Motoarele diesel sunt utilizate pe scară largă în navele moderne. În prezent, navele cu motoare diesel ca motor principal reprezintă peste 98% din total, iar puterea totală a navelor-motorizate cu motorină reprezintă peste 90% din puterea totală-construcției navelor.
Pornirea normală a motorului principal diesel pentru a asigura puterea navei este o condiție necesară pentru a asigura siguranța navigației.
Metoda de pornire cu aer comprimat-este utilizată pe scară largă în motoarele diesel de dimensiuni medii-și-mari, datorită cuplului său mare de pornire, procesului de pornire rapid și lină și aplicabilității largi.
Motoarele principale diesel ale unei nave cu elice cu două-motoare, cu o singură-elice, brusc, nu au pornit normal în același timp. Această lucrare analizează și depanează această eroare de pornire, sperând să ofere inspirație și asistență personalului de întreținere și management al motoarelor principale diesel.
I. Fenomenul Defectului
Când o navă se pregătea să pornească, după ce motorul principal diesel a finalizat pregătirile de pre-pornire, echipajul a apăsat butonul „Pornire” de pe consola de comandă centralizată, dar motorul diesel nu s-a rotit, iar pornirea a eșuat.
Inginerii marini au încercat apoi să pornească motorul de la consola locală de control, dar totuși nu au reușit.
Pentru a asigura finalizarea misiunii navei, inginerii marini au încercat în cele din urmă să deschidă manual supapa principală de pornire. Au simțit că a fost mai obositor decât de obicei, dar motorul principal a pornit în sfârșit cu succes și a funcționat normal după aceea.
După ce nava s-a întors, inginerii marini au încercat să găsească cauza defecțiunii de pornire. Prin mai multe teste de pornire, au rezumat următoarele fenomene:
(1) Când butonul „Start” a fost apăsat pe consola de comandă centralizată și pe consola locală de comandă, motorul diesel nu a pornit.
(2) După apăsarea butonului „Pornire”, s-a auzit sunetul comutării supapei de oprire-combustibilului.
(3) După mai multe operațiuni de „suflare-prin”, atunci când butonul „Pornire” de pe consola centralizată de control sau consola locală de control era apăsat, motorul diesel putea porni.
(4) Fenomenele de pornire ale celor două motoare principale diesel au fost aceleași.
II. Principiul de pornire
Motorul principal diesel al acestei nave folosește un sistem de pornire cu-aer comprimat, adoptând o metodă de pornire cu un singur-rând de admisie și dublu-rând. Figura 1 prezintă diagrama sistemului de pornire.
Figura 1: Diagrama sistemului de pornire a unui motor diesel
Presiunea aerului de pornire este de 1,2-3 MPa, iar presiunea aerului de control este de 0,7 MPa. Ambele sunt umplute în sticla de aer de pornire și sticla de aer de control după ce au fost decomprimate de o sticlă principală de aer comprimat de 4,7 MPa printr-o supapă de reducere a presiunii.
Când motorul diesel pornește, electrovalva de pornire este alimentată. După ce aerul de control trece prin supapa de blocare a angrenajului de rotație, acesta este împărțit în două căi:
O cale duce la supapa direcțională, închizând supapa de oprire{0}}combustibil și deschizând circuitul de păcură.
Cealaltă cale duce la supapa principală de pornire, deschizând supapa principală de pornire și deschizând circuitul de aer de pornire.
După trecerea prin supapa principală de pornire, aerul de pornire este împărțit în trei căi:
O cale duce la supapa de pornire instalată pe cilindrii B-banc. După ce supapa de pornire a cilindrului se deschide, aerul intră în cilindru.
O cale duce la distribuitorul de aer, iar apoi, conform ordinii de aprindere a motorului diesel, ajunge la supapele de pornire a cilindrului în succesiune pentru a le deschide.
O altă cale duce la servo de pornire a regulatorului.
Aerul de pornire intră în cilindrii B-în ordinea de aprindere, împingând pistoanele și antrenând arborele cotit să se rotească. Când turația motorului diesel atinge viteza de pornire 1, regulatorul primește semnalul de setare a vitezei (accelerează), crește rapid alimentarea cu combustibil la clapeta de pornire 1 și apoi ajustează accelerația în funcție de turație până când motorul diesel intră într-o stare de funcționare stabilă. Diagrama relației dintre viteza de pornire și accelerația în timpul procesului de pornire este prezentată în Figura 2.
Figura 2: Diagrama relației dintre viteza de pornire și accelerația în timpul procesului de pornire
III. Analiza și depanarea cauzei defecțiunii
În conformitate cu principiul de bază de lucru și principiul de pornire al motorului diesel, procesul de pornire al acestui motor diesel implică în principal sistemul de alimentare cu combustibil, sistemul de admisie și evacuare, sistemul de control al vitezei, sistemul de monitorizare și siguranță și sistemul de-aer comprimat.
Urmând principiul de analiză a defecțiunilor „de la ușor la dificil, de la suprafață spre interior”, și pe baza fenomenelor rezumate de inginerii marini în timpul testelor de pornire, sfera de depanare a defecțiunilor este restrânsă.
1. Analiza preliminara
Motorul diesel nu a reușit să pornească prin modul de control (apăsând butonul „Start” de pe consola centralizată de control sau consola locală de comandă), dar putea porni prin deschiderea manuală a supapei de pornire principală. În plus, motorul diesel a funcționat normal după pornirea cu succes, ceea ce indică faptul că supapele de pornire a cilindrului, sistemul de alimentare cu combustibil, sistemul de admisie și evacuare și sistemul de control al vitezei motorului diesel funcționau normal.
Este de remarcat faptul că, chiar dacă motorul diesel nu pornește, atunci când apar fenomene de defecțiune, cum ar fi motorul diesel care nu se rotește sau nu atinge viteza de pornire 1, sistemul de control al vitezei și sistemul de alimentare cu combustibil nu au participat încă la lucru, iar defecțiunile altor sisteme ar trebui luate în considerare mai întâi.
În timpul pornirii, supapa de întrerupere a combustibilului-s-a putut comuta normal, iar supapa de blocare a transmisiei de rotație din sistemul de monitorizare și siguranță nu s-a aprins, ceea ce indică faptul că supapa solenoidală de pornire și supapa de blocare a transmisiei de rotație din circuitul de aer de control funcționau normal, iar aerul de control putea ajunge la supapa principală de pornire.
Deoarece motorul diesel ar putea porni prin deschiderea manuală a supapei principale de pornire, se consideră că poate exista un punct de defecțiune în supapa principală de pornire.
2. Depanarea supapei principale de pornire
(1) Structura și principiul de funcționare
Supapa principală de pornire a acestui motor principal diesel este instalată lângă carter, așa cum se arată în Figura 3, iar structura sa este prezentată în Figura 4. Componentele principale includ: blocul superior, pistonul, arcul de ghidare, supapa de siguranță, arcul principal, supapa principală, scaunul supapei și corpul supapei.
Figura 3: Supapă principală de pornire
Figura 4: Structura supapei principale de pornire
După ce aerul de control este conectat, pistonul antrenează supapa de siguranță pentru a se mișca în jos. Aerul principal de pornire din corpul supapei este conectat la atmosfera exterioară prin orificiul de evacuare, iar presiunea scade rapid. Ca urmare, presiunea verticală care acționează pe partea exterioară a supapei principale poate depăși forța rezultantă a presiunii verticale care acționează pe partea interioară și forța elastică a arcului principal, determinând ridicarea supapei principale în sus, deschizând astfel supapa principală de pornire.
În timpul acestui proces, forța aerului de control aplicată pistonului trebuie să poată depăși forța elastică a arcului de ghidare și presiunea ascendentă a gazului care acționează asupra supapei de siguranță. Condiția de forță a pistonului este prezentată în formula (2).
Dacă supapa principală de pornire este deschisă manual, presiunea în jos aplicată blocului superior prin rotirea discului înlocuiește forța aerului de control, determinând mișcarea în jos a supapei de siguranță.
F_piston, aer de control > F_supapă de siguranță, aer de pornire + T_arc de ghidare (2)
(2) Analiza cauzelor potențiale de defecțiune
Din principiul de funcționare al supapei principale de pornire, se poate observa că cheia pentru deschiderea supapei principale de pornire constă în deschiderea normală a supapei de siguranță. Prin urmare, analiza se realizează din următoarele trei aspecte pe baza formulei (2):
1) Presiunea aerului de control insuficientă, rezultând o presiune mică în jos aplicată pistonului.
Punctele de scurgere din conducta de aer de control sau blocarea conectorului de aer de control vor face ca presiunea aerului de control care intră în supapa principală de pornire să fie scăzută.
2) Rezistență crescută la mișcarea în jos a supapei de siguranță.
Ungerea slabă între supapa de siguranță și bucșa de ghidare, sau ruginirea supapei de siguranță sau a bucșei de ghidare din cauza aerului umed, va face ca mișcarea supapei de siguranță să se blocheze și, în cazuri severe, aceasta poate fi chiar blocată complet.
Este de remarcat faptul că, dacă presiunea de pornire a aerului este prea mare, rezistența la mișcarea în jos a supapei de siguranță va crește, de asemenea, semnificativ.
3) Dificultate la comprimarea arcului de ghidare.
Arcul de ghidare este realizat din metal. Ruginirea din cauza aerului umed va face ca produsele de rugină să împiedice compresia normală a arcului. Compresia ciclică excesivă poate provoca micro-fisuri, crescând forța necesară compresiunii.
În plus, instalarea necorespunzătoare a arcului poate cauza interferențe cu componentele din jur, împiedicând comprimarea arcului.
(3) Dezasamblare și inspecție
După inspecția externă și dezasamblarea supapei principale de pornire pentru a verifica supapa de siguranță și arcul de ghidare, s-au găsit următoarele:
1) Conexiunile conductei de aer de control au fost normale, fără scurgeri, iar conectorul de aer de control nu a fost blocat.
2) Supapa de siguranță se putea mișca flexibil în bucșa de ghidare, iar arcul de ghidare nu a avut rugină evidentă și nici crăpături evidente pe suprafață.
3) Presiunea sticlei de aer de control a fost normală, dar presiunea sticlei de aer de pornire principală a depășit 3 MPa, așa cum se arată în Figura 5.
Figura 5: Manometru de pornire a presiunii aerului
Presiunea ridicată a aerului principal de pornire este exact motivul pentru care inginerii marini s-au simțit obositoare când au deschis supapa principală de pornire.
Deoarece atât aerul de control, cât și aerul principal de pornire sunt obținute prin decomprimarea aerului din sticla principală de aer comprimat cu o presiune de 4,7 MPa prin supapa-reducătoare de presiune, punctul de defecțiune este practic blocat ca supapă de-reducere a presiunii.
3. Depanarea supapei de-reducere a presiunii
(1) Structura și principiul de funcționare
Modelul-supapei de reducere a presiunii este Q/HFJM-20A. Obiectul fizic este prezentat în Figura 6 și este împărțit într-o supapă pilot și o supapă principală de reducere a presiunii. Structura internă este prezentată în Figura 7.
Figura 6: Supapă de reducere a presiunii Q/HFJM-20A
Figura 7: Structura internă a supapei pilot Q/HFJM-20A (superioară) și a supapei principale (inferioară)
Supapa pilot este compusă în principal dintr-un capac de reglare, un arc de reglare și un șurub de reglare. Componentele principale ale supapei principale de-reducere a presiunii includ: un piston, un disc principal al supapei și un arc de retur.
Când capacul de reglare al supapei pilot este în poziția inițială, arcul de reglare al supapei pilot nu este sub presiune, supapa pilot nu este deschisă, presiunile din camerele superioare și inferioare ale pistonului în supapa de reducere a presiunii principale- sunt echilibrate, iar discul supapei principale închide pasajul supapei principale sub presiunea arcului de retur.
Când capacul de reglare al supapei pilot este rotit în sensul acelor de ceasornic, arcul de reglare este comprimat și deschide discul supapei pilot. Aerul presurizat ieșit de supapa pilot intră în camera superioară a pistonului. Pistonul este supus unei presiuni verticale în jos, învinge forța elastică a arcului de revenire și se deplasează în jos. În același timp, tija de împingere se mișcă în jos pentru a deschide discul principal al supapei. Apoi, sursa de aer de înaltă presiune-PN1 intră în camera de ieșire, generând presiunea de ieșire PN2.
În același timp, aerul sub presiune din camera de ieșire intră în camera inferioară a pistonului, acționând asupra părții inferioare a pistonului pentru a compensa presiunea pe partea superioară a pistonului. Deschiderea discului principal al supapei scade până ajunge la echilibru.
(2) Analiza cauzelor potențiale de defecțiune
Din principiul de funcționare al acestei-supape de reducere a presiunii, se poate observa că presiunea de ieșire depinde de deschiderea discului principal al supapei. Cu cât deschiderea este mai mare, cu atât presiunea de ieșire este mai mare.
Supapa pilot joacă un rol de control, iar supapa principală de-reducere a presiunii are o funcție de feedback cu auto-compensare. Prin urmare, analiza se realizează din următoarele două aspecte:
1) Valoare de reglare anormală a supapei pilot.
Dacă capacul de reglare al supapei pilot este strâns accidental, crescând pre-compresia arcului de reglare sau dacă arcul de reglare este îmbătrânit sau deformat, presiunea de ieșire a supapei pilot va crește, afectând astfel presiunea de ieșire a supapei principale.
2) Acțiune anormală a supapei principale.
Probleme precum scăderea modulului elastic al arcului de retur, blocarea pistonului după deplasarea în jos, deteriorarea suprafeței de etanșare dintre discul supapei principal și scaunul supapei sau blocarea orificiului de ghidare a presiunii-din camera inferioară a pistonului vor face ca deschiderea discului principal al supapei să fie mai mare decât poziția inițială de echilibru.
(3) Depanarea erorilor
Supapa pilot și supapa principală a supapei-de reducere a presiunii au fost dezasamblate. Arcul de reglare și arcul de retur au fost inspectate vizual și au fost testate forțele elastice ale acestora. În același timp, flexibilitatea mișcării pistonului și suprafața de etanșare a discului principal al supapei au fost verificate cu atenție. S-a constatat că arcul de reglare al supapei pilot era îmbătrânit.
După înlocuirea arcului de reglare, capacul de reglare al supapei pilot a fost reglat pentru a face presiunea de ieșire la 3 MPa. Motorul diesel a fost testat pentru pornirea din nou la consolele de comandă locale și centralizate, iar motorul diesel a putut porni normal.
Inginerii marini au descoperit în timpul testelor de pornire că motorul diesel putea fi pornit prin modul de control după mai multe operațiuni de „suflare-prin”. De fapt, acest lucru se datorează faptului că operațiunile de „suflare-prin” consumau aerul comprimat. După ce presiunea aerului principal de pornire a scăzut, aerul de control ar putea deschide din nou supapa principală de pornire.
IV. Concluzie
Această lucrare realizează o analiză detaliată și depanare a pornirii anormale a motorului principal diesel al unei nave. Rezultatele arată că îmbătrânirea arcului de reglare al supapei pilot a supapei-reducătoare de presiune din sistemul de-aer comprimat, ceea ce face ca presiunea aerului principal de pornire să fie prea mare, este cauza defecțiunii.
Trei sugestii sunt înaintate personalului de management maritim:
În primul rând, îmbunătățiți standardizarea întreținerii zilnice și întrețineți și deserviți strict fiecare componentă și sistem conform manualelor și instrucțiunilor tehnice.
În al doilea rând, consolidați învățarea și înțelegerea structurilor interne și a principiilor de lucru specifice ale principalelor componente, ceea ce va ajuta la determinarea rapidă a locației defecțiunii.
În al treilea rând, nu vă concentrați doar asupra motorului principal, ci și acordați atenție influenței sistemelor auxiliare asupra fiabilității mașinii.