بعد حوالي 60 ساعات من صيانة وتشغيل نوع معين من محركات الديزل ذات الدفع الرئيسي البحري في W5، تبين أن خلوص صمامات العادم لـ 40 أسطوانة تجاوز الحد المسموح به، وتم تآكل 38 مقعدًا لصمام العادم خارج حدود إصلاح رأس الاسطوانة. بعد استبدال 38 رأسًا جديدًا للأسطوانة وتشغيلها لمدة 60 ساعة تقريبًا، حدثت مساحة كبيرة من تآكل مقعد صمام العادم مرة أخرى، وتم استخدام ديزل السيارات في كلا اختباري الملاحة. استنادًا إلى ظاهرة الخلل، قم بإدراج شجرة الخلل الخاصة بالتآكل غير الطبيعي لرأس الأسطوانة ومقعد صمام العادم، وقم بتحليلها واستكشاف الأخطاء وإصلاحها من ثلاثة جوانب: الصيانة والتركيب، وجودة المكونات، وظروف الاستخدام.
عند تحليل آلية الخلل والحكم عليها، فإن سبب الخلل هو استخدام 0 # ديزل السيارات ذو المحتوى المنخفض من الكبريت، والذي فشل في تكوين طبقة فعالة مضادة للتآكل وتسبب في تسريع تآكل مقعد صمام العادم. تم اقتراح الحلول المقابلة للتآكل غير الطبيعي لمقعد صمام محرك الديزل، مما يوفر حلاً للتحليل اللاحق للعيوب المماثلة.
في 2019 أبريل، قامت سفينة معينة بأعمال الإصلاح في حوض بناء السفن. تم إصلاح وصيانة محركي ديزل MTU956V20 وفقًا لمعيار مستوى W5 (تم تشغيل كل منهما لمدة 5800 ساعة تقريبًا قبل الإصلاح، وأثناء الإصلاح، تم استبدال رأسي الأسطوانة بسبب تآكل مقعد صمام العادم بما يتجاوز رأس الأسطوانة حد الإصلاح). في سبتمبر، بعد الانتهاء من إصلاح وتركيب مستوى W5، لم يتمكن محرك الديزل من التشغيل أثناء الاستخدام لمدة 60 ساعة تقريبًا. بعد الفحص، وجد أن خلوص الصمامات لـ 40 أسطوانة تجاوز الحد المسموح به، وتم تآكل 38 مقعدًا لصمام العادم بما يتجاوز حد إصلاح رأس الأسطوانة. بعد استبدال 38 رأسًا جديدًا للأسطوانة في نوفمبر واستخدامها لمدة 60 ساعة تقريبًا، كانت هناك مساحة كبيرة من تآكل مقعد صمام العادم مرة أخرى. استخدم كلا اختباري الملاحة 0 # ديزل للسيارات. بعد استبدال 9 رؤوس أسطوانات للمرة الثانية، استخدمت سفينة معينة -10 # ديزل لاختبارات الملاحة والمهام اللاحقة، يتخللها 0 # ديزل للسيارات (أساسا 10 # ديزل). اعتبارًا من ديسمبر 2020، تم تشغيله لمدة 1000 ساعة تقريبًا (وقت التشغيل التراكمي حوالي 6900 ساعة) دون أي تآكل غير طبيعي أو فشل في رأس الأسطوانة ومقعد صمام العادم.
عندما يعمل محرك الديزل، يقوم عمود الكامات بتشغيل صمام العادم ليفتح وفقًا لتوقيت الصمام المحدد من خلال آلية الغماز والذراع المتأرجح للعادم، ثم يغلق تحت تأثير زنبرك الصمام. إن تصميم محرك الديزل MTU956 يسعى إلى تحقيق الوزن الخفيف، الطاقة العالية والكثافة المنخفضة. لا توجد حلقة مقعد صمام من السبائك الصلبة المقاومة للحرارة مدمجة في مقاعد صمام السحب والعادم برأس الأسطوانة. تم دمج مقعد الصمام ورأس الأسطوانة ومصنوعان من مادة الحديد الزهر. تم تجهيز صمام العادم بآلية صمام دوار، ويدور صمام الهواء تحت تأثير آلية الصمام الدوار في كل مرة يتم فتحه. أثناء التشغيل، تكون درجة حرارة سطح مقعد صمام العادم حوالي 300-350 درجة بسبب تدفق الغاز عالي الحرارة وتدفق هواء العادم داخل الأسطوانة. عندما يتم إغلاق الصمام وثباته، سوف يصطدم بسطح الصمام بسرعة معينة. عندما تكون سرعة محرك الديزل 1450r/min، تكون سرعة جلوس الصمام 0.2m/s ويكون التصادم 727 مرة/دقيقة. يتعرض سطح مقعد صمام العادم لدرجة حرارة عالية وتأثير إجهاد التلامس العالي أثناء التشغيل، مما يؤدي إلى ظروف عمل قاسية.
تتوافق عملية الفحص والإصلاح في مواصفات عملية إصلاح رأس الأسطوانة MTU 956 مع دليل الصيانة MTU V956/1163 TB.2. تتراوح بيانات النتوء الخاصة بصمام الهواء المثبت على مقعد الصمام بشكل عام بين 4.80~5.10 مم (الحد القياسي هو 3.0 مم)، وتلبي جودة إعادة التثبيت متطلبات صيانة MTU V956/1163 TB.2 يدوي. بعد حدوث العطل الأول، وبعد استبدال 38 رأس أسطوانة جديد وتشغيلها لمدة 60 ساعة تقريبًا، حدثت مشكلة التآكل غير الطبيعي لمقعد صمام رأس الأسطوانة مرة أخرى، مما أدى إلى استبعاد إمكانية الإصلاح غير السليم الذي يسبب العطل.
فحص سجلات تصنيع وتجميع المنتج، وإعادة فحص سجلات الفحص والتجميع للأجزاء ذات الصلة بالماكينة المعيبة، والسجلات الأصلية لرأس الأسطوانة للفشل الأول، وفحص أبعاد غرفة الماء برأس الأسطوانة، وغرفة الهواء، و مقعد الصمام، والتحقق من التوافق بين صمامات السحب والعادم ومقاعد الصمامات؛ تحقق من إغلاق رأس الأسطوانة، وعمق مقعد الصمام، وسلامة رأس الأسطوانة، وتأكد من أن جودة تجميع المكونات تلبي المتطلبات الفنية.
فحص أداء مادة صمام رأس الأسطوانة. بعد العطل الأول، تم استخراج الأسطوانات A1 وB6 ذات التآكل الشديد لمقعد صمام العادم، وتم تكليف اللجنة المهنية لتحليل الأعطال التابعة لجمعية الهندسة الميكانيكية في شنغهاي بإجراء اختبارات الصلابة على أسطح العمل لصمام العادم ومقعد الصمام، بالإضافة إلى فحص المعادن اختبار على أسطح العمل لمقعد الصمام. رقم سحب صمام العادم لمحرك الديزل MTU956 هو 580 053 02 05، ومتطلبات الصلابة أكبر من أو تساوي 280HB (أي ما يعادل صلابة Rockwell البالغة 29.2HCR، مع تشابه قيم HB وHV). تظهر قيم صلابة صمامات العادم للأسطوانات A1 وB6 في الجدول 1، وصلابة الصمام أعلى بكثير من القيمة المطلوبة، ولكنها تلبي متطلبات الوثائق الفنية للصمام.
تتطلب الوثيقة الفنية لرأس أسطوانة محرك الديزل MTU956 مصفوفة بيرليت بمحتوى بيرلايت أكبر من 95%؛ متطلبات الصلابة هي 200~260HB (199.5~262.5HV, HB=(HV+10.5)/1.05). نتائج الصلابة لمقاعد صمام العادم للأسطوانات A1 وB6 موضحة في الجدول 2. الصلابة المقاسة لمقعد صمام رأس الأسطوانة أعلى قليلاً من متطلبات التصميم.
تظهر نتائج تحليل صمام العادم ومقعد الصمام الصادرة عن اللجنة المهنية لتحليل الفشل التابعة لجمعية الهندسة الميكانيكية في شنغهاي ما يلي: 1) صلابة سطح الختم (على مسافة 0.1 مم من السطح) و يكون تدرج صلابة صمام العادم موحدًا نسبيًا. 2) لا يوجد فرق كبير في تدرج الصلابة بين مقعد صمام العادم ومقعد صمام السحب. بسبب وجود الجرافيت في المصفوفة، هناك تقلبات في الصلابة المختبرة، وهي ظاهرة طبيعية. 3) يتكون الهيكل المعدني لأسطح العمل لمقعد صمام العادم ومقعد صمام السحب من البيرليت وكمية صغيرة من عنصر الحديد وكمية صغيرة جدًا من عنصر الكربون. تظهر نتائج الاختبار أن صلابة صمام العادم في درجة حرارة الغرفة تلبي المتطلبات، وأن صلابة نقاط القياس على مقعد صمام العادم أعلى قليلاً من القيمة المطلوبة. الهيكل المعدني يلبي المتطلبات الفنية.
تعتمد قوة التأثير بين صمام الهواء ومقعد الصمام على سرعة جلوس صمام الهواء، والتي تتأثر بشكل عمود الكامات لصمامات السحب والعادم. وفقًا للاستبدال الثالث لرأس الأسطوانة، عمل محرك الديزل لمدة 1000 ساعة تقريبًا دون أي تشوهات، وتم التخلص من التآكل غير الطبيعي لمقعد صمام العادم. لذلك، يتم استبعاد احتمال التآكل غير الطبيعي لمقعد صمام رأس الأسطوانة الناتج عن آلية نقل الصمام وعمود الحدبات.
وفي صيانة W5 قام المصنع بفحص آلية الصمام الدوار لرأس الأسطوانة وتبين أنها تعمل بشكل طبيعي. بعد العطل الأول، تم استبدال 38 مجموعة جديدة لرؤوس الأسطوانات، ولكن لا يزال هناك عدد كبير من أخطاء تآكل رؤوس الأسطوانات تحدث على المدى القصير. لذلك، يتم استبعاد احتمال أن تسبب آلية الصمام الدوار الخلل بشكل أساسي.
أثناء فحص ظروف تشغيل محرك الديزل من الصيانة إلى العطل الأول في W5، ومن استبدال رأس الأسطوانة الجديد إلى العطل الثاني، لم يتم العثور على أي تآكل غير طبيعي لرأس الأسطوانة، ولم يتم العثور على تآكل غير طبيعي واسع النطاق للأسطوانة حدث الرأس أثناء استخدام W5 قبل الصيانة وبعد العطل الثاني تم استبداله بالديزل -10. الحكم الأساسي هو أن ظروف التشغيل سيكون لها تأثير على تآكل مقعد الصمام، ولكنها ليست السبب المباشر لهذا العطل. تم تصميم محرك الديزل MTU956 بمضخة تشحيم في أنبوب السحب، والتي يمكنها تشحيم صمام السحب. من خلال التحقق من أن مضخة الزيت تعمل بشكل صحيح وأنه لا يوجد تآكل غير طبيعي في مقعد صمام السحب، يمكن استبعاد مشكلات جودة التشحيم. استخدمت السفينة 0 # ديزل السيارات كوقود بعد صيانة W5، ولم تستخدم أي إضافات، وهو ما يلبي متطلبات GB19147-2013. ومع ذلك، فإن محتوى الكبريت منخفض جدًا (أقل من أو يساوي 10 ملجم/كجم)، وهو ما لا يتوافق مع المواصفات الفنية لـ MTU.
يعهد إلى معهد لانتشو للفيزياء الكيميائية، الأكاديمية الصينية للعلوم، بتحليل المواد المضافة، LUBRIZLO ®ADX766M مادة الديزل المضافة عبارة عن خليط من ملح البوتاسيوم والمذيب، والمادة الصلبة هي دوسيتات البوتاسيوم والمذيب عبارة عن زيت مذيب مكون من 200# هيدروكربونات دهنية. . تكليف معهد Lanzhou للفيزياء الكيميائية، الأكاديمية الصينية للعلوم، بإجراء تحليل مظهر SEM وتحليل تكوين EDS على سطح الختم لصمام العادم، واختيار صمام العادم تحت أربعة شروط للفحص. كشفت مراقبة SEM وتحليل التركيب لصمام العادم المعيب وسطح إغلاق مقعد الصمام أن سطح سطح إغلاق صمام العادم كان خشنًا، مع التصاق بركيزة رأس الأسطوانة. كان سطح إغلاق مقعد صمام رأس الأسطوانة مسطحًا، بينما أظهرت الركيزة المصنوعة من الحديد الزهر تدفقًا بلاستيكيًا وتمزقًا لاصقًا. صمام العادم لم يتعرض للتآكل، والجزء البالي بشكل غير طبيعي هو رأس الأسطوانة ومقعد صمام العادم. رأس الأسطوانة لمحرك الديزل 956 مصنوع من سبائك خاصة من الحديد الزهر، والتي تتميز بمقاومة تآكل ضعيفة. في غياب حماية قناع الوجه السطحي، يؤدي الضغط العرضي الناجم عن التلامس المباشر للمعدن إلى تقشير التعب السريع لمصفوفته وتآكله؛ وفي الوقت نفسه، نظرًا للمطابقة غير المعقولة لفرق الصلابة بين صمام الهواء ومقعد الصمام، فإن الصلابة العالية لصمام الهواء تزيد من تفاقم التآكل. وفقا لنتائج الاختبار المذكورة أعلاه، فإن المكون الرئيسي للطبقة المضادة للتآكل على سطح الختم للمخططات الأربعة هو الكربون غير المتبلور. بعد الاحتراق، تشكل الجزيئات الكبيرة طبقة مضادة للتآكل على سطح مقعد الصمام لفصل أسطح الختم لصمام العادم ومقعد الصمام. ومن خلال تجنب الاتصال المباشر بين أسطح الختم وتقليل تآكل المادة اللاصقة، يتم منع التآكل.
وفقًا للمرجع معالجة مقعد الصمام - مراجعة مستقلة للبيانات الموجودة المقدمة من شركة Shaanxi Diesel Engine Heavy Industry Co., Ltd.، جنبًا إلى جنب مع الإخفاقات السابقة في تآكل مقعد الصمام وآلية تشكيل قناع الوجه السطحي، يمكن ملاحظة ذلك قناع الوجه السطحي لسطح الختم ينتمي إلى فيلم استهلاك ديناميكي. في ظل ظروف العمل المنخفضة، يكون معدل تكوين قناع الوجه السطحي أكبر من معدل الإزالة، ويتم تعزيز قدرة الحماية لمجموعة صمامات العادم؛ في ظل ظروف التشغيل العالية، يكون معدل التكوين أقل من معدل الإزالة، وتتناقص القدرة على حماية مقعد صمام العادم تدريجياً. ويمكن تفسير سبب عدم تعطل السفينة لآلاف الساعات قبل صيانة محرك الديزل W5، لكنها سرعان ما تعرضت لأعطال متكررة بعد 60 ساعة من إصلاحها. ويرجع ذلك إلى استخدام الوقود عالي الكبريت والمواد المضافة خلال فترة اختبار المصنع المبكرة، واستخدام الوقود عالي الكبريت أثناء الرحلة التجريبية، مما شكل طبقة حماية أكثر صرامة لحماية مقعد الصمام.
وفقًا لحالة الاستخدام التاريخية لمحركي ديزل 956، تم تشغيلهما باستخدام -10 # ديزل مع إضافة عامل مضاد للتآكل كوقود لمدة 50 ساعات تقريبًا أثناء مرحلة اختبار المصنع في محرك الديزل الثقيل في شنشي Industry Co., Ltd. قبل الإبحار إلى سانيا، تم تشغيلها باستخدام -10 # ديزل لمدة 100 ساعة تقريبًا. بالاشتراك مع نتائج التحليل، يُشار إلى أن طبقة واقية كثيفة السطح قد تشكلت على سطح إغلاق مقعد صمام العادم قبل استخدام ديزل السيارات رقم 0 في سانيا. لذلك، لم يحدث أي تآكل غير طبيعي خلال الرحلة التي استغرقت حوالي 5000 ساعة في سانيا. أثناء صيانة W5، تم إصلاح صمام العادم ومقعد الصمام، مما أدى إلى إزالة قناع الوجه الموجود فوق السطح. بعد الصيانة، تم استخدام ديزل السيارة منخفض الكبريت 0# للتشغيل، ولم يتم تشكيل قناع وجه سطحي، مما تسبب في تآكل غير طبيعي لمقاعد الصمامات اللاحقة.
بناءً على تحليل سبب الخلل والوضع الحالي لاستخدام هذا النوع من محركات الديزل، تم اقتراح التدابير الموصى بها التالية: من الضروري تحديد ما إذا كان الديزل يفي بمتطلبات محتوى الكبريت الذي يزيد عن 500 ملجم/كجم قبل الاستخدام من خلال تركيب جهاز تخزين وإضافة مضاد للتآكل في حجرة محرك الديزل، من الممكن إضافة إضافات تلقائيًا إلى خزان الوقود اليومي، مما يلبي متطلبات قيادة محركات الديزل. من منظور الحل الشامل لمشكلة تآكل مقعد الصمام على المدى الطويل، من الضروري تحسين مقاومة التآكل لمقعد صمام عادم رأس الأسطوانة. يعتمد رأس الأسطوانة عمومًا على مقعد صمام متداخل لتحسين مقاومة التآكل وعمر الخدمة للصمام ومقعد الصمام. من المستحسن أن تقوم معاهد أبحاث محركات الديزل المحلية أو الشركات المصنعة لمحركات الديزل بإجراء أبحاث حول مخططات تعديل رأس الأسطوانة، واستكمال تطوير وإنتاج رؤوس أسطوانات جديدة، كما أن مخطط التصميم المحسن لرأس الأسطوانة له تطبيقات ناضجة، والمخاطر الفنية يمكن التحكم في التصميم المحسن.
