Dieselmotoren worden veel gebruikt in moderne schepen. Momenteel zijn schepen met dieselmotoren als hoofdmotor verantwoordelijk voor ruim 98% van het totaal, en het totale vermogen van diesel-schepen is goed voor ruim 90% van het totale scheepsvermogen-.
Het normaal starten van de dieselhoofdmotor om het schip van stroom te voorzien, is een noodzakelijke voorwaarde om de navigatieveiligheid te garanderen.
De startmethode met gecomprimeerde-lucht wordt veel gebruikt in middelgrote- en grote- dieselmotoren vanwege het grote startkoppel, het snelle en soepele startproces en de brede toepasbaarheid.
De dieselhoofdmotoren van een schip met twee-motoren en één-propeller konden plotseling niet meer normaal starten. Dit artikel analyseert en lost deze startfout op, in de hoop inspiratie en hulp te bieden aan het onderhouds- en managementpersoneel van dieselhoofdmotoren.
I. Storingsfenomeen
Toen een schip zich klaarmaakte om uit te varen, nadat de dieselhoofdmotor de voorbereidingen voor het-starten had voltooid, drukte de bemanning op de "Start"-knop op de centrale bedieningsconsole, maar de dieselmotor draaide niet en het starten mislukte.
De scheepswerktuigkundigen probeerden vervolgens de motor te starten vanaf de lokale bedieningsconsole, maar dat mislukte nog steeds.
Om de voltooiing van de missie van het schip te garanderen, probeerden de scheepswerktuigkundigen uiteindelijk de hoofdstartklep handmatig te openen. Ze vonden dat het zwaarder was dan normaal, maar de hoofdmotor startte uiteindelijk met succes en werkte daarna normaal.
Nadat het schip was teruggekeerd, probeerden de scheepswerktuigkundigen de oorzaak van de startfout te achterhalen. Via meerdere starttests hebben ze de volgende verschijnselen samengevat:
(1) Toen de "Start"-knop op de gecentraliseerde bedieningsconsole en de lokale bedieningsconsole werd ingedrukt, startte de dieselmotor niet.
(2) Nadat u op de "Start"-knop had gedrukt, was het geluid van de omschakeling van de brandstofafsluitklep- te horen.
(3) Na verschillende "doorblaasoperaties" kon de dieselmotor starten als de "Start"-knop op de centrale bedieningsconsole of de lokale bedieningsconsole werd ingedrukt.
(4) De startverschijnselen van de twee dieselhoofdmotoren waren hetzelfde.
II. Uitgangsprincipe
De dieselhoofdmotor van dit schip maakt gebruik van een startsysteem met gecomprimeerde-lucht, waarbij gebruik wordt gemaakt van een enkele- rij-inlaat en dubbele- rij-startmethode. Figuur 1 toont het startsysteemdiagram.
Figuur 1: Startsysteemdiagram van een dieselmotor
De druk van de startlucht is 1,2-3 MPa en de druk van de stuurlucht is 0,7 MPa. Beide worden in de startluchtfles en de controleluchtfles gevuld nadat ze zijn gedecomprimeerd door een 4,7 MPa hoofdpersluchtfles via een drukreduceerventiel.
Wanneer de dieselmotor start, wordt de startmagneetklep bekrachtigd. Nadat de stuurlucht door de vergrendelingsklep van het draaimechanisme is gegaan, wordt deze in twee paden verdeeld:
Eén pad leidt naar de richtingsklep, waardoor de brandstofafsluitklep- wordt gesloten en het stookoliecircuit wordt geopend.
Het andere pad leidt naar de hoofdstartklep, waarbij de hoofdstartklep wordt geopend en het startluchtcircuit wordt geopend.
Nadat de startlucht door de hoofdstartklep is gegaan, wordt deze in drie paden verdeeld:
Eén pad leidt naar de startklep die op de cilinders van de B--bank is geïnstalleerd. Nadat de cilinderstartklep is geopend, komt de lucht de cilinder binnen.
Eén pad leidt naar de luchtverdeler en vervolgens, afhankelijk van de ontstekingsvolgorde van de dieselmotor, bereikt deze achtereenvolgens de cilinderstartkleppen om deze te openen.
Een ander pad leidt naar de startservo van de gouverneur.
De startlucht komt in de ontstekingsvolgorde de cilinders van de B-bank binnen, duwt de zuigers in en drijft de krukas aan om te draaien. Wanneer het dieselmotortoerental de startsnelheid 1 bereikt, ontvangt de regelaar het snelheids- (gaspedaal) instelsignaal, verhoogt snel de brandstoftoevoer naar de startgasklep 1 en past vervolgens de gasklep aan op basis van de snelheid totdat de dieselmotor in een stabiele bedrijfstoestand komt. Het relatiediagram tussen de startsnelheid en het gaspedaal tijdens het startproces wordt weergegeven in Figuur 2.
Figuur 2: Relatiediagram tussen startsnelheid en gaspedaal tijdens het startproces
III. Analyse en probleemoplossing van de oorzaak van de fout
Volgens het basiswerk- en startprincipe van de dieselmotor omvat het startproces van deze dieselmotor voornamelijk het brandstoftoevoersysteem, het inlaat- en uitlaatsysteem, het snelheidsregelsysteem, het bewakings- en veiligheidssysteem en het -persluchtsysteem.
Volgens het foutanalyseprincipe van "van eenvoudig naar moeilijk, van het oppervlak naar de binnenkant", en gebaseerd op de verschijnselen die door de scheepsingenieurs zijn samengevat tijdens de starttests, wordt de reikwijdte van het oplossen van fouten beperkt.
1. Voorlopige analyse
De dieselmotor kon niet starten via de bedieningsmodus (door op de "Start"-knop op de gecentraliseerde bedieningsconsole of de lokale bedieningsconsole te drukken), maar kon wel starten door de hoofdstartklep handmatig te openen. Bovendien functioneerde de dieselmotor normaal na een succesvolle start, wat erop wijst dat de cilinderstartkleppen, het brandstoftoevoersysteem, het inlaat- en uitlaatsysteem en het snelheidsregelsysteem van de dieselmotor normaal werkten.
Het is vermeldenswaard dat zelfs als de dieselmotor niet wil starten, wanneer de foutverschijnselen zoals de dieselmotor niet draait of de startsnelheid 1 niet bereikt, het snelheidsregelsysteem en het brandstoftoevoersysteem nog niet aan het werk hebben deelgenomen, en dat fouten in andere systemen eerst moeten worden overwogen.
Tijdens het starten kon de brandstofafsluitklep -normaal schakelen en de interlockklep van het draaimechanisme in het bewakings- en veiligheidssysteem lichtte niet op, wat aangeeft dat de startmagneetklep en de interlockklep van het draaimechanisme in het stuurluchtcircuit normaal werkten en dat de stuurlucht de hoofdstartklep kon bereiken.
Omdat de dieselmotor zou kunnen starten door de hoofdstartklep handmatig te openen, wordt aangenomen dat er mogelijk een storing in de hoofdstartklep zit.
2. Probleemoplossing van de hoofdstartklep
(1) Structuur en werkingsprincipe
De hoofdstartklep van deze dieselhoofdmotor is naast het carter geïnstalleerd, zoals weergegeven in Figuur 3, en de structuur ervan is weergegeven in Figuur 4. De belangrijkste componenten zijn: het bovenste blok, de zuiger, de geleidingsveer, de ontlastklep, de hoofdveer, de hoofdklep, de klepzitting en het kleplichaam.
Figuur 3: Hoofdstartklep
Figuur 4: Structuur van de hoofdstartklep
Nadat de stuurlucht is aangesloten, drijft de zuiger de ontlastklep aan om naar beneden te bewegen. De belangrijkste startlucht in het kleplichaam is via de ontlastpoort verbonden met de buitenlucht en de druk daalt snel. Als gevolg hiervan kan de verticale druk die op de buitenzijde van de hoofdklep inwerkt, de resulterende kracht van de verticale druk die op de binnenzijde inwerkt, en de elastische kracht van de hoofdveer overwinnen, waardoor de hoofdklep omhoog gaat, waardoor de hoofdstartklep wordt geopend.
Tijdens dit proces moet de kracht van de op de zuiger uitgeoefende stuurlucht de elastische kracht van de geleidingsveer en de opwaartse gasdruk die op de ontlastklep inwerkt, kunnen overwinnen. De krachttoestand van de zuiger wordt weergegeven in formule (2).
Als de hoofdstartklep handmatig wordt geopend, vervangt de neerwaartse druk die op het bovenste blok wordt uitgeoefend door het draaien van de schijf de kracht van de stuurlucht, waardoor de ontlastklep naar beneden beweegt.
F_zuiger, stuurlucht > F_ontlastklep, startlucht + T_geleidingsveer (2)
(2) Analyse van mogelijke foutoorzaken
Uit het werkingsprincipe van de hoofdstartklep blijkt dat de sleutel tot het openen van de hoofdstartklep ligt in de normale opening van de ontlastklep. Daarom wordt de analyse uitgevoerd op basis van de volgende drie aspecten op basis van formule (2):
1) Onvoldoende stuurluchtdruk, waardoor er een kleine neerwaartse druk op de zuiger wordt uitgeoefend.
Lekkages in de stuurluchtleiding of verstopping van de stuurluchtconnector zorgen ervoor dat de druk van de stuurlucht die de hoofdstartklep binnenkomt laag is.
2) Verhoogde weerstand tegen de neerwaartse beweging van de ontlastklep.
Een slechte smering tussen het ontlastventiel en de geleidebus, of roesten van het ontlastventiel of de geleidebus door vochtige lucht, zorgt ervoor dat de beweging van het ontlastventiel vastloopt en in ernstige gevallen zelfs volledig vastloopt.
Het is vermeldenswaard dat als de startluchtdruk te hoog is, de weerstand tegen de neerwaartse beweging van de ontlastklep ook aanzienlijk zal toenemen.
3) Moeilijkheden bij het samendrukken van de geleidingsveer.
De geleidingsveer is gemaakt van metaal. Roest door vochtige lucht zorgt ervoor dat de roestproducten de normale compressie van de veer belemmeren. Overmatige cyclische compressie kan micro-scheurtjes veroorzaken, waardoor de kracht die nodig is voor compressie toeneemt.
Bovendien kan een onjuiste installatie van de veer interferentie veroorzaken met omliggende componenten, waardoor de compressie van de veer wordt belemmerd.
(3) Demontage en inspectie
Na externe inspectie en demontage van de hoofdstartklep om de ontlastklep en de geleidingsveer te controleren, werd het volgende gevonden:
1) De aansluitingen van de stuurluchtleiding waren normaal, zonder lekkage, en de stuurluchtconnector was niet geblokkeerd.
2) De ontlastklep kon flexibel bewegen in de geleidebus en de geleideveer vertoonde geen duidelijke roest en geen duidelijke scheuren op het oppervlak.
3) De druk van de controleluchtfles was normaal, maar de druk van de hoofdstartluchtfles was hoger dan 3 MPa, zoals weergegeven in Figuur 5.
Figuur 5: Luchtdrukmeter starten
De hoge druk van de hoofdstartlucht is precies de reden waarom de scheepsingenieurs zich inspannend voelden bij het openen van de hoofdstartklep.
Omdat zowel de stuurlucht als de hoofdstartlucht worden verkregen door de lucht uit de hoofdfles met perslucht te decomprimeren met een druk van 4,7 MPa via de druk-reduceerklep, is het foutpunt in principe vergrendeld als de druk-reduceerklep.
3. Problemen oplossen met het druk-reduceerventiel
(1) Structuur en werkingsprincipe
Het model van de druk-reduceerklep is Q/HFJM-20A. Het fysieke object wordt getoond in figuur 6 en is verdeeld in een stuurklep en een hoofddrukreduceerklep. De interne structuur wordt getoond in Figuur 7.
Figuur 6: Q/HFJM-20A drukreduceerventiel
Figuur 7: Interne structuur van de Q/HFJM-20A stuurklep (boven) en hoofdklep (onder)
De stuurklep bestaat hoofdzakelijk uit een steldeksel, een stelveer en een stelschroef. De belangrijkste componenten van de hoofddrukreduceerklep- zijn: een zuiger, een hoofdklepschijf en een terugstelveer.
Wanneer het afsteldeksel van de stuurklep zich in de uitgangspositie bevindt, staat de stelveer van de stuurklep niet onder druk, is de stuurklep niet geopend, zijn de drukken in de bovenste en onderste kamers van de zuiger in de hoofddrukreduceerklep in evenwicht en sluit de hoofdklepschijf de doorgang van de hoofdklep onder de druk van de terugstelveer.
Wanneer het steldeksel van de stuurklep met de klok mee wordt gedraaid, wordt de stelveer samengedrukt en wordt de stuurklepschijf geopend. De perslucht die door de stuurklep wordt afgegeven, komt de bovenste kamer van de zuiger binnen. De zuiger wordt onderworpen aan een verticale neerwaartse druk, overwint de elastische kracht van de terugstelveer en beweegt naar beneden. Tegelijkertijd beweegt de duwstang naar beneden om de hoofdklepschijf te openen. Vervolgens komt de hogedrukluchtbron PN1 de uitvoerkamer binnen, waardoor de uitvoerdruk PN2 wordt gegenereerd.
Tegelijkertijd komt de perslucht in de uitgangskamer de onderste kamer van de zuiger binnen en werkt op het onderste deel van de zuiger om de druk op het bovenste deel van de zuiger te compenseren. De opening van de hoofdklepschijf neemt af totdat deze een evenwicht bereikt.
(2) Analyse van mogelijke foutoorzaken
Uit het werkingsprincipe van deze drukreduceerklep blijkt dat de uitgangsdruk afhangt van de opening van de hoofdklepschijf. Hoe groter de opening, hoe hoger de uitgangsdruk.
De stuurklep speelt een controlerol en de hoofddruk-reduceerklep heeft een zelf-compenserende feedbackfunctie. Daarom wordt de analyse uitgevoerd vanuit de volgende twee aspecten:
1) Abnormale instelwaarde van de stuurklep.
Als het steldeksel van de stuurklep per ongeluk wordt vastgedraaid, waardoor de voor-compressie van de stelveer toeneemt, of als de stelveer verouderd of vervormd is, zal de uitgangsdruk van de stuurklep toenemen, waardoor de uitgangsdruk van de hoofdklep wordt beïnvloed.
2) Abnormale werking van de hoofdklep.
Problemen zoals een afname van de elasticiteitsmodulus van de terugstelveer, het vastlopen van de zuiger na een neerwaartse beweging, schade aan het afdichtingsoppervlak tussen de hoofdklepschijf en de klepzitting, of verstopping van het drukgeleidingsgat in de onderste kamer van de zuiger zullen er allemaal voor zorgen dat de opening van de hoofdklepschijf groter wordt dan de oorspronkelijke evenwichtspositie.
(3) Storingzoeken
De stuurklep en de hoofdklep van de drukreduceerklep zijn gedemonteerd. De stelveer en de terugstelveer zijn visueel geïnspecteerd en hun elastische krachten zijn getest. Tegelijkertijd werden de flexibiliteit van de zuigerbeweging en het afdichtingsoppervlak van de hoofdklepschijf zorgvuldig gecontroleerd. Het bleek dat de stelveer van de stuurklep verouderd was.
Na het vervangen van de stelveer is het steldeksel van de stuurklep afgesteld om de uitgangsdruk 3 MPa te maken. De dieselmotor werd getest op het opnieuw starten via de lokale en gecentraliseerde bedieningsconsoles, en de dieselmotor kon normaal starten.
De scheepsingenieurs ontdekten tijdens de starttests dat de dieselmotor via de besturingsmodus kon worden gestart na verschillende "doorblaasoperaties"-. In feite komt dit doordat bij het "doorblazen-" de perslucht werd verbruikt. Nadat de druk van de hoofdstartlucht was afgenomen, kon de stuurlucht de hoofdstartklep weer openen.
IV. Conclusie
In dit artikel wordt een gedetailleerde analyse en probleemoplossing uitgevoerd van het abnormaal starten van de dieselhoofdmotor van een schip. De resultaten laten zien dat de veroudering van de stelveer van de stuurklep van de druk{1}}reduceerklep in het persluchtsysteem-, waardoor de druk van de hoofdstartlucht te hoog wordt, de oorzaak van de storing is.
Er worden drie suggesties voorgelegd aan het maritiem managementpersoneel:
Verbeter eerst de standaardisatie van het dagelijks onderhoud en onderhoud en repareer elk onderdeel en systeem strikt volgens de technische handleidingen en instructies.
Ten tweede: versterk het leren en begrijpen van de interne structuren en specifieke werkprincipes van de belangrijkste componenten, wat zal helpen om de foutlocatie snel te bepalen.
Ten derde: focus niet alleen op de hoofdmotor, maar let ook op de invloed van de hulpsystemen op de betrouwbaarheid van de machine.