Силовая установка одного рыболовного судна правоохранительных органов состоит из двух главных дизельных двигателей, одного двухмоторного параллельного редуктора, одного комплекта гребных винтов регулируемого шага и валопровода. Главный двигатель представляет собой четырехтактный,-среднескоростной судовой двигатель с непосредственным впрыском, турбонаддувом и промежуточным охлаждением, расположенный в рядной-конфигурации. В коробке передач используется параллельная коробка передач с упорными подшипниками и высоко-эластичными муфтами. Принципиальная схема конструкции главного движителя судна представлена на рисунке 1.
Рисунок 1 Принципиальная схема главной двигательной установки судна
I. Явление неисправности
В ходе ежемесячного технического обслуживания экипаж обнаружил большое количество металлического мусора в масляном поддоне картера главного двигателя. После сообщения было принято решение немедленно провести техническое обслуживание главного двигателя для выявления источника металлического мусора. Экипаж корабля разобрал и осмотрел дизельный двигатель, проведя детальную проверку таких важных компонентов, как головка блока цилиндров, гильза цилиндра, узел шатуна поршня, втулка главного подшипника, распределительный вал и коленчатый вал. В ходе процесса были обнаружены следующие признаки неисправности.
1) Ржавчина была обнаружена на нескольких деталях.
(1) Распределительный вал
После разборки «крышки смотрового отверстия» была обнаружена ржавчина на поверхностях 4-го и 6-го распредвалов. Состояние ржавчины 4-го и 6-го распределительных валов показано на рисунке 2.
Рисунок 2. Состояние ржавчины распределительных валов №. 4 и №. 6.
(2) Вкладыши коренных подшипников.
При разборке и осмотре вкладышей коренных подшипников было обнаружено, что вкладыши коренных подшипников, соответствующие каждому цилиндру, все в разной степени проржавели, причем ржавление постепенно углублялось от свободного конца к выходному концу. Ржавыми деталями оказались все верхние половины вкладышей коренных подшипников.
Состояние ржавления верхней половины вкладыша коренного подшипника 1-й передачи показано на рисунке 3.
Рисунок 3. Состояние ржавчины верхней половины втулки коренного подшипника шестерни №. 1.
(3) Коленчатый вал
После того, как шатун поршня и другие принадлежности на коленчатом валу, такие как втулка подшипника, были сняты, было замечено, что на поверхности коленчатого вала появилась ржавчина, причем наиболее сильно пострадала коренная шейка шестерни №. 5. Состояние ржавчины главной шейки шестерни №. 5 показано на рисунке 4.
Рисунок 4. Состояние ржавчины шейки вала шестерни 5#.
2) Износ втулки коренного подшипника и упорной шайбы.
После разборки было обнаружено, что втулка коренного подшипника и упорная шайба 7-й передачи сильно изношены, происходят надрывы металла. Предварительно установлено, что это основной источник металлического мусора. Условия износа втулки коренного подшипника и упорной шайбы 7-й передачи показаны на рисунке 5.
Рисунок 5 Условия износа втулки коренного подшипника и упорной шайбы шестерни №. 7
II. Метод анализа дерева отказов и анализ реального судна
Анализ дерева отказов — широко используемый метод эффективного решения сложных систем неисправностей. Он проводит дедуктивный анализ отказов сверху вниз. В частности, он анализирует различные факторы, которые могут вызвать сбои, поэтапно -за-от всей системы к ее компонентам в виде древовидной-разветвленной структуры. Этот метод анализа позволяет диагностировать сбои системы путем построения логических блок-схем и пошаговых рассуждений для анализа причин сбоев.
2. Анализ дерева неисправностей повреждений вкладышей коренных подшипников.
Причин ненормального износа вкладышей подшипников дизельных двигателей множество. По методу анализа дерева неисправностей, принимая в качестве верхнего события повреждение вкладыша коренного подшипника дизеля, анализируются причинные события, приводящие к данной неисправности. Дерево отказов составляется и анализируется в соответствии с соответствующими логическими связями. Дерево неисправностей повреждений вкладышей коренных подшипников показано на рисунке 6.
Рисунок 6. Дерево неисправностей повреждений вкладышей коренных подшипников.
Как показано на рисунке 6, причины неисправности можно отнести к следующим семи основным событиям: неправильная установка корпуса двигателя, неправильная установка вкладышей подшипников, кавитация вкладышей подшипников, плохой материал вкладышей подшипников, плохое качество смазочного масла, недостаток смазочного масла и повреждение вкладышей коренных подшипников, вызванное длительной -работой дизельного двигателя с высокой-нагрузкой.
1) Монтаж техники.
Монтаж главных двигателей, таких как центровка и виброизоляция, не отвечал требованиям, что приводило к неравномерности нагрузки или вибрации главных двигателей, что приводило к износу подшипников.
После того, как произошел отказ, были проверены условия центровки двух главных двигателей. Проверка установила, что параметры центровки двух главных двигателей соответствовали требованиям установки, а различия по сравнению с прошлым ремонтом в сухом доке находились в пределах допустимого. Поэтому данный инцидент можно в принципе исключить.
2) Установка вкладыша подшипника.
Нижний вкладыш коренного подшипника поддерживает коленчатый вал, удерживая центральную линию коренной шейки коленчатого вала на прямой линии.
Перекос осевой линии вызывает изгиб коленчатого вала и увеличение нагрузки на коренной подшипник. Если два подшипника слева и справа от кривошипа расположены слишком низко, осевая линия коленчатого вала будет изгибаться вниз и образовывать дугу.
Когда рукоятка окажется в нижней мертвой точке, она втянется; и наоборот, когда он находится в верхней мертвой точке, ход рукоятки будет увеличен.
Разница в выдвижении и втягивании кривошипа пропорциональна разности высот главного подшипника, поэтому ее можно использовать для измерения того, центрирован ли коленчатый вал и, следовательно, для определения состояния вкладыша подшипника.
Изучив проектные характеристики этого среднеоборотного дизельного двигателя, выяснилось, что коленчатый вал дизельного двигателя имеет относительно высокую жесткость. Несоосность осевой линии могла быть вызвана только зазором в нижних вкладышах коренных подшипников. Просмотрите данные разницы хода коленчатого вала главного двигателя после последнего заводского капитального ремонта, измерьте текущую разницу хода коленчатого вала главного двигателя и сравните их соответственно с требованиями к параметрам, указанными в руководстве. После исследования и проверки было обнаружено, что требования к зазорам соблюдены, и влияние установочного зазора вкладыша подшипника можно практически исключить.
3) Кавитационная эрозия вкладышей подшипников.
Когда поверхность вкладыша подшипника движется относительно смазочного масла, локальная высокая температура и высокое давление, вызванные разрывом пузырьков газа, приводят к усталости и стиранию поверхности вкладыша подшипника, вызывая тем самым дефекты.
Явление кавитации проявляется в виде плотных сот игольчатых-отверстий, наружная поверхность которых чистая и обычно не покрыта продуктами коррозии.
По характеристикам вкладышей подшипников данного дизеля можно определить, что кавитационная эрозия не произошла, а влияние кавитационной эрозии на вкладыши подшипников практически исключено.
4) Материал втулки подшипника.
Эта подшипниковая втулка имеет тонкостенную-конструкцию и состоит из слоя алюминиевого сплава, покрытия и никелевого экрана. Структурная схема подшипниковой втулки представлена на рисунке 7.
Рисунок 7. Структурная схема вкладыша подшипника.
Структура канавок, используемая в этой подшипниковой втулке, обычно не подвержена износу через никелевый экран, и ее качество относительно надежно. Между тем, эта подшипниковая втулка имеет низкую скорость износа. Согласно испытаниям, проведенным оригинальным производителем, даже когда подшипниковая втулка находится под высокой нагрузкой и в условиях тонкой масляной пленки, износ подшипниковой втулки остается низким. Обе втулки подшипника изготовлены из одной партии, поэтому влияние материала втулки подшипника практически исключено.
5) Качество смазочного масла.
Плохое качество смазочного масла может привести к ненормальному износу главных движущихся пар дизелей, таких как упорные кольца, вкладыши коренных подшипников, вкладыши шатунных подшипников и т. д. [3].
Существуют различные ситуации, когда качество смазочного масла является некачественным. Это может быть связано с попаданием в масло примесей, или с окислением масла и образованием осадка после длительного-временного использования, или с эмульгированием и ухудшением качества масла из-за смеси морской или пресной воды, что приводит к образованию некачественной масляной пленки.
При осмотре было обнаружено, что поверхности вкладышей коренных подшипников, коленчатого вала, распределительного вала и т. д. внутри корпуса дизеля в разной степени проржавели, а смазочное масло имело небольшое явление эмульгирования. Поэтому нельзя исключать, что удар был вызван некачественным смазочным маслом.
6) Недостаточное количество смазочного масла.
Недостаточное количество смазочного масла в основном включает недостаточный объем смазочного масла или недостаточное давление смазочного масла. Недостаточный объем смазочного масла приведет к недостаточной смазке, и будет трудно создать масляную пленку между втулкой подшипника и коленчатым валом. Недостаточное давление смазочного масла приведет к недостаточному охлаждению подшипниковой втулки, возникновению высоких температур и повреждению подшипниковой втулки. После проверки объема и давления смазочного масла было обнаружено, что они соответствуют расчетным требованиям к объему смазочного масла дизельного двигателя, поэтому влияние, вызванное недостаточным количеством смазочного масла, можно практически исключить.
7) Длительная-работа при высокой нагрузке.
При длительной работе дизеля под высокой нагрузкой увеличивается ударная нагрузка между втулкой подшипника и коленчатым валом, масляная пленка между ними становится тоньше, а в некоторых случаях полная масляная пленка не может образоваться. Такая ситуация приводит к ненормальному износу втулки подшипника и даже может стать причиной выхода подшипника из строя.
После проверки журнала навигации не было обнаружено записей о длительной-работе под высокой нагрузкой, поэтому влияние, вызванное длительной-работой под высокой нагрузкой, можно практически исключить.
III. Расположение и устранение неисправности
На основании анализа дерева неисправностей повреждения втулки коренного подшипника возможной причиной повреждения втулки коренного подшипника этого двигателя может быть некачественное качество смазочного масла. Поэтому был проведен дальнейший анализ системы смазочного масла. Была изучена система смазочного масла этого судна, принципиальная схема системы смазочного масла показана на рисунке 8.
Рисунок 8. Принципиальная схема системы смазочного масла.
Дизельный двигатель данного типа может иметь два режима смазки: с мокрым картером и с сухим картером. При использовании мокрого картера смазочный насос-с приводом от двигателя всасывает смазочное масло из картера. Смазочное масло проходит через обратный клапан, клапан регулирования давления, термостатический клапан, охладитель, фильтр, подшипники и турбонагнетатель, а затем возвращается обратно в поддон, образуя смазочный цикл. Когда смазочное масло достигает рекомендованного срока службы или его качество становится некачественным, оно сливается в резервуар для грязного масла для замены. Если дизельный двигатель имеет отдельный маслоотстойник, смазочное масло забирается из поддона в отстойник, далее отделяется маслоотделителем и затем используется повторно.
В ходе расследования выяснилось, что судно эксплуатировалось с системой мокрого картера, а очиститель смазочного масла долгое время не использовался. Поэтому есть подозрение, что может быть проблема с качеством смазочного масла, и смазочное масло было отправлено на тестирование. Согласно протоколу испытаний смазочного масла обнаружено аномально высокое содержание ионов Na и Mg, что позволяет предварительно определить загрязнение смазочного масла морской водой.
Для дальнейшего анализа источника попадания смазочного масла в забортную воду и устранения «первопричины» был проведен дальнейший анализ системы охлаждения забортной водой этого главного двигателя. Принципиальная схема системы охлаждения забортной водой представлена на рисунке 9.
Рисунок 9. Принципиальная схема системы охлаждения морской водой.
После всасывания насосом забортной воды забортная вода соответственно проходит через воздушный охладитель главного двигателя, охладитель смазочного масла главного двигателя и охладитель пресной воды главного двигателя для их охлаждения. При попадании воды в смазочное масло морская вода может просочиться в смазочное масло через охладитель смазочного масла, что приведет к ухудшению смазочного масла и впоследствии к ржавчине и повреждению вкладышей коренных подшипников, подшипников, распределительных валов и т. д.
В заключение, после подробного анализа дерева неисправностей повреждения втулки главного подшипника было установлено, что основной причиной повреждения втулки главного подшипника было проникновение морской воды в смазочное масло в охладителе смазочного масла, что привело к ухудшению качества смазочного масла и, как следствие, коррозии внутренних компонентов главного двигателя, что в конечном итоге привело к сильному износу втулки главного подшипника.
В связи с этим предлагаются следующие планы ремонта и предложения по ежедневному техническому обслуживанию экипажа:
1) Замените сильно изношенные и проржавевшие вкладыши подшипников и упорные шайбы, отремонтируйте слегка проржавевшие вкладыши подшипников и отремонтируйте проржавевший распределительный вал.
2) Отремонтировать коренную шейку коленчатого вала и проверить ее механические параметры после ремонта.
3) Промойте систему смазочного масла, замените новое смазочное масло, отберите пробу и проверьте качество смазочного масла после замены.
4) Рекомендуется, чтобы экипаж регулярно отправлял смазочное масло на проверку, при этом пробы для проверки должны отбираться из разных систем смазки.
IV. Заключение
Ненормальный износ втулки главного подшипника двигателя является распространенной неисправностью дизельных двигателей. В этой статье используется метод анализа дерева неисправностей для анализа возможных причин ненормального износа втулки главного подшипника двигателя одна за другой, что позволяет быстро определить причину проблемы. После последующего исправления и проверки ненормального износа обнаружено не было, что указывает на эффективность анализа и исправления.