Układ napędowy pewnego statku rybackiego służącego do egzekwowania prawa składa się z dwóch silników wysokoprężnych, jednej-dwusilnikowej przekładni redukcyjnej równoległej, jednego zestawu śrub napędowych i wałów o regulowanym skoku. Silnik główny to czterosuwowy-silnik okrętowy z bezpośrednim wtryskiem, turbodoładowaniem i chłodnicą międzystopniową,-o średniej prędkości, w konfiguracji rzędowej. W skrzyni biegów zastosowano przekładnię równoległą z łożyskami oporowymi i sprzęgłami o wysokiej-elastyczności. Schemat ideowy konstrukcji głównego urządzenia napędowego statku przedstawiono na rysunku 1.
Rysunek 1 Schemat ideowy głównego układu napędowego statku
I. Zjawisko usterki
Podczas comiesięcznej konserwacji załoga znalazła dużą ilość metalowych resztek w misce olejowej skrzyni korbowej silnika głównego. Po zgłoszeniu podjęto decyzję o natychmiastowym przeprowadzeniu konserwacji silnika głównego w celu zidentyfikowania źródła metalowych odłamków. Załoga statku zdemontowała i dokonała przeglądu silnika wysokoprężnego, przeprowadzając szczegółowe kontrole ważnych podzespołów, takich jak głowica cylindrów, tuleja cylindrowa, zespół korbowodu tłoka, tuleja łożyska głównego, wałek rozrządu i wał korbowy. W trakcie procesu odkryto następujące objawy usterek.
1) Na wielu częściach wykryto rdzę.
(1) Wałek rozrządu
Po zdemontowaniu "osłony otworu obserwacyjnego" zaobserwowano rdzę na powierzchniach wałków rozrządu 4 i 6. Stan rdzy czwartego i szóstego wałka rozrządu pokazano na rysunku 2.
Rysunek 2 Stan korozji wałków rozrządu nr. 4 i nr. 6
(2) Panewki łożysk głównych.
Podczas demontażu i kontroli panewek łożysk głównych stwierdzono, że wszystkie panewki łożysk głównych odpowiadające każdemu cylindrowi były zardzewiałe w różnym stopniu, a rdza stopniowo pogłębiała się od wolnego końca do końca wyjściowego. Zardzewiałe części znajdowały się w górnej połowie panewek głównych łożysk.
Stan korozji górnej połowy panewki łożyska głównego I biegu przedstawiono na rysunku 3.
Rysunek 3 Stan rdzy w górnej połowie tulei łożyska głównego biegu nr. 1
(3) Wał korbowy
Po wymontowaniu korbowodu tłoka i innych akcesoriów na wale korbowym, takich jak tuleja łożyska, zaobserwowano rdzę na powierzchni wału korbowego, przy czym najpoważniejszy był czop główny przekładni nr{0}}. Stan rdzy głównego czopu przekładni nr. 5 pokazano na rysunku 4.
Rysunek 4 Stan rdzy na czopie wału przekładni nr 5
2) Zużycie tulei łożyska głównego i podkładki oporowej.
Po demontażu stwierdzono, że tuleja łożyska głównego oraz podkładka oporowa 7. biegu uległy znacznemu zużyciu, w wyniku czego doszło do rozerwania metalu. Wstępnie ustalono, że jest to główne źródło zanieczyszczeń metalicznych. Stan zużycia panewki łożyska głównego i podkładki oporowej 7. biegu przedstawiono na rysunku 5.
Rysunek 5 Warunki zużycia tulei łożyska głównego i podkładki oporowej przekładni nr. 7
II. Metoda analizy drzewa usterek i analiza rzeczywistego statku
Analiza drzewa usterek jest powszechnie stosowaną metodą skutecznego rozwiązywania złożonych systemów usterek. Przeprowadza dedukcyjną analizę awarii od góry do dołu. W szczególności analizuje różne czynniki, które mogą powodować błędy,-po-kroku od całego systemu do jego komponentów w strukturze rozgałęzionej-podobnej do drzewa. Ta metoda analizy umożliwia diagnozowanie usterek systemu poprzez konstruowanie logicznych diagramów blokowych i rozumowanie krok po kroku w celu analizy przyczyn usterek.
2. Analiza drzewa usterek uszkodzeń panewki łożyska głównego
Istnieje wiele przyczyn nieprawidłowego zużycia panewek łożysk silników wysokoprężnych. Zgodnie z metodą analizy drzewa uszkodzeń, przyjmując za zdarzenie główne uszkodzenie panewki łożyska głównego silnika ZS, analizowane są zdarzenia przyczynowe, które prowadzą do tej usterki. Drzewo błędów jest wyszczególniane i analizowane zgodnie z odpowiednią zależnością logiczną. Drzewo uszkodzeń panewki łożyska głównego przedstawiono na rysunku 6.
Rysunek 6 Drzewo usterek uszkodzeń panewki łożyska głównego
Jak pokazano na rysunku 6, przyczyny awarii można przypisać siedmiu podstawowym zdarzeniom: nieprawidłowemu montażowi korpusu silnika, nieprawidłowemu montażowi panewek łożysk, kawitacji panewek łożysk, złemu materiałowi panewek łożysk, złej jakości oleju smarowego, niewystarczającej ilości oleju smarowego oraz uszkodzeniom panew łożysk głównych spowodowanym długotrwałą-pracą-silnika wysokoprężnego pod wysokim obciążeniem.
1) Instalacja maszyny.
Montaż silników głównych, taki jak centrowanie i wibroizolacja, nie spełnił wymagań, co skutkowało nierównomiernym obciążeniem lub drganiami silników głównych, co doprowadziło do zużycia łożysk.
Po wystąpieniu awarii sprawdzono warunki centrowania dwóch silników głównych. Kontrola wykazała, że parametry centrowania dwóch silników głównych spełniły wymagania montażowe, a różnice w porównaniu z ostatnią naprawą w suchym doku mieściły się w dopuszczalnym zakresie. Dlatego w zasadzie można wykluczyć ten przypadek.
2) Montaż panewki łożyska.
Dolna panewka łożyska głównego podpiera wał korbowy, utrzymując linię środkową głównego czopa wału korbowego w linii prostej.
Niewspółosiowość linii środkowej powoduje wygięcie wału korbowego i wzrost obciążenia łożyska głównego. Jeśli dwa łożyska po lewej i prawej stronie wału korbowego są zbyt nisko, linia środkowa wału korbowego wygnie się w dół i utworzy łuk.
Gdy obrót korby znajdzie się w dolnym martwym punkcie, zostanie cofnięty; i odwrotnie, gdy znajdzie się w górnym martwym punkcie, skok korby zostanie wydłużony.
Różnica w wydłużeniu i cofnięciu wykorbień jest proporcjonalna do różnicy wysokości łożyska głównego, dzięki czemu można na jej podstawie zmierzyć wycentrowanie wału korbowego, a tym samym stan panewki łożyska.
Po zapoznaniu się ze specyfikacją konstrukcyjną tego średnioobrotowego silnika wysokoprężnego-stwierdzono, że wał korbowy silnika wysokoprężnego ma stosunkowo dużą sztywność. Niewspółosiowość linii środkowej może być spowodowana jedynie szczeliną w dolnych panewkach łożysk głównych. Przejrzyj dane dotyczące różnicy skoku wału korbowego silnika głównego po ostatnim remoncie fabrycznym i zmierz aktualną różnicę skoku wału korbowego silnika głównego i porównaj je odpowiednio z wymaganiami parametrów podanymi w instrukcji. Po badaniach i weryfikacji stwierdzono, że wymagania dotyczące szczeliny zostały spełnione i zasadniczo można było wykluczyć wpływ szczeliny montażowej panewki łożyska.
3) Erozja kawitacyjna panewek łożysk.
Gdy powierzchnia panewki łożyska porusza się względem oleju smarowego, lokalna wysoka temperatura i wysokie ciśnienie spowodowane pękaniem pęcherzyków gazu prowadzą do zmęczenia i złuszczania powierzchni panewki łożyska, powodując w ten sposób defekty.
Zjawisko kawitacji objawia się gęstym plastrem miodu z dziurami-podobnymi do igieł, a zewnętrzna powierzchnia otworów jest czysta i zazwyczaj niepokryta produktami korozji.
Na podstawie charakterystyki panewek łożysk tego silnika wysokoprężnego można stwierdzić, że nie wystąpiła erozja kawitacyjna i zasadniczo można wykluczyć wpływ erozji kawitacyjnej na panewki łożysk.
4) Materiał tulei łożyskowej.
Ta tuleja łożyskowa ma cienkościenną-konstrukcję i składa się z warstwy stopu aluminium, powłoki i ekranu niklowego. Schemat budowy tulei łożyskowej pokazano na rysunku 7.
Rysunek 7 Schemat budowy tulei łożyskowej
Struktura rowka zastosowana w tej tulei łożyskowej zasadniczo nie może ścierać się przez ekran niklowy, a jego jakość jest stosunkowo niezawodna. Tymczasem ta tuleja łożyskowa ma niski współczynnik zużycia. Według testów przeprowadzonych przez oryginalnego producenta, nawet gdy tuleja łożyskowa jest poddawana dużym obciążeniom i w warunkach cienkiego filmu olejowego, zużycie tulei łożyskowej pozostaje niskie. Obie tuleje łożyskowe pochodzą z tej samej partii produktów, zatem wpływ materiału tulei łożyskowych można w zasadzie wykluczyć.
5) Jakość oleju smarowego.
Zła jakość oleju smarowego może prowadzić do nieprawidłowego zużycia głównych par ruchomych silników wysokoprężnych, takich jak pierścienie oporowe, panewki łożysk głównych i panewki łożysk korbowodów itp. [3].
Istnieją różne sytuacje, w których jakość oleju smarowego jest poniżej normy. Może to być spowodowane przedostaniem się zanieczyszczeń do oleju, utlenieniem oleju i utworzeniem osadu po-długim okresie użytkowania lub emulgacją oleju i jego rozkładem na skutek zmieszania wody morskiej lub słodkiej, w wyniku czego powstaje nieodpowiedni film olejowy.
Po oględzinach stwierdzono, że powierzchnie panewek łożysk głównych, wału korbowego, wałka rozrządu itp. wewnątrz korpusu silnika wysokoprężnego są w różnym stopniu zardzewiałe, a olej smarowy wykazuje zjawisko lekkiej emulgacji. Nie można zatem wykluczyć, że przyczyną uderzenia była zła jakość oleju smarowego.
6) Niewystarczająca ilość oleju smarowego.
Niedostateczna ilość oleju smarowego obejmuje głównie niewystarczającą ilość oleju smarowego lub niewystarczające ciśnienie oleju smarowego. Niewystarczająca ilość oleju smarowego doprowadzi do niedostatecznego smarowania i trudno będzie wytworzyć film olejowy pomiędzy tuleją łożyskową a wałem korbowym. Niewystarczające ciśnienie oleju smarowego spowoduje niewystarczające chłodzenie panewki łożyskowej, wytwarzając wysokie temperatury i powodując uszkodzenie tulei łożyskowej. Po sprawdzeniu ilości i ciśnienia oleju smarowego stwierdzono, że spełniają one wymagania projektowe dotyczące objętości oleju smarowego silnika wysokoprężnego, zatem można w zasadzie wykluczyć wpływ niedostatecznej ilości oleju smarowego.
7) Długotrwała-praca pod dużym obciążeniem.
Gdy silnik wysokoprężny pracuje przez długi czas pod dużym obciążeniem, zwiększa się obciążenie udarowe pomiędzy panewką łożyskową a wałem korbowym, film olejowy pomiędzy nimi staje się cieńszy, a w niektórych przypadkach nie można wytworzyć pełnego filmu olejowego. Sytuacja ta prowadzi do nieprawidłowego zużycia tulei łożyskowej, a nawet może spowodować awarię łożyska.
Po sprawdzeniu dziennika nawigacji nie odnotowano-długoterminowej pracy pod dużym obciążeniem, zatem można w zasadzie wykluczyć wpływ spowodowany-długotrwałą pracą pod dużym obciążeniem.
III. Lokalizacja i usuwanie usterek
Na podstawie analizy drzewa usterek uszkodzeń tulei łożyska głównego możliwą przyczyną uszkodzenia tulei łożyska głównego tego silnika może być niska jakość oleju smarowego. W związku z tym przeprowadzono dalszą analizę układu oleju smarowego. Zbadano układ oleju smarowego tego naczynia, a schemat ideowy układu oleju smarowego przedstawiono na rysunku 8.
Rysunek 8 Schemat ideowy układu oleju smarowego
Ten typ silnika wysokoprężnego może mieć dwa tryby smarowania: miska mokra i miska sucha. Gdy używana jest mokra miska olejowa, napędzana silnikiem-pompa oleju smarowego pobiera olej smarowy z miski olejowej. Olej smarowy przepływa przez zawór zwrotny, zawór regulujący ciśnienie, zawór termostatyczny, chłodnicę, filtr, łożyska i turbosprężarkę, zanim spłynie z powrotem do miski olejowej, tworząc cykl smarowania. Gdy olej smarowy osiągnie zalecany czas eksploatacji lub jego jakość będzie poniżej normy, jest on spuszczany do zbiornika oleju brudnego w celu wymiany. Jeżeli silnik wysokoprężny posiada oddzielny osadnik oleju, olej smarowy jest pobierany z miski olejowej do osadnika, dalej oddzielany przez oddzielacz oleju, a następnie ponownie wykorzystywany.
Po dochodzeniu ustalono, że statek działał z mokrą miską olejową, a oczyszczacz oleju smarowego nie był używany przez długi czas. W związku z tym podejrzewa się, że mógł wystąpić problem z jakością oleju smarowego, dlatego olej smarowy wysłano do badań. Z protokołu badania oleju smarowego wynika, że zawartość jonów Na i Mg jest rażąco wysoka, co pozwala wstępnie stwierdzić, że olej smarowy był zanieczyszczony wodą morską.
W celu dalszej analizy źródła przedostawania się oleju smarowego do wody morskiej i wyeliminowania „przyczyny pierwotnej” przeprowadzono dalszą analizę układu chłodzenia wodą morską tego silnika głównego. Schemat ideowy układu chłodzenia wodą morską pokazano na rysunku 9.
Rysunek 9 Schemat ideowy układu chłodzenia wodą morską
Po zassaniu przez pompę wody morskiej woda morska przepuszczana jest odpowiednio przez chłodnicę powietrza silnika głównego, chłodnicę oleju smarowego silnika głównego i chłodnicę wody słodkiej silnika głównego w celu ich schłodzenia. Jeśli do oleju smarowego dostanie się woda, woda morska może przedostać się do oleju smarowego przez chłodnicę oleju smarowego, powodując pogorszenie jakości oleju smarowego, a w konsekwencji prowadząc do rdzy i uszkodzenia panewek łożysk głównych, łożysk i wałków rozrządu itp.
Podsumowując, po szczegółowej analizie drzewa uszkodzeń panewki łożyska głównego stwierdzono, że podstawową przyczyną uszkodzenia tulei łożyska głównego było przedostanie się wody morskiej do oleju smarowego w chłodnicy oleju smarowego, co doprowadziło do pogorszenia jakości oleju smarowego, a następnie korozji wewnętrznych elementów silnika głównego, co ostatecznie doprowadziło do poważnego zużycia tulei łożyska głównego.
W związku z tym proponuje się następujące plany napraw i sugestie codziennych konserwacji dla załogi:
1) Wymień mocno zużyte i zardzewiałe panewki łożysk i podkładki oporowe, napraw lekko zardzewiałe panewki łożysk i napraw zardzewiały wałek rozrządu.
2) Naprawić czop główny wału korbowego i po naprawie sprawdzić jego parametry mechaniczne.
3) Przepłucz układ oleju smarowego, wymień nowy olej smarowy, a po wymianie pobierz próbkę i sprawdź jakość oleju smarowego.
4) Zaleca się, aby załoga regularnie wysyłała olej smarowy do kontroli, a próbki do kontroli pobierały z różnych układów smarowania.
IV. Wniosek
Nieprawidłowe zużycie panewki łożyska głównego silnika jest częstą usterką silników wysokoprężnych. W artykule wykorzystano metodę analizy drzewa usterek do analizy możliwych przyczyn nieprawidłowego zużycia tulei łożyska głównego silnika, jedna po drugiej, szybko ustalając przyczynę problemu. Po późniejszej naprawie i weryfikacji nie stwierdzono żadnego nieprawidłowego zużycia, co wskazuje, że analiza i naprawa były skuteczne.