Los motores diésel se utilizan ampliamente en los barcos modernos. Actualmente, los barcos con motores diésel como motor principal representan más del 98 % del total, y la potencia total de los buques propulsados por diésel-representa más del 90% de la potencia total de la construcción naval.
El arranque normal del motor principal diésel para proporcionar energía al barco es una condición necesaria para garantizar la seguridad de la navegación.
El método de arranque con aire comprimido-se utiliza ampliamente en motores diésel-y grandes-de tamaño debido a su gran par de arranque, su proceso de arranque rápido y suave y su amplia aplicabilidad.
Los motores diésel principales de un barco bimotor y monohélice-de repente no pudieron arrancar con normalidad al mismo tiempo. Este artículo analiza y soluciona esta falla de arranque, con la esperanza de brindar inspiración y asistencia al personal de mantenimiento y administración de motores principales diésel.
I. Fenómeno de falla
Cuando un barco se preparaba para zarpar, después de que el motor principal diésel completara los preparativos previos-al arranque, la tripulación presionó el botón "Inicio" en la consola de control centralizada, pero el motor diésel no giró y el arranque falló.
Luego, los ingenieros navales intentaron arrancar el motor desde la consola de control local, pero aún así fallaron.
Para garantizar el cumplimiento de la misión del barco, los ingenieros marinos finalmente intentaron abrir manualmente la válvula de arranque principal. Sintieron que era más agotador de lo habitual, pero el motor principal finalmente arrancó con éxito y funcionó normalmente a partir de entonces.
Después de que el barco regresó, los ingenieros navales intentaron encontrar la causa del fallo de arranque. A través de múltiples pruebas iniciales, resumieron los siguientes fenómenos:
(1) Cuando se presionó el botón "Arranque" en la consola de control centralizado y en la consola de control local, el motor diésel no arrancó.
(2) Después de presionar el botón "Inicio", se escuchó el sonido del cambio de la válvula de corte-de combustible.
(3) Después de varias operaciones de "soplado-", cuando se presionaba el botón "Inicio" en la consola de control centralizada o en la consola de control local, el motor diésel podía arrancar.
(4) Los fenómenos de arranque de los dos motores principales diésel fueron los mismos.
II. Principio inicial
El motor principal diésel de este barco utiliza un-sistema de arranque de aire comprimido, adoptando un método de arranque de admisión de una sola-fila y de dos-fila. La Figura 1 muestra el diagrama del sistema de arranque.
Figura 1: Diagrama del sistema de arranque de un motor diésel
La presión del aire de arranque es 1,2-3 MPa y la presión del aire de control es 0,7 MPa. Ambos se llenan en la botella de aire de arranque y en la botella de aire de control después de ser descomprimidos por una botella de aire comprimido principal de 4,7 MPa a través de una válvula reductora de presión.
Cuando arranca el motor diésel, se energiza la válvula solenoide de arranque. Después de que el aire de control pasa a través de la válvula de bloqueo del engranaje de giro, se divide en dos caminos:
Un camino conduce a la válvula direccional, cerrando la válvula de corte-de combustible y abriendo el circuito de fueloil.
El otro camino conduce a la válvula de arranque principal, abriendo la válvula de arranque principal y abriendo el circuito de aire de arranque.
Después de pasar por la válvula de arranque principal, el aire de arranque se divide en tres caminos:
Un camino conduce a la válvula de arranque instalada en los cilindros del banco B-. Después de que se abre la válvula de arranque del cilindro, el aire ingresa al cilindro.
Un camino conduce al distribuidor de aire y luego, según el orden de encendido del motor diésel, llega en secuencia a las válvulas de arranque de los cilindros para abrirlas.
Otro camino conduce al servo de arranque del gobernador.
El aire de arranque ingresa a los cilindros del banco B-en el orden de encendido, empujando los pistones e impulsando la rotación del cigüeñal. Cuando la velocidad del motor diésel alcanza la velocidad de arranque 1, el gobernador recibe la señal de ajuste de velocidad (acelerador), aumenta rápidamente el suministro de combustible al acelerador de arranque 1 y luego ajusta el acelerador de acuerdo con la velocidad hasta que el motor diesel entra en un estado de funcionamiento estable. El diagrama de relación entre la velocidad de arranque y el acelerador durante el proceso de arranque se muestra en la Figura 2.
Figura 2: Diagrama de relación entre la velocidad de arranque y el acelerador durante el proceso de arranque
III. Análisis y resolución de problemas de la causa de la falla
De acuerdo con el principio de funcionamiento básico y el principio de arranque del motor diésel, el proceso de arranque de este motor diésel implica principalmente el sistema de suministro de combustible, el sistema de admisión y escape, el sistema de control de velocidad, el sistema de monitoreo y seguridad y el sistema de aire comprimido-.
Siguiendo el principio de análisis de fallos de "de fácil a difícil, desde la superficie hacia el interior", y basándose en los fenómenos resumidos por los ingenieros marinos durante las pruebas iniciales, se reduce el alcance de la resolución de fallos.
1. Análisis preliminar
El motor diésel no pudo arrancar a través del modo de control (presionando el botón "Inicio" en la consola de control centralizada o en la consola de control local), pero pudo arrancar abriendo manualmente la válvula de arranque principal. Además, el motor diésel funcionó normalmente después de un arranque exitoso, lo que indica que las válvulas de arranque de los cilindros, el sistema de suministro de combustible, el sistema de admisión y escape y el sistema de control de velocidad del motor diésel estaban funcionando normalmente.
Vale la pena señalar que incluso si el motor diesel no arranca, cuando ocurren fenómenos de falla como que el motor diesel no gira o no alcanza la velocidad de arranque 1, el sistema de control de velocidad y el sistema de suministro de combustible aún no han participado en el trabajo, y las fallas en otros sistemas deben considerarse primero.
Durante el arranque, la válvula de corte-de combustible podía cambiar normalmente y la válvula de bloqueo del engranaje de giro en el sistema de monitoreo y seguridad no se encendía, lo que indicaba que la válvula solenoide de arranque y la válvula de bloqueo del engranaje de giro en el circuito de aire de control estaban funcionando normalmente y que el aire de control podía llegar a la válvula de arranque principal.
Dado que el motor diésel podría arrancar abriendo manualmente la válvula de arranque principal, se considera que puede haber un punto de falla en la válvula de arranque principal.
2. Solución de problemas de la válvula de arranque principal
(1) Estructura y principio de funcionamiento
La válvula de arranque principal de este motor principal diésel está instalada al lado del cárter, como se muestra en la Figura 3, y su estructura se muestra en la Figura 4. Los componentes principales incluyen: el bloque superior, el pistón, el resorte guía, la válvula de alivio, el resorte principal, la válvula principal, el asiento de la válvula y el cuerpo de la válvula.
Figura 3: Válvula de arranque principal
Figura 4: Estructura de la válvula de arranque principal
Después de conectar el aire de control, el pistón impulsa la válvula de alivio para que se mueva hacia abajo. El aire de arranque principal en el cuerpo de la válvula está conectado a la atmósfera exterior a través del puerto de alivio y la presión cae rápidamente. Como resultado, la presión vertical que actúa en el lado exterior de la válvula principal puede superar la fuerza resultante de la presión vertical que actúa en el lado interior y la fuerza elástica del resorte principal, lo que hace que la válvula principal se levante hacia arriba, abriendo así la válvula de arranque principal.
Durante este proceso, la fuerza del aire de control aplicado al pistón debe poder superar la fuerza elástica del resorte guía y la presión ascendente del gas que actúa sobre la válvula de alivio. La condición de fuerza del pistón se muestra en la fórmula (2).
Si la válvula de arranque principal se abre manualmente, la presión descendente aplicada al bloque superior al girar el disco reemplaza la fuerza del aire de control, lo que hace que la válvula de alivio se mueva hacia abajo.
F_pistón, aire de control > F_válvula de alivio, aire de arranque + T_resorte guía (2)
(2) Análisis de posibles causas de fallas
Del principio de funcionamiento de la válvula de arranque principal, se puede ver que la clave para abrir la válvula de arranque principal reside en la apertura normal de la válvula de alivio. Por tanto, el análisis se realiza a partir de los siguientes tres aspectos con base en la fórmula (2):
1) Presión de aire de control insuficiente, lo que provoca que se aplique una pequeña presión hacia abajo al pistón.
Los puntos de fuga en la tubería de aire de control o el bloqueo del conector de aire de control causarán que la presión del aire de control que ingresa a la válvula de arranque principal sea baja.
2) Mayor resistencia al movimiento descendente de la válvula de alivio.
Una mala lubricación entre la válvula de alivio y el casquillo guía, o la oxidación de la válvula de alivio o del casquillo guía debido al aire húmedo, provocará que el movimiento de la válvula de alivio se atasque y, en casos severos, incluso puede atascarse por completo.
Vale la pena señalar que si la presión del aire de arranque es demasiado alta, la resistencia al movimiento descendente de la válvula de alivio también aumentará significativamente.
3) Dificultad para comprimir el resorte guía.
El resorte guía está fabricado de metal. La oxidación debida al aire húmedo hará que los productos de oxidación obstaculicen la compresión normal del resorte. Una compresión cíclica excesiva puede provocar micro-fisuras, lo que aumenta la fuerza necesaria para la compresión.
Además, una instalación incorrecta del resorte puede causar interferencia con los componentes circundantes, dificultando la compresión del resorte.
(3) Desmontaje e inspección
Luego de la inspección externa y desmontaje de la válvula de arranque principal para revisar la válvula de alivio y el resorte guía, se encontró lo siguiente:
1) Las conexiones de la tubería de aire de control eran normales, sin fugas y el conector de aire de control no estaba bloqueado.
2) La válvula de alivio podía moverse con flexibilidad en el casquillo guía y el resorte guía no tenía óxido ni grietas evidentes en la superficie.
3) La presión de la botella de aire de control era normal, pero la presión de la botella de aire de arranque principal excedía los 3 MPa, como se muestra en la Figura 5.
Figura 5: Indicador de presión de aire inicial
La alta presión del aire de arranque principal es exactamente la razón por la que los ingenieros marinos sintieron esfuerzo al abrir la válvula de arranque principal.
Dado que tanto el aire de control como el aire de arranque principal se obtienen descomprimiendo el aire de la botella de aire comprimido principal con una presión de 4,7 MPa a través de la válvula reductora de presión-, el punto de falla básicamente se bloquea como válvula reductora de presión-.
3. Solución de problemas de la válvula reductora de presión-
(1) Estructura y principio de funcionamiento
El modelo de la válvula reductora de presión-es Q/HFJM-20A. El objeto físico se muestra en la Figura 6 y está dividido en una válvula piloto y una válvula reductora de presión principal. La estructura interna se muestra en la Figura 7.
Figura 6: Válvula reductora de presión Q/HFJM-20A
Figura 7: Estructura interna de la válvula piloto Q/HFJM-20A (superior) y la válvula principal (inferior)
La válvula piloto se compone principalmente de una cubierta de ajuste, un resorte de ajuste y un tornillo de ajuste. Los componentes principales de la válvula reductora de presión-principal incluyen: un pistón, un disco de la válvula principal y un resorte de retorno.
Cuando la cubierta de ajuste de la válvula piloto está en la posición inicial, el resorte de ajuste de la válvula piloto no está bajo presión, la válvula piloto no está abierta, las presiones en las cámaras superior e inferior del pistón en la válvula reductora de presión-principal están equilibradas y el disco de la válvula principal cierra el paso de la válvula principal bajo la presión del resorte de retorno.
Cuando la tapa de ajuste de la válvula piloto se gira en el sentido de las agujas del reloj, el resorte de ajuste se comprime y abre el disco de la válvula piloto. El aire presurizado que sale de la válvula piloto ingresa a la cámara superior del pistón. El pistón está sujeto a una presión vertical hacia abajo, vence la fuerza elástica del resorte de retorno y se mueve hacia abajo. Al mismo tiempo, la varilla de empuje se mueve hacia abajo para abrir el disco de la válvula principal. Luego, la fuente de aire de alta-presión PN1 ingresa a la cámara de salida, generando la presión de salida PN2.
Al mismo tiempo, el aire presurizado en la cámara de salida ingresa a la cámara inferior del pistón, actuando sobre la parte inferior del pistón para compensar la presión en la parte superior del pistón. La apertura del disco de la válvula principal disminuye hasta alcanzar un equilibrio.
(2) Análisis de posibles causas de fallas
Del principio de funcionamiento de esta válvula reductora de presión-se puede ver que la presión de salida depende de la apertura del disco de la válvula principal. Cuanto mayor sea la abertura, mayor será la presión de salida.
La válvula piloto desempeña una función de control y la válvula reductora de presión-principal tiene una función de retroalimentación autocompensada. Por tanto, el análisis se realiza desde los siguientes dos aspectos:
1) Valor de ajuste anormal de la válvula piloto.
Si la tapa de ajuste de la válvula piloto se aprieta accidentalmente, aumentando la pre-compresión del resorte de ajuste, o si el resorte de ajuste envejece o se deforma, la presión de salida de la válvula piloto aumentará, afectando así la presión de salida de la válvula principal.
2) Acción anormal de la válvula principal.
Problemas como una disminución en el módulo elástico del resorte de retorno, que el pistón se atasque después de moverse hacia abajo, daños en la superficie de sellado entre el disco de la válvula principal y el asiento de la válvula o el bloqueo del orificio de guía de presión-en la cámara inferior del pistón causarán que la apertura del disco de la válvula principal sea mayor que la posición de equilibrio original.
(3) Solución de problemas
Se desmontó la válvula piloto y la válvula principal de la válvula-reductora de presión. Se inspeccionaron visualmente el resorte de ajuste y el resorte de retorno y se probaron sus fuerzas elásticas. Al mismo tiempo, se comprobó cuidadosamente la flexibilidad del movimiento del pistón y la superficie de sellado del disco de la válvula principal. Se encontró que el resorte de ajuste de la válvula piloto estaba envejecido.
Después de reemplazar el resorte de ajuste, se ajustó la cubierta de ajuste de la válvula piloto para que la presión de salida fuera de 3 MPa. El motor diésel fue probado para arrancar de nuevo en las consolas de control local y centralizada, y el motor diésel pudo arrancar normalmente.
Los ingenieros marinos descubrieron durante las pruebas de arranque que el motor diésel se podía arrancar mediante el modo de control después de varias operaciones de "soplado{0}}. De hecho, esto se debe a que las operaciones de "soplado-a través" consumieron aire comprimido. Después de que la presión del aire de arranque principal disminuyó, el aire de control pudo abrir nuevamente la válvula de arranque principal.
IV. Conclusión
Este artículo realiza un análisis detallado y la resolución de problemas del arranque anormal del motor principal diésel de un barco. Los resultados muestran que la causa de la falla es el envejecimiento del resorte de ajuste de la válvula piloto de la válvula reductora de presión-en el sistema de aire comprimido-, que hace que la presión del aire de arranque principal sea demasiado alta.
Se presentan tres sugerencias al personal de gestión marina:
Primero, mejorar la estandarización del mantenimiento diario y mantener y dar servicio estrictamente a cada componente y sistema de acuerdo con los manuales e instrucciones técnicos.
En segundo lugar, fortalecer el aprendizaje y la comprensión de las estructuras internas y los principios de funcionamiento específicos de los componentes principales, lo que ayudará a determinar rápidamente la ubicación de la falla.
En tercer lugar, no se centre sólo en el motor principal, sino también preste atención a la influencia de los sistemas auxiliares en la fiabilidad de la máquina.