Het voortstuwingssysteem van een bepaald wetshandhavingsvaartuig voor de visserij bestaat uit twee voortstuwingsdieselmotoren, een dubbele -motorversnellingsbak met parallelle reductie, een stel schroeven met regelbare spoed en assen. De hoofdmotor is een vier-taktmotor met directe injectie, turbocompressor en intercooler met gemiddelde- snelheid in een in- lijnconfiguratie. De versnellingsbak heeft een parallelle versnellingsbak met druklagers en hoog-elastische koppelingen. Het schematische diagram van de structuur van de hoofdvoortstuwingsinrichting van het schip wordt getoond in Figuur 1.
Figuur 1 Schematisch diagram van het hoofdvoortstuwingssysteem van het schip
I. Storingsfenomeen
Tijdens het maandelijkse onderhoud trof de bemanning een grote hoeveelheid metaalresten aan in het carteroliecarter van de hoofdmotor. Na melding is besloten om direct onderhoud aan de hoofdmotor uit te voeren om de bron van het metaalafval te achterhalen. De scheepsbemanning demonteerde en inspecteerde de dieselmotor en voerde gedetailleerde controles uit op belangrijke onderdelen zoals de cilinderkop, cilindervoering, zuigerdrijfstang, hoofdlagerbus, nokkenas en krukas. Tijdens het proces zijn de volgende storingssymptomen ontdekt.
1) Op meerdere onderdelen is roest aangetroffen.
(1) Nokkenas
Na het demonteren van het "observatiegatdeksel" werd roest waargenomen op de oppervlakken van de 4e en 6e nokkenas. De roestomstandigheden van de 4e en 6e nokkenassen worden weergegeven in Figuur 2.
Figuur 2 Roestomstandigheden van nokkenassen Nee. 4 en Nee. 6
(2) Hoofdlagerschalen.
Bij het demonteren en inspecteren van de hoofdlagerschalen bleek dat de hoofdlagerschalen die overeenkomen met elke cilinder allemaal in verschillende mate verroest waren, en dat de roest geleidelijk dieper werd van het vrije uiteinde naar het uitgaande uiteinde. De verroeste delen waren allemaal de bovenste helft van de hoofdlagerschalen.
De roesttoestand van de bovenste helft van de hoofdlagerschaal van de 1e versnelling is weergegeven in Figuur 3.
Figuur 3 Roesttoestand van de bovenste helft van de hoofdlagerbus van tandwiel nr.. 1
(3) Krukas
Nadat de zuigerdrijfstang en andere accessoires op de krukas, zoals de lagerbus, waren verwijderd, werd waargenomen dat er roest op het oppervlak van de krukas zat, waarbij de hoofdtap van het tandwiel nr.. 5 het ernstigst was. De roesttoestand van de hoofdtap van het tandwiel nr.. 5 wordt weergegeven in Figuur 4.
Figuur 4 Roesttoestand van de 5# tandwielastap
2) Slijtage van de hoofdlagerbus en drukring.
Na demontage bleek dat de hoofdlagerbus en drukring van de 7e versnelling ernstig versleten waren, waarbij metaalscheuren ontstonden. Voorlopig is vastgesteld dat dit de belangrijkste bron van metaalafval is. De slijtagecondities van de hoofdlagerbus en drukring van de 7e versnelling zijn weergegeven in Figuur 5.
Figuur 5 Slijtageomstandigheden van de hoofdlagerbus en drukring van tandwiel Nee. 7
II. Foutenboomanalysemethode en analyse van echte schepen
Foutboomanalyse is een veelgebruikte methode voor het effectief oplossen van complexe foutsystemen. Het voert deductieve foutanalyses uit van boven naar beneden. In het bijzonder analyseert het verschillende factoren die fouten kunnen veroorzaken, op een stap-voor-stap van het totale systeem naar zijn componenten in een boom-achtige vertakkingsstructuur. Deze analysemethode kan systeemfouten diagnosticeren door logische blokdiagrammen op te stellen en stap voor stap te redeneren om de oorzaken van fouten te analyseren.
2. Foutenboomanalyse van schade aan de hoofdlagerschaal
Er zijn veel redenen voor abnormale slijtage van lagerschalen van dieselmotoren. Volgens de foutenboomanalysemethode, waarbij de schade aan de hoofdlagerschaal van de dieselmotor als topgebeurtenis wordt genomen, worden de oorzaakgebeurtenissen geanalyseerd die tot deze fout hebben geleid. De foutenboom wordt vermeld en geanalyseerd in overeenstemming met de juiste logische relatie. De foutenboom van schade aan de hoofdlagerschaal wordt weergegeven in Figuur 6.
Figuur 6 Foutenboom van schade aan het hoofdlagerhuis
Zoals weergegeven in Figuur 6 kunnen de oorzaken van de storing worden toegeschreven aan de volgende zeven basisgebeurtenissen: onjuiste installatie van het motorlichaam, onjuiste installatie van de lagerschalen, cavitatie van de lagerschalen, slecht materiaal van de lagerschalen, slechte kwaliteit van de smeerolie, onvoldoende smeerolie en schade aan de hoofdlagerschalen veroorzaakt door langdurig -hoogbelasten- bedrijf van de dieselmotor.
1) Installatie van de machines.
De inbouw van de hoofdmotoren, zoals centrering en trillingsisolatie, voldeed niet aan de eisen, waardoor ongelijkmatige belasting of trillingen van de hoofdmotoren ontstonden, wat leidde tot lagerslijtage.
Nadat de storing was opgetreden, werden de centreringsomstandigheden van de twee hoofdmotoren geïnspecteerd. Uit de inspectie bleek dat de centreringsparameters van de twee hoofdmotoren voldeden aan de installatievereisten en dat de verschillen ten opzichte van de laatste droogdokreparatie binnen acceptabele grenzen lagen. Daarom kan dit incident in principe worden uitgesloten.
2) Lagerschaalmontage.
De onderste lagerschaal van het hoofdlager ondersteunt de krukas, waardoor de hartlijn van de hoofdtap van de krukas in een rechte lijn blijft.
Een verkeerde uitlijning van de middellijn veroorzaakt verbuiging van de krukas en een toename van de belasting op het hoofdlager. Als de twee lagers links en rechts van de krukslag te laag zijn, zal de hartlijn van de krukas naar beneden buigen en een boog vormen.
Wanneer de krukworp zich in het onderste dode punt bevindt, wordt deze ingetrokken; omgekeerd, wanneer het zich in het bovenste dode punt bevindt, wordt de krukworp verlengd.
Het verschil in uit- en terugtrekken van de krukas is evenredig met het hoogteverschil van het hoofdlager, zodat kan worden gemeten of de krukas gecentreerd is en daarmee de staat van de lagerschaal.
Na raadpleging van de ontwerpspecificatie van deze middel{0}}dieselmotor bleek dat de krukas van de dieselmotor een relatief hoge stijfheid heeft. De verkeerde uitlijning van de hartlijn kon alleen worden veroorzaakt door de opening in de onderste lagerschalen van de hoofdlagers. Bekijk de krukasslagverschilgegevens van de hoofdmotor na de laatste fabrieksrevisie en meet het huidige krukasslagverschil van de hoofdmotor, en vergelijk deze respectievelijk met de parametervereisten in de handleiding. Na onderzoek en verificatie bleek dat aan de spleetvereisten werd voldaan en dat de invloed van de installatieopening van de lagerschaal in principe kon worden uitgesloten.
3) Cavitatie-erosie van lagerschalen.
Wanneer het oppervlak van de lagerschaal relatief met de smeerolie beweegt, leiden de lokale hoge temperatuur en hoge druk, veroorzaakt door het breken van gasbellen, tot vermoeidheid en afstoten van het oppervlak van de lagerschaal, waardoor defecten worden veroorzaakt.
Het cavitatieverschijnsel presenteert zich als een dichte honingraat van naald-gaten, en het buitenoppervlak van de gaten is schoon en over het algemeen niet bedekt met corrosieproducten.
Op basis van de eigenschappen van de lagerschalen van deze dieselmotor kan worden vastgesteld dat er geen cavitatie-erosie heeft plaatsgevonden en kan de invloed van cavitatie-erosie op de lagerschalen in principe worden uitgesloten.
4) Materiaal van de lagerbus.
Deze lagerbus heeft een dun-wandig ontwerp en is samengesteld uit een laag aluminiumlegering, een coating en een nikkelscherm. Het structuurdiagram van de lagerbus wordt getoond in Figuur 7.
Figuur 7 Structuurdiagram van de lagervoering
De door deze lagerbus aangenomen groefstructuur kan over het algemeen niet door het nikkelscherm heen slijten en de kwaliteit ervan is relatief betrouwbaar. Ondertussen heeft deze lagerbus een lage slijtagesnelheid. Volgens de tests uitgevoerd door de oorspronkelijke fabrikant blijft de slijtage van de lagerbus laag, zelfs als de lagerbus onder hoge belasting staat en een dunne oliefilm heeft. Beide lagerbussen komen uit dezelfde partij producten, waardoor de invloed van het lagerbusmateriaal in principe kan worden uitgesloten.
5) Smeeroliekwaliteit.
Een slechte smeeroliekwaliteit kan leiden tot abnormale slijtage van de belangrijkste bewegende paren dieselmotoren, zoals drukringen, hoofdlagerschalen en drijfstanglagerschalen, enz. [3].
Er zijn verschillende situaties waarin de kwaliteit van de smeerolie onder de maat is. Dit kan te wijten zijn aan onzuiverheden die in de olie terechtkomen, of doordat de olie wordt geoxideerd en bezinksel vormt na langdurig -gebruik, of doordat de olie wordt geëmulgeerd en verslechtert door het mengsel van zeewater en zoet water, wat resulteert in een ongekwalificeerde oliefilm.
Bij inspectie bleek dat de oppervlakken van de hoofdlagerschalen, krukas, nokkenas, enz. in het dieselmotorlichaam in verschillende mate waren verroest, en dat de smeerolie een licht emulgeringsverschijnsel vertoonde. Daarom kan niet worden uitgesloten dat de impact werd veroorzaakt door de slechte kwaliteit van de smeerolie.
6) Onvoldoende smeerolie.
Onvoldoende smeerolie omvat voornamelijk een onvoldoende smeerolievolume of onvoldoende smeeroliedruk. Onvoldoende smeerolievolume zal leiden tot onvoldoende smering en het zal moeilijk zijn om een oliefilm tussen de lagerbus en de krukas tot stand te brengen. Onvoldoende smeeroliedruk zal resulteren in onvoldoende koeling van de lagerbus, waardoor hoge temperaturen ontstaan en schade aan de lagerbus ontstaat. Na controle van het smeerolievolume en de smeeroliedruk bleek dat ze voldeden aan de ontwerpeisen van het smeerolievolume van de dieselmotor, zodat de invloed van onvoldoende smeerolie in principe kan worden uitgesloten.
7) Lange- werking onder hoge belasting.
Wanneer een dieselmotor langere tijd onder hoge belasting draait, neemt de impactbelasting tussen de lagerbus en de krukas toe, wordt de oliefilm daartussen dunner en kan er in sommige gevallen geen volledige oliefilm worden gevormd. Deze situatie leidt tot abnormale slijtage van de lagerbus en kan zelfs leiden tot lageruitval.
Na controle van het navigatielogboek was er geen registratie van langdurig gebruik onder hoge belasting, dus de invloed veroorzaakt door langdurig gebruik onder hoge belasting kan in principe worden uitgesloten.
III. Foutlocatie en -eliminatie
Op basis van de foutenboomanalyse van de schade aan de hoofdlagerbus zou de mogelijke oorzaak van de schade aan de hoofdlagerbus van deze motor mogelijk de ondermaatse kwaliteit van de smeerolie kunnen zijn. Daarom werd een verdere analyse van het smeeroliesysteem uitgevoerd. Het smeeroliesysteem van dit vat werd bestudeerd en het schematische diagram van het smeeroliesysteem wordt getoond in Figuur 8.
Figuur 8 Schematisch diagram van het smeeroliesysteem
Dit type dieselmotor kan twee smeermodi hebben: wet-sump en dry-sump. Wanneer een nat carter wordt gebruikt, zuigt de motor-aangedreven smeeroliepomp de smeerolie uit het carter. De smeerolie passeert een terugslagklep, drukregelklep, thermostatische klep, koeler, filter, lagers en turbocompressor voordat deze terugvloeit naar het carter en zo een smeercyclus vormt. Wanneer de smeerolie de aanbevolen onderhoudstijd heeft bereikt of de kwaliteit ervan ondermaats is, wordt deze ter vervanging naar de vuile olietank afgevoerd. Als de dieselmotor een aparte oliebezinktank heeft, wordt de smeerolie vanuit het carter in de bezinktank gezogen, verder gescheiden door de olieafscheider en vervolgens hergebruikt.
Na onderzoek bleek dat het schip met een wet-sump-systeem dreef en dat de smeerolie-purifier lange tijd niet was gebruikt. Daarom wordt vermoed dat er mogelijk een probleem is met de kwaliteit van de smeerolie en is de smeerolie opgestuurd om te testen. Volgens het smeerolietestrapport bleek het gehalte aan Na- en Mg-ionen abnormaal hoog te zijn, waaruit voorlopig kan worden vastgesteld dat de smeerolie verontreinigd was met zeewater.
Om de bron van de smeerolie die in het zeewater terechtkomt verder te analyseren en de "oorzaak" te elimineren, werd een verdere analyse van het zeewaterkoelsysteem van deze hoofdmotor uitgevoerd. Het schematische diagram van het zeewaterkoelsysteem wordt getoond in Figuur 9.
Figuur 9 Schematisch diagram van zeewaterkoelsysteem
Nadat het door de zeewaterpomp is aangezogen, wordt het zeewater respectievelijk door de luchtkoeler van de hoofdmotor, de smeeroliekoeler van de hoofdmotor en de zoetwaterkoeler van de hoofdmotor geleid om het te koelen. Als er water in de smeerolie binnendringt, kan het zeewater via de smeeroliekoeler in de smeerolie sijpelen, waardoor de smeerolie verslechtert en vervolgens roest en schade aan de hoofdlagerschalen, lagers en nokkenassen enz. ontstaat.
Concluderend werd na een gedetailleerde foutenboomanalyse van de schade aan de hoofdlagerbus vastgesteld dat de fundamentele oorzaak van de schade aan de hoofdlagerbus de infiltratie van zeewater in de smeerolie bij de smeeroliekoeler was, wat leidde tot de verslechtering van de smeerolie en vervolgens tot corrosie van de interne componenten van de hoofdmotor, wat uiteindelijk resulteerde in ernstige slijtage van de hoofdlagerbus.
Daarom worden de volgende reparatieplannen en dagelijkse onderhoudssuggesties voor de bemanning voorgesteld:
1) Vervang de ernstig versleten en verroeste lagerschalen en drukringen, repareer de licht verroeste lagerschalen en repareer de verroeste nokkenas.
2) Repareer de hoofdtap van de krukas en controleer na reparatie de mechanische parameters.
3) Spoel het smeeroliesysteem door, vervang de nieuwe smeerolie en bemonster en controleer de kwaliteit van de smeerolie na vervanging.
4) Het wordt aanbevolen dat de bemanning de smeerolie regelmatig ter inspectie opstuurt, en dat de monsters voor inspectie uit verschillende smeersystemen moeten worden genomen.
IV. Conclusie
Abnormale slijtage van de lagerbus van de hoofdmotor is een veelvoorkomend defect bij dieselmotoren. In dit artikel wordt gebruik gemaakt van de foutenboomanalysemethode om de mogelijke oorzaken van abnormale slijtage van de lagerbus van de hoofdmotor één voor één te analyseren, waardoor snel de oorzaak van het probleem kan worden vastgesteld. Na daaropvolgende rectificatie en verificatie werd geen abnormale slijtage gevonden, wat aangeeft dat de analyse en rectificatie effectief waren.