Elektrini indikatori na stroboskopskom principu 2.9.2.2 Elektrini indikatori koji registriraju cijeli ciklus.

2.9.3 Mjerenje povrine dijagrama (planimetriranje) 2.10 KONTROLE KVALITETE FLUIDA

2.10.1 Kontrola kvalitete ispunih plinova 2.10.1.1 Odreivanje dimnosti ispunih plinova 2.10.1.2 Odreivanje sastava ispunih plinova

2.10.1.2.1 Kemijski analizatori plina 2.10.1.2.2 Fiziki analizatori plina

2.10.2. Kontrola kvalitete vode 2.11. Odreivanje efektivne snage motora na ispitnim stolovima 3.0. OCJENA BUKE NA BRODOVIMA 4.0. SADANJE 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 hlaenja 4.1.3. Szstav podmazivanja 4.1.4. Sustav podmazivanja motora

5.0. IDENTIFIKACIJA RELEVANTNIH ZNAAJKI MOTORNOG SUSTAVA 5.1. ODABIR DIJAGNOSTIKIH ZNAAJKI NOTORNOG SUSTAVA 6.0.ODREIVANJE ULAZNO IZLAZNIH ZNAAJKI 7.0.PODJELA BRODSKOG POGONSKOG KOMPLEKSA 7.1. PODSUSTAV RASHLADNE VODE 7.1.1. Konvencionalni rashladni sustav s morskom vodom 7.1.2. Sredinji rashladni podsustav rashladne vode 7.2. PODSUSTAV GORIVA 7.3. PODSUSTAV ULJA 7.4. PODSUSTAV UPUTNOG ZRAKA 8.0. UTJECAJ RELEVANTNIH ZNAAJKI MOTORNOG SUSTAVA I RASPORED DIJAGNOSTIKIH MJERNIH MJESTA 9.0. DIJAGNOSTIKI EKSPERTNI SUSTAV

2


9.1. OPI POJMOVI I DEFINICIJE

9.2. OSNOVNE ZADAE DIJAGNOSTIKE TEHNIKOG SUSTAVA

9.3. PRIMJER DIJAGNOSTIKOG EKSPERTNOG SUSTAVA GLAVNOG PORIVNOG

STROJA

9.3.1. Sustav Dijagnostike

9.3.1.1. Izlist baze znanja dijagnostikog ekspertnog sustava

9.3.2. Primjer dijagnostike pomou programa EKSE

9.3.3. Primjer dijagnostikog modela brodskog diesel motora za odravanje po stanju i

administracija doknadnih djelova

10.0. Zakljuna razmatranja

Literatura

Ispitna pitanja

Prilog br. 1: Lista prikljuaka

Prilog br. 2: Primjer ispitivanja motora

Manouvering dijagram

3


1.0. DIJAGNOSTIKA KVAROVA - CILJ I SUTINA Dijagnostika kvarova je predmet prouavanja sustava uzajamno povezanih ureaja, koji su projektirani za zajedniku funkciju sa ovjekom, u cilju traenja neispravnosti i odreivanja njihovih uzroka; prognoziranja njegove raspoloivosti i brzine njegova troenja, te odreivanja rokova potrebnih popravaka i remonta. Djelovanje sistema dijagnostike bazira se na prikupljanju informacija o tehnikom stanju postrojenja (ureaja) i usporeujui dobivene podatke sa projektiranim, odnosno etalonskim donose se odgovarajui zakljuci. Razlika izmeu dijagnostike i automatskog upravljanja je ta da se kod automatskog upravljanja mjeri i upravlja jedna fizika veliina, dok se dijagnostikom mjeri i upravlja itav niz fizikih veliina, te je zadatak dijagnostike utoliko sloeniji. Za potpuno rjeenje postavljenih zadataka sistem bi morao imati u svom sastavu raunarsku opremu. U sustav dijagnosticiranja ukljueni su: 1) Objekt dijagnosticiranja 2) Tehnika sredstva dijagnosticiranja 3) ovjek operator Postoje dva principa ostvarenja dijagnosticiranja: TEST DIJAGNOSTIKA - kod koje se na objekt djeluje specijalnim test-varijabilnim veliinama i na temelju reakcije se izvodi zakljuak o njegovoj ispravnosti; FUNKCIONALNA DIJAGNOSTIKA - kod koje se za zakljuke o ponaanju objekta u radu koriste radne varijabilne veliine. Odreivanje parametara dijagnostike je dosta slobodan, neformalan i sloen proces, na osnovu procjene i eksperimenta specijalista. Sakupljanje, obrada i dostavljanje informacija o tehnikom stanju iziskuje odreeno vrijeme, koje moe uzrokovati kanjenje upravljakih rjeenja i smanjene efikasnosti sistema dijagnosticiranja. Da bi se ovo izbjeglo, moe se koristiti dva naina rjeavanja problema: 1) Poveanje brzine informacija 2) Koritenje prognoziranja na bazi neophodnih dobivenih podataka. Prognoziranje se zasniva na bazi ostvarivanja sluajnih procesa promjene parametara kvalitete rada u odreenom vremenskom periodu, treba predvidjeti vrijednost realizacije u nekom buduem momentu vremena. Kod dijagnosticiranja u sloenim sustavima, treba uzeti u obzir: - razliitu fiziku prirodu nastalih kvarova, - vei broj kontrolnih toaka i - brzo proticanje procesa irenja neispravnosti. U ovakvim sustavima najfunkcionalnija je metoda postupnih povezanih ispitivanja, kako sistema u cjelini, tako i njegovih dijelova odnosno zavisnih komponenata. Grijeke u brodskim sistemima mogu dovesti, ne samo do skraenja vremena u eksploataciji, nego i do ljudskih i materijalnih nesrea velikih razmjera; tako je ovjek-operator znaajan inioc upravo u donoenju upravljakih odluka. Visoki stupanj strunosti u koritenju moderne tehnologije upravo je neophodnost na dananjm brodovima.

4


2.0. OSNOVE TEHNIKIH MJERENJA

KLASIFIKACIJA METODA MJERENJA - apsolutna metoda mjerenja - usporedna metoda mjerenja - direktna metoda mjerenja Na skali mjernog instrumenta odreuje se njegova veliina ili njegovo odstupanje od uzroka ili granine mjere. Indirektna metoda mjerenja: - Traena mjera odreuje se na osnovu rezultata direktnih mjerenja (apsolutna ili usporedna) neke druge veliine vezane sa traenim odreivanjem funkcionalne zavisnosti (npr. mjerenje srednjeg dijametra zavojnice pomou tri ice). Kompleksna metoda mjerenja: - Primjenjuje se za kontrolu predmeta sloenog geometrijskog oblika, kada smo prinueni da jednostavno nekoliko mjernih elemenata. Diferencijalna metoda mjerenja: - Metoda mjerenja koja se primjenjuje kada imamo predmet sloene konfiguracije-mjerenje posebno svakog dijela nezavisno jedan od drugog. Metoda mjerenja sa dodirom: - Dodir predmeta kojeg mjerimo sa radnom (mjernom) povrinom mjernog instrumenta. Metoda mjerenja bez dodira: - Nema dodira predmeta kojeg mjerimo sa radnom (mjernom) povrinom 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) Poluno-mehaniki mjerni instrumenti (komparator, minimetar) 3) Poluno-optiki mjerni instrumenti 4) Optiko-mehaniki mjerni instrumenti (mikroskop) 5) Pneumatski mjerni instrumenti 6) Elektrini mjerni instrumenti OSNOVNE KARAKTERISTIKE MJERNIH INSTRUMENATA U karakteristike mjernih instrumenata spada: - Veliina podjele na skali instrumenta, tj. udaljenost izmeu dviju susjednih linija - Vrijednost podjele na skali - Veliina mjerenja cijele skale instrumenta - podruje mjerenja - Poetna najmanja odnosno krajnja najvea veliina koja se na instrumentu moe izmjeriti - Stupanj osjetljivosti mjernog instrumenta tj. koja je najmanja veliina koja moe izvriti primjetno oitavanje na mjernom instrumentu. Grijeke pokazivanja mjernog instrumenta je razlika izmeu oitane vrijednosti na skali mjernog instrumenta i stvarne izmjerene veliine. Potrebno je razlikovati dva pojma: 1) Grijeku mjernog instrumenta 2) Grijeku metode mjerenja koju inimo tim priborom

5


1) Grijeka mjernog instrumenta potjee iz: a) nesavrenosti konstrukcije b) netonosti montae c) istroenosti pojedinih dijelova instrumenta 2) Grijeka metode mjerenja je sumarna grijeka koja se sastoji od: a) grijeke pokazivanja samog mjernog instrumenta b) grijeke etalona ili uzroka pomou kojeg je postavljen mjerni instrument c) grijeke koje nastaju uslijed promjene temperature, atmosferskog tlaka i vlanosti d) grijeke koje nastaju uslijed sile mjerenja

2.1.GRIJEKE MJERENJA Svako mjerenje ma koliko bilo briljivo vreno, praeno je grijekama, uslijed ega nikada ne dobijemo tone, ve pribline mjerne veliine. Uzroci grijeaka su vrlo razliiti. One mogu poticati od nesavrenosti mjernog instrumenta ili pribora, od uvjeta mjerenja, od individualnih sposobnosti osobe koja mjeri i dr. Rezultati mjerenja obino se izraavaju brojem. Da bi znali koliko su toni, neophodno je znati kakvi su ih uzroci izazvali i kako ih moemo odstraniti ili uzeti u obzir kod uitavanja. Grijeke mjerenja, kao i grijeke obrade mogu biti trojake: 1) Sistematske grijeke 2) Osobne grijeke 3) Sluajne grijeke 1) Sistematske grijeke su takve grijeke koje imaju uvijek jednu te istu veliinu ili se odigravaju po jednom odreenom zakonu. Sistematske grijeke mogu se odstraniti uvoenjem odgovarajuih popravki, korekcija. Kad se proces mjerenja dovoljno izui, uzroci sistematskih grijeaka mogu biti tono utvreni i njihov utjecaj se moe predvidjeti i uzeti u obzir. 2) Osobne grijeke mogu biti promjenljive poto ovise od iskustva osobe koja vri mjerenje. One se mogu smanjiti uvjebavanjem i viestrukim ponavljanjem mjerenja. 3) Sluajne grijeke se nazivaju takve grijeke koje nemaju stalnu veliinu, auzroci ne mogu biti tono utvreni. Ukoliko im se uzroci i karakteristike ne mogu utvrditi, znai da ih ne moemo odstraniti iz teorije mjerenja. Utjecaj sluajnih grijeaka moemo uzeti u obzir samo pomou teorije vjeroatnosti. One nemaju ni stalnu vrijednost, ni stalan znak. MATEMATIKA STATISTIKA - na sluaju grijeke mjerenja Matematika statistika je posebna grana Teorije vjeroatnosti, koja obrauje podatke statistike na matematiki nain. Teorija vjeroatnosti dokazuje da je najtoniji rezultat mjerenja mjerne veliine aritmetika sredina svih mjerenja jedne te iste mjerne veliine sa mjernim instrumentom stalne tonosti. Pretpostavimo da smo izvrili n uzastopnih mjerenja neke mjerne veliine x. Oznaimo i rezultate tih mjerenja sa m1,m2,m3 ..... mn-1,mn biti e:

x = x = m m m m mn

1 2 3 n-1+ + + + +..... n

gdje je x - srednja aritmetika vrijednost rezultata svih mjerenja.

6


Razlika izmeu rezultata uzastopnih mjerenja i stvarne vrijednosti mjerne veliine naziva se sluajnom grijekom (). Razlika izmeu rezultata posebnog mjerenja i srednje aritmetike vrijednosti naziva se ostatak grijeke mjerenja (V). Ako oznaimo sluajnu grijeku uzastopnog (posebnog) mjerenja sa , a ostatak grijeke mjerenja sa V, dobijemo: sluajna grijeka 1=m1 - x

2=m2 - x ----------------- n-1=mn-1 - x

n=mn - x

x - stvarna vrijednost mjerenja x - aritmetika vrijednost - sluajna grijeka mjerenja V - ostatak grijeke mjerenja ostatak grijeke mjerenja V1=m1 - x V2=m2 - x --------------- Vn-1=mn-1 - x Vn=mn - x Kako pri svakom mjerenju neizbjeno inimo grijeke, to stvarnu vrijednost mjerne veliine zapravo i neznamo, a osim toga nepoznata nam je i sluajna grijeka mjerenja. Pomou teorije vjeroatnosti moemo dokazati da pri dovoljno velikom broju mjerenja srednja aritmetika vrijednost tih mjerenja postaje ista stvarnoj vrijednosti mjerne veliine, a ostatak grijeke mjerenja je jednak sluajnoj grijeci mjerenja tj.

x = x ; Vi = i

Iz ovog slijedi da se pri veem broju mjerenja ostatak grijeke moe promatrati kao sluajna grijeka, pa se na takve grijeke moe primjeniti zakoni kojima se potinjavaju sluajne grijeke. Pri mjerenju ma koje veliine obino se zahtijeva da se nae koja je to veliina i predoi kakvu grijeku mjerenja inimo. Grijeku koju doputamo kod mjerenja karakterizira tonost mjerenja. Potrebno je razlikovati tonost pojedinanog mjerenja i tonost zavrnog rezultata mjerenja tj. srednjeg aritmetikog rezultata. Za ocjenu tonosti pojedinanog mjerenja obino se izraunava srednja kvadratna grijeka pojedinanog mjerenja prema jednadbi:

= + + = V12 + V2

2 Vn2

n - 1

Vi2

n - 1

......

Osim srednje kvatratne grijeke pojedinanog mjerenja, katkada se takoer odreuje vjerojatnost grijeke pojedinanog mjerenja:

7


R = 0,675V

n - 1i2 2

3

Najvea mogua grijeka pojedinanog mjerenja odreuje se tzv. graninom grijekom

metode mjerenja. m = 3

Sluajne grijeke koje su vee od granine grijeke pripadaju grubim grijekama.

2.2 OSNOVE TEHNIKE MJERENJA I KONTROLE OPENITO O MJERNIM UREAJIMA

Mjerenje se izvodi u sklopu takozvanog mjernog lanca, koji se sastoji od mjernog objekta, mjerne veliine i mjernog sistema.

Kao mjerni objekt moe posluiti svako tijelo bez obzira na agregatno stanje.

Mjerna veliina moe biti svako geometrijsko, kemijsko ili fizikalno svojstvo tijela. U fizika svojstva spadaju njihove mehanike, toplinske, elektrine optike osobine.

Mjernim sistemom vrimo mjerenje, a on se sastoji od:

1. davaa signala 2. prenosnog sistema i pojaala 3. pokazivaa (mogu biti analogni i digitalni). Pri svakom mjerenju moe doi do greke. Granice dozvoljene greke zavise od vrste i svrhe mjerenja; kod istraivakih mjerenja znatno su ue nego u sluaju kontrole pogona.

Prema uzroku greke dijelimo na:

1. greke uslijed netonosti i sutinske nepouzdanosti metode mjerenja. 2. greke instrumenata koje su rezultat nesavrenosti instrumenata mjerenja. 3. greke zbog netonog oitavanja, biljeenja i preraunavanja, rezultat su nesavrenosti i nepanje rukovaoca. 4. greke zbog promjene uvjeta okoline. Greke moemo podijeliti na:

1. Sistematske greke, koje su predvidive, mogu se ocijeniti i uzeti u obzir, tj. korigirati izmjerene veliine. Ovdje se ubrajaju greke instrumenata i greke zbog uvjeta okoline. 2. Sluajne greke su nepredvidive. U ovu grupu se ubrajaju greke zbog trenja u mehanizmima instrumenata, koso oitavanje i slino. Odstraniti ih moemo samo ponavljanjem mjerenja.

2.3 MJERENJE VREMENA

Za mjerenje vremena prilikom ispitivanja uglavnom se koristi toperica. Podjele na toperici omoguavaju oitavanje desetinki, pa i stotinki sekunde. toperica se aktivira i zaustavlja runo ili elektromagnetski. topericu je potrebno navijati priblino svaka dva sata rada, da se izbjegne utjecaj zategnutosti opruge na tonost mjerenja. Vrijeme poetka i zavretka mjerenja redovito se biljee uz datum u izvjetaju o kontroli. Kod mjerenja koja imaju ispis na papir, papir mora na sebi imati vremensku podjelu, ali se ipak biljei i vremenski signal radi izbjegavanja pogreke.

8


2.4 MJERENJE TLAKA

Ureaji za mjerenje tlaka pokazuju, u stvari, razliku izmeu 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 odreuje se pomou barometra sa ivom: Slika 2.4. 1b.

Instrumenti za mjerenje tlaka dijele se prema elementu koji reagira na promjenu tlaka na:

1. Instrumente sa tekuinom (U-cijevi, mikromanometri, prstenaste vage), 2. Instrumente sa oprugom (cjevasta opruga, burdonova cijev, membrana), 3. Instrumente koji koriste davae za pretvaranje djelovanja tlaka u proporcionalnu veliinu.

Slika 2.4. - 1. Mjerenje podtlaka i nadtlaka pomou otvorene U-cijevi i barometarskog tlaka pomou ivinog barometra.

Instrumenti sa tekuinom (iva, voda, toluol, alkohol) izrauju se u obliku U-cijevi i primjenjuju se pri mjerenju malih podtlakova ili nadtlakova, ili pri mjerenju malih razlika tlakova, u tom sluaju ih zovemo diferencijalni manometar.

Pri mjerenju protoka vode pomou prigunog ureaja koristi se diferencijalni manometar sa potopljenom cijevi (slika 2.4. 2a). Iz jednadbe ravnotee za nivo I-I imamo:

p1+ v h1=p2+ v h2+ h p=p1-p2= h- v(h1-h2)=h( - v)

9


Slika 2.4. 2a. Mjerenje diferencijalnim manometrom.

Ako se mjeri protok plina, moe se zanemariti utjecaj specifine teine samog stupca plina a to je:

p=p1-p2=h

Slika 2.4. 2b. Izvrnuta U-cijev

Izvrnuti manometar (izvrnuta U-cijev) na slici 2.4. 2b, punjena je toluolom ( th=8.378 N/m3), slui za mjerenje veoma malih tlakova pri odreivanju protoka vode. Prikljune cijevi su pune vode pa jednadba ravnotee za razinu I-I ima oblik:

p1+ v h1- v h=p2+ v h1- th h

p=p2-p1=h( v- th)=k h

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

10


Mikromanometar sa kosom cijevi na slici 2.4. 2c slui za mjerenje vrlo malih podtlakova, nadtlakova i malih razlika tlakova.

Ako se prostor u posudi povrine A1 prikljui na tlak p1>p2 spustiti e se razina u posudi za h, a podii e se na mnogo vei razina u kosoj kapilarnoj cijevi presjeka A2.

Oitanje se vri na kosoj cijevi, koja ima veu podjelu i mogue je tonije oitavanje.

Prstenasta vaga na slici 8a sastoji se od prstena koji je napunjen tekuinom :

1. vodom, za opseg mjerenja do 150 mm vodenog stupca (VS), 2. ivom, 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 zakree prsten:

M=F R=(p1-p2)A R=p A R

Pri zakretanju prstena pomie se teite S sve dok se ne uspostavi ravnotea:

p A R=G a sin

p= GR

aA

ksin = sin

Slika 2.4. 3a. Skica prstenaste vage

Slika 2.4. 3b. Skica manometra sa cjevastom oprugom

11


Za mjerenje tlaka koristi se zakretanje prstena, a ne razlika razina.

Instrumenti sa oprugom se primjenjuju za vee tlakove. Na slici 2.4. 3b prikazan je manometar sa cijevi elipsastog presjeka (Burdonova cijev) pozicija 1. Projekcijska povrina unutranje polovice cijevi manja je od projekcijske povrine vanjske polovice, uslijed ega se javlja sila koja tei ispravljanju cijevi. Za slobodni kraj ove cijevi vezana je prijenosna poluga koja zakree 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 smjetena ova kutijasta opruga hermetiki je zatvoren, to omoguuje mjerenja nadtlaka, podtlaka i razlike tlakova u strojnom kompleksu.

2.5 MJERENJE TEMPERATURE Temperaturu definiramo kao stupanj zagrijanosti tijela, ona je proporcionalna kinetikoj energiji tijela. Za mjerenje temperature koriste se termometri. Rad termometara zasniva se na injenici da tijela mijenjaju svojstva i osobine pri promjeni temperature. Svojstva tijela koja se najee koriste pri mjerenju temperature su: promjena volumena tekuih i plinovitih tijela, promjena dimenzija krutih tijela, promjena elektrinog otpora, promjena termoelektrinog potencijala i promjena intenziteta zraenja.

U meunarodnom sistemu jedinica SI kelvin (K) je jedna od osnovnih jedinica. Temperatura izmjerena po toj skali naziva se apsolutna ili termodinamika temperatura i oznaava se sa T (K).

Pri gradnji termometara najee se koriste slijedea svojstva tijela, koja sa mijenjaju pri promjeni temperature: - promjena volumena plinovitih i tekuih materija - promjena duine vrstih tijela - promjena elektrinog otpora - promjena termoelektrinog potencijala - promjena intenziteta zraenja Termometri imaju skalu za oitavanje temperature. Postoje termometri sa: 1) Celzijusovom skalom 2) Farenhaytovom skalom 3) Kelvinovom skalom (apsolutna ili termodinamika)

12


Prema Celzijevoj temperaturnoj skali, temperatura smrzavanja vode uzima se za nultu temperaturu i oznaava se sa 0oC. Temperatura vrenja vode pri normalnom atmosferskom tlaku uzeta je kao 100oC. Sve temperature nie 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 najnia mogua temperatura. Nie temperature nema.

Prema sredstvu punjenja ili prema koritenom principu termometre moemo podijeliti na:

1. termometre sa tekuinom, 2. metalne termometre, 3. manometarske termometre, 4. elektrine termometre i to : elektrootporne, termoelektrine ( termoelementi ); 5.optiki termometri: na fotometrijskom principu , na energetskom principu.

Termometri sa tekuinom

Termometri sa tekuinom rade na principu promjene volumena tekuine sa promjenom temperature. Punjenje termometara se vri:

1. ivom, (ivini termometri) za temperature od -39.8 do 700 0C, 2. Toluolom, za temperature od -120 do +110 0C, 3. Pentanom, za vrlo niske temperature od -200 do +20 0C. Cjevice za termometre se prave od specijalnog stakla. Za niske temperature jensko staklo, a za visoke temperature kvarcno staklo.

Najee se primjenjuju ivini termometri, razliitih opsega i razliitih tonosti skale.

ivini termometri se pri badarenju skale potapaju u kontrolnu sredinu tj. za 0 0C - topljenje leda i 100 0C - vrenje vode, pri tlaku od 750 mm stupca ive (750 mm Hg).

Metalni termometri

Metalni termometri zasnivaju svoj rad na razliitom izduenju pojedinih metala pri promjeni temperature. Ugradnjom dvije metalne ipke od razliitih materijala u tankoj zatitnoj cijevi, dobija se razlika u izduenju pri njihovom zagrijavanju, koja se preko prijenosnog mehanizma uveava i prenosi na kazaljku termometra. Metalni termometar se moe napraviti i na principu bimetalne trake, koja se pri zagrijavanju povije prema elementu koji se manje izduuje, i taj efekt se koristi za pokretanje kazaljke. Metalni termometri su neosjetljivi na udarce u pogonu, ali njihova tonost nije velika, te se koriste samo za orijentaciona mjerenja.

Manometarski termometri

13


Manometarski termometri djeluju na principu promjene volumena tekuina (iva, metil alkohol), plina (helij, duik), ili para (etil klora, eter, benzol). Sastoje se od malog rezervoara u kojem je smjetena 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 treine volumena rezervoara napunjeno je tekuinom koja isparava pri niskoj temperaturi, dok je ostali dio ispunjen parom. Zagrijavanjem dolazi do poveanja tlaka uslijed ega se cjevasta opruga ispravlja, pomiui kazaljku koja pokazuje temperaturu.

Manometarski termometri mogu se oitavati na velikim udaljenostima (tekuinski 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 utie temperatura okoline. Zbog mogue greke od 2 %, koriste se tamo gdje se ne zahtijeva velika tonost, ve samo za kontrolu.

Elektrini termometri

Elektrini termometri se dijele na elektrootporne i termoelektrine.

Elektrootporni termometri koriste injenicu da se otpor mijenja s promjenom temperature. Uglavnom se za izradu davaa primjenjuje: platina, za opseg rada od -220 do 550 0C (iznimno 750 0C); nikal, od -60 do 150 0C; bakar, volfram i drugi.

Elektrootporni dava se izrauje tako da se ica metala (d=0.02-0.07 mm) namota na izolatorski nosa od keramike, a zatim sve potopi u kvarcno staklo.

Elektrootporni termometri omoguuju tono mjerenje, mjerenje na velikim udaljenostima, oitavanje temperatura na raznim mjestima.

Elektrootporni termometri se napajaju istosmjernom strujom (6,12,24 Volti).

Pokazni instrument elektrootpornog termometra je galvanometar sa skalom u 0C. Termometar je podeen tako da mu je otpor pri 0 0C , obino, 100 ohma.

Promjene otpora se mjere Wheastoneovim mostom (slika 2.5. - 1a), otpori R1,R2,R3 su poznati i konstantni dok je Rt otpor davaa koji se mijenja promjenom temperature.

Mjerenje temperature se moe izvriti kompenzacionom metodom. Kod kompenzacione metode se podeavanjem otpora Rp kompenzira otpor Rt i kazaljka galvanometra dovodi na nulu, pa je u tom sluaju:

Rt Rp RR

= 12

Ova metoda se koristi pri vrlo tonim mjerenjima temperatura.

14


15

Slika 2.5. - 1a. Shema spoja elektrootpornog termometra preko Wheastonevog mosta.

Pri ispitivanju motora elektrootporni termometri se primjenjuju pri mjerenju niih temperatura, kao npr. mjerenje temperature ulja, temperature rashladne vode, ulazne temperature zraka.

Termoelektrini termometri se baziraju na termoelektrinom efektu (slika 2.5. - 1b).

Kroz kontaktnu povrinu (1-metal, 2-legura tog metala) prodiru slobodni elektroni. Intenzitet prodiranja elektrona i elektromotorne sile, koja tei vratiti elektrone natrag, zavise od vrste spoja i temperature. Ako su temperature spojeva razliite, javit e 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.


U kolo termoelementa ugrauje se precizni galvanometar G ija je skala obino badarena u 0C. Spojevi termoelemenata se za mjerenja do 150 0C vre mekim letovanjem, a za temperature iznad 700 0C zavarivanjem. Obje ice termoelementa, kompenzacijski vodovi i bakarni vodovi moraju biti dobro izolirani gumom ili termoplastikom (do 50 0C), lakiranjem i omotavanjem termiki otpornim materijalom (do 200 C), cjevicama od porculana (do1400 0C), magnezijumom (preko 1400 0C) i cjevicama od sinteriranog aluminijevog oksida.

Za izradu termoelemenata koriste se slijedei parovi materijala:

1. Konstantan- Bakar do........350 0C 2. Konstantan- eljezo do........600 0C 3. Nikal- Krom nikal do.......1100 0C 4. Platina- Platina rodij do.......1600 0C. Termoelement moemo ugraditi tako da hladni (usporedni, referentni) spoj bude stalno na temperaturi 0 0C u izoliranoj posudi sa ledom (primjenjuje se za nie temperature i tona mjerenja).

Termoelektrini dava prua niz prednosti u odnosu na ivin termometar. Zbog male mase i malog toplinskog kapaciteta toplog spoja njegova se temperatura brzo izjednai sa temperaturom sredine, tj. mogue je brzo stacioniranje instrumenta. Postoje specijalne izvedbe koje omoguuju mjerenje brzo promjenjivih temperatura, te mogu mjeriti na daljinu i oitavanje na velikom broju mjernih mjesta.

Termoelementi se lako grade a mali gabariti spoja omoguuje laku ugradnju i mjerenje temperatura u jednoj toki, te veoma veliku tonost mjerenja.

Termoelementi se koriste za mjerenje temperatura ispunih plinova i kontrolu temperatura pojedinih dijelova motora. Za mjerenje temperatura povrina (priblinih) razvijeni su dodirni davai.

Slika 2.5. - 1c. Shema ugradnje termoelementa sa dranjem hladnog spoja na 0 0C.

1. ice termoelementa 4 i 5 spojene su u tokama 1 i 6, 2. izolatorska cjevica 2, 3. zatitna ahura 3, 4. referentni spoj 6, 5. ahura 7,

16


6. termostatska posuda sa ledom i vodom 8, 7. galvanometar 10, 8. zatvorena zatitna ahura 11.

Pri ugradnji termoelemenata mora se omoguiti odvoenje topline sa toplog spoja odvoenjem kroz same ice ili zraenjem na okolne zidove.

Optiki (termoradijacijski) pirometri

Optiki pirometri primjenjuju se za mjerenje visokih temperatura, iznad 8000C.

Princip njihovog rada zasniva se na zakonima zraenja fizikih tijela. U okviru ispitivanja, kontrole i dijagnosticiranja stanja motora radiacioni pirometri se koriste pri specijalnim prouavanjima procesa izgaranja (zbog velikih brzina promjena stanja primjenjuju se specijalni ureaji).

Postoje dvije izvedbe : na principu ukupnog zraenja(slika 2.5. - 4) i na principu djelominog zraenja (slika 2.5. - 5).

Kod pirometra na ukupno zraenje sabirna lea koncentrira toplinske zrake na zacrnjeni topli spoj termoelementa, iji je pokazni instrument badaren u 0C.

Kod pirometra na principu djelominog zraenja usporeuje se sjaj tijela ija se temperatura mjeri sa sjajem uarenog vlakna sijalice, koja se nalazi u fokusu sabirne lee objektiva . Reguliranjem el. struje otpornikom 5 postie se nestajanje uarenog 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 povrina elemenata

a) normalno izvoenje b) bezinercijski cijevni termoelement.

17


18

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

Sl. 2.5. 3. Povoljan nain ugradnje termometara u struji fluida u ravnoj cijevi (a) i

koljenu (b).

1. termometar (dava), 2. izolacijski sloj, 3. brtva, 4. zatitna ahura.

Slika 2.5. - 4. Princip rada termometra na ukupno zraenje 1. sabirna lea, 2. zaslon, 3. topli spoj termoelementa 4. pokazni instrument

Slika 2.5. 5. Princip rada radiacijskog pirometra koritenjem djelominog zraenja:

1. sabirna lea, 2. dimni filter(blenda), 3. paralelni izvor svjetlosti, 4. izvor el. struje, 5. otpornik, 6. pokaziva, 7. lea, 8. crveni (stakleni) filter, 9. promatra.


2.6. MJERENJE PROTOKA FLUIDA Fluidi koji se koriste u propulzijskom sustavu brodova su:

1. slatka voda, 2. slana voda, 3. gorivo (diesel i teko), 4. ulja za hlaenje i podmazivanje, 5. zrak, 6. ispuni plinovi, 7. vodena para. Za pravilan rad propulzijskog sustava potrebno je tono definirati i dozirati koliinu odreenog medija. Sukladno tome treba izvriti mjerenja protoka. Mjerenje protoka najee se vri teinskom ili zapreminskom metodom, ali i protokomjerima i raznim prigunim sredstvima. Priguna sredstva i razliiti plinski satovi se koriste za mjerenje, ali se moe koristiti i metoda izraunavanja na osnovu mjerenja brzine fluida.

2.6.1 Mjerenje potronje goriva

Potronja goriva je vaan pokazatelj ekonominosti motora. Svakom optereenju odgovara tono odreena potronja goriva, dok su svi sustavi motora u ispravnom stanju. To znai da na osnovu potronje goriva moemo doi do nekih kontrolnih parametara.

Potronja goriva daje se kao satna ili kao specifina efektivna odnosno indikatorska potronja. Odreivanje satne potronje svodi se na mjerenje vremena za koje se potroi odreena koliina goriva.

Kod zapreminske metode (slika 2.6.1. - 1a.) se topericom mjeri vrijeme T (s), za koje se potroi V (cm3) goriva iz mjerne posude, pa se uz pomo poznate specifine teine goriva (g/cm3) izrauna satna potronja goriva:

G V Vh = = 1000

3600 3 6.

19


20

Slika 2.6.1. - 1a. Zatvorena mjerna posuda.

Posuda V0 je pod pritiskom iz rezervoara. Ako su ventili S i S1 otvoreni gorivo e puniti mjernu posudu i cijev a. Isputanjem zraka na ventilu S1 podeava se razina goriva na M-N. Otvaranjem ventila S (poz. I) motor e troiti gorivo iz rezervoara. Pri mjerenju se ventil S zatvori (poz. II), te motor troi gorivo iz mjerne posude. Pri nailasku razine na obiljeene reperne crte kod A toperica se ukljui, a kod B (ili C) se iskljuuje. Sputanjem razine u mjernoj posudi, dotie gorivo kroz cijev a i puni pomonu posudu A0. Veliina pomone A posude je takva da sputanjem razine sa M na M razina u pomonoj posudi dosegne N.

Dalje razina goriva ne opada jer ono dotie kroz cijev b. toperica se moe ukljuivati i pomou elektromagnetskih kontakta. Prednost ove metode je u njenoj jednostavnosti, a greke su uslijed utjecaja temperature okoline i zbog vlaenja povrina posude.

Teinska metoda se bazira na upotrebi vage sa skalom. toperica se ukljuuje i nakon odreenog utroka (npr. 100g) iskljuuje. 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 troi gorivo iz rezervoara. Pozicija III je za mjerenje. Gorivo se troi iz posude na vagi, te se kazaljka pomie ulijevo. U trenutku prolaska kroz ravnoteni poloaj ukljuuje se toperica 15, pomou kontaktne sipke 9, ive 10, elektromagneta 11 i sipke 12. Tada se sa lijevog tasa skida uteg i pri ponovnom prolasku kazaljke kroz ravnoteni poloaj toperica se zaustavlja. Iz oitanog vremena T (s), za koje je proteklo gorivo mase utega g (gr) nalazimo satnu potronju:


21

GT

h = 3 6.

Slika 2.6.1. - 1b. Shema instalacije za odreivanje potronje goriva teinskom metodom.

Opisane metode daju srednje vrijednosti potronje za vremenski interval. Protokomjeri daju trenutne vrijednosti protoka goriva, tj. satne potronje. Mjerenje pomou protokomjera ne daje pouzdane rezultate, te se oni koriste za orijentacijsku kontrolu potronje u fazi podeavanja optereenja motora.

2.6.2 Mjerenje protoka rashladne vode

Kod velikih brodskih motora protok vode se ne odreuje teinskom ili zapreninskom metodom ve prigunim sredstvima, te protokomjerima sa okretnim klipovima.

Najee se primjenjuju blenda i sapnica, dok se venturi cijev primjenjuje rjee. Dimenzioni odnosi ovih ureaja su normirani (slika 2.6.2 - 1).

Do izraza za protok dolazimo na osnovu slijedeih izraza.

moemo pisati 1=2=.

Primjenom Bernoulijeve jednadbe dobijemo: v v p p2

22

11 22

= Za A1 i A2 vai jednadba kontinuiteta tj.

Av

Av

1

1

2

2=

AA

dD

0

1

2

2=


vv

m12

=

p pv

m1 222

212

=

v

p p

m2

1 2

2

2

1=

uslijed trenja je brzina protjecanja manja tj.;

v2= v2 -koeficijent gubitka brzine uslijed trenja. Sa A2 (mm2) i v2 (m/s) je sekundni protok:

V(m3/s)= A v0 21000000

a satni protok:

M(m3/h)=3600A v01000000

2 =0,004 d2p p1 2

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

Slika 2.6.2 - 1 Normalna sapnica.

22


23

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

Slika 2.6.2 2 Strujanje kroz priguni ureaj.

2.6.3 Mjerenje koliine i brzine zraka

Plinski satovi sa okretnim klipovima koriste se za vee protoke (do 30000 m3/h), ali i za srednje protoke. Specijalno profilirani klipovi 2 okreu se u kuitu 1. Sinkronizacija njihovog okretanja postie se vanjskim zupanicima 3. Broj okretaja klipova razmjeran je protoku plina ili pare, pa mjerilo pokazuje protok u m3. Mjerenjem vremena moemo 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 moe se odrediti i na osnovu brzina i rasporeda brzina. Brzina plina ili pare se odreuje na osnovu dinamikog tlaka, koji predstavlja razliku ukupnog i statikog tlaka:

pv

p pd u= = 2

2 t


a odatle:

v= 2 pd

gdje je : v (m/s) ; pd (Pa) dinamiki tlak; (kg/m3) specifina masa (gustoa) plina ili pare.

Slika 2.6.3. - 1. Odreivanje brzina protoka fluida:

a) mjerenje statikog tlaka,

b) mjerenje ukupnog tlaka (Pitova cijev),

c) Pito-statiki manometar za mjerenje dinamikog tlaka,

d) Prandtlova cijev .

1) slika rasporeda brzina (profil brzina).

Obino se za ova mjerenja koristi Prandtlova cijev , pomou koje se moe odrediti statiki, ukupni i dinamiki tlak. Postavljanjem ovog instrumenta na raznim mjestima u cijevi moe se ustanoviti raspored brzina i odrediti srednja brzina strujanja.

2.7. Mjerenje vibracija

U okviru dijagnosticiranja i kontrole motora susreemo se sa kontrolom torzionih oscilacija koljenastog vratila, koje mogu dovesti do loma vratila. Poprene vibracije vratila kao i vibracije ostalih dijelova motora, vibracije temelja i oslonaca motora, vibracije na prikljuenom objektu izazvane radom motora i slino.

Za snimanje torzionih vibracija primjenjuju se torziografi, mehaniki i elektrini, a rjee optiki.

24


Elektrini torziografi su kompaktni i osjetljiviji u odnosu na mehanike. Na slici 2.7. 1. prikazan je induktivni dava elektrinog torziografa.

Slika 2.7. 1. Skica induktivnog davaa elektrinog torziografa

Permanentni magnet 1 moe 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 integrirajue elektrino kolo.

Za mjerenje uvijanja primjenjuju se mjerne trake - slika 2.7. 2.

Pri uvijanju vratila jedna od traka e se produiti, a druga skratiti. Ove deformacije elektrootporne mjerne trake dovode do proporcionalne promjene napona.

Za mjerenje pravocrtnih vibracija primjenjuju se induktivni davai - 2.7. 3.

Okvir davaa (1 i 4) oslanja se na element ije vibracije mjerimo. Stalni magnet 5 (na oprugama 6), se pomie, (uslijed inertnosti), u odnosu na namotaje 3. Namotaji su namotani na papirnatom valjku 2, i privreni na poklopcu 1. Svako aksijalno pomicanje okvira u

25


odnosu na magnet izaziva promjenu napona pa se upotrebom integrirajueg kola moe dobiti amplituda oscilacija.

2.8. Mjerenje buke

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

Slika 2.8. - 1. Blok-shema ureaja za mjerenje buke.

Najjednostavniji mjera nivoa buke sastoji se od mikrofona, pojaala, i pokazivaa izmjerenih vrijednosti. Mikrofon je dava koji djelovanje pulsirajueg zvunog pritiska pretvara u elektrini signal. Kondenzatorski (kapacitivni) mikrofon sastoji se od membrane (elik ili aluminij) koja je izloena valovima zvunog tlaka, i zadnje (nepomine) perforirane elektrode. Vrlo su pouzdani u radu. Pri izboru mikrofona treba voditi rauna o temperaturi, vlanosti, brzini vjetra (za vanjska mjerenja), intenzitetu buke i frekventnom podruju.

Frekventni analizatori se sastoje od niza elektrinih filtera od kojih svaki proputa zvune valove odreene frekvencije a ostale priguuje. Spajanjem vrijednosti dobivenih u pojedinim frekventnim pojasevima dobijemo spektar buke.

Obzirom da kod motora ima vie izvora buke, treba za svih napraviti spektar buke kako bi se moglo djelovati na izvore najviih 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- dijagram) vri se indikatorima. Indiciranje se vri zbog odreivanja indikatorske snage (p-V dijagram), prouavanja radnog procesa motora, dijagnosticiranja stanja motora (p- 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: mehaniki, optiki i elektrini. Mehaniki se uglavnom koriste kod sporohodnih motora. Optiki indikatori su primjenjivi i kod srednjehodnih motora, dok su elektrini indikatori primjenjivi kod svih brzohodnosti motora

2.9.1. Mehaniki indikatori

Prilikom indiciranja treba najprije obiljeiti atmosfersku crtu (pomou ventila indikatora), a zatim vriti snimanje. Treba paziti da ue za okretanje bubnja bude nategnuto,

26


te imati na umu da zbog inertnosti mehanizma nije za brzohodne motore. Pri snimanju crta niskog pritiska postoji graninik (oznaen sa H), koji na sebe preuzima sile veih pritisaka ciklusa.

Mehanike indikatore se periodino provjerava, kontrolira se: brtvljenje klipa, zazor u mehanizmu pisaljke, proporcionalnost prijenosa pisaljke i karakteristike opruge.

2.9.2.Elektrini indikatori

Postoje dvije grupe elektrinih 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. Elektrini indikatori na stroboskopskom principu

Kod ovih indikatora dijagram se snima toku po toku, pri emu toke raznih pritisaka pripadaju raznim ciklusima motora. Dakle snimljeni dijagram predstavlja srednji ciklus rada motora u periodu snimanja.

Kako se uzastopni dijagrami meusobno razlikuju uglavnom u toku crte izgaranja, u tom podruju se uglavnom dobije rasprivanje toaka, te je ovaj dijagram neupotrebljiv sa stanovita dijagnostike procesa izgaranja.

Slika 2.9.2.1. 1. Izgled indikatorskih dijagrama snimljenih elektropneumatskim indikatorom.

1. Crta kompresije,

2. crta ekspanzije zraka,

27


3. crta izgaranja,

4. ispuh,

5. usis,

6. dijagram pritiska ubrizgavanja goriva.

Slika 2.9.2.1. 2.a. Vanjski izgled i popreni presjek mehanikog indikatora Slika 2.9.2.1. 2.b. (desno) Mehaniki indikator s presjekom kroz cilindar i bubanj

Slika 2.9.2.1. 2. Mehaniki indikator (dijelovi).

1.Specijalno tanko ue, 2. pisaljka,

3. bubanj indikatora, 4. opruga,

5. prirubnica, 6. tijelo indikatora,

7. prijenosna poluga, 8. cilindar indikatora,

9. klip,

10.konusni prikljuak na cilindar motora.

Slika 2.9.2.1. 2. Mehaniki indikator sa tapnom oprugom

28


2.9.2.2. Elektrini indikatori koji registriraju cijeli ciklus.

Elektrini 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 omoguuje otru sliku. Veneltov cilindar W, koji je negativno naelektriziran prema katodi (-20 do -40 V) i promjenom njegovog potencijala regulira se jaina elektronskog snopa. Postavljanjem anoda A1 i A2 postiemo ubrzanje i koncentraciju elektrona, tako da oni imaju veoma tanki mlaz.

3. Sistem za skretanje elektronskog mlaza, koji se sastoji od ploica H i V za skretanje mlaza,

4. Zastor na koji pada snop elektrona ima zadatak da to vei dio njihove kinetike energije pretvori u svjetlost.

Slika 2.9.2.2. 1. Instalacija katodnog oscilografa.

K-katoda,

W-vaneltov cilindar,

A1,A2-anode,

H i V-ploice za vodoravno i okomito skretanje mlaza,

Z-zastor,

Dp-dava tlaka,

29


D-dava kuta (vremena),

P1,P2-pojaala.

Slika 2.9.2.2. 2. Skica kapacitivnog (kondenzatorskog) davaa.

Na shemi je sa Dp oznaen dava pritiska, a sa D dava kuta koljenastog vratila, pa se na ekranu dobije p- dijagram. Davai pritiska se mogu izvesti kao piezoelektrini, kapacitivni i indukcijski.

2.9.3. Mjerenje povrine dijagrama (planimetriranje)

Sa mjerenjem povrina susreemo se pri odreivanju srednjeg indikatorskog pritiska grafikim putem, na osnovu indikatorskog dijagrama, pri odreivanju srednje tangencijalne sile i vika rada za proraun zamanjaka.

Slika 2.9.3. 1. Polarni planimetar.

1. Upravljaka poluga,

2. vodea poluga,

3. igla,

4. uteg,

5. zglobni spoj,

30


6. igla,

7. mjerni kolut,

8. nepomini bubanj,

9. badareni kolut,

10. nosa,

11. indikatorski dijagram,

12. poetna toka.

Pomicanjem igle 6 po dijagramu na badarenom kolutu oitavamo povrinu u cm2. Moemo i podesiti razmjer mjerenja pomou poluge 2, naime razmjer je proporcionalan sa duljinom L.

2.10 Kontrole kvalitete fluida 2.10.1 Kontrola kvalitete ispunih plinova

Na osnovu sastava i boje ispunih plinova dijagnosticira se pravilnost izgaranja, utjecaj kvalitete smjese, izmjena radne materije, intenzitet vrtloenja i momenta paljenja, a moe se i udovoljavati ekolokim zahtjevima. Kod diesel motora kontrolira se dimnost i sastav ispusnih plinova.

2.10.1.1. Odreivanje dimnosti ispunih plinova

Dim u ispunim plinovima motora posljedica je izdvojenih koksnih estica pri izgaranju. Dimnost se poveava sa poveanjem optereenja, odnosno smanjenjem koeficijenta vika zraka. Rad dimomjera se zasniva na principu apsorpcije ili filtriranja.

Kod dimomjera Saurer (slika 2.10.1.1. 1.) kontrolira se jedna litra ispunih plinova kroz filtre papir. Potom se na osnovu zacrnjenosti filter papira i etalon uzoraka odreuje dimnost. Dimna vrijednost R=0 odgovara istim plinovima, a R=300 potpuno crnim plinovima.

Prednost ovog ureaja je u njegovoj jednostavnosti, ali je rezultate kod razliitih motora teko usporeivati.

Da bi se mogli usporeivati rezultati raznih motora treba udovoljiti zahtjevima proizvoaa. Pri ispitivanju viecilindrinih motora treba uzimati uzorak plina iz svake ispune cijevi da bi se moglo tono kontrolirati.

31


Slika 2.10.1.1. 1. Instalacija sa dimometrom Saurer

1. Cijev,

2. orebreni prikljuak,

3. dra,

4. filter papir,

5. poklopac sa mreom,

6. ruica za uvrivanje,

7. gumena cijev,

8. staklena posuda,

9. nosa,

10.nosa,

11.postolje,

12.okretna ploa,

13.etalon uzorci,

14.vrijednosti za dimnost,

15.osovinica,

16.ploa,

17.otvor na ploi,

18.otvor za oitanje dimne vrijednosti.

2.10.1.2 Odreivanje sastava ispunih plinova

Na osnovu sastava ispunih plinova kontroliramo potpunost izgaranja, otrovnost plinova, koeficijent vika zraka i toplinske gubitke uslijed nepotpunog izgaranja.

Analizatori plina rade na kemijskom, fizikalnom ili kombiniranom principu. Prednost fizikih analizatora je to se ostvaruje kontinuirano registriranje i imaju veu tonost. Kemijski analizatori zahtijevaju uzimanje i uvanje uzoraka, analiza se vri runo, a rezultati su manje toni. Prednost im je niska cijena.

2.10.1.2.1. Kemijski analizatori plina

Zasnivaju svoj rad na injenici da dijelovi plinske smjese kemijski reagiraju sa odreenim reaktivima, dok isti reaktivi ne apsorbiraju ostale komponente.

Kod analize plinova treba obratiti panju na uzimanje i uvanje uzoraka.

Pri uzimanju plina moe doi do kondenziranja vode pa se sonda ugrauje pod odreenim kutem u odnosu na smjer protoka plina.

32


Kao apsorpciona sredstva se primjenjuju:

1. Za CO2- otopina kalij hidroksida,

2. Za nezasiene ugljikovodike reda CmH2m i CmH2m-2- sumporasta kiselina.

3. Za O2- natrij hiposulfid,

4. Za CO- amonijklorid,

Apsorpcija se vri navedenim redoslijedom.

Slika 2.10.1.2.1. 1. Sustav za uzimanje uzorka plina:

a) hlaeni prikljuak (sonda),

b) baterija za uzorke plina sa tri posude.

1- ispusna cijev,

2- kvarcna cjevica,

3- hlaena cijev (Cu ili C),

4- vanjska cijev,

5-6- prikljuak rashladne vode,

7- posuda,

8- ventil,

9- posuda s vodom, za punjenje,

2.10.1.2.2. Fiziki analizatori plina

Fizikim analizatorima plina mogue 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


koncentracije te komponente rezultira proporcionalnom promjenom napona to omoguuje oitavanje.

Slika 2.10.1.2.2. 1. Instalacija sa fizikim analizatorom plina

1. Ispuna cijev,

2. sonda,

3. reduktor pritiska,

4. grubi proista,

5. odvaja,

6. hladnjak,

7. fini proista,

8. membranska pumpa,

9. mjera protoka,

10.analizator,

11.elektrini sistem,

12.pojaalo,

13.pokazni instrument,

14.registrirajui instrument.

Sustav ima zadatak da uzima kontinuirano uzorak plina i da je oienu od primjesa dovede u mjernu komoru analizatora.

U podruju kontrole sustava ispunih plinova motora najee se primjenjuju sljedei fiziki analizatori: - Analizatori na principu toplinske provodljivosti,

- Termomagnetski analizatori, - Infracrveni analizatori.

2.10.2. Kontrola kvalitete vode

34


Kvalitet vode koritene u generatorima pare odreuje ukupnu sigurnost ureaja. Na brodu se koriste sljedee 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 ija se ocjena izvodi na osnovu ovih pokazatelja: tvrdoa, sadraj klorida, sadraj kisika, koncentracija vodikovih iona, sadraj rastopivih ostataka, mutnost, sadraj kiselina, organskih i drugih otapala. Voda sadri razliite soli koje uvjetuju njenu tvrdou ili druga svojstva. Suma svih soli u vodi jest ukupan sadraj soli. Kvantitativnu mjeru - ocjenu o ukupnom sadraju soli u vodi izvodi se prema postojanju u njoj rastopljenih klorida (klornih soli). Kvalitativna mjera tog pokazatelja je koncentracija klor-iona. Tvrdoa je sumarna koliina u vodi sadranih kationa kalcija Ca+2 i magnezija Mg+2 izraena u miligram ekvivalentima1 na kilogram otopine.

Alkalitet Alkalitet karakterizira sadraj 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 alkalinosti vode je unoenje dodataka u vodu, radi odstranjivanja tvrdoe.

Tablica 2.10.2. 1. Maksimalni normativi kvaliteta vode.

Oblik vode Pokazatelj kvalitete

Jedinica Tip kotla i radni tlak pare (MPa)

Glavni, pomoni, utilizacijski

Glavni

do 2 2-4 4-6 6-9 Napojna voda

Uku. tvrdoa Kisika Spojevi Fe Spojevi mjedi

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

0.3 - - -

0.02 0.05 - -

0.002 0.03 100 50

0.001 0.002 100 50

Kondenzat Kloridi Cl- mg/l 10 2 0.2 0.1 Destilirana voda

Ukupna tvrdoa

mgEKV/l 0.05 0.02 0.001

0.001

35


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

Ukupna tvrdoa

mgEKV/l 0.05 0.02 0.001

0.001

Kotlovska voda

Ukupni sadraj soli

mg/l 3000 2000 300 250

Kloridi Cl- mg/l 1200 500 30 30

Alkalini broj

NaOH mg/l 150-200 100-150

10-30

10-15

Fosfatni broj

PO4 mg/l 10-30 20-40

30-50

10-20

Nitratni broj

NaPO3 mg/l 75-100 50-75

5-15 -

tvrdoa mgEKV/l 0.02 0.05 0.02 0.02

2.11. Mjerenje efektivne snage motora na ispitnim stolovima

36


Slika 2.11.-1 Principijelna shema pokusne instalacije sa hidraulikom konicom sustava Junkers. 1 - motor, 2 - elastina spojka, 3 - stator, 4 rotor (bubanj sa iljicima), 5 dovod vode, 6 pomina vrataca za reguliranje razine vode u konici, 7 leita rotora (oslonjena u statoru), 8 leita statora, 9 broja okretaja, 10 prijenosna poluga, 11 vaga, 12 protuuteg za uravnoteenje prijenosne poluge, L krak konice

Slika 2.11.-2. Uzduni presjek hidrauline konice sa lopaticama, sustava Frood 1 stator, 2 umetak na statoru sa elipsastim tiroidalnim udubljenjem, 3 rotor, 4 vratilo, 5 brtva, 6 postolje, 7 nosa konice, 8 kuite leita statora, 9 kuite leita rotora, 10 broja okretaja, 11 odvod vode, 12 regulacijski zastor, 13 dovod vode, 14 pogon regulacijskog elementa, 15 lijevak za odvod vode, 16 prirubnica elastine spojke

37


Slika 11. Skica cirkulacije vode kod pokusne instalacije sa hidraulinom konicom i motorom

hlaenim vodom K hidraulina konica, M motor, H hladnjak sa ventilatorom, P1 pumpa vode motora, T termostat, P2 pumpa za toplu vodu, P3 pumpa za ohlaenju vodu, I alternativa sa hladnjakom voda voda, II alternativa sa posudom za mijeanje, MP mjerna posuda za odreivanje protoka rashladne vode, A-B protoni sustav, A -B -cirkulacijski sustav

3.0. OCJENJIVANJE BUKE NA BRODOVIMA

U ovoj toki opisane su osnovne metode i kriteriji za ocjenjivanje buke. Norme za doputene razine buke na brodovima biti e razraene kasnije. Navode se samo neke strane norme. Do danas su se openito iskristalizirale dvije osnovne metode za ocjenjivanje i normiranje buke. Kao baza prihvaena je veliina 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 oznauju slovom N i brojem koji odgovara oktavnoj razini zvunog tlaka kod frekvencije 1000 Hz. Ove krivulje su u osnovi predviene za ocjenu oktavnih spektara, no mogu se translacijom za 5 dB (tono 4,8 dB) okomito prema dolje primjeniti i za tercne spektre. Princip ocjenjivanja neke buke uz pomo njenog oktavnog ili tercnog spektra sastoji se u tome da se ustanovi, koju najviu krivulju N dodiruje snimljeni spektar. Pri tome se dozvoljava prekoraenje 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 - doputena granica za zatitu oteenja sluha Za ocjenjivanje i normiranje buke postoji nekoliko kriterija od kojih su za primjenu na brodovima vani slijedei: 1) oteenje sluha 2) nelagodnost i smetnje izazvane bukom 3) ometanje razumljivosti govora i ujnosti signala Doputena granica za zatitu oteenja sluha jednoznano je odreena vrijednou ukupne razine 90 dB odnosno N85 za 8-satno dnevno izlaganje buci. Sa skraenjem ekspozicije, razina se poveava 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 trgovake brodove pokazane su u tablici 3.4.

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

38


PROSTORIJA

SR Nje -maka (SBG) (1968)

DR Nje -maka

(DSRK) (1970)

vedska NSASN (1973)

SSSR (Sanitar -na prav.) (1964)

SEV (Sekc. 4) (1970)

STROJARN. Sa kontrolnom kabinom 110 105 100 95 -STROJARN. Bez kontrolne kabine 90 90 85 85 90STROJARN. Radionice i dr. stal. rad. mj. 90 90 75 - -STROJARN. Kontrolna kabina 75 80 70 70 -NASTAMBA Kabine 60 60 55 50-60 -NASTAMBA Zajednike prostorije 65 60 65 50-60 60SLU.PROST Kormilarnica 60 60 65 50 60SLU.PROST Radio - kabina 60 60 65 50 60SLU.PROST Krila mosta 65 - 70 - -BOLNICE I AMBULANTE - 55 - - -

Opa je tendencija u svijetu da se norme postroavaju i to u sadanjoj etapi za 5 dB. To je jasno dolo do izraaja u vedskim normama, gdje je granica ouvanja sluha pomaknuta od 90 na 85 dBA. Time se jo vie produbljuje jaz izmeu propisa i stanja na brodovima i postavljaju tei zahtjevi svima onima koji su odgovorni za gradnju i eksploataciju brodova. Za ocjenjivanje zvunih vibracija ne postoje posebne metode, ve se one ocjenjuju posredno uz pomo razina buke.

4.0. SADANJE 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 ispunih plinova. Pokazivai parametara koji se prate nalaze se uz samo mjerno mjesto, ali i u kontrolnoj kabini strojarnice. Tu ih asnik na strai biljei po dolasku i odlasku sa dunosti. Svaki odreeni broj radnih sati treba kontrolirati i : - indicirani tlak u cilindrima, - tlak uputnog zraka, - progib koljenastog vratila, - karakteristike goriva, - karakteristike maziva.

39


Sustavi kontrole, odnosno mjerni instrumenti, povezani su sa alarmnim ureajima i sustavima zatite. Ponekad na osnovu (tono) oitanih parametara i vrijednosti parametara danih od proizvoaa ne moemo dijagnosticirati stvarno stanje stroja ve vrijednosti parametara trebamo preraunavati u skladu sa stanjem okoline.

4.1 SUSTAVI KOJI SE KONTROLIRAJU KOD BRODSKOG DIESEL MOTORA

Najei propulzijski sustav na brodovima je diesel motor, jo su u primjeni parna turbina, plinska turbina, nuklearni pogon i elektrini pogon. U ovom radu zadrati emo se na diesel motornoj propulziji. Kada govorimo o diesel motorima moramo navesti neke specifinosti motora koje razmatramo, jer se motori sa unutranjim izgaranjem u mnogo emu razlikuju. Na brodovima se najee koriste sporookretni motori, mada je tendencija da se sve vie ugrauju brzookretni motori, sa oko 1000-1400 o/min, radi boljeg stupnja iskoritenja. To do sada nije bilo mogue jer su takvi motori radili samo na diesel gorivo, a ne i na znatno jeftiniji mazut. Znaajke najeih brodskih diesel motora su: Rad na teko i lako gorivo, sporookretnost, jednoradni (dugog hoda stapa) sa krinom 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 izvrili smo sa stanovita pretvorbe energije. U okviru svakog od ovih sustava, a zatim i njih zajedno, prate se pojedine znaajke kao to su temperatura, tlak, protok, sastav plinova, poloaj poluja. Na osnovu tih znaajki, uz poznavanje teorije rada tih sustava, vrijednosti znaajki pri ispravnom radu sustava (dobivenim tijekom probne vonje), te matematikih simulacijskih modela ekspert moe doi do zakljuaka o stanju sustava i njegovih elemenata. Praenjem tih znaajki u odreenom vremenskom periodu mogue je odrediti trend ponaanja vrijednosti pojedinih znaajki, te na osnovu toga dijagnosticirati stanje unaprijed tj. predvidjeti stanje pojedinih sustava ili njihovih komponenti unaprijed (Trend analisys). Uvjeti

okoline Unutranji uvjeti

Utjecajne znaajke

okolni tlak

okolna temp.

temp. morske vode

tlak plina iza turbine

razlika tlaka kroz. filter

razlika tlaka kroz kras. zraka

tempa. ispirnog zraka

Korigirane znaajke

-0.01 bar 10 K 10 K 0.01 bar

0.01 bar

0.01 bar

10 K

% % % % % % % Tlak ispirnog zraka

-0.19 -2.38 1.89 -0.40 -1.56 -0.86 -1.89

Tlak kompresije -0.19 -2.54 1.27 -0.41 -1.51 -0.87 1.27

40


Maksimalni tlak izgaranja

-0.18 -1.74 0.74 -0.29 -0.05 -0.58 0.74

Spec. potronja goriva

0.06 0.53 0.52 0.11 0.32 0.17 0.52

Temp. ispunog plina prije turbine

-0.20 2.52 0.85 0.65 1.45 0.79 0.85

Temp. ispunog plina nakon turbine

-0.02 3.08 0.55 1.16 1.84 1.00 0.55

Temp. ispunog plina iza cilindra

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 sljedeih znaajki: Redni broj

Nadzirani parametri

Poloaj mjernih vrijednosti

Alarm graninih vrijednosti

Zatitno djelovanje

Indikacije

1 2 3 4 5 6 1. DIESEL

MOTOR

1.1 Sustav goriva 1.1.1 Tlak goriva iza filtera min. automatski

start pumpe na poziv

1.1.2 Viskozitet goriva

ispred visokotlanih pumpi

max/min.

1.1.3 Razina goriva dnevni tank min. 1.2 Sustav ulja za

podmazivanje

1.2.1 Tlak ulja za pod. Temeljnog i odrivnog leaja

min. automatski start pumpe u pripremi, smanjenje optereenja,

stalno

41


zaustavljanje. 1.2.2 Tlak ulja za

pod. Krine glave

min. automatski start pumpe u pripremi, smanjenje optereenja, zaustavljanje.

stalno

1.2.3 Tlak ulja za pod. Razvodnog vratila

min. automatski start pumpe u pripremi, zaustavljanje.

1.2.4 Temperatura ulja za pod. razvodnog vratila

max.

1.2.5 Temperatura ulja za podmazivanje

na ulazu max.

1.2.6 Tempa. dijelova odrivnog leaja

max. smanjenje optereenja, zaustavljanje.

1.2.7 Tempa. ulja na izlazu iz temeljnog leaja, leaja krine glave, ili koncentracija uljnih para u karteru.

max. smanjenje optereenja

1.2.8 Protok ulja min. smanjenje optereenja

1.2.9 Razina ulja za pod.

na tanku ulja min.

1.3 Sustav turbopuhala

1.3.1 Tlak ulja za pod. Turbopuhala

na ulazu min.

1.3.2 Temperatura ulja za pod. turbopuhala

na izlazu iz svakog leaja

max.

1.3.3 Brzina vrtnje turbopuhala

na poziv

Redni broj

Nadzirani parametri

Poloaj mjernih

Alarm graninih

Zatitno djelovanje

Indikacije

42


vrijednosti vrijednosti 1 2 3 4 5 6 1. DIESEL

MOTOR

1.4 Sustav hlaenja klipa

1.4.1 Tlak sredstva za hlaenje

na ulazu min. automatski start pumpe u pripremi, smanjenje optereenja

stalno

1.4.2 Temperatura sredstva za hlaenje klipa

na izlazu iz svakog klipa


1.4.3 Protok sredstva za hlaenje klipa

za svaki cilindar

min. smanjenje optereenja

1.4.4 Razina sredstva za hlaenje klipa

ekspanzijski tank

min.

1.5 Sustav hlaenja morskom vodom

1.5.1 Tlak morske vode

iza pumpe min. automatski start pumpe u pripremi

stalno

1.6 Sustav hlaenja cilindara slatkom vodom

1.6.1 Tlak rashladne vode u cilindru

automatski start pumpe u pripremi, smanjenje optereenja

1.6.2 Temperatura rashladne vode

na izlazu iz svakog cilindra

smanjenje optereenja

1.6.3 Oneienje uljem sustava rashladne vode

alarm

1.6.4 Razina sredstva za hlaenje cilindara

ekspanzijski tank

min.

1.7 Sustav zraka za upuivanje

43


1.7.1 Tlak zraka za upuivanje

ispred glavnog zapornog ventila

min. stalno

1.7.2 Tlak upravljakog zraka

min.

1.8 Sustav ispirnog zraka

1.8.1 Tlak ispirnog zraka

kolektor ispirnog zraka

stalno

Redni broj

Nadzirani parametri

Poloaj mjernih vrijednosti

Alarm graninih vrijednosti

Zatitno djelovanje

Indikacije

1 2 3 4 5 6 1. DIESEL

MOTOR

1.8 Sustav ispirnog zraka

1.8.2 Temp. ispirnog zraka (poar)

kolektor ispirnog zraka


1.8.3 Razina vode kolektor ispirnog zraka

max. na poziv

1.9 Sustav ispunih plinova

1.9.1 Temperatura ispunih plinova

iza svakog cilindra


na poziv

1.9.2 Temp. ispunih plinova. Odstupanje od prosjeka.

iza svakog cilindra

max.

1.9.3 Temp. ispunih plinova.

ispred svakog turbopuhala

max. na poziv

1.10 Brzina/smjer vrtnje motora

1.10.1 Krivi smjer alarm 1.11 Prekoraenje

brzine motora alarm

4.1.1 SUSTAV GORIVA

44


Cjevovodi goriva moraju po pravilu biti odvojeni od ostalih cjevovoda. Gorivo se u tankovima grije vodom ili parom (najee). Najvia temperatura goriva u tanku mora biti bar 10 0C nia od plamita para goriva. Cjevovodi goriva diesel motornog pogona obino su podijeljeni na dva dijela: na cjevovode tekog i diesel goriva. Dnevni tank goriva postavlja se iznad tanka mjeaa goriva, tako da gorivo dolazi slobodnim padom. Sustav na slici 2 je tako graen da se mogu koristiti diesel i teko gorivo. Da se osigura napajanje pumpi goriva, kapacitet elektrino pogonjene cirkulacijske pumpe goriva je vei od koliine goriva koju troi motor. Viak goriva se vraa nazad kroz odlazei rezervoar. Daljinski upravljani brzo-zatvarajui ventil na ulazu A u motor se zahtijeva od strane proizvoaa, da bi trenutno zaustavio motor, posebno tijekom probne vonje u sluaju da sustav gaenja motora zataji. Sustav goriva ima zadatak da pripremi gorivo za potronju u motoru. Sustav mora zagrijati gorivo (parom radi protupoarne zatite), oistiti ga od voda i drugih neistoa (bilo taloenjem ili istiocima), te ga zagrijati prije visokotlane pumpe goriva.

4.1.2 SUSTAV HLAENJA MOTORA Ovisno o toplinskoj optereenosti i veliini motora, hlade se ovi dijelovi: -cilindri, -poklopci cilindara, -klipovi (ili stapovi), -ispuni ventili, -rasprskai, -ispuni vodovi, -staze krinih glava, itd. Hlaenje vodom moe biti izvedeno na nekoliko naina, ali je najea dilema: Konvencionalni niskotemperaturni sustav hlaenja morskom vodom, i slatkovodni rashladni

sistem za hlaenje kouljica cilindara. Centralni sustav za hlaenje vodom, sa tri kruga: -sustav morske vode, -niskotemperaturni slatkovodni sustav, -visokotemperaturni sustav kouljica cilindara. Prednosti klasinog sustava za hlaenje 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 vii trokovi odravanja, skupi ventili morske vode od nekorozivnih materijala poput ventila iz galvaniziranog elika ili krom-niklovih ventila. Prednosti centralnog sustava za hlaenje su: samo jedan izmjenjiva topline hlaen morskom vodom, i stoga, samo jedan izmjenjiva za pregledavati; svi su drugi izmjenjivai hlaeni slatkom vodom i mogu, stoga, biti napravljeni od jeftinijeg materijala, treba biti samo nekoliko nekorozivnih ventila, reducirano odravanje rashladnika i komponenti, poveana iskoristivost topline. Nedostaci su mu: tri grupe pumpi rashladne vode (za morsku vodu, slatku vodu niske temperature i vodu kouljice visoke temperature) i visi poetni trokovi.

4.1.3 SUSTAV PODMAZIVANJA MOTORA Sustav podmazivanja vri i djelomino hlaenje slijedeih dijelova: -klip, -prstenovi, -krina glava, -temeljni i letei leajevi, -osovina turbopuhala, -bregasta osovina, i drugi. Ovaj sistem opskrbljuje uljem leajeve motora kroz ulaz R, i do klipova kroz ulaz U. Glavni motor se ventilira kroz AR pomou ventila koji je povezan direktno na palubu. Ovaj ventil ima drenani sustav da bi se kondenzirano ulje vratilo u drenani rezervoar. Odvodi iz kuita AE

45


su montirani s obje strane. Ulje za podmazivanje se pumpa iz talonog tanka pumpom ulja (001) do rashladnika ulja (002), termostatskog ventila (003), i kroz filtere (004), do motora gdje se rasporeuje leajevima i klipovima. Vei dio ulja se raspodijeli izmeu klipova i krine glave. Ulje iz motora, se skuplja na uljnu tavu, odakle se vodi u taloni tank.

4.1.4 SUSTAV PREDNABIJANJA MOTORA U cilju poveanja iskoristivosti volumena cilindra i stupnja iskoritenja motore prednabijamo pothlaenim zrakom. Turbokompresor moe raditi na konstantni tlak (ee) ili impulsno. Ispuni plinovi se odvode iz cilindara u kolektor ispunih plinova gdje se neutraliziraju fluktuacije tlaka iz cilindara i odatle se plinovi konstantnog pritiska vode u turbokompresor. Kompenzatori tlaka su smjeteni izmeu ispunih ventila i kolektora ispunih plinova i izmeu 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 hvataem kondenziranih kapljica, to spreava da kondenzirana voda bude odneena zrakom u kolektor ispirnog zraka i u komoru izgaranja.

5. IDENTIFIKACIJA RELEVANTNIH ZNAAJKI MOTORNOG SUSTAVA Za sigurnost plovidbe broda od izuzetnog je znaaja poznavanje trenutnog stanja i budue raspoloivosti glavnog Dieselovog motora. Dijagnosticiranje stanja brodskog motornog sustava zasniva se na permanentnom mjerenju - praenju, za proces relevantnih znaajki, obradi rezultata mjerenja, te njihovoj prezentaciji i koritenju u svrhu uvida u ispravnost, efikasnost i raspoloivost. Bitan preduvjet za ostvarenje navedenih ciljeva je pravilan izbor znaajki mjerenja i mjernih mjesta. Razvoj motora s unutranjim sagorijevanjem postavlja pred istraivae i ispitivae sve kompleksnije zahtjeve u pogledu obuhvatnosti i egzaktnosti dobivanja i koritenja rezultata mjerenja. Glede ocjene rada i efikasnosti sloenog dijagnostikog sustava kao to je Dieselov motor potrebito je potpuno poznavati radni proces motora kao i zavisnost izlaznih znaajki o ulaznim znaajkama procesa. Preduvjet za projektiranje i realizaciju dijagnostikog sustava brodskog Dieselovog motora je identifikacija relevantnih znaajki sustava Dieselovog motora.

5.1.ODABIR DIJAGNOSTIKIH ZNAAJKI MOTORNOG SUSTAVA Cilj svakog ispitivanja motora je dokazati, u odre|enim uvjetima, postizanje zahtjevanih znaajki, te pokazati sigurnost i trajnost u radu. Proizvo|ai motora i klasifikacijska drutva preporuuju koje su znaajke motornog sustava relevantne i preporuuju se za kontinuirano praenje. U ovom radu relevantne znaajke su podijeljene na nadzorne, upravljake-regulacijske ili zatitne. Osnova za svrsishodnu dijagnostiku, brodskog Dieselovog motora je dobro odreen i razraen sustav znaajki. U radu, posebna panja posveena je slijedeim opim znaajkama: temperatura, tlak, protok, broj okretaja, pomak. Temperatura Temperatura je jedna od najznaajnijih pogonskih znaajki. Mjerenjem temperature mogu se dobiti informacije o stanju procesa kao to su:

46


- termiko optereenje vitalnih dijelova motora - nepotpuno izgaranje u cilindrima - troenje tarnih povrina - neispravnost sustava za hlaenje i podmazivanje Tlak Tlak kao i temperatura predstavlja znaajnu pogonsku znaajku. Pomou njega mogu se dobiti obavijesti o: - stanju radnih medija (ulja za podmazivanje, goriva, zraka za ispiranje, ispuni plinovi) - termodinamikom procesu koji se zbiva u prostoru izgaranja. Protok i koliina esto se zahtjeva mjerenje volumnog ili masenog protoka. Kod dokazivanja performansi motora mjerenje potronje goriva je jedna od najbitnijih znaajki. Broj okretaja Kod sustava sa rotacijskim djelovima vana pogonska znaajka je broj okretaja ili kutna brzina vrtnje. Za nas su bitne znaajke broj okretaja motora i turbopuhala. Snaga Snaga se odreuje na osnovu poznate veliine zakretnog momenta i kutne brzine motora. Prema gornjim znaajkama odabrane su dijagnostike znaajke sustava brodskog Dieselovog motora.

6.0. ODREIVANJE ULAZNO - IZLAZNIH ZNAAJKI Model dvotaktnog Dieselovog motora s turbopuhalom vidljiv je na slici 6.0. 1. Na slici su vidljive relevantne znaajke kao i tok pojedinih medija, odnosno mehanike veze dijelova motornog kompleksa.

47


FILTERZRAKA

RASHLAD.ZRAKA

ISPU[NIVENTIL

RA

ZV

OD

NO

VR

AT

ILO

VISOKOTLA^NAPUMPAGORIVA

PROSTORIZGARANJA

STAPNIMEHANIZAM

UBRIZGA^PUHALO

ISPIRNIKOLEKTOR

ISPU[NIKOLEKTOR PUHALO

G

p,T,m

M

p,T

p,T,mU

p,T,m

p,T,m

p,T,m p,T

p,T p,T

p,T

p,T

p,T

p,T

p,T

p,Tp,Tp,T

p,T

p G

G

p

M

MRV U

nRM

IZ

IZ

IZ

IZ

M n

IPIPIP

IP

Legenda: U - tok ulja za podmazivanje RM - tok rashladne morske vode IZ - tok zraka za ispiranje M - mehanike veze RV - tok rashladne vode G - tok goriva IP - tok ispunih plinova

Slika 6.0. 1.: Blok dijagram modela Dieselovog motora s podjelom na podsustave (lit.9).

7.0. PODJELA BRODSKOG POGONSKOG KOMPLEKSA NA DIJAGNOSTIKE PODSUSTAVE

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

48


Primjer dijagnostike u cilju odravanja sporohodnog brodskog dieselovog motora po stanju U razmatranje uzimamo primjer brodskog porivnog sporohodnog, dvotaktnog Diesel motora (lit 5), te obraujemo podsustave rashladne vode (konvencionalni i sredinji rashladni sustav), podsustav ulja za podmazivanje, podsustav goriva i podsustav zraka za upuivanje motora. Primjer je vren 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. Tehniki opis motora 6L 60 MC/MCE U razmatranje je uzet motor 6 L 60 MC/MCE. Oznaka oznaava: 6 - broj cilindara L - dugi stapaj 60 - promjer cilindra MC - program motora E - ekonomska verzija Popreni i uzduni presjek motora prikazan je na slikama Motor je prekretan, jednoradni, dvotaktni s krinom glavom, s istosmjernim ispiranjem, turbonabijanjem i hlaenjem 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 specifine potronje goriva kako bi se poboljao termodinamiki stupanj djelovanja (oko 50%) sa istosmjernim ispiranjem.

49

Pol Vrsalovicbroj slike


Prouavanjem poprenog presjeka vidimo da je temeljna ploa izvedena od malog broja ploa. U principu se izvodi u jednom komadu, ali ako proizvodni kapaciteti omoguavaju, moe se izvesti podjela u manje jedinice. Temeljni vijci su poredani po uzdunoj ploi u grupama po 4 na svakom poprenom nosau. Analize pokazuju da vijci postavljeni na pola puta izmeu poprenih nosaa mogu vrlo malo doprinijeti smanjenju poprenih sila od glavnih leaja. Vea udaljenost glavnog leaja znai bolju raspodjelu tlanih sila od kotvenih vijaka. Kuite je sastavljeno od posebnih stalaka u obliku slova A sa vodilicama za krine glave uzduno povezane sa ploama na kojima se nalaze vrata za inspekciju i tehniki pregled, zaledno sa odunim ventilima. Konstruirani su novi cilindarski okviri. Zgog njihove relativno komplicirane strukture mogu biti izraeni samo od lijevanog eljeza, lijevani u jedan, dva ili ak tri dijela. Motor ima dva izbora izvedbe koljenaste osovine, zavareni sklop koljenaste osovine i verzija steznog sklopa. Obe izvedbe e biti postavljene u strukturu motora. Zavareni sklop koljenaste osovine je povoljniji i jeftiniji od steznog. Lakat koljenastog vratila izveden je sa tankim ploama sa bijelim metalom. Glavni leaj ima plat sa debelim slojem bijelog metala, dok plat krine glave ima tanak sloj bijelog metala. Uljem hlaeni klipovi su standardni za MC motore. Glava klipa je izraena od krommolibdenog elika koji daje odlinu vrstou i otpornost protiv toplinskih udara. Vaan faktor, koji doprinosi punom iskoritenju svojstava vstoe materijala koji se koriste kod izrade klipova, je hlaenje uljem, koje ima dodatne prednosti u sprijeavanju korozije i mjeanja rashladnog sredstva. Konstruiran je i novi ispuni ventil. Vanjsko plinsko kuite je promijenjeno zbog prilagoavanja jaih usadnih vijaka potrebnih za dranje ventila u mjestu protiv visokog tlaka.

50


51


52


Tehniki podaci motora 6L 60 MC/MCE Oznaka tipa 6 l 60 mc/mce Promjer cilindra 600 mm Stapaj 1944 mm Nazivna snaga 1320 kW Pri srednjem efektivnom tlaku MC 16.2 bar

MCE 13 bar Nazivni broj okretaja 111o/min Broj turbopuhala 1 Temperatura ispunog plina prije turbine 380oC Temperatura ispunog plina iza turbine 250oC Ukupni protok tlaka 4.4 kg/sek/cil Temperatura zraka prije rashladnika 150oC Temperatura zraka poslije rashladnika 39oC Gustoa goriva kod 15oC max. 0,991 g/cm3 Specifina potronja goriva pri max. snazi 176-167 g/kWh Tlak ispirnog zraka 1,96 bar Tlak kompresije 106,8 bar Tlak izgaranja 125 bar Ukupna duina motora 14 015 mm Ukupna teina 850 tona Teina glave cilindra 2,28 tona Teina klipa sa stapajicom 1,41 tona Tlak ulja za podmazivanje 2,1-2,2 bar

.

53


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 zamanjak. Priblino 30%, je izbaeno preko ispunih sustava, dok drugi 7% isijava s povrine motora izravno u atmosferu. Ostalih 30% morati biti odvedeno preko paljivo izvedenih rashladnih sustava.

Pokuajmo objasniti o kolikoj koliini topline [energije] je rije. Izraunato je za dizel motor od 20 konjskih snaga koji radi sa 70% optereenja razvija toliko energije da bi zadovoljio pet peterosobnih kua pri vanjskom temperaturom ispod nule. Osnovna zadaa rashladnog sustava je da primi neiskoritenu i latentnu toplinu izgaranja i odvede je u atmosferu. Kada shvatimo odnos meu izlazne snage motora i izgorenog goriva postaje jasno da koliina koja se mora odvesti rashladnim sustavom je izravno proporcionalna snazi motora.

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

Radijatori su takove veliine da otklone koliinu topline na jezgri radijatora balansirajui toplinu preuzetu s motora na eljenu radnu temperaturu. Radijator ne moe ukloniti vie topline nego to voda u sustavu moe primiti i odnijeti, tu je mala korist od poveanja koliine rashladnog sredstva, osim kao mjera opreza od pregrijavanja. Cijevi u jezgri radijatora mogu biti linijskog tipa, prikazane lijevo, ili nagnutpg tipa, prikazane desno. Veina cijevi su napravljene od bakra, ali tee slitine se koriste da bi se oduprli trvenju u stanovitim primjenama. Za vei stupanj odvoenja topline veliina razmaka krilaca ograniavaju kapacitet radijatora za rashlaivanje vode u cijevima. Vie krilaca po centimetru, biti e vea stopa rashlaivanja. Prema tome, jezgra prikazana na desnoj slici imati e veu rashladnu stopu. Ipak, ista jezgra imati e takoer veu stopu zaepljenja, jednostavno zbog toga to su krilca blia i prostor izmeu njih je manji i lake se zaepe. Jedan nain za poboljanje osobina rashladnog sustava je tlaenje sustava. Voda pod tlakom kljua na veoj temperaturi nego voda na tlaku atmosfere; i dok se para ne javi na toki kljuanja, podizanje toke kljuanja slui kao predostronost protiv gubljenje rashladnog sredstva isparavanjem. Tlaenje takoer pomae uklanjajui kavitaciju na vodenoj crpki, koje moe prouzrokovati prekid rada crpke i kvar na motoru, ukoliko se pojavi.

54


dovoljan tlak odrava da bi se toka kljuanja u granicama.

Tlaenje takoer smanjuje nastanak zranih mjehuria koje uzrokuje tokastu koroziju i slab prijenos energije. Mjehurii uz vrue dijelove u motoru, kao to je ova pretkomora izgaranja, moe koaricu korisno hladiti i uzrokuje ozbiljna oteenja na motoru. Moda jo i znaajnije, mjehurii u rashladnom sredstvu moe uzrokovati kavitaciju u crpki, djeluje na protok (smanjuje se), i uzrokuje problem pregrijavanja.

Temperatura na kojoj tekuina kljua ovisi o tlaku koji djeluje na nju. Pod atmosferskim uvjetima na morskoj razini, ista voda kljua na 100 C. Na visini, ipak, voda kljua na nioj temperaturi. Ako je u sustav pod tlakom, toka kljuanja se podie.

Da bi se postigla toka kljuanja u sigurnim granicama u sustavu hlaenja, omoguuje se tlaenje kako se rashladno sredstvo grije i iri. Najvei tlak je ogranien, u dijelovima, pomou iroke opruge koja optereuje ventil na poklopcu radijatora.

an

je visini

odrala

Kada je motor ugaen, rashladno sredstvo se stee. Ako se zrak u gornjem tanku odvodio tijekom rada, ovo sad mora biti napravljeno tako da sprijei da bi se stvorio tlak nii od atmosferskog i rashladnom sustavu. Ovo je izvedivo pomou malog ventila u centru velikog ventila. Manji ventil se otvara kada je atmosferski tlak vei od tlaka kojeg postie manja opruga uvean za tlak u radijatoru.

Tu su tri tipa rashladnog sustava:

- Radijator - ploasti rashladnici - recirkulirajua voda

Otvaranje se javlja kada je tlak u radijatoru jednak tlaku okoline uveza tlak na ventilu uzrokovan silomopruge. Tlaeni radijatorski poklopac nainjen tako da se ak na

55


Ovo je tipini rashladni sustav radijatorima. Ima izvana kontrolirani tempereturni regulator. Protok poinje na vodenoj pumpi (1) i podijeljen je izmeu rashladnika ulja (8) i vodu kouljice aftercooler-a (5) ako je njime opremljena), pa do bloka (7), glave (2), kuite temperaturnog regulatora i temperaturnog regulatora. U ovoj toki regulator ili alje rashladno sredstvo nazad u crpku kroz zaobilaznicu do radijatora ili i do radijatota i do crpke. Radi kako tipini radijatorski sustav, osim to radijator ima dodatnu povrinu odijelka i prikljuna sporedna cijev je ugraena izmeu ovog povrinskog dijela i usisa crpke. Ovo je nainjeno da osigura stalnu dobavu crpke tijekom znaajne promijene broja okretaja motora kod promjene brzine (manja brzina). Sada pogledajmo ploasti rashladni sustav. Rashladno sredstvo u ovom sustavu protjee, u osnovi, kao i kod radijatorskog sustava osim nakon to rashladno sredstvo napusti kuite temperaturnog regulatora. Temperaturni regulator vode regulira protok vode od ploastog izmjenjivaa topline umjesto reguliranja protoka do radijatora. Kada je rashladno sredstvo na radnoj temperaturi naputa motor da bi bilo hlaeno ploastim izmjenjivaem topline i vraa se nazad do kuita temperaturnog regulatora i tada dalje do ekspanzionog tanka. Od ekspanzionog tanka rashladno sredstvo tee nazad do vodene crpke. Na nekim sustavima moe biti odvojeni

ploasti izmjenjiva topline i pomona crpka za rashlaivanje aftercooler-a. Sustav takoer moe imati runi ili termostatski controlirani zaobilazni ventil za kontrolu temperature vode koja ulazi u aftercooler.

Ovo je shematski prikaz izmjenjivaa topline rashladnog sustava. Tok rashladnog sredstva tee slino kao kod ploastog rashladnika. Znaajna razlika je umijesto koritenja ploastih linija, rash

DIJAGNOSTIKA KVAROVA 2006

Documents

Transcript of DIJAGNOSTIKA KVAROVA 2006