Dopo circa 60 ore di manutenzione e funzionamento di un certo tipo di motore diesel a propulsione principale marina in W5, si è riscontrato che il gioco delle valvole di scarico di 40 cilindri superava la tolleranza e 38 sedi delle valvole di scarico erano usurate oltre il limite di riparazione della testata. Dopo aver sostituito 38 nuove testate e aver funzionato per circa 60 ore, si è verificata nuovamente un'ampia area di usura della sede della valvola di scarico e per entrambi i test di navigazione è stato utilizzato diesel automobilistico 0 #. In base al fenomeno del guasto, elencare l'albero dei guasti relativo all'usura anomala della testata e della sede della valvola di scarico, quindi analizzarlo e risolverlo da tre aspetti: manutenzione e installazione, qualità dei componenti e condizioni di utilizzo.
Analizzando e giudicando il meccanismo del guasto, la causa del guasto è l'uso di 0 # diesel automobilistico a basso contenuto di zolfo, che non è riuscito a formare un efficace strato antiusura e ha accelerato l'usura della sede della valvola di scarico. Vengono proposte soluzioni corrispondenti per l'usura anomala della sede della valvola del motore diesel, fornendo una soluzione per la successiva analisi di guasti simili.
Il 2019 aprile una certa nave ha effettuato lavori di riparazione presso il cantiere navale. Due motori diesel MTU956V20 sono stati riparati e sottoposti a manutenzione secondo lo standard di livello W5 (ciascuno ha funzionato per circa 5800 ore prima della riparazione e durante la riparazione sono state sostituite due testate a causa dell'usura della sede della valvola di scarico superiore alla testata limite di riparazione). A settembre, dopo aver completato la riparazione e l'installazione di livello W5, il motore diesel non è riuscito ad avviarsi durante l'utilizzo per circa 60 ore. Dopo l'ispezione, è stato riscontrato che il gioco delle valvole di 40 cilindri superava la tolleranza e che 38 sedi delle valvole di scarico erano usurate oltre il limite di riparazione della testata. Dopo aver sostituito 38 nuove testate nel mese di novembre e averle utilizzate per circa 60 ore, si è verificata nuovamente un'ampia area di usura della sede della valvola di scarico. Entrambi i test di navigazione hanno utilizzato diesel automobilistico 0 #. Dopo aver sostituito 9 testate per la seconda volta, una certa nave ha utilizzato -10 # diesel per i test di navigazione e le attività successive, intervallato da 0 # diesel automobilistico (principalmente 10 # diesel). A dicembre 2020, ha funzionato per circa 1.000 ore (tempo di funzionamento cumulativo di circa 6.900 ore) senza alcuna usura anomala o guasto della testata del cilindro e della sede della valvola di scarico.
Quando il motore diesel è in funzione, l'albero a camme comanda l'apertura della valvola di scarico in base alla fasatura impostata attraverso il meccanismo della punteria e del bilanciere per lo scarico, quindi si chiude sotto l'azione della molla della valvola. Il design del motore diesel MTU956 persegue leggerezza, elevata potenza e bassa densità. Non è presente alcun anello della sede della valvola in lega dura resistente al calore incorporato nelle sedi delle valvole di aspirazione e scarico della testata. La sede della valvola e la testata sono integrate e realizzate in materiale di ghisa; La valvola di scarico è dotata di un meccanismo a valvola rotativa e la valvola dell'aria ruota sotto l'azione del meccanismo a valvola rotativa ogni volta che viene aperta. Durante il funzionamento, la temperatura della superficie della sede della valvola di scarico è di circa 300-350 gradi a causa del flusso di gas ad alta temperatura e del flusso d'aria di scarico all'interno del cilindro. Quando la valvola è chiusa e posizionata, colpirà la superficie della valvola ad una certa velocità. Quando la velocità del motore diesel è di 1450r/min, la velocità di chiusura della valvola è di 0,2 m/s e l'impatto è di 727 volte/min. La superficie della sede della valvola di scarico è soggetta ad alte temperature e ad elevate sollecitazioni da contatto durante il funzionamento, con conseguenti condizioni di lavoro difficili.
Il processo di ispezione e riparazione nelle specifiche del processo di riparazione della testata MTU 956 è coerente con il manuale di manutenzione MTU V956/1163 TB.2. I dati di sporgenza della valvola dell'aria installata sulla sede della valvola sono generalmente compresi tra 4,80~5,10 mm (il limite standard è 3,0 mm) e la qualità della reinstallazione soddisfa i requisiti della manutenzione MTU V956/1163 TB.2 manuale. Dopo che si è verificato il primo malfunzionamento, dopo aver sostituito 38 nuove testate e aver funzionato per circa 60 ore, si è ripresentato il problema dell'usura anomala della sede valvola della testata, escludendo così la possibilità di una riparazione impropria causa del malfunzionamento.
Ispezione dei registri di fabbricazione e assemblaggio del prodotto, riesame dei registri di ispezione e assemblaggio delle parti rilevanti della macchina difettosa, registri originali della testata per il primo guasto, ispezione delle dimensioni della camera dell'acqua della testata, della camera d'aria e sede della valvola e ispezione dell'accoppiamento tra le valvole di aspirazione e scarico e le sedi delle valvole; Controllare la tenuta della testata, la profondità della sede della valvola e l'integrità della testata e assicurarsi che la qualità dell'assemblaggio dei componenti soddisfi i requisiti tecnici.
Indagine sulle prestazioni del materiale della valvola della testata. Dopo il primo malfunzionamento, i cilindri A1 e B6 con grave usura della sede della valvola di scarico sono stati estratti e il comitato professionale per l'analisi dei guasti della Shanghai Mechanical Engineering Society è stato incaricato di condurre test di durezza sulle superfici di lavoro della valvola di scarico e della sede della valvola, nonché test metallografici test sulle superfici di lavoro della sede della valvola. Il numero di disegno della valvola di scarico del motore diesel MTU956 è 580 053 02 05 e il requisito di durezza è maggiore o uguale a 280HB (equivalente alla durezza Rockwell di 29,2HCR, con valori HB e HV simili). I valori di durezza delle valvole di scarico dei cilindri A1 e B6 sono mostrati nella Tabella 1 e la durezza della valvola è molto superiore al valore richiesto, ma soddisfa i requisiti dei documenti tecnici delle valvole.
Il documento tecnico per la testata del motore diesel MTU956 richiede una matrice di perlite con contenuto di perlite superiore al 95%; Il requisito di durezza è 200~260HB (199,5~262,5HV, HB=(HV+10,5)/1,05). I risultati della durezza delle sedi delle valvole di scarico dei cilindri A1 e B6 sono mostrati nella Tabella 2. La durezza misurata della sede della valvola della testata è leggermente superiore ai requisiti di progettazione.
I risultati dell'analisi della valvola di scarico e della sede della valvola rilasciati dal Failure Analysis Professional Committee della Shanghai Mechanical Engineering Society mostrano che: 1) la durezza della superficie di tenuta (a una distanza di 0,1 mm dalla superficie) e il gradiente di durezza della valvola di scarico è relativamente uniforme. 2) Non vi è alcuna differenza significativa nel gradiente di durezza tra la sede della valvola di scarico e la sede della valvola di aspirazione. A causa della presenza di grafite nella matrice, si verificano fluttuazioni nella durezza testata, il che è un fenomeno normale. 3) La struttura metallografica delle superfici di lavoro della sede della valvola di scarico e della sede della valvola di aspirazione è composta da perlite, una piccola quantità di elemento di ferro e una quantità molto piccola di elemento di carbonio. I risultati del test mostrano che la durezza della valvola di scarico a temperatura ambiente soddisfa i requisiti e che la durezza dei punti di misurazione sulla sede della valvola di scarico è leggermente superiore al valore richiesto. La struttura metallografica soddisfa i requisiti tecnici.
La forza d'impatto tra la valvola dell'aria e la sede della valvola dipende dalla velocità di inserimento della valvola dell'aria, che è influenzata dal profilo dell'albero a camme delle valvole di aspirazione e scarico. Dopo la terza sostituzione della testata, il motore diesel ha funzionato per circa 1000 ore senza alcuna anomalia ed è stata eliminata l'usura anomala della sede della valvola di scarico. Pertanto è sostanzialmente esclusa la possibilità di un'usura anomala della sede della valvola della testata causata dal meccanismo di trasmissione della valvola e dall'albero a camme.
Durante la manutenzione del W5, la fabbrica ha ispezionato il meccanismo della valvola rotativa della testata e ha riscontrato che funzionava normalmente. Dopo il primo guasto sono stati sostituiti 38 nuovi gruppi testata, ma a breve termine si sono verificati ancora numerosi difetti di usura della testata. Pertanto è sostanzialmente escluso che sia il meccanismo della valvola rotativa a causare il malfunzionamento.
Durante l'ispezione delle condizioni di funzionamento del motore diesel dalla manutenzione al primo malfunzionamento del W5, e dalla sostituzione della nuova testata al secondo malfunzionamento, non è stata riscontrata alcuna usura anomala della testata, né alcuna usura anomala diffusa del cilindro si è verificato durante l'uso del W5 prima della manutenzione e dopo il secondo malfunzionamento è stato sostituito con -10 diesel. Il giudizio di base è che le condizioni operative avranno un impatto sull'usura della sede della valvola, ma non sono la causa diretta di questo malfunzionamento. Il motore diesel MTU956 è progettato con una pompa di lubrificazione nel tubo di aspirazione, che può lubrificare la valvola di aspirazione. Controllando che la pompa dell'olio funzioni correttamente e che non vi siano usure anomale sulla sede della valvola di aspirazione, è possibile escludere problemi di qualità della lubrificazione. La nave ha utilizzato 0 # diesel per autoveicoli come carburante dopo la manutenzione W5 e non ha utilizzato alcun additivo, il che soddisfa i requisiti di GB19147-2013. Tuttavia, il contenuto di zolfo è troppo basso (inferiore o uguale a 10 mg/kg) e non soddisfa le specifiche tecniche di MTU.
Affidare all'Istituto di Fisica Chimica di Lanzhou, Accademia Cinese delle Scienze, l'analisi degli additivi, LUBRIZLO ®ADX766M. L'additivo diesel è una miscela di sale di potassio e solvente, dove la sostanza solida è docetato di potassio e il solvente è olio solvente di 200 # idrocarburi grassi . Incaricare l'Istituto di fisica chimica di Lanzhou, Accademia cinese delle scienze, di condurre l'analisi dell'aspetto SEM e della composizione EDS sulla superficie di tenuta della valvola di scarico e selezionare la valvola di scarico in quattro condizioni per l'ispezione. L'osservazione SEM e l'analisi della composizione della valvola di scarico difettosa e della superficie di tenuta della sede della valvola hanno rivelato che la superficie della superficie di tenuta della valvola di scarico era ruvida, con adesione al substrato della testata. La superficie di tenuta della sede della valvola della testata era piatta, mentre il substrato in ghisa presentava flussi di plastica e lacerazioni dell'adesivo. La valvola di scarico non ha subito segni di usura e la parte usurata in modo anomalo è la testata e la sede della valvola di scarico. La testata del motore diesel 956 è realizzata in lega di ghisa speciale, che presenta una scarsa resistenza all'usura. In assenza di protezione superficiale della maschera facciale, le sollecitazioni tangenziali causate dal contatto diretto del metallo provocano il rapido sfaldamento per fatica della sua matrice e l'usura; Nel frattempo, a causa dell'irragionevole corrispondenza della differenza di durezza tra la valvola dell'aria e la sede della valvola, l'elevata durezza della valvola dell'aria aggrava ulteriormente l'usura. Secondo i risultati dei test di cui sopra, il componente principale dello strato antiusura sulla superficie di tenuta dei quattro schemi è il carbonio amorfo. Dopo la combustione, particelle di grandi dimensioni formano uno strato antiusura sulla superficie della sede della valvola per separare le superfici di tenuta della valvola di scarico e della sede della valvola. Evitando il contatto diretto tra le superfici di tenuta e riducendo l'usura adesiva, l'usura viene soppressa.
Secondo il riferimento Valve Seat Treatment – An Independent Review of Existing Data fornito da Shaanxi Diesel Engine Heavy Industry Co., Ltd., combinato con i precedenti guasti relativi all’usura delle sedi delle valvole e al meccanismo di formazione della maschera facciale superficiale, si può vedere che la maschera facciale superficiale della superficie di tenuta appartiene a un film di consumo dinamico. In condizioni di lavoro basse, il tasso di formazione della maschera facciale superficiale è maggiore del tasso di rimozione e la capacità di protezione del gruppo valvola di scarico viene rafforzata; In condizioni operative elevate, il tasso di formazione è inferiore al tasso di rimozione e la capacità di proteggere la sede della valvola di scarico diminuisce gradualmente. Si può spiegare perché la nave non ha funzionato male per migliaia di ore prima della manutenzione del motore diesel W5, ma ha subito ripetuti malfunzionamenti 60 ore dopo la riparazione. Ciò è dovuto all'uso di carburante ad alto contenuto di zolfo e additivi durante il primo periodo di test in fabbrica e all'uso di carburante ad alto contenuto di zolfo durante il viaggio di prova, che ha formato una pellicola protettiva più rigida per proteggere la sede della valvola.
Secondo lo stato di utilizzo storico di due motori diesel 956, sono stati utilizzati con -10 # diesel con l'aggiunta di un agente antiusura come carburante per circa 50 ore durante la fase di test in fabbrica presso lo Shaanxi Diesel Engine Heavy Industry Co., Ltd. Prima di salpare per Sanya, sono stati alimentati con -10 # diesel per circa 100 ore. In combinazione con i risultati dell'analisi, è indicato che sulla superficie di tenuta della sede della valvola di scarico si è formata una densa pellicola protettiva superficiale prima dell'applicazione del diesel automobilistico 0 # a Sanya. Pertanto, durante il viaggio di circa 5.000 ore a Sanya non si è verificata alcuna usura anomala. Durante la manutenzione del W5, la valvola di scarico e la sede della valvola sono state riparate, con conseguente rimozione della maschera facciale soprastante. Dopo la manutenzione, per il funzionamento è stato utilizzato diesel per veicoli a basso contenuto di zolfo 0 # e non si è formata alcuna maschera facciale superficiale, che ha causato un'usura anomala delle successive sedi delle valvole.
Sulla base dell'analisi della causa del malfunzionamento e dell'attuale situazione di utilizzo di questo tipo di motore diesel, vengono proposte le seguenti misure raccomandate: è necessario determinare se il diesel soddisfa il requisito di un contenuto di zolfo superiore a 500 mg/kg prima dell'uso; Installando un dispositivo di stoccaggio e aggiunta di additivi antiusura nel vano motore diesel, è possibile aggiungere automaticamente additivi al serbatoio giornaliero del carburante, soddisfacendo i requisiti per la guida dei motori diesel. Dal punto di vista della risoluzione completa del problema dell'usura delle sedi delle valvole a lungo termine, è necessario migliorare la resistenza all'usura della sede della valvola di scarico della testata. La testata adotta generalmente una sede della valvola annidata per migliorare la resistenza all'usura e la durata della valvola e della sede della valvola. Si raccomanda che gli istituti di ricerca nazionali sui motori diesel o i produttori di motori diesel effettuino ricerche sugli schemi di modifica della testata, completino lo sviluppo e la produzione di nuove testate e lo schema di progettazione migliorato della testata abbia applicazioni mature e i rischi tecnici di il design migliorato è controllabile.
