Fremdriftssystemet for et bestemt fiskerilovhåndhævende fartøj består af to fremdriftsdieselmotorer, en dobbelt-motor parallel reduktionsgearkasse, et sæt propeller med kontrollerbar stigning og aksler. Hovedmotoren er en fire-motor med direkte indsprøjtning, turboladet og intercoolet mellem-farts marinemotor i en-linjekonfiguration. Gearkassen anvender en parallel gearkasse med tryklejer og høje-elastiske koblinger. Det skematiske diagram af fartøjets hovedfremdrivningsanordning er vist i figur 1.
Figur 1 Skematisk diagram af fartøjets hovedfremdrivningssystem
I. Fejlfænomen
Under den månedlige vedligeholdelse fandt besætningen en stor mængde metalaffald i krumtaphusets oliebeholder på hovedmotoren. Efter indberetning blev det besluttet straks at udføre vedligeholdelse på hovedmotoren for at identificere kilden til metalaffaldet. Skibets besætning adskilte og inspicerede dieselmotoren og udførte detaljerede kontroller af vigtige komponenter såsom topstykke, cylinderforing, stempelplejlstangsenhed, hovedlejebøsning, knastaksel og krumtapaksel. Under processen blev følgende fejlsymptomer opdaget.
1) Der blev fundet rust på flere dele.
(1) Knastaksel
Efter adskillelse af "observationshulsdækslet" blev der observeret rust på overfladerne af 4. og 6. knastaksler. Rustforholdene for 4. og 6. knastaksler er vist i figur 2.
Figur 2 Rustforhold for knastaksler nr.. 4 og nr.. 6
(2) Hovedlejeskaller.
Ved adskillelse og inspektion af hovedlejeskallerne fandt man ud af, at hovedlejeskallerne svarende til hver cylinder alle var rustne i forskellig grad, og rusten blev gradvist uddybet fra den frie ende til udgangsenden. De rustne dele var hele den øverste halvdel af hovedlejeskallerne.
Rusttilstanden for den øverste halvdel af hovedlejehuset i 1. gear er vist i figur 3.
Figur 3 Rusttilstand for den øverste halvdel af hovedlejebøsningen i No. 1 gear
(3) Krumtapaksel
Efter at stempelplejlstangen og andet tilbehør på krumtapakslen, såsom lejebøsningen, blev fjernet, blev det observeret, at der var rust på overfladen af krumtapakslen, hvor hovedtappen uden. 5 gear var den mest alvorlige. Rusttilstanden for No. 5 gearhovedtappen er vist i figur 4.
Figur 4 Rusttilstand af 5# gearakseltappen
2) Slid på hovedlejebøsningen og trykskiven.
Efter demontering blev det konstateret, at hovedlejebøsningen og trykskiven i 7. gear var stærkt slidt, med metalrivning. Det er foreløbigt fastslået, at dette er hovedkilden til metalaffald. Slidforholdene for hovedlejebøsningen og trykskiven i det 7. gear er vist i figur 5.
Figur 5 Slidforhold for hovedlejebøsningen og trykskiven på gear nr.. 7
II. Fault Tree Analysemetode og Real Ship Analysis
Fejltræanalyse er en almindeligt anvendt metode til effektivt at løse komplekse fejlsystemer. Den udfører deduktiv fejlanalyse fra top til bund. Specifikt analyserer den forskellige faktorer, der kan forårsage fejl trin-for-trin fra det overordnede system til dets komponenter i en træ-lignende forgreningsstruktur. Denne analysemetode kan diagnosticere systemfejl ved at konstruere logiske blokdiagrammer og ræsonnere trin for trin for at analysere årsagerne til fejl.
2. Fejltræanalyse af skade på hovedlejeskal
Der er mange årsager til unormalt slid på dieselmotorens lejeskaller. Ifølge fejltræsanalysemetoden, hvor skaden på dieselmotorens hovedlejeskal tages som den øverste hændelse, analyseres årsagsbegivenhederne, der fører til denne fejl. Fejltræet oplistes og analyseres i overensstemmelse med den passende logiske sammenhæng. Fejltræet for beskadigelse af hovedlejehuset er vist i figur 6.
Figur 6 Fejltræ for beskadigelse af hovedlejeskal
Som vist i figur 6 kan årsagerne til fejlen tilskrives følgende syv grundlæggende hændelser: ukorrekt installation af motorhuset, forkert installation af lejeskallerne, kavitation af lejeskallerne, dårligt materiale i lejeskallerne, dårlig kvalitet af smøreolie, utilstrækkelig smøreolie, der forårsager langvarig skade på kappen, og{} høj-drift af dieselmotoren.
1) Installation af maskineriet.
Installationen af hovedmotorerne, såsom centrering og vibrationsisolering, opfyldte ikke kravene, hvilket resulterede i ujævn belastning eller vibration af hovedmotorerne, hvilket førte til lejeslid.
Efter fejlen opstod, blev centreringsforholdene for de to hovedmotorer inspiceret. Inspektionen fandt, at centreringsparametrene for de to hovedmotorer opfyldte installationskravene, og forskellene sammenlignet med den sidste tørdokreparation lå inden for det acceptable område. Derfor kan denne hændelse som udgangspunkt udelukkes.
2) Installation af lejeskallen.
Hovedlejets nederste lejeskall understøtter krumtapakslen og holder midterlinjen af krumtapakslens hovedtap i en lige linje.
Forskydning af midterlinjen forårsager bøjning af krumtapakslen og en stigning i belastningen på hovedlejet. Hvis de to lejer til venstre og højre for krumtapkastet er for lave, vil krumtapakslens midterlinje bøjes nedad og danne en bue.
Når krumtapkastet er ved det nederste dødpunkt, vil det blive trukket tilbage; omvendt, når det er i det øverste dødpunkt, vil krumtapkastet blive forlænget.
Forskellen i krumtapkastets ud- og tilbagetrækning er proportional med højdeforskellen på hovedlejet, så den kan bruges til at måle om krumtapakslen er centreret og dermed lejeskålens tilstand.
Efter at have konsulteret designspecifikationen for denne medium-dieselmotor, blev det konstateret, at krumtapakslen på dieselmotoren har en relativt høj stivhed. Forskydningen af centerlinjen kunne kun være forårsaget af hullet i de nederste lejeskaller på hovedlejerne. Gennemgå data for krumtapakslens kasteforskel for hovedmotoren efter sidste fabrikseftersyn, og mål den aktuelle krumtapakselkastforskel for hovedmotoren, og sammenlign dem henholdsvis med parameterkravene i manualen. Efter undersøgelse og verifikation viste det sig, at spaltekravene var opfyldt, og indflydelsen fra lejeskålens installationsgab kunne grundlæggende udelukkes.
3) Kavitationserosion af lejeskaller.
Når overfladen af lejeskallen bevæger sig i forhold til smøreolien, fører den lokale høje temperatur og høje tryk forårsaget af brud af gasbobler til træthed og udskillelse af lejeskallens overflade, hvilket forårsager defekter.
Kavitationsfænomenet viser sig som en tæt bikage af nåle-lignende huller, og den ydre overflade af hullerne er ren og generelt ikke dækket af korrosionsprodukter.
Baseret på egenskaberne af denne dieselmotors lejeskaller kan det fastslås, at der ikke er sket kavitationserosion, og kavitationserosionens indflydelse på lejeskallerne kan som udgangspunkt udelukkes.
4) Materiale af lejebøsningen.
Denne lejebøsning har et tyndt-vægget design og er sammensat af et aluminiumslegeringslag, en belægning og en nikkelskærm. Strukturdiagrammet for lejebøsningen er vist i figur 7.
Figur 7 Strukturdiagram af lejeforingen
Den rillestruktur, der anvendes af denne lejebøsning, kan generelt ikke slides gennem nikkelskærmen, og dens kvalitet er relativt pålidelig. I mellemtiden har denne lejebøsning en lav slidhastighed. Ifølge testene udført af den originale producent, selv når lejebøsningen er under høj belastning og tynde oliefilmsforhold, forbliver sliddet på lejebøsningen lavt. Begge lejebøsninger er fra samme produktserie, så påvirkningen af lejebøsningens materiale kan som udgangspunkt udelukkes.
5) Smøreoliekvalitet.
Dårlig smøreoliekvalitet kan føre til unormalt slid på de vigtigste bevægelige par af dieselmotorer, såsom trykringe, hovedlejeskaller og plejlstangslejeskaller osv. [3].
Der er forskellige situationer, hvor smøreoliekvaliteten er under standard. Det kan skyldes, at urenheder trænger ind i olien, eller at olien oxideres og danner sediment efter lang tids-brug, eller at olien er emulgeret og forringet på grund af blandingen af havvand eller ferskvand, hvilket resulterer i en ukvalificeret oliefilm.
Ved inspektion viste det sig, at overfladerne på hovedlejeskallerne, krumtapakslen, knastakselen osv. inde i dieselmotorhuset var rustet i varierende grad, og smøreolien udviste et let emulgeringsfænomen. Derfor kan det ikke udelukkes, at påvirkningen skyldes den dårlige kvalitet af smøreolien.
6) Utilstrækkelig smøreolie.
Utilstrækkelig smøreolie omfatter hovedsageligt utilstrækkelig smøreolievolumen eller utilstrækkeligt smøreolietryk. Utilstrækkelig smøreolievolumen vil føre til utilstrækkelig smøring, og det vil være vanskeligt at etablere en oliefilm mellem lejebøsningen og krumtapakslen. Utilstrækkeligt smøreolietryk vil resultere i utilstrækkelig afkøling af lejebøsningen, generere høje temperaturer og forårsage skade på lejebøsningen. Efter kontrol af smøreolievolumen og -tryk viste det sig, at de opfyldte designkravene til dieselmotorens smøreolievolumen, så påvirkningen forårsaget af utilstrækkelig smøreolie kan som udgangspunkt udelukkes.
7) Lang-drift under høj belastning.
Når en dieselmotor kører under høj belastning i lang tid, øges slagbelastningen mellem lejebøsningen og krumtapakslen, oliefilmen mellem dem bliver tyndere, og i nogle tilfælde kan en komplet oliefilm ikke dannes. Denne situation fører til unormalt slid på lejebøsningen og kan endda forårsage lejefejl.
Efter kontrol af navigationsloggen var der ingen registrering af lang-drift under høj belastning, så påvirkningen forårsaget af lang-drift under høj belastning kan grundlæggende udelukkes.
III. Fejlplacering og eliminering
Baseret på fejltræanalysen af skaden på hovedlejebøsningen, kan den mulige årsag til skaden på denne motors hovedlejebøsning være den dårlige kvalitet af smøreolien. Derfor blev der foretaget en yderligere analyse af smøreoliesystemet. Dette fartøjs smøreoliesystem blev undersøgt, og det skematiske diagram af smøreoliesystemet er vist i figur 8.
Figur 8 Skematisk diagram af smøreoliesystemet
Denne type dieselmotor kan have to smøretilstande: våd sump og tør sump. Når der bruges en våd sump, trækker den motor-drevne smøreoliepumpe smøreolien fra sumpen. Smøreolien passerer gennem en kontraventil, trykreguleringsventil, termostatventil, køler, filter, lejer og turbolader, før den strømmer tilbage til sumpen og danner en smørecyklus. Når smøreolien når den anbefalede servicetid eller dens kvalitet er under standard, udledes den til den snavsede olietank til udskiftning. Hvis dieselmotoren har en separat oliebundfældningstank, trækkes smøreolien fra bundkarret ind i bundfældningstanken, adskilles yderligere af olieudskilleren og genbruges derefter.
Efter undersøgelse viste det sig, at fartøjet fungerede med et vådsumpsystem, og smøreolierenseren havde ikke været brugt i lang tid. Derfor er der mistanke om, at der kan være et problem med smøreoliens kvalitet, og smøreolien blev sendt til test. Ifølge smøreolietestrapporten blev indholdet af Na- og Mg-ioner fundet unormalt højt, hvilket foreløbigt kan fastslås, at smøreolien var forurenet med havvand.
For yderligere at analysere kilden til smøreolie, der kommer ind i havvandet og eliminere "grundårsagen", blev der udført en yderligere analyse af havvandskølesystemet i denne hovedmotor. Det skematiske diagram af havvandskølesystemet er vist i figur 9.
Figur 9 Skematisk diagram af havvandskølesystem
Efter at være blevet suget ind af havvandspumpen ledes havvandet gennem henholdsvis hovedmotorens luftkøler, hovedmotorens smøreoliekøler og hovedmotorens ferskvandskøler for at køle dem. Hvis der trænger vand ind i smøreolien, kan havvandet sive ind i smøreolien gennem smøreoliekøleren, hvilket medfører forringelse af smøreolien og efterfølgende medføre rust og beskadigelse af hovedlejeskallerne, lejer og knastaksler mv.
Som konklusion, efter en detaljeret fejltræanalyse af skaden på hovedlejebøsningen, blev det konstateret, at den grundlæggende årsag til skaden på hovedlejebøsningen var infiltrationen af havvand i smøreolien ved smøreoliekøleren, hvilket førte til forringelse af smøreolien og efterfølgende korrosion af de indvendige komponenter i hovedmotoren, hvilket i sidste ende resulterede i hovedslid på hovedbussen.
Derfor foreslås følgende reparationsplaner og forslag til daglig vedligeholdelse for besætningen:
1) Udskift de stærkt slidte og rustne lejeskaller og trykskiver, reparer de let rustne lejeskaller, og reparer den rustne knastaksel.
2) Reparer krumtapakslens hovedtap og kontroller dens mekaniske parametre efter reparation.
3) Skyl smøreoliesystemet, udskift den nye smøreolie, og prøv og kontroller kvaliteten af smøreolien efter udskiftning.
4) Det anbefales, at besætningen regelmæssigt sender smøreolien til inspektion, og prøverne til inspektion bør tages fra forskellige smøresystemer.
IV. Konklusion
Unormalt slid på hovedmotorens lejebøsning er en almindelig fejl i dieselmotorer. Denne artikel bruger fejltræsanalysemetoden til at analysere de mulige årsager til unormalt slid på hovedmotorens lejebøsning én efter én, hvorved man hurtigt kan bestemme årsagen til problemet. Efter efterfølgende udbedring og verifikation blev der ikke fundet unormalt slid, hvilket tyder på, at analysen og udbedringen var effektiv.