Dieselmotoren sind in modernen Schiffen weit verbreitet. Derzeit machen Schiffe mit Dieselmotoren als Hauptmotor über 98 % der Gesamtleistung aus, und die Gesamtleistung dieselbetriebener Schiffe macht über 90 % der gesamten Schiffsbauleistung aus.
Das normale Starten des Diesel-Hauptmotors zur Stromversorgung des Schiffes ist eine notwendige Voraussetzung für die Gewährleistung der Navigationssicherheit.
Aufgrund des großen Startdrehmoments, des schnellen und sanften Startvorgangs und der breiten Anwendbarkeit wird die Startmethode mit Druckluft häufig in mittleren-und großen-Dieselmotoren eingesetzt.
Die Diesel-Hauptmotoren eines zwei-motorigen-Propellerschiffs konnten plötzlich nicht mehr gleichzeitig normal starten. Dieses Papier analysiert und behebt diesen Startfehler und hofft, dem Wartungs- und Managementpersonal von Diesel-Hauptmotoren Inspiration und Unterstützung zu bieten.
I. Fehlerphänomen
Als sich ein Schiff darauf vorbereitete, in See zu stechen, nachdem der Diesel-Hauptmotor die Startvorbereitungen abgeschlossen hatte, drückte die Besatzung den „Start“-Knopf auf der zentralen Steuerkonsole, aber der Dieselmotor drehte sich nicht und der Start scheiterte.
Die Schiffsingenieure versuchten dann, den Motor über die lokale Steuerkonsole zu starten, scheiterten jedoch immer noch.
Um den Abschluss der Schiffsmission sicherzustellen, versuchten die Schiffsingenieure schließlich, das Hauptstartventil manuell zu öffnen. Sie empfanden es als anstrengender als sonst, aber die Hauptmaschine startete schließlich erfolgreich und lief danach normal.
Nach der Rückkehr des Schiffes versuchten die Schiffsingenieure, die Ursache für den Startfehler herauszufinden. Durch mehrere Starttests fassten sie die folgenden Phänomene zusammen:
(1) Beim Drücken der „Start“-Taste auf der zentralen Steuerkonsole und der lokalen Steuerkonsole konnte der Dieselmotor nicht gestartet werden.
(2) Nach dem Drücken der „Start“-Taste war das Geräusch des Schaltens des Kraftstoffabsperrventils zu hören.
(3) Nach mehreren „Durchblasvorgängen“ konnte der Dieselmotor starten, wenn die „Start“-Taste auf der zentralen Steuerkonsole oder der lokalen Steuerkonsole gedrückt wurde.
(4) Die Startphänomene der beiden Diesel-Hauptmotoren waren gleich.
II. Ausgangsprinzip
Der Diesel-Hauptmotor dieses Schiffes nutzt ein Druckluft-Startsystem mit einreihigem Einlass und zweireihiger Zündung. Abbildung 1 zeigt das Startsystemdiagramm.
Abbildung 1: Startsystemdiagramm eines Dieselmotors
Der Druck der Startluft beträgt 1,2-3 MPa und der Druck der Steuerluft beträgt 0,7 MPa. Beide werden in die Startluftflasche und die Steuerluftflasche gefüllt, nachdem sie über ein Druckminderventil von einer 4,7-MPa-Hauptdruckluftflasche entspannt wurden.
Wenn der Dieselmotor startet, wird das Startmagnetventil erregt. Nachdem die Steuerluft das Drehwerk-Verriegelungsventil passiert hat, wird sie in zwei Wege aufgeteilt:
Ein Pfad führt zum Wegeventil, das das Kraftstoffabsperrventil-schließt und den Heizölkreislauf öffnet.
Der andere Weg führt zum Hauptstartventil, öffnet das Hauptstartventil und öffnet den Startluftkreislauf.
Nach dem Durchgang durch das Hauptstartventil wird die Startluft in drei Wege aufgeteilt:
Ein Pfad führt zum Startventil, das an den Zylindern der B--Bank installiert ist. Nachdem das Zylinderstartventil geöffnet ist, gelangt die Luft in den Zylinder.
Ein Weg führt zum Luftverteiler und gelangt dann entsprechend der Zündfolge des Dieselmotors nacheinander zu den Zylinderstartventilen, um diese zu öffnen.
Ein anderer Weg führt zum Startservo des Reglers.
Die Startluft gelangt in der Zündreihenfolge in die Zylinder der B--Reihe, drückt die Kolben und treibt die Kurbelwelle in Drehung. Wenn die Drehzahl des Dieselmotors die Startdrehzahl 1 erreicht, empfängt der Regler das Drehzahl-(Drosselklappen-)Einstellsignal, erhöht schnell die Kraftstoffzufuhr zur Startdrossel 1 und passt dann die Drossel entsprechend der Drehzahl an, bis der Dieselmotor in einen stabilen Betriebszustand übergeht. Das Beziehungsdiagramm zwischen der Startgeschwindigkeit und der Drosselung während des Startvorgangs ist in Abbildung 2 dargestellt.
Abbildung 2: Beziehungsdiagramm zwischen Startgeschwindigkeit und Gas während des Startvorgangs
III. Analyse und Fehlerbehebung der Fehlerursache
Gemäß dem grundlegenden Funktionsprinzip und Startprinzip des Dieselmotors umfasst der Startvorgang dieses Dieselmotors hauptsächlich das Kraftstoffversorgungssystem, das Einlass- und Abgassystem, das Geschwindigkeitsregelsystem, das Überwachungs- und Sicherheitssystem und das Druckluftsystem.
Nach dem Prinzip der Fehleranalyse „von leicht nach schwer, von der Oberfläche nach innen“ und auf der Grundlage der von den Schiffsingenieuren während der Starttests zusammengefassten Phänomene wird der Umfang der Fehlersuche eingegrenzt.
1. Vorläufige Analyse
Der Dieselmotor konnte über den Steuermodus (durch Drücken der „Start“-Taste auf der zentralen Steuerkonsole oder der lokalen Steuerkonsole) nicht gestartet werden, er konnte jedoch durch manuelles Öffnen des Hauptstartventils gestartet werden. Darüber hinaus lief der Dieselmotor nach erfolgreichem Start normal, was darauf hindeutet, dass die Zylinderstartventile, das Kraftstoffversorgungssystem, das Einlass- und Abgassystem sowie das Geschwindigkeitsregelsystem des Dieselmotors normal funktionierten.
Es ist zu beachten, dass selbst wenn der Dieselmotor nicht startet und Fehlerphänomene auftreten, wie z. B. dass der Dieselmotor nicht dreht oder die Startgeschwindigkeit 1 nicht erreicht, das Geschwindigkeitsregelsystem und das Kraftstoffversorgungssystem noch nicht an der Arbeit beteiligt waren und Fehler in anderen Systemen zuerst berücksichtigt werden sollten.
Während des Startvorgangs konnte das Kraftstoffabsperrventil -normal schalten und das Sperrventil des Wendegetriebes im Überwachungs- und Sicherheitssystem leuchtete nicht auf, was darauf hinweist, dass das Startmagnetventil und das Sperrventil des Wendegetriebes im Steuerluftkreis normal funktionierten und die Steuerluft das Hauptstartventil erreichen konnte.
Da der Dieselmotor durch manuelles Öffnen des Hauptstartventils gestartet werden könnte, wird davon ausgegangen, dass möglicherweise ein Fehler im Hauptstartventil vorliegt.
2. Fehlerbehebung am Hauptstartventil
(1) Struktur und Funktionsprinzip
Das Hauptstartventil dieses Diesel-Hauptmotors ist neben dem Kurbelgehäuse installiert, wie in Abbildung 3 dargestellt, und sein Aufbau ist in Abbildung 4 dargestellt. Zu den Hauptkomponenten gehören: der obere Block, der Kolben, die Führungsfeder, das Überdruckventil, die Hauptfeder, das Hauptventil, der Ventilsitz und der Ventilkörper.
Abbildung 3: Hauptstartventil
Abbildung 4: Aufbau des Hauptstartventils
Nachdem die Steuerluft angeschlossen ist, treibt der Kolben das Überdruckventil in eine Abwärtsbewegung. Die Hauptstartluft im Ventilkörper ist über die Entlastungsöffnung mit der Außenatmosphäre verbunden und der Druck fällt schnell ab. Dadurch kann der auf der Außenseite des Hauptventils wirkende Vertikaldruck die resultierende Kraft des auf der Innenseite wirkenden Vertikaldrucks und die elastische Kraft der Hauptfeder überwinden, wodurch sich das Hauptventil nach oben hebt und so das Hauptstartventil öffnet.
Dabei muss die Kraft der am Kolben anliegenden Steuerluft die elastische Kraft der Führungsfeder und den auf das Entlastungsventil wirkenden Gasdruck überwinden können. Der Kraftzustand des Kolbens ist in Formel (2) dargestellt.
Wenn das Hauptstartventil manuell geöffnet wird, ersetzt der durch Drehen der Scheibe auf den oberen Block ausgeübte Abwärtsdruck die Kraft der Steuerluft und bewirkt, dass sich das Überdruckventil nach unten bewegt.
F_Kolben, Steuerluft > F_Entlastungsventil, Startluft + T_Führungsfeder (2)
(2) Analyse möglicher Fehlerursachen
Aus dem Funktionsprinzip des Hauptstartventils ist ersichtlich, dass der Schlüssel zum Öffnen des Hauptstartventils in der normalen Öffnung des Überdruckventils liegt. Daher wird die Analyse anhand der folgenden drei Aspekte basierend auf Formel (2) durchgeführt:
1) Unzureichender Steuerluftdruck, was zu einem geringen Abwärtsdruck auf den Kolben führt.
Leckstellen in der Steuerluftleitung oder eine Verstopfung des Steuerluftanschlusses führen dazu, dass der Druck der in das Hauptstartventil eintretenden Steuerluft zu niedrig ist.
2) Erhöhter Widerstand gegen die Abwärtsbewegung des Überdruckventils.
Eine schlechte Schmierung zwischen dem Überdruckventil und der Führungsbuchse oder Rosten des Überdruckventils oder der Führungsbuchse aufgrund feuchter Luft führt dazu, dass die Bewegung des Überdruckventils blockiert und in schweren Fällen sogar vollständig blockiert wird.
Es ist zu beachten, dass bei einem zu hohen Startluftdruck auch der Widerstand gegen die Abwärtsbewegung des Überdruckventils deutlich zunimmt.
3) Schwierigkeiten beim Zusammendrücken der Führungsfeder.
Die Führungsfeder besteht aus Metall. Rostbildung durch feuchte Luft führt dazu, dass die Rostprodukte die normale Kompression der Feder behindern. Übermäßige zyklische Kompression kann zu Mikrorissen führen und die für die Kompression erforderliche Kraft erhöhen.
Darüber hinaus kann eine unsachgemäße Installation der Feder zu Störungen der umliegenden Komponenten führen und so das Zusammendrücken der Feder behindern.
(3) Demontage und Inspektion
Nach einer externen Inspektion und Demontage des Hauptstartventils zur Überprüfung des Überdruckventils und der Führungsfeder wurde Folgendes festgestellt:
1) Die Anschlüsse der Steuerluftleitung waren normal und leckten nicht, und der Steuerluftanschluss war nicht verstopft.
2) Das Überdruckventil konnte sich flexibel in der Führungsbuchse bewegen und die Führungsfeder wies keinen offensichtlichen Rost und keine offensichtlichen Risse auf der Oberfläche auf.
3) Der Druck der Steuerluftflasche war normal, aber der Druck der Hauptstartluftflasche überstieg 3 MPa, wie in Abbildung 5 dargestellt.
Abbildung 5: Startluftdruckmesser
Der hohe Druck der Hauptstartluft ist genau der Grund dafür, dass sich die Schiffsingenieure beim Öffnen des Hauptstartventils überanstrengt fühlten.
Da sowohl die Steuerluft als auch die Hauptstartluft durch Druckentlastung der Luft aus der Hauptdruckluftflasche mit einem Druck von 4,7 MPa über das Druckminderventil gewonnen werden, ist die Störstelle grundsätzlich als Druckminderventil gesperrt.
3. Fehlerbehebung beim Druckminderventil
(1) Struktur und Funktionsprinzip
Das Modell des Druckminderventils ist Q/HFJM-20A. Das physikalische Objekt ist in Abbildung 6 dargestellt und in ein Pilotventil und ein Hauptdruckminderventil unterteilt. Die interne Struktur ist in Abbildung 7 dargestellt.
Abbildung 6: Q/HFJM-20A Druckminderventil
Abbildung 7: Interner Aufbau des Q/HFJM-20A Pilotventils (oben) und Hauptventils (unten)
Das Pilotventil besteht hauptsächlich aus einem Einstelldeckel, einer Einstellfeder und einer Einstellschraube. Zu den Hauptkomponenten des Hauptdruckminderventils gehören: ein Kolben, ein Hauptventilteller und eine Rückstellfeder.
Wenn sich der Einstelldeckel des Pilotventils in der Ausgangsposition befindet, steht die Einstellfeder des Pilotventils nicht unter Druck, das Pilotventil ist nicht geöffnet, die Drücke in der oberen und unteren Kammer des Kolbens im Hauptdruckminderventil sind ausgeglichen und der Hauptventilteller verschließt den Hauptventildurchgang unter dem Druck der Rückstellfeder.
Wenn der Einstelldeckel des Pilotventils im Uhrzeigersinn gedreht wird, wird die Einstellfeder zusammengedrückt und öffnet die Pilotventilscheibe. Die vom Pilotventil ausgegebene Druckluft gelangt in die obere Kammer des Kolbens. Der Kolben wird einem vertikalen Abwärtsdruck ausgesetzt, überwindet die elastische Kraft der Rückholfeder und bewegt sich nach unten. Gleichzeitig bewegt sich die Stößelstange nach unten, um den Hauptventilteller zu öffnen. Dann tritt die Hochdruckluftquelle PN1 in die Ausgangskammer ein und erzeugt den Ausgangsdruck PN2.
Gleichzeitig gelangt die Druckluft in der Ausgangskammer in die untere Kammer des Kolbens und wirkt auf den unteren Teil des Kolbens, um den Druck im oberen Teil des Kolbens auszugleichen. Die Öffnung des Hauptventiltellers nimmt ab, bis ein Gleichgewicht erreicht ist.
(2) Analyse möglicher Fehlerursachen
Aus dem Funktionsprinzip dieses Druckminderventils ist ersichtlich, dass der Ausgangsdruck von der Öffnung des Hauptventiltellers abhängt. Je größer die Öffnung, desto höher ist der Ausgangsdruck.
Das Pilotventil übernimmt eine Steuerfunktion und das Hauptdruckminderventil verfügt über eine selbstkompensierende Rückkopplungsfunktion. Daher erfolgt die Analyse unter folgenden zwei Gesichtspunkten:
1) Abnormaler Einstellwert des Pilotventils.
Wenn der Einstelldeckel des Pilotventils versehentlich festgezogen wird, wodurch sich die Vorspannung der Einstellfeder erhöht, oder wenn die Einstellfeder altert oder sich verformt, erhöht sich der Ausgangsdruck des Pilotventils und wirkt sich dadurch auf den Ausgangsdruck des Hauptventils aus.
2) Anormale Funktion des Hauptventils.
Probleme wie eine Verringerung des Elastizitätsmoduls der Rückstellfeder, ein Feststecken des Kolbens nach der Abwärtsbewegung, eine Beschädigung der Dichtfläche zwischen der Hauptventilscheibe und dem Ventilsitz oder eine Verstopfung des Druckleitungslochs in der unteren Kammer des Kolbens führen dazu, dass die Öffnung der Hauptventilscheibe größer ist als die ursprüngliche Gleichgewichtsposition.
(3) Fehlerbehebung
Das Pilotventil und das Hauptventil des Druckreduzierventils wurden zerlegt. Die Einstellfeder und die Rückholfeder wurden einer Sichtprüfung unterzogen und ihre elastischen Kräfte getestet. Gleichzeitig wurden die Flexibilität der Kolbenbewegung und die Dichtfläche des Hauptventiltellers sorgfältig geprüft. Es wurde festgestellt, dass die Einstellfeder des Pilotventils gealtert war.
Nach dem Austausch der Einstellfeder wurde der Einstelldeckel des Pilotventils so eingestellt, dass der Ausgangsdruck 3 MPa beträgt. Der Dieselmotor wurde an den lokalen und zentralen Steuerkonsolen auf erneutes Starten getestet und konnte normal starten.
Die Schiffsingenieure stellten bei den Starttests fest, dass der Dieselmotor nach mehreren „Durchblasvorgängen“ über den Steuermodus gestartet werden konnte. Tatsächlich liegt dies daran, dass die „Durchblasvorgänge“ Druckluft verbrauchten. Nachdem der Druck der Hauptstartluft nachgelassen hatte, konnte die Steuerluft das Hauptstartventil wieder öffnen.
IV. Abschluss
In diesem Artikel wird eine detaillierte Analyse und Fehlerbehebung des abnormalen Starts des Diesel-Hauptmotors eines Schiffs durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Alterung der Einstellfeder des Pilotventils des Druckminderventils im Druckluftsystem, die zu einem zu hohen Druck der Hauptstartluft führt, die Ursache für die Störung ist.
Dem Marinemanagement werden drei Vorschläge unterbreitet:
Verbessern Sie zunächst die Standardisierung der täglichen Wartung und warten und warten Sie jede Komponente und jedes System strikt gemäß den technischen Handbüchern und Anweisungen.
Zweitens stärken Sie das Erlernen und Verstehen der internen Strukturen und spezifischen Funktionsprinzipien der Hauptkomponenten, um den Fehlerort schnell bestimmen zu können.
Drittens: Konzentrieren Sie sich nicht nur auf den Hauptmotor, sondern achten Sie auch auf den Einfluss der Hilfssysteme auf die Zuverlässigkeit der Maschine.