تستخدم محركات الديزل على نطاق واسع في السفن الحديثة. في الوقت الحالي، تمثل السفن المزودة بمحركات الديزل كمحرك رئيسي أكثر من 98% من الإجمالي، وتمثل الطاقة الإجمالية للسفن التي تعمل بالديزل-ما يزيد عن 90% من إجمالي طاقة بناء السفن-.
يعد التشغيل الطبيعي لمحرك الديزل الرئيسي لتوفير الطاقة للسفينة شرطًا ضروريًا لضمان سلامة الملاحة.
يتم استخدام طريقة بدء التشغيل بالهواء المضغوط- على نطاق واسع في محركات الديزل ذات الحجم المتوسط-والكبيرة- نظرًا لعزم دوران التشغيل الكبير، وعملية التشغيل السريعة والسلسة، وقابلية التطبيق على نطاق واسع.
فشلت فجأة محركات الديزل الرئيسية للسفينة-ذات المحرك المزدوج والمروحة الفردية-في البدء بشكل طبيعي في نفس الوقت. تقوم هذه الورقة بتحليل خطأ البداية هذا وإصلاحه، على أمل توفير الإلهام والمساعدة لموظفي الصيانة والإدارة لمحركات الديزل الرئيسية.
I. ظاهرة الخطأ
عندما كانت السفينة تستعد للإبحار، وبعد أن أكمل محرك الديزل الرئيسي الاستعدادات المسبقة-للبدء، ضغط الطاقم على زر "ابدأ" في وحدة التحكم المركزية، لكن محرك الديزل لم يدور، وفشلت عملية التشغيل.
ثم حاول المهندسون البحريون تشغيل المحرك من وحدة التحكم المحلية، لكنهم فشلوا.
ولضمان إتمام مهمة السفينة، حاول المهندسون البحريون أخيرًا فتح صمام التشغيل الرئيسي يدويًا. لقد شعروا أن الأمر كان أكثر صعوبة من المعتاد، لكن المحرك الرئيسي بدأ أخيرًا التشغيل بنجاح وعمل بشكل طبيعي بعد ذلك.
وبعد عودة السفينة حاول المهندسون البحريون معرفة سبب خطأ البداية. من خلال اختبارات البداية المتعددة، قاموا بتلخيص الظواهر التالية:
(1) عند الضغط على زر "ابدأ" في وحدة التحكم المركزية ووحدة التحكم المحلية، فشل محرك الديزل في التشغيل.
(2) بعد الضغط على زر "ابدأ"، يمكن سماع صوت تبديل صمام قطع الوقود-.
(3) بعد عدة عمليات "نفخ- خلال"، عند الضغط على زر "ابدأ" الموجود بوحدة التحكم المركزية أو وحدة التحكم المحلية، يمكن تشغيل محرك الديزل.
(4) كانت ظاهرة البدء لمحركي الديزل الرئيسيين هي نفسها.
ثانيا. مبدأ البداية
يستخدم محرك الديزل الرئيسي لهذه السفينة نظام بدء التشغيل بالهواء المضغوط-، ويعتمد طريقة -سحب صف واحد وطريقة بدء تشغيل صف مزدوج-. ويبين الشكل 1 مخطط نظام البداية.
الشكل 1: مخطط نظام التشغيل لمحرك الديزل
يبلغ ضغط هواء البداية 1.2-3 ميجا باسكال، وضغط هواء التحكم 0.7 ميجا باسكال. يتم ملء كلاهما في زجاجة هواء البداية وزجاجة هواء التحكم بعد فك الضغط بواسطة زجاجة هواء مضغوط رئيسية بقوة 4.7 ميجا باسكال من خلال صمام تخفيض الضغط.
عندما يبدأ تشغيل محرك الديزل، يتم تنشيط صمام الملف اللولبي لبدء التشغيل. بعد مرور هواء التحكم من خلال صمام التعشيق الخاص بالعتاد الدوار، فإنه ينقسم إلى مسارين:
يؤدي أحد المسارات إلى صمام الاتجاه، الذي يغلق صمام قطع الوقود-ويفتح دائرة زيت الوقود.
ويؤدي المسار الآخر إلى صمام التشغيل الرئيسي، حيث يتم فتح صمام التشغيل الرئيسي وفتح دائرة هواء التشغيل.
بعد المرور عبر صمام التشغيل الرئيسي، ينقسم هواء التشغيل إلى ثلاثة مسارات:
يؤدي أحد المسارات إلى صمام التشغيل المثبت على أسطوانات البنك -. بعد فتح صمام بدء تشغيل الأسطوانة، يدخل الهواء إلى الأسطوانة.
يؤدي أحد المسارات إلى موزع الهواء، وبعد ذلك، وفقًا لترتيب تشغيل محرك الديزل، يصل إلى صمامات تشغيل الأسطوانة بالتسلسل لفتحها.
مسار آخر يؤدي إلى الحاكم بدء تشغيل المؤازرة.
يدخل هواء البداية إلى أسطوانات البنك -بترتيب الإشعال، مما يدفع المكابس ويدفع العمود المرفقي للدوران. عندما تصل سرعة محرك الديزل إلى سرعة البداية 1، يتلقى الحاكم إشارة ضبط السرعة (الخانق)، ويزيد بسرعة إمداد الوقود إلى دواسة الوقود 1، ثم يضبط الخانق وفقًا للسرعة حتى يدخل محرك الديزل في حالة تشغيل مستقرة. يظهر الشكل 2 مخطط العلاقة بين سرعة البدء والخانق أثناء عملية البدء.
الشكل 2: مخطط العلاقة بين سرعة البدء والخانق أثناء عملية البدء
ثالثا. تحليل واستكشاف الأخطاء وإصلاحها لسبب الخطأ
وفقًا لمبدأ العمل الأساسي ومبدأ التشغيل لمحرك الديزل، فإن عملية بدء تشغيل محرك الديزل هذا تشتمل بشكل أساسي على نظام إمداد الوقود، ونظام السحب والعادم، ونظام التحكم في السرعة، ونظام المراقبة والسلامة، ونظام الهواء المضغوط-.
باتباع مبدأ تحليل الأخطاء "من السهل إلى الصعب، من السطح إلى الداخل"، واستنادًا إلى الظواهر التي لخصها المهندسون البحريون أثناء اختبارات البداية، تم تضييق نطاق استكشاف الأخطاء وإصلاحها.
1. التحليل الأولي
فشل محرك الديزل في البدء من خلال وضع التحكم (الضغط على زر "ابدأ" في وحدة التحكم المركزية أو وحدة التحكم المحلية)، ولكن يمكن أن يبدأ عن طريق فتح صمام التشغيل الرئيسي يدويًا. علاوة على ذلك، عمل محرك الديزل بشكل طبيعي بعد التشغيل الناجح، مما يشير إلى أن صمامات تشغيل الأسطوانة ونظام إمداد الوقود ونظام السحب والعادم ونظام التحكم في السرعة لمحرك الديزل تعمل بشكل طبيعي.
تجدر الإشارة إلى أنه حتى لو فشل محرك الديزل في البدء، فعندما تحدث ظواهر الأعطال مثل عدم دوران محرك الديزل أو عدم الوصول إلى سرعة البداية 1، فإن نظام التحكم في السرعة ونظام إمداد الوقود لم يشارك بعد في العمل، وينبغي النظر في الأخطاء في الأنظمة الأخرى أولاً.
أثناء البدء، يمكن أن يعمل صمام قطع الوقود- بشكل طبيعي، ولم يضيء صمام قفل ترس الدوران في نظام المراقبة والسلامة، مما يشير إلى أن صمام الملف اللولبي لبدء التشغيل وصمام قفل ترس ترس الدوران في دائرة هواء التحكم كانا يعملان بشكل طبيعي، ويمكن أن يصل هواء التحكم إلى صمام التشغيل الرئيسي.
نظرًا لأن محرك الديزل يمكن أن يبدأ عن طريق فتح صمام التشغيل الرئيسي يدويًا، فمن المحتمل أن يكون هناك خطأ في صمام التشغيل الرئيسي.
2. استكشاف أخطاء صمام البداية الرئيسي وإصلاحها
(1) الهيكل ومبدأ العمل
تم تركيب صمام التشغيل الرئيسي لمحرك الديزل الرئيسي بجانب علبة المرافق، كما هو موضح في الشكل 3، وهيكله موضح في الشكل 4. المكونات الرئيسية تشمل: الكتلة العلوية، المكبس، زنبرك التوجيه، صمام التخفيف، الزنبرك الرئيسي، الصمام الرئيسي، مقعد الصمام، وجسم الصمام.
الشكل 3: صمام البداية الرئيسي
الشكل 4: هيكل صمام البداية الرئيسي
بعد توصيل هواء التحكم، يقوم المكبس بدفع صمام التنفيس للتحرك نحو الأسفل. يتم توصيل هواء البداية الرئيسي في جسم الصمام بالجو الخارجي من خلال منفذ التنفيس، وينخفض الضغط بسرعة. ونتيجة لذلك، فإن الضغط العمودي الذي يعمل على الجانب الخارجي للصمام الرئيسي يمكن أن يتغلب على القوة الناتجة للضغط العمودي الذي يعمل على الجانب الداخلي والقوة المرنة للزنبرك الرئيسي، مما يتسبب في رفع الصمام الرئيسي للأعلى، وبالتالي فتح صمام التشغيل الرئيسي.
خلال هذه العملية، يجب أن تكون قوة هواء التحكم المطبقة على المكبس قادرة على التغلب على القوة المرنة لزنبرك التوجيه وضغط الغاز التصاعدي الذي يعمل على صمام التنفيس. تظهر حالة قوة المكبس في الصيغة (2).
إذا تم فتح صمام التشغيل الرئيسي يدويًا، فإن الضغط الهبوطي المطبق على الكتلة العلوية عن طريق تدوير القرص يحل محل قوة هواء التحكم، مما يتسبب في تحرك صمام التنفيس للأسفل.
F_المكبس، التحكم في الهواء > F_صمام التخفيف، هواء البدء + زنبرك التوجيه T (2)
(2) تحليل أسباب الخطأ المحتملة
من مبدأ عمل صمام التشغيل الرئيسي، يمكن ملاحظة أن مفتاح فتح صمام التشغيل الرئيسي يكمن في الفتح الطبيعي لصمام التنفيس. ولذلك يتم التحليل من الجوانب الثلاثة التالية بناء على الصيغة (2):
1) عدم كفاية التحكم في ضغط الهواء، مما يؤدي إلى ضغط هبوطي صغير على المكبس.
ستؤدي نقاط التسرب في خط أنابيب هواء التحكم أو انسداد موصل هواء التحكم إلى انخفاض ضغط هواء التحكم الذي يدخل إلى صمام التشغيل الرئيسي.
2) زيادة المقاومة للحركة الهبوطية لصمام التنفيس.
سيؤدي التشحيم السيئ بين صمام التنفيس وجلبة التوجيه، أو صدأ صمام التنفيس أو جلبة التوجيه بسبب الهواء الرطب، إلى توقف حركة صمام التنفيس، وفي الحالات الشديدة، قد يكون محشورًا تمامًا.
ومن الجدير بالذكر أنه إذا كان ضغط الهواء في البداية مرتفعًا جدًا، فإن مقاومة الحركة الهبوطية لصمام التنفيس ستزداد أيضًا بشكل كبير.
3) صعوبة في ضغط زنبرك التوجيه.
ربيع التوجيه مصنوع من المعدن. الصدأ بسبب الهواء الرطب سوف يتسبب في إعاقة منتجات الصدأ للضغط الطبيعي للزنبرك. قد يؤدي الضغط الدوري المفرط إلى حدوث شقوق -صغيرة، مما يؤدي إلى زيادة القوة المطلوبة للضغط.
بالإضافة إلى ذلك، قد يؤدي التركيب غير الصحيح للزنبرك إلى حدوث تداخل مع المكونات المحيطة، مما يعيق ضغط الزنبرك.
(3) التفكيك والتفتيش
بعد الفحص الخارجي وتفكيك صمام التشغيل الرئيسي لفحص صمام التنفيس وزنبرك التوجيه، تم العثور على ما يلي:
1) كانت توصيلات خط أنابيب هواء التحكم طبيعية دون حدوث تسرب، ولم يتم حظر موصل هواء التحكم.
2) يمكن لصمام التخفيف أن يتحرك بمرونة في جلبة التوجيه، ولم يكن لزنبرك التوجيه صدأ واضح ولا شقوق واضحة على السطح.
3) كان ضغط زجاجة هواء التحكم طبيعيًا، لكن ضغط زجاجة هواء البداية الرئيسية تجاوز 3 ميجا باسكال، كما هو موضح في الشكل 5.
الشكل 5: بدء تشغيل مقياس ضغط الهواء
إن الضغط العالي لهواء البداية الرئيسي هو بالضبط السبب الذي جعل المهندسين البحريين يشعرون بالجهد عند فتح صمام البداية الرئيسي.
نظرًا لأنه يتم الحصول على كل من هواء التحكم وهواء البدء الرئيسي عن طريق فك ضغط الهواء من زجاجة الهواء المضغوط الرئيسية بضغط قدره 4.7 ميجا باسكال من خلال صمام تخفيض الضغط -، يتم قفل نقطة الخلل بشكل أساسي باعتبارها صمام تخفيض الضغط -.
3. استكشاف أخطاء صمام تخفيض الضغط - وإصلاحها
(1) الهيكل ومبدأ العمل
نموذج صمام تخفيض الضغط-هو Q/HFJM-20A. يظهر الجسم المادي في الشكل 6، وهو مقسم إلى صمام تجريبي وصمام رئيسي لخفض الضغط. يظهر الهيكل الداخلي في الشكل 7.
الشكل 6: صمام تخفيض الضغط Q/HFJM-20A
الشكل 7: الهيكل الداخلي للصمام الدليلي Q/HFJM-20A (العلوي) والصمام الرئيسي (السفلي)
يتكون الصمام الطيار بشكل أساسي من غطاء ضبط، وزنبرك ضبط، ومسمار ضبط. تشتمل المكونات الرئيسية لصمام تخفيض الضغط الرئيسي- على: المكبس، وقرص الصمام الرئيسي، وزنبرك الرجوع.
عندما يكون غطاء الضبط للصمام الدليلي في الوضع الأولي، لا يكون زنبرك الضبط للصمام الدليلي تحت الضغط، ولا يتم فتح الصمام الدليلي، وتكون الضغوط في الغرف العلوية والسفلية للمكبس في صمام تخفيض الضغط الرئيسي -متوازنة، ويغلق قرص الصمام الرئيسي ممر الصمام الرئيسي تحت ضغط زنبرك الإرجاع.
عندما يتم تدوير غطاء الضبط للصمام الدليلي في اتجاه عقارب الساعة، يتم ضغط زنبرك الضبط ويفتح قرص الصمام الطيار. يدخل الهواء المضغوط الناتج بواسطة الصمام الدليلي إلى الغرفة العلوية للمكبس. يتعرض المكبس لضغط عمودي لأسفل، ويتغلب على القوة المرنة لزنبرك العودة، ويتحرك للأسفل. وفي الوقت نفسه، يتحرك قضيب الدفع إلى الأسفل لفتح قرص الصمام الرئيسي. بعد ذلك، يدخل مصدر الهواء عالي الضغط PN1 إلى غرفة الإخراج، مما يولد ضغط الإخراج PN2.
في الوقت نفسه، يدخل الهواء المضغوط الموجود في حجرة الإخراج إلى الحجرة السفلية للمكبس، ويعمل على الجزء السفلي من المكبس لتعويض الضغط الواقع على الجزء العلوي من المكبس. يتناقص فتح قرص الصمام الرئيسي حتى يصل إلى التوازن.
(2) تحليل أسباب الخطأ المحتملة
من مبدأ عمل صمام تخفيض الضغط-هذا، يمكن ملاحظة أن ضغط الخرج يعتمد على فتح قرص الصمام الرئيسي. كلما كانت الفتحة أكبر، كلما زاد ضغط الإخراج.
يلعب الصمام الدليلي دورًا تحكمًا، كما أن صمام تخفيض الضغط الرئيسي-يحتوي على وظيفة تعويض ذاتية-. ولذلك فإن التحليل يتم من الجانبين التاليين:
1) قيمة الإعداد غير الطبيعية للصمام الطيار.
إذا تم ربط غطاء الضبط للصمام الدليلي عن طريق الخطأ، مما أدى إلى زيادة الضغط المسبق لزنبرك الضبط، أو إذا أصبح زنبرك الضبط قديمًا أو مشوهًا، فإن ضغط الخرج للصمام الدليلي سيزيد، مما يؤثر على ضغط الخرج للصمام الرئيسي.
2) عمل غير طبيعي للصمام الرئيسي.
مشاكل مثل انخفاض المعامل المرن لزنبرك الإرجاع، أو تعلق المكبس بعد التحرك لأسفل، أو تلف سطح الختم بين قرص الصمام الرئيسي ومقعد الصمام، أو انسداد فتحة توجيه الضغط- في الحجرة السفلية للمكبس، كلها ستتسبب في أن يكون فتح قرص الصمام الرئيسي أكبر من موضع التوازن الأصلي.
(3) استكشاف الأخطاء وإصلاحها
تم تفكيك الصمام الطيار والصمام الرئيسي-لصمام تخفيض الضغط. تم فحص الزنبرك الأيمن والزنبرك الراجع بصريًا واختبار قوتهما المرنة. وفي الوقت نفسه، تم فحص مرونة حركة المكبس وسطح الختم لقرص الصمام الرئيسي بعناية. لقد وجد أن الزنبرك الأيمن للصمام الطيار قديم.
بعد استبدال زنبرك الضبط، تم ضبط غطاء الضبط للصمام الدليلي لجعل ضغط الخرج 3 ميجا باسكال. تم اختبار محرك الديزل لبدء التشغيل مرة أخرى في وحدات التحكم المحلية والمركزية، ويمكن لمحرك الديزل أن يبدأ التشغيل بشكل طبيعي.
اكتشف المهندسون البحريون أثناء اختبارات البدء أنه يمكن تشغيل محرك الديزل من خلال وضع التحكم بعد عدة عمليات "النفخ-من خلال". في الواقع، يرجع هذا إلى أن عمليات "النفخ-من خلال" تستهلك الهواء المضغوط. بعد انخفاض ضغط هواء التشغيل الرئيسي، يمكن لهواء التحكم فتح صمام التشغيل الرئيسي مرة أخرى.
رابعا. خاتمة
تجري هذه الورقة تحليلاً مفصلاً واستكشاف الأخطاء وإصلاحها لبدء التشغيل غير الطبيعي لمحرك الديزل الرئيسي للسفينة. أظهرت النتائج أن تقادم نابض الضبط للصمام الطيار -صمام تخفيض الضغط في نظام الهواء المضغوط-، والذي يتسبب في ارتفاع ضغط هواء البدء الرئيسي بشكل كبير، هو سبب الخلل.
يتم طرح ثلاثة اقتراحات لموظفي الإدارة البحرية:
أولاً، تحسين توحيد الصيانة اليومية والصيانة الصارمة لكل مكون ونظام وخدمته وفقًا للكتيبات والتعليمات الفنية.
ثانيًا، تعزيز تعلم وفهم الهياكل الداخلية ومبادئ العمل المحددة للمكونات الرئيسية، مما سيساعد على تحديد موقع الخطأ بسرعة.
ثالثًا، لا تركز على المحرك الرئيسي فحسب، بل انتبه أيضًا إلى تأثير الأنظمة المساعدة على موثوقية الماكينة.