I.Symptome des Fehlerauftritts
Die drei erzeugenden Dieselmotoren des Kote-Nenhai-Rades sind allesamt japanische Yanmar-Dieselmotoren, Modell EY26, mit einer Leistung von 1620 kW und einer Nenndrehzahl von 720 U/min, bei denen es sich um Viertakt-Sechszylinder-Dieselmotoren mit mittlerer Drehzahl handelt.
Ein Monat war seit der umfassenden Überholung des Generatordieselmotors Nr. 2 vergangen. Bei einer routinemäßigen Inspektion des Maschinenraums während des Betriebs und des Auftankens während einer Reise von Malaysia nach Afrika wurde festgestellt, dass die Abgastemperaturen der Zylinder Nr. 1 und Nr. 4 des Generatordieselmotors Nr. 2 deutlich höher waren als diese der anderen Zylinder. Ein Vergleich mit den Herstellerangaben ergab, dass diese Temperaturen über den im Handbuch angegebenen Richtwerten lagen. Trotz dieser Anomalie blieben alle anderen Betriebsparameter des Generator-Dieselmotors innerhalb der normalen Grenzen und es wurden keine ungewöhnlichen Geräusche, Vibrationen oder Gerüche festgestellt.
II. Analyse möglicher Ursachen für den Fehler „Hohe Abgastemperatur“.
Die hohe Abgastemperatur eines Generator-Dieselmotors kann auf mehrere Faktoren zurückgeführt werden, die hauptsächlich mit dem Kraftstoffsystem, den Einlass- und Abgassystemen, dem Verschleiß von Komponenten und anderen verschiedenen Problemen zusammenhängen. Die Hauptursachen hängen jedoch typischerweise mit der Qualität der Kraftstoffverbrennung und des Luftaustauschs zusammen.
1. Probleme mit dem Kraftstoffsystem
(1) Zu hohe Kraftstoffviskosität oder schlechte Kraftstoffqualität
1) Zu hohe Kraftstoffviskosität
① Die Yanmar-Generator-Dieselmotoren an Bord des Kote Nenhai-Schiffes verwenden Schweröl (HFO), wenn die Last 25 % übersteigt. Wenn die Last während des HFO-Betriebs nicht den erforderlichen Schwellenwert erreicht, können ein unzureichender Kraftstofffluss und ein übermäßiger Wärmeverlust zu einer niedrigen Öltemperatur oder einer hohen Viskosität führen. Dies führt zu einer schlechten Zerstäubung, was zu einer verzögerten Verbrennung im Zylinder und einer längeren Nachverbrennung führt, was letztendlich zu erhöhten Abgastemperaturen führt.
② Das Kraftstoffsystem auf Kote Nenhai wird vom Hauptmotor und den Generator-Dieselmotoren gemeinsam genutzt. Nach dem Anlegen, wenn die Hauptmaschine abgeschaltet wird, erschwert der geringe Kraftstoffverbrauch der Generator-Dieselmotoren es dem automatischen Kraftstoffheizsystem, die optimale Temperatur aufrechtzuerhalten. Oft sind manuelle Anpassungen zur Reduzierung der Dampfmenge erforderlich. Wenn die Dampfmenge zu stark reduziert wird, kann dies dazu führen, dass die Öltemperatur zu stark absinkt, was zu einer schlechten Zerstäubung und einer längeren Nachverbrennung führt und dadurch die Abgastemperatur erhöht.
2) Schlechte Kraftstoffqualität
Kraftstoffeigenschaften wie Cetanzahl und Viskosität wirken sich direkt auf die Zünd- und Verbrennungseffizienz aus. Niedrige Cetanzahlen verlängern die Zündverzögerungszeit, was zu einer rauen Verbrennung und einer späten Zündung führt, was den Spitzenverbrennungsdruck und die Abgastemperatur erhöht [3]. Umgekehrt können zu hohe Cetanzahlen zu einer unvollständigen Verbrennung und einer schlechteren Verbrennungsqualität führen, was auch zu einem Anstieg der Abgastemperatur führt. Eine hohe Kraftstoffviskosität beeinträchtigt die Zerstäubung, was zu einer unvollständigen Verbrennung und einem weiteren Anstieg der Abgastemperatur führt. Daher wirkt sich eine schlechte Kraftstoffqualität auf die Zerstäubung und Verbrennung aus und führt zu höheren Abgastemperaturen im gesamten Generator-Dieselmotor.
(2) Ausfälle des Kraftstoffversorgungs- und Einspritzsystems
1) Fehlfunktion der Einspritzdüse
Eine hohe Abgastemperatur kann durch einen niedrigen Ventilöffnungsdruck aufgrund gebrochener oder lockerer Druckfedern, lockerer Sicherungsmuttern, unsachgemäßer Installation oder festsitzender Einspritzdüsen verursacht werden. Diese Bedingungen können zu einem frühen Einspritzbeginn und einem verzögerten Einspritzende führen, was die Einspritzdauer verlängert und die Zerstäubungsqualität verschlechtert. Dies verhindert eine ordnungsgemäße Vermischung des Kraftstoffs mit der Frischluft, verschlechtert die Verbrennungsqualität und führt zu starker Nachverbrennung, Überhitzung der Komponenten und erhöhter Abgastemperatur. Darüber hinaus kann ein vergrößerter Einspritzdüsendurchmesser die Zerstäubung und Verbrennung beeinträchtigen, während eine schlechte Abdichtung der Kegeloberfläche der Einspritzdüse oder durch Erosion verursachte Löcher und Risse zu Kraftstofflecks führen können, was die Nachbrennzeit verlängert und die Verbrennungsqualität weiter verschlechtert. In solchen Fällen sollte der Injektor auf Kohlenstoffablagerungen untersucht werden und Tests auf Ventilöffnungsdruck, Abdichtung und Zerstäubungsqualität sollten durchgeführt werden, um das Problem zu diagnostizieren.
2) Ausfall der Kraftstoffeinspritzpumpe
Außerdem kann die Abgastemperatur durch übermäßigen Verschleiß zwischen Kolben und Hülse ansteigen, was zu einer Verringerung der Dichtleistung und des Einspritzdrucks führt, was zu einer schlechten Zerstäubung und einem kleineren Einspritzwinkel führt. Starker Verschleiß zwischen Ventil und Ventilsitz kann ebenfalls die Dichtleistung verringern, was zu einem Abfall des Restdrucks in der Hochdruck-Kraftstoffleitung und einer Verringerung des Einspritzvolumens führt, was sich beide auf die Zerstäubungsqualität und den Verbrennungsprozess auswirkt und letztendlich die Verbrennungsqualität verschlechtert und erhöht Abgastemperatur.
3) Beschädigter Kraftstofffilter
Ein beschädigter Kraftstofffilter kann die Qualität des Kraftstoffs verschlechtern, der in die Brennkammer gelangt, wodurch größere Kraftstoffpartikel entstehen, die sich nicht vollständig zersetzen und verbrennen können, was zu einer schlechten Zerstäubung und Verbrennungsqualität und damit zu einer Erhöhung der Abgastemperatur führt. Dieses Szenario kann ausgeschlossen werden, wenn nur ein einzelner Zylinder eine ungewöhnlich hohe Abgastemperatur aufweist.
2. Probleme mit dem Ansaug- und Abgassystem
1) Fehlfunktionen des Einlassventils
Eine mögliche Ursache für eine Fehlfunktion des Einlassventils ist starker Verschleiß an der Oberseite des Einlassventilschafts, der zu einem übermäßigen Ventilspiel führt. Dies wirkt sich auf die Steuerzeiten des Einlassventils aus und führt dazu, dass es spät öffnet und früher schließt. Folglich wird die Menge an Frischluft, die in die Brennkammer eintritt, erheblich reduziert, was zu einem niedrigeren Kompressionsdruck am Ende des Kompressionstakts, einer unvollständigen Kraftstoffverbrennung, einer verschlechterten Verbrennungsqualität und einer erhöhten Abgastemperatur führt.
Ein weiteres mögliches Problem ist ein starker Verschleiß der Dichtkegeloberfläche des Einlassventils oder eine Erosion des Ventiltellers oder ein Festsitzen des Einlassventils in der geöffneten Position. Diese Bedingungen verhindern, dass das Einlassventil fest schließt, wodurch Frischluft durch das Einlassventil aus der Brennkammer entweicht, was zu einer Verringerung des Luftvolumens, einer Verschlechterung der Verbrennungsqualität und einer Erhöhung der Abgastemperatur führt.
Diese Situation kann diagnostiziert werden, indem das Ventilspiel des Einlassventils gemessen und eine Dichtheitsprüfung am Ventilteller durchgeführt wird.
2) Fehlfunktionen des Auslassventils
Fehlfunktionen des Auslassventils können durch mehrere Faktoren verursacht werden:
- Erosion des Auslassventiltellers, was zu kleinen Löchern führt.
- Das Auslassventil klemmt in der geöffneten Position.
- Pockennarben und Grübchen an der Dichtlinie des Auslassventiltellers, was zu einer schlechten Abdichtung führt.
Diese Probleme führen dazu, dass Frischluft aus dem Auslassventil austritt, wodurch sich das Luftvolumen im Zylinder verringert, der Kompressionsdruck sinkt, die Verbrennungsqualität verschlechtert und die Abgastemperatur steigt.
Diese Situation kann erkannt werden, indem der Dichtungszustand des Auslassventiltellers und die Flexibilität des Auslassventils überprüft werden.
3) Fehlfunktionen des Ventilantriebsmechanismus
Störungen im Ventiltrieb können folgende Ursachen haben:
- Lockere Einstellschrauben für den Kipphebel, der das Ventilspiel einstellt.
- Starker Verschleiß am Kipphebel, der den Einlassventilschaft berührt.
- Gebogene oder deformierte Stößelstangen.
- Starker Verschleiß an Rolle und Nocke.
Diese Bedingungen führen zu einer Vergrößerung des Einlassventilspiels, einer veränderten Steuerzeit des Einlassventils, einem späten Öffnen und einem frühen Schließen des Einlassventils, einer Verringerung der in den Brennraum eintretenden Frischluftmenge, einer Verschlechterung der Verbrennungsqualität und einer Erhöhung der Abgastemperatur.
Darüber hinaus können zu fest angezogene Einstellschrauben zu einem unzureichenden Ventilspiel sowohl für die Einlass- als auch für die Auslassventile führen. Wenn die Ventile ihre maximale Betriebstemperatur erreichen, schließen sie möglicherweise nicht mehr dicht, was zu Undichtigkeiten, verstärkter Erosion des Ventiltellers, verringertem Luftvolumen im Zylinder, verschlechterter Verbrennungsqualität und erhöhter Abgastemperatur führt.
Diese Situation kann durch Messung des Spiels der Einlass- und Auslassventile überprüft werden.
III. Maßnahmen zur Fehlerbehebung und gewonnene Erkenntnisse
1. Maßnahmen zur Handhabung
1) Nachdem ich die Fehlfunktion während einer routinemäßigen Tankschicht entdeckt hatte, ging ich sofort zum Generator-Dieselmotor, um eine gründliche Untersuchung der Fehlersymptome durchzuführen. Anschließend startete ich den Standby-Generator-Dieselmotor Nr. 1, synchronisierte die Stromversorgung und trennte dann den Generator-Dieselmotor Nr. 2. Nach Abschluss des Ölwechsels beschloss ich, den Motor für eine detaillierte Inspektion abzustellen. Die erste Inspektion ergab, dass die Gesamtposition des Gashebels innerhalb der normalen Grenzen lag. Als nächstes habe ich die Einspritzdüsen aus den Zylinderköpfen entfernt und an allen ausgebauten Einspritzdüsen Ventilöffnungsdrucktests, Zerstäubungstests und Dichtungstests durchgeführt.
Die Tests zeigten, dass die Ventilöffnungsdrücke etwas niedriger waren als angegeben. Nachdem die Ventilöffnungsdrücke auf die erforderlichen Werte eingestellt worden waren, wurden die Einspritzdüsen wieder am Generator installiert. Basierend auf der Zündfolge (1-5-3-6-2-4) habe ich geringfügige Anpassungen an der Kraftstoffzufuhr zu jedem Zylinder vorgenommen. Nach dem Neustart und dem Betrieb des Generator-Dieselmotors für eine gewisse Zeit blieb jedoch das gleiche Problem mit der hohen Abgastemperatur bestehen.
2) Anschließend habe ich die Hochdruck-Kraftstoffpumpe überprüft und den Kraftstoffzufuhrzeitpunkt angepasst. Trotz dieser Anpassungen blieb die Abgastemperatur der betroffenen Zylinder erhöht. Da ich eine Verschmutzung der Auspuffrohre vermutete, zerlegte ich die Auspuffkrümmer zur Inspektion, stellte jedoch nur minimalen Ruß fest und keine anormalen Zustände. Dann habe ich den Motor umgedreht und das Ventilspiel der Einlass- und Auslassventile für jeden Zylinder gemessen. Messungen ergaben, dass die Einlassventilspiele für Zylinder 1 und 4 deutlich größer waren als die normalen Arbeitsspielwerte. Bei näherer Betrachtung fiel auf, dass die Einlassventilschäfte und Kipphebel starken Verschleiß aufwiesen und die Schrauben zur Einstellung des Ventilspiels an den Kipphebeln locker waren. Abschließend habe ich das Einlassventilspiel auf den angegebenen Wert (0,3 mm) eingestellt und die Einstellschrauben festgezogen. Außerdem habe ich das Filtersieb am Einlassende der Turbine ausgetauscht. Nach längerem Betrieb des Generator-Dieselmotors kehrten die Abgastemperaturen in den normalen Betriebsbereich zurück.
2. Erkenntnisse
Bei der Durchsicht des Protokolls des Hilfsmotors, der Messung der Meerwassertemperaturen und der Rücksprache mit dem Maschinenraumpersonal wurde festgestellt, dass die Abgastemperaturen der Zylinder 1 und 4 während der Fahrt durch die relativ kühlere Umgebung mehrere Tage lang konstant höher waren als die der anderen Zylinder Gewässer des Chinesischen Meeres. Anfangs war der Temperaturunterschied nicht signifikant, was dazu führte, dass der Chefingenieur das Problem übersah und die Untersuchung der Ursache für die erhöhten Abgastemperaturen in den Zylindern 1 und 4 verzögerte. Es wurden keine sofortigen Maßnahmen ergriffen, um das übermäßige Einlassventilspiel und die lockeren Einstellschrauben zu beheben. Dies beschleunigte den Verschleiß zwischen den Kipphebeln und den Einlassventilschäften und vergrößerte das Ventilspiel weiter. Im Laufe der Zeit verschlimmerte sich der Fehler, wobei die Abgastemperaturdifferenz kritische Werte erreichte, was zu Überhitzung führte und die Lebensdauer und Sicherheit der Komponenten beeinträchtigte.
Obwohl es zu keinen größeren Unfällen kam, ist der Vorfall eine tiefgreifende Lektion. Es unterstreicht, wie wichtig es für Ingenieure ist, alle Fehler unabhängig von ihrer offensichtlichen Schwere umgehend zu analysieren und zu beheben, um eine Eskalation zu schwerwiegenderen Problemen zu verhindern. Ingenieure müssen ihr Bewusstsein für das Sicherheitsmanagement der Ausrüstung schärfen, die täglichen Wartungspraktiken verbessern und ein hohes Maß an Verantwortung übernehmen, um den sicheren Betrieb des Schiffes zu gewährleisten.