I. Sintomi del verificarsi del guasto
I tre motori diesel generatori della ruota Kote nenhai sono tutti motori diesel giapponesi Yanmar, modello EY26, con una potenza di 1620 kW e una velocità nominale di 720 giri/min, che sono motori diesel a quattro tempi e sei cilindri a velocità media.
Era trascorso un mese dalla revisione completa del motore diesel del generatore n. 2. Durante un'ispezione di routine della sala macchine durante il servizio e il rifornimento durante un viaggio dalla Malesia all'Africa, è stato osservato che le temperature di scarico dei cilindri n. 1 e n. 4 del motore diesel del generatore n. 2 erano significativamente più elevate di quelle degli altri cilindri. Un confronto con le specifiche del produttore ha indicato che queste temperature avevano superato i valori standard forniti nel manuale. Nonostante questa anomalia, tutti gli altri parametri operativi del motore diesel del generatore sono rimasti entro i limiti normali e non sono stati rilevati suoni, vibrazioni o odori anomali.
II. Analisi delle possibili cause del guasto per alta temperatura di scarico
L'elevata temperatura di scarico di un motore diesel con generatore può essere attribuita a diversi fattori, principalmente legati al sistema di alimentazione, ai sistemi di aspirazione e scarico, all'usura dei componenti e ad altri problemi vari. Tuttavia, le cause principali sono tipicamente legate alla qualità della combustione del carburante e allo scambio d'aria.
1. Problemi al sistema di alimentazione
(1) Viscosità eccessiva del carburante o scarsa qualità del carburante
1) Viscosità eccessiva del carburante
① I motori diesel del generatore Yanmar a bordo della nave Kote Nenhai utilizzano olio combustibile pesante (HFO) quando il carico supera il 25%. Se il carico non soddisfa la soglia richiesta durante il funzionamento dell'HFO, un flusso di carburante insufficiente e un'eccessiva perdita di calore possono portare a una bassa temperatura dell'olio o a un'elevata viscosità. Ciò si traduce in una scarsa atomizzazione, che causa una combustione ritardata all'interno del cilindro e una postcombustione prolungata, portando infine a temperature di scarico elevate.
② Il sistema di alimentazione su Kote Nenhai è condiviso tra il motore principale e i motori diesel del generatore. Dopo l'ormeggio, quando il motore principale viene spento, il basso consumo di carburante dei motori diesel del generatore rende difficile al sistema automatico di riscaldamento del carburante di mantenere la temperatura ottimale. Spesso sono necessarie regolazioni manuali per ridurre il volume del vapore. Se il volume del vapore viene ridotto eccessivamente, la temperatura dell'olio può scendere troppo, con conseguente scarsa atomizzazione e postcombustione prolungata, con conseguente aumento della temperatura di scarico.
2) Scarsa qualità del carburante
Le proprietà del carburante come il numero di cetano e la viscosità influiscono direttamente sull'accensione e sull'efficienza della combustione. Un basso numero di cetano prolunga il periodo di ritardo dell'accensione, portando a una combustione approssimativa e ad un'accensione tardiva, che aumenta la pressione di picco di combustione e la temperatura di scarico [3]. Al contrario, numeri di cetano eccessivamente elevati possono provocare una combustione incompleta e un deterioramento della qualità della combustione, oltre ad aumentare la temperatura dei gas di scarico. L'elevata viscosità del carburante compromette l'atomizzazione, portando a una combustione incompleta e ad un ulteriore aumento della temperatura di scarico. Pertanto, la scarsa qualità del carburante influisce sull'atomizzazione e sulla combustione, contribuendo a temperature di scarico più elevate nell'intero motore diesel del generatore.
(2) Guasti al sistema di alimentazione e iniezione del carburante
1) Malfunzionamento dell'iniettore
L'elevata temperatura di scarico può essere causata da una bassa pressione di apertura della valvola dovuta a molle di pressione rotte o allentate, dadi di bloccaggio allentati, installazione non corretta o iniettori bloccati. Queste condizioni possono portare all’inizio anticipato dell’iniezione e alla sua conclusione ritardata, prolungando la durata dell’iniezione e riducendo la qualità dell’atomizzazione. Ciò impedisce la corretta miscelazione del carburante con l'aria fresca, peggiorando la qualità della combustione e provocando una grave postcombustione, il surriscaldamento dei componenti e l'aumento della temperatura di scarico. Inoltre, un diametro maggiore dell'ugello dell'iniettore può compromettere l'atomizzazione e la combustione, mentre una scarsa tenuta della superficie del cono dell'ugello dell'iniettore o fori e crepe indotti dall'erosione possono causare perdite di carburante, estendendo il periodo di postcombustione e deteriorando ulteriormente la qualità della combustione. In tali casi, è necessario ispezionare l'iniettore per individuare eventuali accumuli di carbonio e condurre test sulla pressione di apertura della valvola, sulla tenuta e sulla qualità dell'atomizzazione per diagnosticare il problema.
2) Guasto alla pompa di iniezione del carburante
La temperatura di scarico può anche aumentare a causa dell'eccessiva usura tra lo stantuffo e il manicotto, riducendo le prestazioni di tenuta e la pressione di iniezione, con conseguente scarsa atomizzazione e un angolo di anticipo dell'iniezione inferiore. Una forte usura tra la valvola e la sede della valvola può ridurre similmente le prestazioni di tenuta, provocando un calo della pressione residua nella linea del carburante ad alta pressione e una riduzione del volume di iniezione, entrambi i quali influiscono sulla qualità di atomizzazione e sul processo di combustione, deteriorando in definitiva la qualità della combustione e aumentando temperatura di scarico.
3) Filtro del carburante danneggiato
Un filtro del carburante danneggiato può degradare la qualità del carburante che entra nella camera di combustione, consentendo particelle di carburante più grandi che non possono decomporsi e bruciare completamente, portando a una scarsa atomizzazione e qualità della combustione e di conseguenza ad un aumento della temperatura di scarico. Questo scenario può essere escluso se solo un singolo cilindro presenta una temperatura di scarico anormalmente elevata.
2. Problemi al sistema di aspirazione e scarico
1) Malfunzionamenti della valvola di aspirazione
Una possibile causa di malfunzionamento della valvola di aspirazione è la grave usura sulla parte superiore dello stelo della valvola di aspirazione, che porta a un gioco eccessivo della valvola. Ciò influisce sui tempi della valvola di aspirazione, facendola aprire tardi e chiudersi presto. Di conseguenza, la quantità di aria fresca che entra nella camera di combustione viene notevolmente ridotta, con conseguente riduzione della pressione di compressione alla fine della corsa di compressione, combustione incompleta del carburante, deterioramento della qualità della combustione e aumento della temperatura di scarico.
Un altro potenziale problema è la grave usura della superficie del cono di tenuta della valvola di aspirazione o l'erosione del disco della valvola, oppure la valvola di aspirazione che rimane bloccata in posizione aperta. Queste condizioni impediscono alla valvola di aspirazione di chiudersi ermeticamente, consentendo all'aria fresca di fuoriuscire dalla camera di combustione attraverso la valvola di aspirazione, riducendo il volume dell'aria, deteriorando la qualità della combustione e aumentando la temperatura di scarico.
Questa situazione può essere diagnosticata misurando il gioco della valvola di aspirazione ed eseguendo un test di tenuta sul disco della valvola.
2) Malfunzionamenti della valvola di scarico
Il malfunzionamento della valvola di scarico può essere causato da diversi fattori:
- Erosione del disco della valvola di scarico, con formazione di piccoli fori.
- La valvola di scarico è bloccata in posizione aperta.
- Macchie e cavità sulla linea di tenuta del disco della valvola di scarico, con conseguente scarsa tenuta.
Questi problemi consentono la fuoriuscita di aria fresca dalla valvola di scarico, riducendo il volume dell'aria nel cilindro, abbassando la pressione di compressione, deteriorando la qualità della combustione e aumentando la temperatura di scarico.
Questa situazione può essere identificata controllando lo stato di tenuta del disco della valvola di scarico e verificando la flessibilità della valvola di scarico.
3) Malfunzionamenti del meccanismo di azionamento della valvola
I malfunzionamenti nel meccanismo di azionamento della valvola possono derivare da:
- Viti di regolazione allentate del bilanciere che regola il gioco delle valvole.
- Grave usura del bilanciere a contatto con lo stelo della valvola di aspirazione.
- Aste piegate o deformate.
- Grave usura del rullo e della camma.
Queste condizioni portano ad un aumento del gioco della valvola di aspirazione, alterando la fasatura della valvola di aspirazione, provocandone l'apertura tardiva e la chiusura anticipata, riducendo la quantità di aria fresca che entra nella camera di combustione, deteriorando la qualità della combustione e aumentando la temperatura di scarico.
Inoltre, viti di regolazione eccessivamente strette possono comportare un gioco delle valvole insufficiente sia per le valvole di aspirazione che per quelle di scarico. Quando le valvole raggiungono la temperatura operativa massima, potrebbero non chiudersi ermeticamente, causando perdite, intensificazione dell'erosione del disco della valvola, volume d'aria ridotto nel cilindro, deterioramento della qualità della combustione e aumento della temperatura di scarico.
Questa situazione può essere verificata misurando il gioco delle valvole di aspirazione e scarico.
III. Misure di risoluzione dei guasti e lezioni apprese
1. Misure adottate per la movimentazione
1) Dopo aver scoperto il malfunzionamento durante un turno di rifornimento di routine, ho immediatamente proceduto al motore diesel del generatore per condurre un'ispezione approfondita dei sintomi del guasto. Successivamente, ho avviato il motore diesel del generatore n. 1 in standby, ho sincronizzato l'alimentazione e quindi ho scollegato il motore diesel del generatore n. 2. Dopo aver completato l'operazione di cambio olio, ho deciso di spegnere il motore per un'ispezione dettagliata. L'ispezione iniziale ha rivelato che la posizione complessiva della leva dell'acceleratore rientrava nei limiti normali. Successivamente, ho rimosso gli iniettori di carburante dalle testate dei cilindri e ho condotto test di pressione di apertura delle valvole, test di atomizzazione e test di tenuta su tutti gli iniettori rimossi.
I test hanno indicato che le pressioni di apertura della valvola erano leggermente inferiori a quelle specificate. Dopo aver regolato le pressioni di apertura delle valvole ai valori richiesti, gli iniettori sono stati reinstallati sul generatore. In base alla sequenza di accensione (1-5-3-6-2-4), ho apportato piccole modifiche all'alimentazione di carburante a ciascun cilindro. Tuttavia, dopo aver riavviato e fatto funzionare il motore diesel del generatore per un certo periodo, lo stesso problema di elevata temperatura di scarico persisteva.
2) Successivamente, ho ispezionato la pompa del carburante ad alta pressione e regolato i tempi di alimentazione del carburante. Nonostante queste modifiche, la temperatura di scarico dei cilindri interessati è rimasta elevata. Sospettando incrostazioni nei tubi di scarico, ho smontato i collettori di scarico per ispezionarli ma ho trovato una minima quantità di fuliggine senza condizioni anomale. Ho quindi girato il motore e misurato il gioco delle valvole di aspirazione e scarico per ciascun cilindro. Le misurazioni hanno rivelato che il gioco delle valvole di aspirazione per i cilindri 1 e 4 era significativamente maggiore rispetto ai normali valori di gioco di esercizio. Ad un esame più attento, era evidente che gli steli delle valvole di aspirazione e i bilancieri presentavano una forte usura e che le viti per la regolazione del gioco delle valvole sui bilancieri erano allentate. Infine, ho regolato il gioco delle valvole di aspirazione al valore specificato (0,3 mm) e ho serrato le viti di regolazione. Inoltre, ho sostituito lo schermo del filtro all'estremità di aspirazione della turbina. Dopo aver fatto funzionare il motore diesel del generatore per un po' di tempo, le temperature di scarico sono tornate al normale intervallo operativo.
2. Lezioni apprese
Dopo aver esaminato il registro del motore ausiliario, misurato la temperatura dell'acqua di mare e consultato il personale della sala macchine, si è scoperto che le temperature di scarico dei cilindri 1 e 4 erano state costantemente più alte di quelle degli altri cilindri per diversi giorni durante la navigazione attraverso l'ambiente relativamente più fresco. acque del Mar Cinese. Inizialmente, la differenza di temperatura non era significativa, portando l'ingegnere capo a trascurare il problema e a ritardare l'indagine sulla causa delle elevate temperature di scarico nei cilindri 1 e 4. Non è stata intrapresa alcuna azione immediata per risolvere il gioco eccessivo delle valvole di aspirazione e le viti di regolazione allentate. che ha accelerato l'usura tra i bilancieri e gli steli delle valvole di aspirazione, aumentando ulteriormente il gioco delle valvole. Nel corso del tempo, il guasto è peggiorato, con la differenza di temperatura dei gas di scarico che si avvicinava a livelli critici, causando surriscaldamento e compromettendo la durata e la sicurezza dei componenti.
Sebbene non si siano verificati incidenti gravi, l’incidente costituisce una lezione profonda. Sottolinea l’importanza che gli ingegneri analizzino e risolvano tempestivamente eventuali guasti, indipendentemente dalla loro apparente gravità, per prevenire l’escalation in problemi più gravi. Gli ingegneri devono aumentare la loro consapevolezza sulla gestione della sicurezza delle apparecchiature, migliorare le pratiche di manutenzione quotidiana e mantenere un elevato livello di responsabilità per garantire il funzionamento sicuro della nave.