الوظيفة الرئيسية لحلقة المكبس هي إغلاق غرفة الاحتراق، مما يضمن أنه عندما يصل المكبس إلى أعلى نقطة ميتة، يكون للهواء النقي في غرفة الاحتراق درجة حرارة وضغط كافيين لتلبية درجة حرارة احتراق الوقود وجعله يحترق بسرعة وبشكل كامل؛
إن ظروف عمل المكبس وحلقة المكبس وبطانة الأسطوانة قاسية للغاية، ويشكل فقدان الاحتكاك بينها ما يتراوح بين 55% إلى 60% من إجمالي قوة فقدان الاحتكاك لمحرك الديزل.
لذلك، تلعب حالة عمل حلقة المكبس دورًا حاسمًا في اكتمال احتراق الوقود وحالة عمل محرك الديزل. ومن المهم بشكل خاص إدارة وصيانة تشغيل حلقة المكبس لضمان التشغيل الجيد لمحرك الديزل.
ظواهر الأعطال، تحليل الأسباب وإجراءات العلاج لحلقات المكبس
تشمل الأخطاء الرئيسية لحلقات المكبس الكسر، الالتصاق، التآكل غير الطبيعي، وما إلى ذلك.
عندما تحدث الأخطاء المذكورة أعلاه، فإنها تسبب عمومًا ظواهر مثل تسرب غرفة الاحتراق، وارتفاع درجة حرارة العادم، وانبعاث دخان أسود من العادم، وتلوث الزيت في صندوق التعبئة، وارتفاع درجة حرارة مياه بطانة الأسطوانة.
خلال فترة خدمتي على متن سفينة "Solace"، كان نموذج المحرك الرئيسي هو محرك ديزل MAN B&W6L60MC مع تنظيف التيار المستمر وتم تشغيله لمدة 14 عامًا.
تم إجراء الصيانة العادية ورفع أسطوانات المحرك الرئيسية رقم 1 ورقم 3 في مرسى فانكوفر. على الرغم من أن تآكل حلقات المكبس لم يصل إلى الحد الأقصى وأن أخاديد المكبس وحلقات المكبس كانت في حالة جيدة، مع الأخذ في الاعتبار أن الرفع التالي للأسطوانات سيستغرق 8000-10000 ساعة أخرى.
لذلك، تم استبدال جميع حلقات المكبس.
تم استبدال صمام العادم للأسطوانة 1 لمدة 800 ساعة تقريبًا، وتم استبدال صمام العادم للأسطوانة 3 لمدة 500 ساعة تقريبًا.
بعد الخروج من فانكوفر لأكثر من 3 أيام، قمت بالتبديل إلى الزيت (RMG380795t) المضاف من Lianyungang. أظهرت نتيجة الاختبار أن الشوائب تجاوزت المعيار، حيث وصل محتوى الألومنيوم والسيليكون إلى 60، وكان الحد الأقصى 80. في أقل من يوم، وجدت أن درجة حرارة الوقود الداخل إلى المحركات الرئيسية والمساعدة انخفضت تدريجيًا، ولا يمكن تعديل درجة حرارة الزيت. كما وجدت أن فرق الضغط في مرشح الوقود الثانوي كان كبيرًا، ولم يتوقف الغسيل العكسي المستمر.
وبعد تفكيك وتنظيف الفلاتر الثانوية للآلات الرئيسية والمساعدة يدويًا، عاد فرق الضغط ودرجة الحرارة إلى طبيعتهما. ومع ذلك، في أقل من يوم، استمر التنظيف التلقائي دون توقف. لذلك، تم تشغيل فاصل زيت آخر بالتوازي لتقليل حجم فصل الزيت لفاصل زيت واحد وتقصير فترة تفريغ الخبث إلى ساعة واحدة. ومع ذلك، لم يتحسن الوضع.
لاحقًا، تبين أن درجة حرارة العادم للأسطوانتين 1 و3 ارتفعت تدريجيًا وكانت أعلى بكثير من الأسطوانات الأربع الأخرى. ولم يكن هناك تحسن كبير في عملية التباطؤ، وأصبح لون عادم المحرك الرئيسي أثقل وظهر دخان أكثر كثافة. وعندما لم تكن ظروف البحر جيدة، كان للتوربين أيضًا ارتفاع طفيف.
ومن خلال قياس مخططات الدينامومتر لكل أسطوانة، وجد أن ضغوط الانضغاط للأسطوانة 1# والأسطوانة 3# كانت 5.6MP و5.4MP على التوالي، بينما كانت ضغوط الانضغاط للأسطوانات الأخرى 6.1-6.2MP. وكان ضغط الانفجار أيضًا أقل للأسطوانة 1# والأسطوانة 3#.
تشير الظاهرة إلى وجود مشكلة في إحكام إغلاق الأسطوانات 1# و3#: إحداهما صمام العادم، والأخرى حلقة المكبس.
وفي الأيام القليلة المقبلة، سوف يستقر الوضع تدريجيا، ويجب تفكيك وتنظيف فلاتر الوقود الثانوية للمحركات الرئيسية والمساعدة مرة واحدة يوميا حتى وصول السفينة إلى إنتشون في كوريا الجنوبية.
بعد الوصول إلى الميناء، كان أول شيء يجب فعله هو فتح باب صندوق التنظيف وفحص المكابس وحلقات المكابس وبطانات الأسطوانات لكل أسطوانة. وقد وجد أن المكابس كانت متسخة للغاية، وأن بعض حلقات المكابس في الأسطوانتين 1 و3 كانت مكسورة أو ملتصقة بالفعل، وأن بطانات الأسطوانات كانت مشدودة قليلاً. بدا أن الزيت في الأسطوانتين 1 و3 غير كافٍ، بينما كانت بقية الأسطوانات طبيعية نسبيًا، ومتسخة قليلاً فقط. كانت هناك بقايا زيت واضحة وحمأة في الجزء السفلي من بطانات الأسطوانات.
لقد قررنا رفع الأسطوانات 1 # و 3 # مرة أخرى.
عند رفع الأسطوانة، وجد أنه باستثناء حلقة المكبس السفلية التي كانت طبيعية، كانت جميع حلقات المكبس الأخرى للأسطوانة 3 مطوية إلى 3 أو 4 أقسام، أو كانت حلقة المكبس الأولى للأسطوانة 1 ملتصقة بشدة بأخدود حلقة المكبس، في حين كانت حلقات المكبس الأخرى بها أشكال مختلفة من الكسر.
ولحسن الحظ، لا يوجد تآكل أو نتوء واضح في أخدود حلقة المكبس، ويتم سحب بطانة الأسطوانة قليلاً فقط.
وفقا لتحليل الظاهرة:
السبب المباشر لكسر حلقات المكبس والالتصاق في الأسطوانتين 1 و 3 هو:
أحدها هو وجود عيوب خطيرة في جودة حلقات المكبس، حيث أن حلقات المكبس التي تم استبدالها حديثًا فقط للأسطوانة 1 والأسطوانة 3 هي المكسورة أو العالقة، في حين أن حلقات المكبس للأسطوانات الأخرى طبيعية بشكل أساسي؛
المشكلة الثانية هي جودة الوقود. على الرغم من أننا اتخذنا العديد من التدابير لتنقية الوقود، مثل تفريغ المخلفات بشكل متكرر في خزانات الترسيب وخزانات الاستخدام اليومي، والتشغيل المتوازي لتقليل قدرة فصل الزيت في فاصل الزيت، وزيادة درجة حرارة تسخين خزانات الترسيب وخزانات الاستخدام اليومي وفاصل الزيت، إلا أن فواصل الزيت التقليدية يصعب فصل الشوائب الصغيرة مثل الألومنيوم والسيليكون والرماد تمامًا، مما يؤدي إلى زيادة الشوائب في الوقود.
أثناء عملية احتراق الأسطوانة، تلتصق جزيئات السيليكون بجدار بطانة الأسطوانة، مما يؤدي إلى تسريع التآكل بين حلقة المكبس وبطانة الأسطوانة، مما يتسبب في التصاق حلقة المكبس وانكسارها في النهاية؛
يمكن أن يؤدي وجود الألومنيوم في الزيت إلى التآكل الناتج عن درجات الحرارة المرتفعة وتسريع تآكل حلقات المكبس وبطانات الأسطوانات.
بعد الحصول على موافقة الشركة، قمنا بتنظيف الحلقة القديمة واستبدالها.
بالطبع، تم إجراء معالجة بسيطة لأخدود حلقة المكبس وسلالة بطانة الأسطوانة من قبل.
علاوة على ذلك، تم إجراء بعض التعديلات على حجم حقن الزيت لحاقنات الأسطوانات 1# و3#، حيث تم استبدالها بحلقات قديمة ويجب تقليل حجم الزيت المطلوب بشكل مناسب.
خلال العشرة أيام من كوريا الجنوبية إلى أستراليا، كانت حالة تشغيل المضيف جيدة، ودرجة حرارة العادم هي نفسها بشكل أساسي، وضغط الانضغاط وضغط الانفجار المقاسان من مقياس القوة هو أيضًا نفس الشيء بشكل أساسي. المضيف يعمل بشكل طبيعي.
السبب في أن فلتر الوقود الثانوي لا يزال يتم تفكيكه وتنظيفه مرة واحدة يوميًا هو بسبب الشوائب الزائدة في الوقود.
من الأخطاء المذكورة أعلاه، يمكن أن نجد أنه عندما يتم تقليل أو فقدان أداء ختم حلقة المكبس بسبب الكسر أو الالتصاق، ستحدث درجات مختلفة من نفخ الأسطوانة، مما يؤدي إلى انخفاض كبير في كمية الهواء النقي في الأسطوانة، مما يتسبب في انخفاض ضغط الضغط، وزيادة درجة حرارة العادم، وزيادة درجة حرارة مياه التبريد، ومحرك الديزل يعمل بسرعة منخفضة وحمل مرتفع. يؤدي انخفاض حجم الهواء إلى تدهور الاحتراق، وتزداد طاقة غاز العادم بشكل كبير مقارنة بالظروف العادية. تزداد سرعة الشاحن التوربيني، ويزداد ضغط التنظيف.
في حالة بقاء سرعة محرك الديزل دون تغيير بشكل أساسي، يكون استهلاك الهواء لمحرك الديزل مستقرًا بشكل أساسي. في الوقت نفسه، يتسبب كسر الحلقة والالتصاق في تدفق الغاز مرة أخرى إلى صندوق التنظيف، وفي الحالات الشديدة، قد يشتعل صندوق التنظيف. تتسبب هذه العوامل في زيادة الضغط الخلفي للشاحن التوربيني، مما يجعله يعمل في حالة تدفق منخفض وضغط خلفي مرتفع، مما يدمر التوافق الطبيعي للشاحن التوربيني ويؤدي إلى صفيره.
قد يحدث حدوث الظاهرة المذكورة أعلاه بسبب فشل حلقة المكبس.
3, تحليل الأسباب الأخرى لفشل حلقات المكبس
بالإضافة إلى المادة وتكنولوجيا المعالجة ودقة أبعاد حلقة المكبس، فهي مرتبطة أيضًا بالأسباب التالية.
1. تأثير الخلوص بين حلقات المكبس
يمكن أن يضمن تداخل حلقة المكبس وجود مساحة للتمدد الحراري لحلقة المكبس أثناء التشغيل، وفي الوقت نفسه، يمكن أن يسمح لحلقة المكبس بالحصول على حركة محيطية معينة أثناء التشغيل العادي.
عندما تكون الفجوة بين حلقات المكبس صغيرة جدًا، فسوف يحد ذلك من التمدد الحراري للمكبس أثناء التشغيل ويسبب ضغطًا عند المفصل، مما يجعل من السهل كسر الحلقات على الجانب الآخر من المفصل.
بسبب التآكل والتلف الذي يصيب حلقات المكبس وبطانات الأسطوانة أثناء الحركة، فإن الخلوص بين مفاصل الحلقات يزداد تدريجيًا.
عندما تكون الفجوة بين المفاصل كبيرة جدًا، فسوف يتسبب ذلك في اختلال خطير في القوة الشعاعية للمكبس.
تتكون القوة الشعاعية بشكل أساسي من القوة المرنة للحلقة نفسها وقوة الغاز المؤثرة على الجزء الخلفي من الحلقة. يؤدي وجود الفجوة بين المفاصل المتداخلة إلى أن تتسبب القوة المشتركة لكليهما في تآكل غير متساوٍ على الجانب الآخر من المفصل المتداخل، مما قد يؤدي إلى كسر الحلقة في الحالات الشديدة.
في نفس الوقت، ينخفض سمك شعاعي حلقة المكبس، وتقل المرونة. إذا كان أخدود الحلقة مسدودًا بشدة، فمن السهل أن يتسبب في التصاق الحلقة.
في التشغيل الفعلي، يعد حجم الخلوص بين حلقات المكبس مؤشرًا مهمًا للحكم على حالة تآكل حلقات المكبس.
لذلك، عند إيقاف المضيف، يجب التحقق بانتظام من حالة عمل حلقة المكبس وما إذا كان هناك التصاق أو كسر من خلال صندوق التنظيف.
إذا كان هناك، فيجب فحص أسطوانة الرفع لتجنب توسع الخلل.
يجب مقارنة قيمة الخلوص بين حلقة المكبس والمفصل مع المتطلبات المذكورة في الدليل لتحديد ما إذا كانت تتجاوز القيمة الحدية؛
ثانياً، يجب تحديد معدل تآكل حلقة المكبس عن طريق مقارنتها بالفجوة التي تم قياسها في المرة الأخيرة.
إذا زاد معدل تآكل الحلقة فجأة خلال فترة زمنية معينة، فيجب تحديد السبب وحله، مثل فشل نظام حقن الوقود، أو تدهور زيت الأسطوانة، أو رماد الوقود الزائد والشوائب، وما إلى ذلك.
من خلال تسجيل ملفات كل حلقة بهذه الطريقة، لا يمكن تحليل ظاهرة خطأ حلقة المكبس بشكل منهجي فحسب، بل يمكن أيضًا مقارنة تأثير الجودة والوقود وزيت التشحيم للدفعات المختلفة من قطع الغيار على معدل التآكل.
2. تأثير التوافق بين حلقات المكبس وبطانات الأسطوانة
يعتمد إمكانية تشكيل تزييت سائل كامل مثالي بشكل أساسي على عوامل مثل شكل الحركة والسرعة وأداء زيت التشحيم "لزوج الحركة".
تتغير سرعة حركة حلقة المكبس داخل بطانة الأسطوانة باستمرار طوال الشوط بالكامل، مع سرعة حركة صفرية عند النقاط الميتة العلوية والسفلية. في الوقت نفسه، تتعرض لتأثير الغاز عالي الحرارة، مما يجعل من الصعب تكوين تزييت جيد. هذا سبب مهم للأداء الضعيف لحلقة المكبس، خاصة عندما يكون المكبس بالقرب من النقطة الميتة العلوية، تكون حالة التزييت في حالة تزييت حدودية، وأحيانًا حتى في حالة احتكاك جاف.
في الظروف العادية، لا يوجد احتكاك بين رأس المكبس وبطانة الأسطوانة. مع تشغيل محرك الديزل، تتشكل رواسب الكربون حول رأس المكبس، والتي تكون صلبة ويصعب تنظيفها. تؤدي زيادة رواسب الكربون إلى زيادة قطر المكبس. عندما يتحرك المكبس داخل الأسطوانة، تولد رواسب الكربون عند الرأس احتكاكًا مع بطانة الأسطوانة، مما يؤدي إلى إتلاف طبقة الزيت بشكل خطير وزيادة معدل تآكل بطانة الأسطوانة وحلقة المكبس بشكل كبير.
مع تشغيل محرك الديزل، سوف يتعرض بطانة الأسطوانة لتآكل غير متساوٍ، مما يؤدي إلى ظهور شكل بيضاوي وأسطواني في الاتجاهين المحيطي والمحوري على التوالي. عندما تتحرك حلقة المكبس داخل الأسطوانة، فإنها ستخضع لحركات فتح وإغلاق دورية؛
وفي الوقت نفسه، سيكون هناك حتماً أخطاء في شكل بيضاوي لحلقة المكبس وبطانة الأسطوانة.
خاصة بعد استبدال حلقة المكبس الجديدة بحلقة مكبس جديدة، سوف تحدث درجات مختلفة من تسرب الضوء على سطح التزاوج الختم بين حلقة المكبس وبطانة الأسطوانة. عادة ما يكون مطلوبًا أن يكون إجمالي تسرب الضوء لحلقة المكبس الجديدة المثبتة في الأسطوانة أقل من 90 درجة، ويجب أن يكون تسرب الضوء المستمر أقل من 30 درجة، ويجب ألا يكون هناك تسرب ضوء ضمن نطاق 30 درجة على جانبي المفصل.
يمكن لحلقات المكبس الجديدة عالية الجودة تلبية المتطلبات المذكورة أعلاه، ولكن في السنوات الأخيرة، استخدمت العديد من الشركات حلقات مكبس منخفضة السعر بدلاً من قطع الغيار الأصلية لتقليل التكاليف.
بسبب الاختلافات في المواد وتقنيات المعالجة، فضلاً عن الأخطاء الأبعادية الكبيرة في التصنيع، يحدث تسرب مفرط للضوء.
في الوقت نفسه، تقل مرونة حلقة المكبس بشكل كبير عند العمل في درجات حرارة عالية. عند مواجهة تراكم الكربون والانسداد في أخدود الحلقة، ستزداد كمية التسرب، مما يتسبب في عمل غاز عالي الضغط على السطح الخارجي للعمل للحلقة من نقطة التسرب، مما يتسبب في انحشار حلقة المكبس في أخدود الحلقة، مما قد يتسبب في انحشار الحلقة في أخدود الحلقة وإنتاج ظاهرة تثبيت الحلقة؛
عندما ينخفض ضغط الغاز، فإن حلقة المكبس التي تم ضغطها في الأصل سوف تخرج مرة أخرى تحت مرونتها الخاصة.
سيؤدي هذا الإجراء المتكرر الدوري، مع مرور الوقت، إلى حدوث كسر بسبب التعب في نقاط القوة الضعيفة.
وقد أثبتت الممارسة أن ظاهرة ضغط حلقات المكبس هي السبب الرئيسي لكسر الحلقات.
بالإضافة إلى ذلك، وجد في بعض محركات الديزل أن حلقة المكبس تنكسر عندما تلامس رأس بطانة الأسطوانة وفتحة الهواء المعلقة في نهاية الحلقة.
3. تأثير الوقود وزيت الاسطوانة
غالبًا ما يتغير الوقود المستخدم على متن السفن بسبب التغيرات في موانئ التزود بالوقود، وتختلف مؤشرات أداء الوقود من بلدان ومصنعين مختلفين بشكل كبير بسبب الاختلافات في المنشأ وعمليات الصهر.
في حالة استخدام فاصل الوقود للتنقية، يجب اختيار حلقات الجاذبية النوعية المقابلة للوقود المختلف، ويجب تنفيذ العملية عند درجات حرارة أعلى (مثل 95-98 درجة) قدر الإمكان. اعتمادًا على الموقف، يجب توصيل فاصلات الوقود على التوالي أو بالتوازي، وإلا فسيؤثر ذلك على تأثير معالجة الوقود.
إذا كانت نسبة الألومنيوم والسيليكون والرماد في الوقود مرتفعة للغاية، فسوف يتسبب ذلك في زيادة التآكل في حلقات المكبس وبطانات الأسطوانات، مما يؤثر حتماً على عملية احتراق محرك الديزل ويؤدي إلى ارتفاع درجات الحرارة داخل غرفة الاحتراق؛
في الوقت نفسه، بسبب تشغيل بعض محركات الديزل بسرعات منخفضة وأحمال منخفضة لفترة طويلة أو الدخول والخروج بشكل متكرر من المنافذ، دون تعديل حجم زيت الأسطوانة، يزداد حجم حقن زيت الأسطوانة. يتراكم زيت الأسطوانة الزائد في أخدود الحلقة بسبب تأثير ضخ حلقة المكبس. عندما تكون درجة الحرارة داخل الأسطوانة مرتفعة للغاية، يحترق زيت التشحيم المتراكم لتكوين رواسب الكربون، والتي تصبح سببًا لالتصاق حلقة المكبس وكسرها.
4. تأثير أعمال الصيانة والإدارة اليومية
إن القيام بعمل جيد في الإدارة اليومية يلعب دورًا مهمًا في تجنب الأخطاء مثل التصاق حلقات المكبس وكسرها.
1) بعد استبدال بطانة الأسطوانة أو حلقة المكبس في محرك الديزل، من الضروري الحفاظ على سرعة منخفضة.
إن توفير الوقت الكافي للتشغيل بحمل منخفض، مع زيادة كمية حقن زيت الأسطوانة أثناء فترة التشغيل، يمكن أن يتجنب ارتفاع درجة حرارة سطح الاحتكاك والتسبب في سحب الأسطوانة أو كسر حلقة المكبس بسبب عدم التطابق الكامل بين شكل وخشونة أسطح الحلقة وبطانة الأسطوانة أثناء فترة التشغيل؛
2) أثناء التشغيل العادي، يجب التحكم في درجة حرارة وضغط مياه التبريد وزيت التبريد والحفاظ عليهما ضمن النطاق الطبيعي؛
وفي الوقت نفسه، انتبه إلى التغييرات في المعلمات، والشيء الأكثر أهمية هو سرعة تغيير كل معلمة؛
قم بقياس مخطط الدينامومتر بانتظام، وتحليل ضغط الضغط، وضغط الانفجار، ونقطة بداية الاحتراق، وتوزيع الحمل، وما إلى ذلك، لتحديد ما إذا كانت عملية الاحتراق جيدة، والحكم على حالة عمل الأسطوانة وحلقة المكبس، والكشف عن أعراض الخطأ في الوقت المناسب، واتخاذ التدابير المقابلة بناءً على سبب الخطأ؛
3) افتح صندوق التنظيف بانتظام لقياس الخلوص بين حلقات المكبس، وإنشاء ملف لاستخدام كل حلقة مكبس، وتحقق من الظروف الأساسية لحلقات المكبس وبطانات الأسطوانة وحقن زيت الأسطوانة وما إلى ذلك من خلال منفذ التنظيف. إذا تم العثور على أي التصاق أو كسر في حلقات المكبس، فيجب رفع الأسطوانة للصيانة في الوقت المناسب.