Das Antriebssystem eines bestimmten Fischereifahrzeugs besteht aus zwei Antriebsdieselmotoren, einem Doppelmotor-Paralleluntersetzungsgetriebe, einem Satz Verstellpropellern und Wellen. Der Hauptmotor ist ein mittelschnelllaufender Viertakt-Schiffsmotor mit Direkteinspritzung, Turbolader und Ladeluftkühlung in Reihenkonfiguration. Das Getriebe besteht aus einem Parallelgetriebe mit Axiallagern und hochelastischen Kupplungen. Das schematische Diagramm der Hauptantriebsstruktur des Schiffes ist in Abbildung 1 dargestellt.
Abbildung 1 Schematische Darstellung des Hauptantriebssystems des Schiffes
I. Fehlerphänomen
Während der monatlichen Wartung fand die Besatzung eine große Menge Metallreste in der Ölwanne des Kurbelgehäuses des Hauptmotors. Nach der Meldung wurde beschlossen, sofort Wartungsarbeiten am Hauptmotor durchzuführen, um die Quelle der Metalltrümmer zu ermitteln. Die Schiffsbesatzung zerlegte und inspizierte den Dieselmotor und führte detaillierte Kontrollen wichtiger Komponenten wie Zylinderkopf, Zylinderlaufbuchse, Kolbenpleuel, Hauptlagerbuchse, Nockenwelle und Kurbelwelle durch. Dabei wurden folgende Fehlersymptome festgestellt.
1) An mehreren Teilen wurde Rost festgestellt.
(1) Nockenwelle
Nach der Demontage der „Beobachtungslochabdeckung“ wurde Rost auf den Oberflächen der 4. und 6. Nockenwelle festgestellt. Der Rostzustand der 4. und 6. Nockenwelle ist in Abbildung 2 dargestellt.
Abbildung 2 Rostzustände der Nockenwellen Nr.. 4 und Nr.{2}}
(2) Hauptlagerschalen.
Bei der Demontage und Inspektion der Hauptlagerschalen wurde festgestellt, dass die Hauptlagerschalen jedes Zylinders alle in unterschiedlichem Maße verrostet waren und dass sich die Rostbildung vom freien Ende zum Abtriebsende hin allmählich vertiefte. Bei den verrosteten Teilen handelte es sich ausschließlich um die obere Hälfte der Hauptlagerschalen.
Der Rostzustand der oberen Hälfte der Hauptlagerschale des 1. Gangs ist in Abbildung 3 dargestellt.
Abbildung 3 Rostzustand der oberen Hälfte der Hauptlagerbuchse des Zahnrads Nr.. 1
(3) Kurbelwelle
Nachdem die Kolbenpleuelstange und andere Zubehörteile an der Kurbelwelle wie die Lagerbuchse entfernt worden waren, wurde festgestellt, dass sich Rost auf der Oberfläche der Kurbelwelle befand, wobei der Hauptzapfen des No. 5-Gangs am stärksten war. Der Rostzustand des Hauptzapfens des Zahnrads Nr.. 5 ist in Abbildung 4 dargestellt.
Abbildung 4 Rostzustand des 5#-Zahnradwellenzapfens
2) Verschleiß der Hauptlagerbuchse und Anlaufscheibe.
Nach der Demontage wurde festgestellt, dass die Hauptlagerbuchse und die Anlaufscheibe des 7. Gangs stark verschlissen waren, wobei es zu Metallabrissen kam. Es wurde vorläufig festgestellt, dass dies die Hauptquelle für Metallabfälle ist. Die Verschleißzustände der Hauptlagerbuchse und der Anlaufscheibe des 7. Gangs sind in Bild 5 dargestellt.
Abbildung 5 Verschleißbedingungen der Hauptlagerbuchse und Anlaufscheibe von Zahnrad Nr.. 7
II. Fehlerbaumanalysemethode und reale Schiffsanalyse
Die Fehlerbaumanalyse ist eine häufig verwendete Methode zur effektiven Lösung komplexer Fehlersysteme. Es führt eine deduktive Fehleranalyse von oben nach unten durch. Insbesondere werden verschiedene Faktoren, die Fehler verursachen können, Schritt für Schritt vom Gesamtsystem bis hin zu seinen Komponenten in einer baumartigen Verzweigungsstruktur analysiert. Mit dieser Analysemethode können Systemfehler diagnostiziert werden, indem logische Blockdiagramme erstellt und Schritt für Schritt Schlussfolgerungen gezogen werden, um die Fehlerursachen zu analysieren.
2. Fehlerbaumanalyse von Hauptlagerschalenschäden
Es gibt viele Gründe für abnormalen Verschleiß der Lagerschalen von Dieselmotoren. Gemäß der Fehlerbaumanalysemethode werden die Ursachenereignisse, die zu diesem Fehler führen, analysiert, wobei der Schaden an der Hauptlagerschale des Dieselmotors als oberstes Ereignis herangezogen wird. Der Fehlerbaum wird aufgelistet und entsprechend der entsprechenden logischen Beziehung analysiert. Der Fehlerbaum des Hauptlagerschalenschadens ist in Abbildung 6 dargestellt.
Abbildung 6 Fehlerbaum des Hauptlagerschalenschadens
Wie in Abbildung 6 dargestellt, können die Ursachen des Ausfalls auf die folgenden sieben Grundereignisse zurückgeführt werden: unsachgemäßer Einbau des Motorkörpers, unsachgemäßer Einbau der Lagerschalen, Kavitation der Lagerschalen, schlechtes Material der Lagerschalen, schlechte Qualität des Schmieröls, unzureichendes Schmieröl und Schäden an den Hauptlagerschalen, die durch langfristigen Hochlastbetrieb des Dieselmotors verursacht werden.
1) Installation der Maschine.
Der Einbau der Hauptmotoren, wie Zentrierung und Schwingungsisolierung, entsprach nicht den Anforderungen, wodurch es zu ungleichmäßiger Belastung oder Vibrationen der Hauptmotoren kam, was zu Lagerverschleiß führte.
Nachdem der Fehler aufgetreten war, wurden die Zentrierbedingungen der beiden Hauptmotoren überprüft. Die Inspektion ergab, dass die Zentrierparameter der beiden Hauptmotoren den Installationsanforderungen entsprachen und die Unterschiede im Vergleich zur letzten Reparatur im Trockendock im akzeptablen Bereich lagen. Daher kann dieser Vorfall grundsätzlich ausgeschlossen werden.
2) Einbau der Lagerschale.
Die untere Lagerschale des Hauptlagers stützt die Kurbelwelle und hält die Mittellinie des Hauptzapfens der Kurbelwelle in einer geraden Linie.
Eine Fehlausrichtung der Mittellinie führt zu einer Biegung der Kurbelwelle und einer erhöhten Belastung des Hauptlagers. Wenn die beiden Lager links und rechts der Kurbelkröpfung zu tief liegen, biegt sich die Mittellinie der Kurbelwelle nach unten und bildet einen Bogen.
Wenn sich die Kurbelwelle im unteren Totpunkt befindet, wird sie eingefahren; Im oberen Totpunkt hingegen wird der Kurbelhub verlängert.
Der Unterschied im Aus- und Einfahren der Kurbelkröpfung ist proportional zum Höhenunterschied des Hauptlagers und kann daher zur Messung der Zentrierung der Kurbelwelle und damit des Zustands der Lagerschale verwendet werden.
Nach Prüfung der Konstruktionsspezifikation dieses mittelschnelllaufenden Dieselmotors wurde festgestellt, dass die Kurbelwelle des Dieselmotors eine relativ hohe Steifigkeit aufweist. Die Fehlausrichtung der Mittellinie konnte nur durch den Spalt in den unteren Lagerschalen der Hauptlager verursacht werden. Überprüfen Sie die Daten zur Kurbelwellenhubdifferenz des Hauptmotors nach der letzten Werksüberholung, messen Sie die aktuelle Kurbelwellenhubdifferenz des Hauptmotors und vergleichen Sie diese jeweils mit den Parameteranforderungen im Handbuch. Nach Untersuchung und Überprüfung wurde festgestellt, dass die Spaltanforderungen erfüllt waren und ein Einfluss des Lagerschalen-Einbauspalts grundsätzlich ausgeschlossen werden konnte.
3) Kavitationserosion von Lagerschalen.
Wenn sich die Oberfläche der Lagerschale relativ zum Schmieröl bewegt, führen die örtlich hohe Temperatur und der hohe Druck, die durch das Platzen von Gasblasen verursacht werden, zu Ermüdung und Ablösung der Lagerschalenoberfläche, was zu Defekten führt.
Das Kavitationsphänomen stellt sich als dichte Wabe aus nadelförmigen Löchern dar, und die Außenfläche der Löcher ist sauber und im Allgemeinen nicht mit Korrosionsprodukten bedeckt.
Anhand der Eigenschaften der Lagerschalen dieses Dieselmotors kann festgestellt werden, dass keine Kavitationserosion aufgetreten ist und ein Einfluss von Kavitationserosion auf die Lagerschalen grundsätzlich ausgeschlossen werden kann.
4) Material der Lagerbuchse.
Diese Lagerbuchse hat ein dünnwandiges Design und besteht aus einer Aluminiumlegierungsschicht, einer Beschichtung und einem Nickelschirm. Das Strukturdiagramm der Lagerbuchse ist in Abbildung 7 dargestellt.
Abbildung 7 Strukturdiagramm der Lagerauskleidung
Die Rillenstruktur dieser Lagerbuchse kann sich im Allgemeinen nicht durch das Nickelsieb abnutzen und ihre Qualität ist relativ zuverlässig. Mittlerweile weist diese Lagerbuchse eine geringe Verschleißrate auf. Den Tests des Originalherstellers zufolge bleibt der Verschleiß der Lagerbuchse selbst bei hoher Belastung der Lagerbuchse und dünnem Ölfilm gering. Da beide Lagerbuchsen aus derselben Charge stammen, kann ein Einfluss des Lagerbuchsenmaterials grundsätzlich ausgeschlossen werden.
5) Schmierölqualität.
Eine schlechte Schmierölqualität kann zu abnormalem Verschleiß der Hauptbewegungspaare von Dieselmotoren führen, wie z. B. Anlaufringen, Hauptlagerschalen und Pleuellagerschalen usw. [3].
Es gibt verschiedene Situationen, in denen die Qualität des Schmieröls nicht der Norm entspricht. Dies kann darauf zurückzuführen sein, dass Verunreinigungen in das Öl gelangen, dass das Öl oxidiert und nach längerem Gebrauch Sedimente bildet, oder dass das Öl aufgrund der Mischung aus Meerwasser und Süßwasser emulgiert und beschädigt wird, was zu einem ungeeigneten Ölfilm führt.
Bei der Inspektion wurde festgestellt, dass die Oberflächen der Hauptlagerschalen, der Kurbelwelle, der Nockenwelle usw. im Inneren des Dieselmotorgehäuses unterschiedlich stark verrostet waren und das Schmieröl ein leichtes Emulgierungsphänomen aufwies. Daher kann nicht ausgeschlossen werden, dass die Auswirkungen auf die schlechte Qualität des Schmieröls zurückzuführen sind.
6) Unzureichendes Schmieröl.
Unter unzureichendem Schmieröl versteht man vor allem ein unzureichendes Schmierölvolumen oder einen unzureichenden Schmieröldruck. Eine unzureichende Schmierölmenge führt zu einer unzureichenden Schmierung und es wird schwierig, einen Ölfilm zwischen der Lagerbuchse und der Kurbelwelle aufzubauen. Ein unzureichender Schmieröldruck führt zu einer unzureichenden Kühlung der Lagerbuchse, wodurch hohe Temperaturen entstehen und die Lagerbuchse beschädigt wird. Nach Überprüfung des Schmierölvolumens und -drucks wurde festgestellt, dass diese den Auslegungsanforderungen des Schmierölvolumens des Dieselmotors entsprechen, sodass ein Einfluss durch unzureichendes Schmieröl grundsätzlich ausgeschlossen werden kann.
7) Langfristiger Betrieb unter hoher Belastung.
Wenn ein Dieselmotor über längere Zeit unter hoher Belastung läuft, erhöht sich die Stoßbelastung zwischen Lagerbuchse und Kurbelwelle, der Ölfilm zwischen ihnen wird dünner und in manchen Fällen kann kein vollständiger Ölfilm gebildet werden. Diese Situation führt zu einem abnormalen Verschleiß der Lagerbuchse und kann sogar zum Ausfall des Lagers führen.
Nach Überprüfung des Navigationsprotokolls konnte kein Langzeitbetrieb unter hoher Belastung festgestellt werden, so dass ein Einfluss durch langfristigen Betrieb unter hoher Belastung grundsätzlich ausgeschlossen werden kann.
III. Fehlerortung und -beseitigung
Basierend auf der Fehlerbaumanalyse des Hauptlagerbuchsenschadens könnte die mögliche Ursache für den Schaden an der Hauptlagerbuchse dieses Motors die minderwertige Qualität des Schmieröls sein. Daher wurde eine weitere Analyse des Schmierölsystems durchgeführt. Das Schmierölsystem dieses Schiffes wurde untersucht. Das schematische Diagramm des Schmierölsystems ist in Abbildung 8 dargestellt.
Abbildung 8 Schematische Darstellung des Schmierölsystems
Dieser Dieselmotortyp kann über zwei Schmiermodi verfügen: Nasssumpf und Trockensumpf. Wenn ein Nasssumpf verwendet wird, saugt die motorbetriebene Schmierölpumpe das Schmieröl aus dem Sumpf an. Das Schmieröl durchläuft ein Rückschlagventil, ein Druckregelventil, ein Thermostatventil, einen Kühler, einen Filter, Lager und einen Turbolader, bevor es zur Ölwanne zurückfließt und dort einen Schmierkreislauf bildet. Wenn das Schmieröl die empfohlene Lebensdauer erreicht oder seine Qualität nicht mehr den Anforderungen entspricht, wird es zum Austausch in den Schmutzöltank abgelassen. Verfügt der Dieselmotor über einen separaten Ölabscheider, wird das Schmieröl aus der Ölwanne in den Absetzbehälter gesaugt, im Ölabscheider weiter getrennt und anschließend wiederverwendet.
Nach einer Untersuchung wurde festgestellt, dass das Schiff mit einem Nasssumpfsystem betrieben wurde und der Schmierölreiniger längere Zeit nicht verwendet worden war. Daher besteht der Verdacht, dass ein Problem mit der Schmierölqualität vorliegen könnte, und das Schmieröl wurde zur Prüfung eingeschickt. Laut Schmieröl-Testbericht wurde festgestellt, dass der Gehalt an Na- und Mg-Ionen ungewöhnlich hoch war, was vorläufig darauf schließen lässt, dass das Schmieröl mit Meerwasser verunreinigt war.
Um die Quelle des ins Meerwasser gelangenden Schmieröls weiter zu analysieren und die „Grundursache“ zu beseitigen, wurde eine weitere Analyse des Meerwasserkühlsystems dieser Hauptmaschine durchgeführt. Das schematische Diagramm des Meerwasserkühlsystems ist in Abbildung 9 dargestellt.
Abbildung 9 Schematische Darstellung des Meerwasserkühlsystems
Nach dem Ansaugen durch die Seewasserpumpe wird das Meerwasser jeweils durch den Luftkühler des Hauptmotors, den Schmierölkühler des Hauptmotors und den Frischwasserkühler des Hauptmotors geleitet, um diese zu kühlen. Wenn Wasser in das Schmieröl eindringt, kann das Meerwasser durch den Schmierölkühler in das Schmieröl eindringen, was zu einer Verschlechterung des Schmieröls und in der Folge zu Rost und Schäden an den Hauptlagerschalen, Lagern und Nockenwellen usw. führt.
Zusammenfassend wurde nach einer detaillierten Fehlerbaumanalyse des Hauptlagerbuchsenschadens festgestellt, dass die Hauptursache des Hauptlagerbuchsenschadens das Eindringen von Meerwasser in das Schmieröl am Schmierölkühler war, was zu einer Verschlechterung des Schmieröls und anschließend zur Korrosion der inneren Komponenten des Hauptmotors führte, was letztendlich zu einem starken Verschleiß der Hauptlagerbuchse führte.
Daher werden folgende Reparaturpläne und tägliche Wartungsvorschläge für die Besatzung vorgeschlagen:
1) Ersetzen Sie die stark verschlissenen und verrosteten Lagerschalen und Anlaufscheiben, reparieren Sie die leicht verrosteten Lagerschalen und reparieren Sie die verrostete Nockenwelle.
2) Reparieren Sie den Hauptzapfen der Kurbelwelle und überprüfen Sie nach der Reparatur seine mechanischen Parameter.
3) Spülen Sie das Schmierölsystem, ersetzen Sie das neue Schmieröl und testen Sie nach dem Austausch die Qualität des Schmieröls.
4) Es wird empfohlen, dass die Besatzung das Schmieröl regelmäßig zur Inspektion schickt und die Proben zur Inspektion aus verschiedenen Schmiersystemen entnommen werden sollten.
IV. Abschluss
Anormaler Verschleiß der Hauptlagerbuchse des Motors ist ein häufiger Fehler bei Dieselmotoren. In diesem Artikel wird die Fehlerbaumanalysemethode verwendet, um die möglichen Ursachen für abnormalen Verschleiß der Hauptlagerbuchse des Motors nacheinander zu analysieren und so schnell die Ursache des Problems zu ermitteln. Nach der anschließenden Korrektur und Überprüfung wurde kein ungewöhnlicher Verschleiß festgestellt, was darauf hindeutet, dass die Analyse und Korrektur wirksam waren.