I. Síntomas de la aparición de la falla
Los tres motores diésel generadores de la rueda Kote nenhai son todos motores diésel japoneses Yanmar, modelo EY26, con una potencia de 1620 KW y una velocidad nominal de 720 r/min, que son motores diésel de velocidad media de seis cilindros y cuatro tiempos.
Había transcurrido un mes desde la revisión integral del motor diesel del generador N° 2. Durante una inspección de rutina de la sala de máquinas mientras estaba de servicio y repostando combustible durante un viaje de Malasia a África, se observó que las temperaturas de escape de los cilindros N° 1 y N° 4 del motor diesel generador N° 2 eran significativamente más altas que las de los otros cilindros. Una comparación con las especificaciones del fabricante indicó que estas temperaturas habían excedido los valores estándar proporcionados en el manual. A pesar de esta anomalía, todos los demás parámetros operativos del motor diesel del generador se mantuvieron dentro de los límites normales y no se detectaron sonidos, vibraciones ni olores anormales.
II. Análisis de posibles causas de la falla de alta temperatura de escape
La alta temperatura de escape de un motor diésel con generador se puede atribuir a varios factores, principalmente relacionados con el sistema de combustible, los sistemas de admisión y escape, el desgaste de los componentes y otros problemas diversos. Sin embargo, las causas principales suelen estar asociadas con la calidad de la combustión del combustible y el intercambio de aire.
1. Problemas con el sistema de combustible
(1) Viscosidad excesiva del combustible o mala calidad del combustible
1) Viscosidad excesiva del combustible
① Los motores diésel del generador Yanmar a bordo del buque Kote Nenhai utilizan fueloil pesado (HFO) cuando la carga supera el 25%. Si la carga no alcanza el umbral requerido durante la operación HFO, un flujo de combustible insuficiente y una pérdida excesiva de calor pueden provocar una baja temperatura del aceite o una alta viscosidad. Esto da como resultado una atomización deficiente, lo que provoca un retraso en la combustión dentro del cilindro y una postcombustión prolongada, lo que en última instancia conduce a temperaturas de escape elevadas.
② El sistema de combustible del Kote Nenhai se comparte entre el motor principal y los motores diésel del generador. Después del atraque, cuando el motor principal está apagado, el pequeño consumo de combustible de los motores diésel del generador dificulta que el sistema automático de calentamiento de combustible mantenga la temperatura óptima. A menudo son necesarios ajustes manuales para reducir el volumen de vapor. Si el volumen de vapor se reduce excesivamente, puede hacer que la temperatura del aceite baje demasiado, lo que resulta en una atomización deficiente y una postcombustión prolongada, aumentando así la temperatura de escape.
2) Mala calidad del combustible
Las propiedades del combustible, como el número de cetano y la viscosidad, afectan directamente la eficiencia de ignición y combustión. Los niveles bajos de cetano prolongan el período de retraso de la ignición, lo que provoca una combustión brusca y una ignición tardía, lo que aumenta la presión máxima de combustión y la temperatura de escape [3]. Por el contrario, índices de cetano excesivamente altos pueden provocar una combustión incompleta y un deterioro de la calidad de la combustión, elevando también la temperatura de los gases de escape. La alta viscosidad del combustible perjudica la atomización, lo que provoca una combustión incompleta y un aumento adicional de la temperatura de escape. Por lo tanto, la mala calidad del combustible afecta la atomización y la combustión, lo que contribuye a temperaturas de escape más altas en todo el motor diésel del generador.
(2) Fallas en el sistema de inyección y suministro de combustible
1) Mal funcionamiento del inyector
La alta temperatura de escape puede ser causada por una baja presión de apertura de la válvula debido a resortes de presión rotos o flojos, tuercas de seguridad flojas, instalación inadecuada o inyectores atascados. Estas condiciones pueden provocar un inicio temprano de la inyección y un retraso en su finalización, extendiendo la duración de la inyección y degradando la calidad de la atomización. Esto impide la mezcla adecuada del combustible con el aire fresco, lo que empeora la calidad de la combustión y provoca postcombustión grave, sobrecalentamiento de los componentes y aumento de la temperatura de escape. Además, un diámetro mayor de la boquilla del inyector puede perjudicar la atomización y la combustión, mientras que un sellado deficiente de la superficie cónica de la boquilla del inyector o los agujeros y grietas inducidos por la erosión pueden causar fugas de combustible, extendiendo el período de postcombustión y deteriorando aún más la calidad de la combustión. En tales casos, se debe inspeccionar el inyector para detectar acumulación de carbón y se deben realizar pruebas de presión de apertura de la válvula, sellado y calidad de atomización para diagnosticar el problema.
2) Falla de la bomba de inyección de combustible
La temperatura del escape también puede aumentar debido al desgaste excesivo entre el émbolo y el manguito, lo que reduce el rendimiento del sellado y la presión de inyección, lo que provoca una atomización deficiente y un ángulo de avance de inyección más pequeño. El desgaste severo entre la válvula y el asiento de la válvula puede reducir de manera similar el rendimiento del sellado, provocando una caída en la presión residual en la línea de combustible de alta presión y una reducción en el volumen de inyección, los cuales afectan la calidad de la atomización y el proceso de combustión, deteriorando en última instancia la calidad de la combustión y aumentando. temperatura de escape.
3) Filtro de combustible dañado
Un filtro de combustible dañado puede degradar la calidad del combustible que ingresa a la cámara de combustión, lo que permite que partículas de combustible más grandes no puedan descomponerse ni quemarse por completo, lo que provoca una atomización y una calidad de combustión deficientes y, en consecuencia, un aumento de la temperatura de escape. Este escenario se puede descartar si solo un cilindro presenta una temperatura de escape anormalmente alta.
2. Problemas con los sistemas de admisión y escape
1) Mal funcionamiento de la válvula de admisión
Una posible causa del mal funcionamiento de la válvula de admisión es el desgaste severo en la parte superior del vástago de la válvula de admisión, lo que provoca una holgura excesiva de la válvula. Esto afecta la sincronización de la válvula de admisión, haciendo que se abra tarde y se cierre antes. En consecuencia, la cantidad de aire fresco que ingresa a la cámara de combustión se reduce significativamente, lo que resulta en una presión de compresión más baja al final de la carrera de compresión, una combustión incompleta del combustible, un deterioro de la calidad de la combustión y un aumento de la temperatura de escape.
Otro problema potencial es el desgaste severo en la superficie del cono de sellado de la válvula de admisión o la erosión del disco de la válvula, o que la válvula de admisión se atasque en la posición abierta. Estas condiciones impiden que la válvula de admisión se cierre herméticamente, lo que permite que se escape aire fresco de la cámara de combustión a través de la válvula de admisión, lo que reduce el volumen de aire, deteriora la calidad de la combustión y aumenta la temperatura de escape.
Esta situación se puede diagnosticar midiendo la holgura de la válvula de admisión y realizando una prueba de sellado en el disco de la válvula.
2) Mal funcionamiento de la válvula de escape
El mal funcionamiento de la válvula de escape puede deberse a varios factores:
- Erosión del disco de la válvula de escape, provocando pequeños agujeros.
- La válvula de escape está atascada en la posición abierta.
- Marcas y hoyos en la línea de sellado del disco de la válvula de escape, que provocan un sellado deficiente.
Estos problemas permiten que se escape aire fresco por la válvula de escape, lo que reduce el volumen de aire en el cilindro, disminuye la presión de compresión, deteriora la calidad de la combustión y aumenta la temperatura del escape.
Esta situación se puede identificar verificando el estado de sellado del disco de la válvula de escape y verificando la flexibilidad de la válvula de escape.
3) Mal funcionamiento del mecanismo de accionamiento de la válvula
Los fallos en el mecanismo de accionamiento de la válvula pueden deberse a:
- Tornillos de ajuste flojos del balancín que regula el juego de válvulas.
- Desgaste severo del balancín en contacto con el vástago de la válvula de admisión.
- Varillas de empuje dobladas o deformadas.
- Fuerte desgaste del rodillo y de la leva.
Estas condiciones conducen a un aumento en la holgura de la válvula de admisión, alterando la sincronización de la válvula de admisión, provocando que se abra tarde y se cierre temprano, reduciendo la cantidad de aire fresco que ingresa a la cámara de combustión, deteriorando la calidad de la combustión y aumentando la temperatura de escape.
Además, los tornillos de ajuste demasiado apretados pueden provocar una holgura insuficiente para las válvulas de admisión y de escape. Cuando las válvulas alcanzan su temperatura máxima de funcionamiento, es posible que no cierren herméticamente, lo que provoca fugas, una mayor erosión del disco de la válvula, una reducción del volumen de aire en el cilindro, un deterioro de la calidad de la combustión y un aumento de la temperatura de escape.
Esta situación se puede comprobar midiendo la holgura de las válvulas de admisión y escape.
III. Medidas de resolución de fallas y lecciones aprendidas
1. Medidas adoptadas para el manejo
1) Al descubrir el mal funcionamiento durante un turno de rutina de reabastecimiento de combustible, inmediatamente procedí al motor diesel del generador para realizar una inspección exhaustiva de los síntomas de la falla. Posteriormente, puse en marcha el motor diésel del generador n.º 1 de reserva, sincronicé el suministro de energía y luego desconecté el motor diésel del generador n.º 2. Después de completar la operación de cambio de aceite, decidí apagar el motor para una inspección detallada. La inspección inicial reveló que la posición general de la palanca del acelerador estaba dentro de los límites normales. Luego, quité los inyectores de combustible de las culatas y realicé pruebas de presión de apertura de válvulas, pruebas de atomización y pruebas de sellado en todos los inyectores retirados.
Las pruebas indicaron que las presiones de apertura de la válvula eran ligeramente inferiores a las especificadas. Después de ajustar las presiones de apertura de las válvulas a los valores requeridos, se reinstalaron los inyectores en el generador. Según la secuencia de disparo (1-5-3-6-2-4), hice pequeños ajustes en el suministro de combustible a cada cilindro. Sin embargo, después de reiniciar y hacer funcionar el motor diésel del generador durante un período, persistió el mismo problema de alta temperatura de escape.
2) Después de esto, inspeccioné la bomba de combustible de alta presión y ajusté la sincronización del suministro de combustible. A pesar de estos ajustes, la temperatura de escape de los cilindros afectados se mantuvo elevada. Ante la sospecha de suciedad en los tubos de escape, desmantelé los colectores de escape para inspeccionarlos, pero encontré una cantidad mínima de hollín sin condiciones anormales. Luego giré el motor y medí las holguras de las válvulas de admisión y escape para cada cilindro. Las mediciones revelaron que las holguras de las válvulas de admisión para los cilindros 1 y 4 eran significativamente mayores que los valores de holgura de trabajo normal. Tras una inspección más cercana, fue evidente que los vástagos de las válvulas de admisión y los balancines presentaban un desgaste severo y que los tornillos para ajustar la holgura de las válvulas en los balancines estaban flojos. Finalmente, ajusté las holguras de las válvulas de admisión al valor especificado (0.3 mm) y apreté los tornillos de ajuste. Además, reemplacé la rejilla del filtro en el extremo de entrada de la turbina. Después de hacer funcionar el motor diésel del generador durante algún tiempo, las temperaturas de escape volvieron al rango de funcionamiento normal.
2. Lecciones aprendidas
Al revisar el registro del motor auxiliar, medir las temperaturas del agua de mar y consultar con el personal de la sala de máquinas, se descubrió que las temperaturas de escape de los cilindros 1 y 4 habían sido consistentemente más altas que las de los otros cilindros durante varios días mientras navegaba a través del circuito relativamente más frío. aguas del Mar de China. Inicialmente, la diferencia de temperatura no era significativa, lo que llevó al ingeniero jefe a pasar por alto el problema y retrasar la investigación de la causa de las elevadas temperaturas de escape en los cilindros 1 y 4. No se tomaron medidas inmediatas para solucionar el juego excesivo de las válvulas de admisión y los tornillos de ajuste flojos. lo que aceleró el desgaste entre los balancines y los vástagos de las válvulas de admisión, aumentando aún más la holgura de las válvulas. Con el tiempo, la falla empeoró, con la diferencia de temperatura de escape acercándose a niveles críticos, causando sobrecalentamiento y afectando la vida útil y la seguridad de los componentes.
Aunque no se produjeron accidentes importantes, el incidente constituye una profunda lección. Subraya la importancia de que los ingenieros analicen y solucionen rápidamente cualquier fallo, independientemente de su gravedad aparente, para evitar que se conviertan en problemas más graves. Los ingenieros deben mejorar su conciencia sobre la gestión de seguridad de los equipos, mejorar las prácticas de mantenimiento diario y mantener un alto nivel de responsabilidad para garantizar la operación segura de la embarcación.