تجزیه و تحلیل و حل ساییدگی غیر عادی سرسیلندر و صندلی سوپاپ اگزوز در موتور دیزل دریایی

پس از حدود 60 ساعت تعمیر و نگهداری و کارکرد نوع خاصی از موتور دیزل نیروی محرکه اصلی دریایی در W5، مشخص شد که فاصله سوپاپ های اگزوز 40 سیلندر از حد تحمل فراتر رفته و 38 صندلی سوپاپ اگزوز فرسوده شده اند. فراتر از حد تعمیر سرسیلندر. پس از تعویض 38 سرسیلندر جدید و کارکردن برای حدود 60 ساعت، یک ناحیه بزرگ از سایش صندلی سوپاپ اگزوز دوباره رخ داد و دیزل 0 # خودرو برای هر دو تست ناوبری استفاده شد. بر اساس پدیده عیب، درخت عیب ساییدگی غیرعادی سرسیلندر و نشیمنگاه سوپاپ اگزوز را فهرست کرده و آن را از سه جنبه نگهداری و نصب، کیفیت قطعه و شرایط استفاده تحلیل و عیب یابی کنید.

با تجزیه و تحلیل و قضاوت مکانیسم خطا، علت خطا استفاده از 0 # گازوئیل خودرو با محتوای گوگرد کم است که نتوانست یک لایه موثر ضد سایش تشکیل دهد و سایش صندلی سوپاپ اگزوز را تسریع بخشد. راه حل های مربوطه برای سایش غیرعادی صندلی سوپاپ موتور دیزل پیشنهاد شده است که راه حلی برای تجزیه و تحلیل بعدی عیوب مشابه ارائه می دهد.

در 2{11}}19 آوریل، یک کشتی خاص کار تعمیر را در کارخانه کشتی سازی انجام داد. دو موتور دیزلی MTU956V2{14}} طبق استاندارد سطح W5 تعمیر و نگهداری شدند (هر کدام حدود 5800 ساعت قبل از تعمیر کار کردند و در حین تعمیر، دو سر سیلندر به دلیل فرسودگی صندلی سوپاپ اگزوز بیش از سرسیلندر تعویض شد. حد تعمیر). در ماه سپتامبر، پس از اتمام تعمیر و نصب سطح W5، موتور دیزلی در هنگام استفاده حدود 60 ساعت روشن نشد. پس از بررسی، مشخص شد که فاصله سوپاپ 40 سیلندر بیش از حد تحمل بوده و 38 صندلی سوپاپ اگزوز فراتر از حد تعمیر سرسیلندر فرسوده شده اند. پس از تعویض 38 سرسیلندر جدید در ماه نوامبر و استفاده از آنها برای حدود 60 ساعت، مجدداً سطح زیادی از سایش صندلی سوپاپ اگزوز وجود داشت. هر دو تست ناوبری از 0 # دیزل خودرو استفاده کردند. پس از تعویض 9 سر سیلندر برای بار دوم، کشتی خاصی از -10 # دیزل برای آزمایش های ناوبری و کارهای بعدی استفاده کرد که با 0 # دیزل خودرو (عمدتاً 10 # دیزل) در هم آمیخته شد. از دسامبر 2020، حدود 1000 ساعت (زمان کار انباشته حدود 6900 ساعت) بدون هیچ گونه سایش یا خرابی غیرعادی سرسیلندر و صندلی سوپاپ اگزوز کار کرده است.

هنگامی که موتور دیزل کار می کند، میل بادامک سوپاپ اگزوز را بر اساس زمان بندی تنظیم شده سوپاپ از طریق مکانیزم تپت و بازوی تکان دهنده برای اگزوز باز می کند و سپس تحت تأثیر فنر سوپاپ بسته می شود. طراحی موتور دیزل MTU956 سبک وزن، قدرت بالا و چگالی کم را دنبال می کند. هیچ حلقه صندلی سوپاپ آلیاژی مقاوم در برابر حرارت سخت تعبیه شده در صندلی های سوپاپ ورودی و خروجی سرسیلندر وجود ندارد. صندلی سوپاپ و سر سیلندر یکپارچه و از مواد چدن ساخته شده است. سوپاپ اگزوز مجهز به مکانیزم سوپاپ دوار است و دریچه هوا هر بار که باز می شود تحت عمل مکانیزم سوپاپ دوار می چرخد. در حین کار، دمای سطح صندلی سوپاپ اگزوز به دلیل شستشوی گاز با دمای بالا و جریان هوای خروجی در داخل سیلندر، حدود 300-350 درجه است. هنگامی که شیر بسته و نشسته است، با سرعت خاصی به سطح شیر برخورد می کند. وقتی سرعت موتور دیزل 145 0r/min باشد، سرعت نشستن سوپاپ 0.2 متر بر ثانیه و ضربه 727 بار در دقیقه است. سطح نشیمنگاه سوپاپ اگزوز تحت تاثیر دمای بالا و فشار تماس بالا در حین کار قرار می گیرد و در نتیجه شرایط کاری سخت ایجاد می شود.

فرآیند بازرسی و تعمیر در مشخصات فرآیند تعمیر سرسیلندر MTU 956 با راهنمای تعمیر و نگهداری MTU V956/1163 TB.2 مطابقت دارد. داده های بیرون زدگی دریچه هوای نصب شده روی صندلی سوپاپ معمولاً بین 4.8{9}}~5.10 میلی متر است (استاندارد حد 3.0 میلی متر است) و کیفیت نصب مجدد مطابق با الزامات تعمیر و نگهداری MTU V956/1163 TB.2 است. کتابچه راهنمای کاربر پس از وقوع اولین نقص، پس از تعویض 38 سرسیلندر جدید و کارکردن حدود 60 ساعت، مجدداً مشکل ساییدگی غیرعادی نشیمنگاه سوپاپ سرسیلندر رخ داد و در نتیجه امکان تعمیر نامناسب که باعث خرابی می شود منتفی شد.

بازرسی سوابق ساخت و مونتاژ محصول، بررسی مجدد سوابق بازرسی و بازرسی مونتاژ قطعات مربوطه دستگاه معیوب، سوابق اصلی سرسیلندر برای اولین خرابی، بازرسی ابعاد محفظه آب سرسیلندر، محفظه هوا و نشیمنگاه سوپاپ، و بازرسی تناسب بین دریچه‌های ورودی و خروجی و صندلی‌های سوپاپ؛ آب بندی سرسیلندر، عمق نشیمنگاه سوپاپ و یکپارچگی سرسیلندر را بررسی کنید و مطمئن شوید که کیفیت مونتاژ قطعات مطابق با الزامات فنی است.

بررسی عملکرد مواد سوپاپ سر سیلندر. پس از اولین نقص، سیلندرهای A1 و B6 با سایش شدید صندلی سوپاپ اگزوز استخراج شدند و کمیته حرفه ای تجزیه و تحلیل شکست انجمن مهندسی مکانیک شانگهای برای انجام آزمایش سختی روی سطوح کاری دریچه اگزوز و صندلی سوپاپ و همچنین متالوگرافیک مأمور شد. آزمایش بر روی سطوح کار صندلی سوپاپ. شماره کشش سوپاپ خروجی موتور دیزل MTU956 580 053 02 05 است و سختی مورد نیاز بیشتر یا مساوی 280HB است (معادل سختی راکول 29.2HCR، با مقادیر HB و HV مشابه). مقادیر سختی سوپاپ های اگزوز سیلندرهای A1 و B6 در جدول 1 نشان داده شده است و سختی سوپاپ بسیار بالاتر از مقدار مورد نیاز است، اما مطابق با الزامات اسناد فنی سوپاپ است.

سند فنی برای سر سیلندر موتور دیزل MTU956 به ماتریس پرلیت با محتوای پرلیت بیشتر از 95٪ نیاز دارد. سختی مورد نیاز 200~260HB (199.5~262.5HV, HB=(HV+10.5)/1.05) است. نتایج سختی صندلی های سوپاپ اگزوز سیلندرهای A1 و B6 در جدول 2 نشان داده شده است.

نتایج تجزیه و تحلیل سوپاپ اگزوز و نشیمنگاه سوپاپ صادر شده توسط کمیته حرفه ای تحلیل شکست انجمن مهندسی مکانیک شانگهای نشان می دهد که: 1) سختی سطح آب بندی (در فاصله 0.1 میلی متر از سطح) و شیب سختی دریچه اگزوز نسبتاً یکنواخت است. 2) تفاوت قابل توجهی در گرادیان سختی بین نشیمنگاه سوپاپ اگزوز و نشیمنگاه سوپاپ ورودی وجود ندارد. به دلیل وجود گرافیت در ماتریس، نوساناتی در سختی آزمایش شده وجود دارد که یک پدیده طبیعی است. 3) ساختار متالوگرافی سطوح کار نشیمنگاه سوپاپ اگزوز و نشیمنگاه سوپاپ ورودی از پرلیت، مقدار کمی عنصر آهن و مقدار بسیار کمی عنصر کربن تشکیل شده است. نتایج آزمایش نشان می دهد که سختی سوپاپ اگزوز در دمای اتاق الزامات را برآورده می کند و سختی نقاط اندازه گیری روی صندلی سوپاپ اگزوز کمی بالاتر از مقدار لازم است. ساختار متالوگرافی الزامات فنی را برآورده می کند.

نیروی ضربه بین دریچه هوا و نشیمنگاه سوپاپ به سرعت نشستن دریچه هوا بستگی دارد که تحت تأثیر مشخصات میل بادامک دریچه های ورودی و خروجی قرار دارد. با توجه به تعویض سوم سرسیلندر، موتور دیزل حدود 1000 ساعت بدون هیچ گونه ناهنجاری کار کرد و سایش غیرعادی صندلی سوپاپ اگزوز برطرف شد. بنابراین احتمال سایش غیرعادی نشیمنگاه سوپاپ سرسیلندر ناشی از مکانیزم انتقال سوپاپ و میل بادامک اساسا منتفی است.

در تعمیر و نگهداری W5، کارخانه مکانیزم شیر دوار سرسیلندر را بررسی کرد و متوجه شد که به طور عادی کار می کند. پس از اولین نقص، 38 مجموعه جدید سرسیلندر جایگزین شد، اما تعداد زیادی از ایرادهای سایش سرسیلندر همچنان در کوتاه مدت رخ داد. بنابراین، احتمال ایجاد اختلال در مکانیزم شیر دوار اساساً منتفی است.

در بازرسی از شرایط کار موتور دیزل از تعمیر و نگهداری تا اولین نقص W5 و از تعویض سرسیلندر جدید تا نقص دوم، هیچ سایش غیرعادی سرسیلندر و سایش غیرعادی گسترده سیلندر مشاهده نشد. هد در هنگام استفاده از W5 قبل از تعمیر و نگهداری و پس از تعویض خرابی دوم با دیزل -10 رخ داده است. قضاوت اساسی این است که شرایط کار بر فرسودگی نشیمنگاه سوپاپ تأثیر می گذارد، اما دلیل مستقیم این نقص نیست. موتور دیزل MTU956 با یک پمپ روانکاری در لوله ورودی طراحی شده است که می تواند دریچه ورودی را روغن کاری کند. با بررسی اینکه پمپ روغن به درستی کار می کند و ساییدگی غیر طبیعی روی نشیمن سوپاپ ورودی وجود ندارد، می توان مشکلات کیفیت روغن کاری را رد کرد. کشتی از 0 # گازوئیل خودرو به عنوان سوخت پس از تعمیر و نگهداری W5 استفاده کرد و از هیچ گونه افزودنی استفاده نکرد که مطابق با الزامات گیگابایت19147-2013 است. با این حال، محتوای گوگرد بسیار کم است (کمتر یا مساوی 10 میلی گرم بر کیلوگرم)، که با مشخصات فنی MTU مطابقت ندارد.

به موسسه فیزیک شیمی لانژو، آکادمی علوم چین بسپارید تا مواد افزودنی را تجزیه و تحلیل کند. افزودنی دیزلی LUBRIZLO ®ADX766M مخلوطی از نمک پتاسیم و حلال است که ماده جامد آن دوستات پتاسیم و حلال روغن حلال هیدروکار چربی 200 # است. . به موسسه فیزیک شیمی لانژو، آکادمی علوم چین، واگذار کنید تا ظاهر SEM و تجزیه و تحلیل ترکیب EDS را روی سطح آب بندی دریچه اگزوز انجام دهد و دریچه اگزوز را تحت چهار شرایط برای بازرسی انتخاب کنید. مشاهده SEM و تجزیه و تحلیل ترکیب سوپاپ اگزوز معیوب و سطح آب بندی صندلی سوپاپ نشان داد که سطح سطح آب بندی سوپاپ اگزوز ناهموار بوده و به زیرلایه سر سیلندر چسبیده است. سطح آب بندی صندلی سرسیلندر صاف بود، در حالی که بستر چدنی دارای جریان پلاستیک و پارگی چسب بود. سوپاپ اگزوز سایش را تجربه نکرده است و قسمت فرسوده غیر طبیعی سرسیلندر و نشیمنگاه سوپاپ اگزوز است. سرسیلندر موتور دیزل 956 از چدن آلیاژی مخصوص ساخته شده است که مقاومت سایشی ضعیفی دارد. در غیاب محافظت از ماسک صورت سطحی، تنش مماسی ناشی از تماس مستقیم فلز باعث لایه برداری سریع و خستگی ماتریکس و سایش آن می شود. در همین حال، به دلیل تطبیق نامعقول اختلاف سختی بین دریچه هوا و نشیمنگاه سوپاپ، سختی بالای دریچه هوا باعث تشدید سایش می شود. با توجه به نتایج آزمون فوق، جزء اصلی لایه ضد سایش در سطح آب بندی چهار طرح، کربن آمورف است. پس از احتراق، ذرات بزرگ یک لایه ضد سایش بر روی سطح صندلی سوپاپ تشکیل می دهند تا سطوح آب بندی دریچه اگزوز و صندلی سوپاپ را از هم جدا کنند. با اجتناب از تماس مستقیم بین سطوح آب بندی و کاهش سایش چسب، سایش سرکوب می شود.

با توجه به مرجع درمان صندلی سوپاپ – بررسی مستقل داده های موجود ارائه شده توسط شرکت صنایع سنگین موتور دیزل Shaanxi، همراه با خرابی های قبلی سایش صندلی سوپاپ و مکانیسم تشکیل ماسک سطح صورت، می توان مشاهده کرد که ماسک صورت سطح سطح آب بندی متعلق به یک فیلم مصرف دینامیک است. در شرایط کار کم، سرعت تشکیل ماسک صورت سطحی بیشتر از سرعت برداشتن است و توانایی محافظت از گروه دریچه اگزوز تقویت می شود. در شرایط عملیاتی بالا، میزان تشکیل کمتر از سرعت حذف است و توانایی محافظت از صندلی دریچه اگزوز به تدریج کاهش می یابد. می توان توضیح داد که چرا کشتی هزاران ساعت قبل از تعمیر و نگهداری موتور دیزلی W5 دچار نقص نشد، اما 60 ساعت پس از تعمیر به سرعت دچار نقص های مکرر شد. این به دلیل استفاده از سوخت و مواد افزودنی با گوگرد بالا در طول دوره آزمایش اولیه کارخانه و استفاده از سوخت با گوگرد بالا در طول سفر آزمایشی است که یک فیلم محافظ دقیق‌تر برای محافظت از صندلی سوپاپ تشکیل می‌دهد.

با توجه به وضعیت استفاده تاریخی دو موتور دیزل 956، آنها در مرحله آزمایش کارخانه در Shaanxi Diesel Engine Heavy روی -10 # دیزل با ماده ضد سایش اضافه شده به عنوان سوخت برای حدود 50 ساعت کار کردند. Industry Co., Ltd. قبل از سفر به سانیا، آنها با -10 # دیزل حدود 100 ساعت کار کردند. همراه با نتایج تجزیه و تحلیل، نشان داده شده است که یک لایه محافظ سطح متراکم روی سطح آب بندی صندلی سوپاپ اگزوز قبل از اعمال دیزل خودرو 0 # در سانیا تشکیل شده است. بنابراین، هیچ سایش غیرعادی در طول حدود 5000 ساعت سفر در سانیا رخ نداد. در طول تعمیر و نگهداری W5، سوپاپ اگزوز و نشیمنگاه سوپاپ تعمیر شدند و در نتیجه ماسک صورت سطح فوق برداشته شد. پس از تعمیر و نگهداری، از گازوئیل وسیله نقلیه 0 # کم گوگرد برای کار استفاده شد و هیچ ماسک صورت سطحی تشکیل نشد که باعث سایش غیرعادی صندلی های سوپاپ بعدی شد.

بر اساس تجزیه و تحلیل علت نقص و وضعیت فعلی استفاده از این نوع موتور دیزل، اقدامات توصیه شده زیر پیشنهاد می شود: تعیین اینکه آیا دیزل نیاز به محتوای گوگرد بیش از 500 میلی گرم بر کیلوگرم را برآورده می کند ضروری است. قبل از استفاده؛ با نصب یک دستگاه ذخیره و افزودنی ضد سایش در محفظه موتور دیزل، می توان به طور خودکار مواد افزودنی را به مخزن سوخت روزانه اضافه کرد و شرایط لازم برای رانندگی موتورهای دیزلی را برآورده کرد. از منظر حل کامل مشکل سایش صندلی سوپاپ در دراز مدت، لازم است مقاومت سایشی صندلی سوپاپ اگزوز سرسیلندر بهبود یابد. سر سیلندر به طور کلی از یک صندلی سوپاپ تو در تو استفاده می کند تا مقاومت در برابر سایش و عمر مفید سوپاپ و صندلی سوپاپ را بهبود بخشد. توصیه می شود موسسات تحقیقاتی موتورهای دیزلی داخلی یا سازندگان موتورهای دیزلی تحقیقاتی را در مورد طرح های اصلاح سرسیلندر انجام دهند، توسعه و تولید سرسیلندرهای جدید را تکمیل کنند، و طرح بهبود یافته طراحی سرسیلندر دارای کاربردهای بالغ است و خطرات فنی ناشی از آن. طراحی بهبود یافته قابل کنترل است.