I. Симптоми за поява на повреда
Трите генериращи дизелови двигателя на колелото Kote nenhai са всички японски дизелови двигатели Yanmar, модел EY26, с мощност 1620KW и номинална скорост 720r/min, които са четиритактови шестцилиндрови среднооборотни дизелови двигатели.
Измина един месец от цялостния ремонт на дизеловия двигател номер 2 на генератора. По време на рутинна проверка на машинното отделение по време на дежурство и зареждане с гориво по време на пътуване от Малайзия до Африка беше забелязано, че температурите на отработените газове на цилиндри № 1 и № 4 на дизеловия двигател № 2 на генератора са значително по-високи от тези на другите цилиндри. Сравнение със спецификациите на производителя показа, че тези температури са надвишили стандартните стойности, посочени в ръководството. Въпреки тази аномалия, всички други работни параметри на дизеловия двигател на генератора останаха в нормални граници и не бяха открити необичайни звуци, вибрации или миризми.
II. Анализ на възможните причини за повреда при висока температура на отработените газове
Високата температура на отработените газове на генераторен дизелов двигател може да се дължи на няколко фактора, свързани предимно с горивната система, всмукателните и изпускателните системи, износването на компонентите и други различни проблеми. Основните причини обаче обикновено са свързани с качеството на изгаряне на горивото и въздухообмена.
1. Проблеми с горивната система
(1) Прекомерен вискозитет на горивото или лошо качество на горивото
1) Прекомерен вискозитет на горивото
① Дизеловите двигатели на генератора Yanmar на борда на кораба Kote Nenhai използват тежко гориво (HFO), когато натоварването надвишава 25%. Ако товарът не отговаря на необходимия праг по време на работа с HFO, недостатъчният поток на гориво и прекомерната загуба на топлина могат да доведат до ниска температура на маслото или висок вискозитет. Това води до лошо разпръскване, което води до забавено горене в цилиндъра и продължително допълнително изгаряне, което в крайна сметка води до повишени температури на отработените газове.
② Горивната система на Kote Nenhai се споделя между главния двигател и дизеловите двигатели на генератора. След акостирането, когато главният двигател е изключен, малкият разход на гориво на генераторните дизелови двигатели затруднява автоматичната система за подгряване на горивото да поддържа оптимална температура. Често са необходими ръчни настройки за намаляване на обема на парата. Ако обемът на парата се намали прекомерно, това може да доведе до твърде ниско падане на температурата на маслото, което води до лошо разпръскване и удължено допълнително изгаряне, като по този начин се повишава температурата на отработените газове.
2) Лошо качество на горивото
Свойствата на горивото като цетаново число и вискозитет пряко влияят върху ефективността на запалването и горенето. Ниските цетанови числа удължават периода на забавяне на запалването, което води до грубо изгаряне и късно запалване, което повишава пиковото налягане на горене и температурата на отработените газове [3]. Обратно, твърде високите цетанови числа могат да доведат до непълно изгаряне и влошено качество на горене, като също така повишават температурата на отработените газове. Високият вискозитет на горивото влошава пулверизацията, което води до непълно изгаряне и допълнително повишаване на температурата на отработените газове. Следователно лошото качество на горивото влияе върху разпръскването и изгарянето, като допринася за по-високи температури на отработените газове в целия дизелов двигател на генератора.
(2) Неизправности в системата за подаване на гориво и впръскване
1) Неизправност на инжектора
Високата температура на отработените газове може да бъде причинена от ниско налягане на отваряне на клапана поради счупени или разхлабени пружини за налягане, разхлабени контрагайки, неправилна инсталация или заседнали инжектори. Тези условия могат да доведат до ранно начало на инжектирането и забавено прекратяване на инжектирането, удължавайки продължителността на инжектирането и влошавайки качеството на пулверизиране. Това предотвратява правилното смесване на горивото със свеж въздух, влошавайки качеството на горене и причинявайки тежко допълнително изгаряне, прегряване на компонентите и повишена температура на отработените газове. Освен това, увеличеният диаметър на дюзата на инжектора може да наруши пулверизирането и изгарянето, докато лошото уплътняване на повърхността на конуса на дюзата на инжектора или предизвиканите от ерозия дупки и пукнатини могат да причинят изтичане на гориво, удължавайки периода на доизгаряне и допълнително влошавайки качеството на горене. В такива случаи инжекторът трябва да се провери за натрупване на въглерод и трябва да се извършат тестове за налягането на отваряне на клапана, уплътнението и качеството на пулверизиране, за да се диагностицира проблемът.
2) Повреда на горивната помпа
Температурата на отработените газове може също да се повиши поради прекомерно износване между буталото и втулката, намалявайки ефективността на уплътняване и налягането на впръскване, което води до лошо разпръскване и по-малък ъгъл на напредване на впръскването. Силното износване между клапана и леглото на клапана може по подобен начин да намали ефективността на уплътняването, причинявайки спад на остатъчното налягане в горивната линия за високо налягане и намаляване на обема на впръскване, като и двете влияят върху качеството на пулверизиране и процеса на горене, като в крайна сметка влошават качеството на горене и увеличават температура на отработените газове.
3) Повреден горивен филтър
Повреденият горивен филтър може да влоши качеството на горивото, влизащо в горивната камера, позволявайки по-големи частици гориво, които не могат да се разложат и изгорят напълно, което води до лошо разпръскване и качество на горене и съответно до повишаване на температурата на отработените газове. Този сценарий може да бъде изключен, ако само един цилиндър показва необичайно висока температура на отработените газове.
2. Проблеми с всмукателната и изпускателната система
1) Неизправности на всмукателния клапан
Една възможна причина за неизправност на всмукателния клапан е силното износване на горната част на стеблото на всмукателния клапан, което води до прекомерна хлабина на клапана. Това влияе на времето на всмукателния клапан, което го кара да се отваря късно и да се затваря рано. Вследствие на това количеството свеж въздух, постъпващ в горивната камера, е значително намалено, което води до по-ниско налягане на компресия в края на такта на компресия, непълно изгаряне на горивото, влошено качество на горене и повишена температура на отработените газове.
Друг потенциален проблем е силно износване на повърхността на уплътнителния конус на всмукателния клапан или ерозия на диска на клапана, или засядане на всмукателния клапан в отворено положение. Тези условия не позволяват на всмукателния клапан да се затвори плътно, позволявайки изтичането на свеж въздух от горивната камера през всмукателния клапан, намалявайки обема на въздуха, влошавайки качеството на горене и повишавайки температурата на отработените газове.
Тази ситуация може да се диагностицира чрез измерване на хлабината на всмукателния клапан и провеждане на тест за уплътняване на диска на клапана.
2) Неизправности на изпускателния клапан
Неизправностите на изпускателния клапан могат да бъдат причинени от няколко фактора:
- Ерозия на диска на изпускателния клапан, което води до малки дупки.
- Изпускателният клапан е заседнал в отворено положение.
- Петна и вдлъбнатини по уплътнителната линия на диска на изпускателния клапан, което води до лошо уплътняване.
Тези проблеми позволяват изтичането на свеж въздух от изпускателния клапан, намалявайки обема на въздуха в цилиндъра, понижавайки налягането на компресията, влошавайки качеството на горене и повишавайки температурата на отработените газове.
Тази ситуация може да бъде идентифицирана чрез проверка на състоянието на уплътнение на диска на изпускателния клапан и проверка на гъвкавостта на изпускателния клапан.
3) Неизправности в задвижващия механизъм на клапана
Неизправностите в задвижващия механизъм на клапана могат да възникнат от:
- Разхлабени регулиращи винтове за кобилицата, която регулира хлабината на клапана.
- Силно износване на кобилицата, която контактува със стеблото на всмукателния клапан.
- Огънати или деформирани тласкачи.
- Силно износване на ролката и гърбицата.
Тези условия водят до увеличаване на хлабината на всмукателния клапан, променяйки времето на всмукателния клапан, карайки го да отваря късно и затваря по-рано, намалявайки количеството свеж въздух, влизащ в горивната камера, влошавайки качеството на горене и повишавайки температурата на отработените газове.
Освен това прекалено стегнатите регулиращи винтове могат да доведат до недостатъчна хлабина на клапаните както за всмукателните, така и за изпускателните клапани. Когато клапаните достигнат максималната си работна температура, те може да не се затварят плътно, което води до изтичане, засилена ерозия на диска на клапана, намален обем на въздуха в цилиндъра, влошено качество на горене и повишена температура на отработените газове.
Тази ситуация може да се провери чрез измерване на хлабината на всмукателните и изпускателните клапани.
III. Мерки за отстраняване на неизправности и извлечени уроци
1. Предприети мерки за обработка
1) След като открих неизправността по време на рутинна смяна за зареждане с гориво, незабавно пристъпих към дизеловия двигател на генератора, за да проведа задълбочена проверка на симптомите на повреда. Впоследствие стартирах дизеловия двигател на генератор № 1 в режим на готовност, синхронизирах захранването и след това изключих дизеловия двигател на генератор № 2. След приключване на операцията по смяна на маслото реших да изгася двигателя за подробна проверка. Първоначалният оглед показа, че общото положение на лоста за газта е в нормални граници. След това премахнах горивните инжектори от главите на цилиндрите и проведох тестове за налягане при отваряне на клапаните, тестове за пулверизиране и тестове за уплътняване на всички свалени инжектори.
Тестовете показаха, че налягането при отваряне на клапана е малко по-ниско от определеното. След регулиране на налягането на отваряне на клапаните до необходимите стойности, инжекторите бяха монтирани отново на генератора. Въз основа на последователността на запалване (1-5-3-6-2-4), направих малки корекции в подаването на гориво към всеки цилиндър. Въпреки това, след рестартиране и работа на дизеловия двигател на генератора за определен период, същият проблем с висока температура на отработените газове продължава.
2) След това проверих горивната помпа за високо налягане и коригирах времето за подаване на гориво. Въпреки тези корекции, температурата на отработените газове на засегнатите цилиндри остава повишена. Подозирайки замърсяване в изпускателните тръби, демонтирах изпускателните колектори за проверка, но открих минимални сажди без необичайни условия. След това обърнах двигателя и измерих хлабините на всмукателните и изпускателните клапани за всеки цилиндър. Измерванията разкриха, че хлабините на всмукателните клапани за цилиндри 1 и 4 са значително по-големи от нормалните работни стойности на хлабините. При по-внимателна проверка беше очевидно, че стъблата на всмукателния клапан и кобилиците показват силно износване, а винтовете за регулиране на хлабината на клапаните на кобилиците бяха разхлабени. Накрая регулирах хлабините на всмукателния клапан до определената стойност (0.3 mm) и затегнах регулиращите винтове. Освен това смених филтърната мрежа в края на входа на турбината. След като дизеловият двигател на генератора работи известно време, температурите на отработените газове се върнаха в нормалния работен диапазон.
2. Научени уроци
При преглед на дневника на спомагателния двигател, измерване на температурите на морската вода и консултация с персонала на машинното отделение беше открито, че температурите на отработените газове на цилиндри 1 и 4 са били постоянно по-високи от тези на другите цилиндри в продължение на няколко дни, докато се движите през относително по-хладния водите на Китайско море. Първоначално температурната разлика не беше значителна, което накара главния инженер да пренебрегне проблема и да забави разследването на причината за повишените температури на отработените газове в цилиндри 1 и 4. Не бяха предприети незабавни действия за справяне с прекомерната хлабина на всмукателния клапан и разхлабените регулиращи винтове, което ускори износването между кобилиците и стъблата на всмукателния клапан, като допълнително увеличи хлабината на клапана. С течение на времето неизправността се влоши, като температурната разлика на отработените газове се приближи до критични нива, причинявайки прегряване и засягайки експлоатационния живот и безопасността на компонентите.
Въпреки че не е имало големи инциденти, инцидентът служи като дълбок урок. Той подчертава колко е важно инженерите своевременно да анализират и адресират всички грешки, независимо от тяхната видима сериозност, за да предотвратят ескалация в по-сериозни проблеми. Инженерите трябва да повишат своята осведоменост относно управлението на безопасността на оборудването, да подобрят практиките за ежедневна поддръжка и да поддържат високо ниво на отговорност, за да осигурят безопасната работа на кораба.