Chức năng chính của xéc măng là làm kín buồng đốt, đảm bảo khi piston đạt đến điểm chết trên, không khí trong lành trong buồng đốt có đủ nhiệt độ và áp suất để đạt đến nhiệt độ đốt cháy nhiên liệu, làm cho nhiên liệu cháy nhanh và cháy hoàn toàn;
Điều kiện làm việc của piston, vòng piston và ống lót xi lanh cực kỳ khắc nghiệt và tổn thất ma sát giữa chúng chiếm từ 55% đến 60% tổng công suất tổn thất ma sát của động cơ diesel.
Do đó, trạng thái làm việc của vòng piston đóng vai trò quan trọng đối với sự hoàn thiện của quá trình đốt cháy nhiên liệu và trạng thái làm việc của động cơ diesel. Việc quản lý và duy trì hoạt động của vòng piston có ý nghĩa đặc biệt quan trọng để đảm bảo động cơ diesel hoạt động tốt.
Hiện tượng hư hỏng, phân tích nguyên nhân và biện pháp xử lý vòng piston
Các lỗi chính của vòng piston bao gồm gãy, bám dính, mòn bất thường, v.v.
Khi xảy ra các lỗi nêu trên, chúng thường gây ra các hiện tượng như rò rỉ buồng đốt, nhiệt độ khí thải tăng cao, khói đen từ khí thải, dầu trong hộp gioăng bị nhiễm bẩn và nhiệt độ nước trong ống lót xi lanh tăng cao.
Trong thời gian tôi làm việc trên tàu "Solace", mẫu động cơ chính là động cơ diesel MAN B&W6L60MC với hệ thống thu gom DC và hoạt động trong 14 năm.
Việc bảo dưỡng và nâng bình thường các xi lanh động cơ chính 1# và 3# đã được thực hiện tại nơi neo đậu Vancouver. Mặc dù độ mòn của các vòng piston chưa đạt đến giới hạn và rãnh piston và vòng piston vẫn trong tình trạng tốt, nhưng xét đến việc nâng xi lanh tiếp theo sẽ mất thêm 8000-10000 giờ nữa.
Do đó, tất cả các vòng piston đã được thay thế.
Van xả của xi lanh 1 được thay thế trong khoảng 800 giờ và van xả của xi lanh 3 được thay thế trong khoảng 500 giờ.
Sau khi ra khỏi Vancouver hơn 3 ngày, tôi chuyển sang dầu (RMG380795t) được bổ sung từ Liên Vân Cảng. Kết quả kiểm tra cho thấy tạp chất vượt quá tiêu chuẩn, hàm lượng nhôm và silic đạt 60, và lượng tối đa là 80. Trong vòng chưa đầy một ngày, tôi phát hiện nhiệt độ nhiên liệu vào động cơ chính và phụ giảm dần, và nhiệt độ dầu không thể điều chỉnh được. Tôi cũng phát hiện chênh lệch áp suất của bộ lọc thứ cấp nhiên liệu lớn và việc rửa ngược liên tục không dừng lại.
Sau khi tháo rời và vệ sinh thủ công các bộ lọc thứ cấp của máy chính và máy phụ, chênh lệch áp suất và nhiệt độ trở lại bình thường. Tuy nhiên, trong vòng chưa đầy một ngày, việc xả tự động vẫn tiếp tục mà không dừng lại. Do đó, một bộ tách dầu khác đã được khởi động song song để giảm thể tích tách dầu của một bộ tách dầu duy nhất và rút ngắn khoảng thời gian xả xỉ xuống còn 1 giờ. Tuy nhiên, tình hình vẫn không được cải thiện.
Sau đó, người ta phát hiện nhiệt độ khí thải của xi lanh 1 và 3 tăng dần và cao hơn đáng kể so với bốn xi lanh khác. Hoạt động giảm tốc không có cải thiện đáng kể, màu khí thải của động cơ chính trở nên nặng hơn và khói dày hơn. Khi điều kiện biển không tốt, tuabin cũng có một sự đột biến nhẹ.
Thông qua việc đo biểu đồ lực kế của từng xi lanh, người ta thấy rằng áp suất nén của xi lanh 1 # và xi lanh 3 # lần lượt là 5,6MP và 5,4MP, trong khi áp suất nén của các xi lanh khác là 6,2MP. Áp suất nổ cũng thấp hơn đối với xi lanh 1 # và xi lanh 3 #.
Hiện tượng này cho thấy có vấn đề về độ kín của xi lanh số 1 và số 3: một là van xả, một là vòng piston.
Trong vài ngày tới, tình hình sẽ dần ổn định và bộ lọc nhiên liệu thứ cấp của động cơ chính và động cơ phụ cần được tháo rời và vệ sinh mỗi ngày một lần cho đến khi tàu đến Incheon, Hàn Quốc.
Sau khi đến cảng, việc đầu tiên cần làm là mở cửa hộp thu gom và kiểm tra piston, vòng piston và ống lót xi lanh của từng xi lanh. Phát hiện piston rất bẩn, một số vòng piston của xi lanh 1 và 3 đã bị hỏng hoặc dính chặt, ống lót xi lanh bị kéo nhẹ. Dầu trong xi lanh 1 và 3 có vẻ không đủ, trong khi các xi lanh còn lại tương đối bình thường, chỉ hơi bẩn. Có cặn dầu và cặn bùn rõ ràng ở phần dưới của ống lót xi lanh.
Chúng tôi đã quyết định nâng lại xi lanh số 1 và số 3.
Khi nâng xi lanh lên, phát hiện ngoại trừ vòng piston dưới bình thường, tất cả các vòng piston khác của xi lanh 3 đều bị gấp thành 3 hoặc 4 đoạn, hoặc vòng piston đầu tiên của xi lanh 1 bị dính chặt vào rãnh vòng piston, trong khi các vòng piston khác có các dạng gãy khác nhau.
May mắn thay, không có hiện tượng xói mòn hay lồi ra rõ ràng nào ở rãnh vòng piston và ống lót xi lanh chỉ bị kéo nhẹ.
Theo phân tích hiện tượng:
Nguyên nhân trực tiếp nhất gây ra hiện tượng vỡ và kẹt vòng piston ở xi lanh 1 và 3 là:
Một là có những khiếm khuyết nghiêm trọng về chất lượng ở các vòng piston, vì chỉ có các vòng piston mới thay thế của xi lanh 1 và xi lanh 3 bị hỏng hoặc kẹt, trong khi các vòng piston của các xi lanh khác về cơ bản là bình thường;
Vấn đề thứ hai là chất lượng nhiên liệu. Mặc dù chúng tôi đã áp dụng nhiều biện pháp để làm sạch nhiên liệu, chẳng hạn như thường xuyên xả cặn trong bể lắng và bể sử dụng hàng ngày, vận hành song song để giảm khả năng tách dầu của máy tách dầu và tăng nhiệt độ gia nhiệt của bể lắng, bể sử dụng hàng ngày và máy tách dầu, nhưng máy tách dầu truyền thống khó có thể tách hoàn toàn các tạp chất nhỏ như nhôm, silic và tro, dẫn đến tăng tạp chất trong nhiên liệu.
Trong quá trình đốt cháy của xi lanh, các hạt silicon bám vào thành ống lót xi lanh, làm tăng tốc độ mài mòn giữa vòng piston và ống lót xi lanh, khiến vòng piston bám chặt và cuối cùng bị vỡ;
Nhôm trong dầu có thể gây ra sự ăn mòn ở nhiệt độ cao và làm tăng tốc độ mài mòn của vòng piston và ống lót xi lanh.
Sau khi nhận được sự chấp thuận của công ty, chúng tôi đã vệ sinh chiếc nhẫn cũ và thay thế nó.
Tất nhiên, cách xử lý đơn giản đã được thực hiện đối với rãnh vòng piston và độ căng của ống lót xi lanh trước đó.
Ngoài ra, một số điều chỉnh đã được thực hiện đối với thể tích phun dầu của kim phun xi lanh 1# và 3# vì chúng đã được thay thế bằng các vòng cũ và thể tích dầu cần thiết cần phải được giảm xuống một cách thích hợp.
Trong mười ngày từ Hàn Quốc đến Úc, tình trạng hoạt động của máy chủ vẫn tốt, nhiệt độ khí thải về cơ bản giống nhau, áp suất nén và áp suất nổ đo được từ máy đo lực cũng về cơ bản giống nhau. Máy chủ đang hoạt động bình thường.
Lý do tại sao bộ lọc nhiên liệu thứ cấp vẫn phải tháo rời và vệ sinh một lần mỗi ngày là do lượng tạp chất trong nhiên liệu quá nhiều.
Từ các lỗi trên, có thể thấy rằng khi hiệu suất làm kín của vòng piston bị giảm hoặc mất do gãy hoặc bám dính, các mức độ thổi khí khác nhau của xi lanh sẽ xảy ra, dẫn đến lượng không khí trong lành trong xi lanh giảm đáng kể, gây ra áp suất nén giảm, nhiệt độ khí thải tăng, nhiệt độ nước làm mát tăng và động cơ diesel hoạt động ở tốc độ thấp và tải cao. Lượng không khí giảm làm giảm quá trình đốt cháy và năng lượng của khí thải tăng đáng kể so với điều kiện bình thường. Tốc độ của bộ tăng áp tăng lên và áp suất làm sạch tăng lên.
Trong trường hợp tốc độ của động cơ diesel về cơ bản vẫn không thay đổi, lượng khí tiêu thụ của động cơ diesel về cơ bản là ổn định. Đồng thời, vòng bị vỡ và bám dính khiến khí chảy ngược vào hộp thu gom, và trong trường hợp nghiêm trọng, hộp thu gom có thể bắt lửa. Những yếu tố này khiến áp suất ngược của bộ tăng áp tăng lên, khiến nó hoạt động ở trạng thái lưu lượng thấp và áp suất ngược cao, phá hủy sự khớp nối bình thường của bộ tăng áp và dẫn đến tiếng rít của nó.
Hiện tượng trên xảy ra có thể là do vòng piston bị hỏng.
3, Phân tích các nguyên nhân khác gây ra hỏng vòng piston
Ngoài vật liệu, công nghệ gia công và độ chính xác về kích thước của vòng piston, nó còn liên quan đến những lý do sau.
1. Ảnh hưởng của khe hở giữa các vòng piston
Sự chồng chéo của vòng piston có thể đảm bảo có đủ chỗ cho vòng piston giãn nở vì nhiệt trong quá trình vận hành và đồng thời, nó có thể cho phép vòng piston có chuyển động chu vi nhất định trong quá trình vận hành bình thường.
Khi khe hở giữa các vòng piston quá nhỏ sẽ hạn chế sự giãn nở vì nhiệt của piston trong quá trình hoạt động và gây ra lực nén tại mối nối, khiến các vòng piston dễ bị gãy ở phía đối diện của mối nối.
Do vòng piston và ống lót xi lanh bị hao mòn trong quá trình chuyển động, khe hở giữa các khớp vòng sẽ tăng dần.
Khi khe hở giữa các mối nối quá lớn sẽ gây mất cân bằng nghiêm trọng lực hướng tâm của piston.
Lực hướng tâm chủ yếu bao gồm lực đàn hồi của bản thân vòng và lực khí tác động lên mặt sau của vòng. Sự hiện diện của khoảng cách giữa các khớp nối chồng khiến lực kết hợp của cả hai gây ra sự mài mòn không đều ở phía đối diện của khớp nối chồng, có thể dẫn đến gãy vòng trong trường hợp nghiêm trọng.
Đồng thời, độ dày xuyên tâm của vòng piston giảm, độ đàn hồi cũng giảm. Nếu rãnh vòng bị tắc nghiêm trọng, rất dễ gây ra hiện tượng vòng piston bị dính.
Trong quá trình vận hành thực tế, kích thước khe hở giữa các vòng piston là chỉ số quan trọng để đánh giá tình trạng mài mòn của các vòng piston.
Do đó, khi dừng máy chủ, cần kiểm tra thường xuyên tình trạng hoạt động của vòng piston và xem có bị bám dính hay vỡ không thông qua hộp thu gom.
Nếu có, cần kiểm tra xi lanh nâng để tránh sự giãn nở của lỗi.
Giá trị khe hở giữa vòng piston và mối nối phải được so sánh với các yêu cầu trong sách hướng dẫn để xác định xem nó có vượt quá giá trị giới hạn hay không;
Thứ hai, tốc độ mòn của vòng piston phải được xác định bằng cách so sánh với khe hở được đo lần trước.
Nếu tốc độ mòn của vòng đệm đột nhiên tăng trong một khoảng thời gian nhất định, cần xác định nguyên nhân và giải quyết, chẳng hạn như lỗi hệ thống phun nhiên liệu, dầu xi lanh bị hỏng, tro nhiên liệu và tạp chất quá nhiều, v.v.
Bằng cách ghi lại các tệp của từng vòng theo cách này, không chỉ có thể phân tích hiện tượng lỗi của vòng piston một cách có hệ thống mà còn có thể so sánh ảnh hưởng của chất lượng, nhiên liệu và dầu bôi trơn của các lô phụ tùng khác nhau đến tốc độ mài mòn.
2. Ảnh hưởng của sự phù hợp giữa vòng piston và ống lót xi lanh
Việc có thể hình thành được sự bôi trơn hoàn toàn bằng chất lỏng lý tưởng hay không chủ yếu phụ thuộc vào các yếu tố như dạng chuyển động, tốc độ và hiệu suất của dầu bôi trơn của "cặp chuyển động".
Tốc độ chuyển động của vòng piston bên trong ống lót xi lanh liên tục thay đổi trong toàn bộ hành trình, với tốc độ chuyển động bằng không tại điểm chết trên và dưới. Đồng thời, nó chịu tác động của khí nhiệt độ cao, khiến việc hình thành chất bôi trơn tốt trở nên khó khăn. Đây là một lý do quan trọng khiến vòng piston hoạt động kém, đặc biệt là khi piston ở gần điểm chết trên, trạng thái bôi trơn ở trạng thái bôi trơn ranh giới, đôi khi thậm chí ở trạng thái ma sát khô.
Trong điều kiện bình thường, không có ma sát giữa đầu piston và ống lót xi lanh. Khi động cơ diesel hoạt động, cặn carbon sẽ hình thành xung quanh đầu piston, chúng cứng và khó vệ sinh. Sự gia tăng cặn carbon khiến đường kính piston tăng lên. Khi piston di chuyển bên trong xi lanh, cặn carbon ở đầu tạo ra ma sát với ống lót xi lanh, làm hỏng nghiêm trọng màng dầu và làm tăng đáng kể tốc độ mài mòn của ống lót xi lanh và vòng piston.
Với hoạt động của động cơ diesel, ống lót xi lanh sẽ bị mài mòn không đều, dẫn đến độ bầu dục và độ trụ theo hướng chu vi và hướng trục. Khi vòng piston di chuyển bên trong xi lanh, nó sẽ trải qua các chuyển động đóng mở định kỳ;
Đồng thời, chắc chắn sẽ có sai số về độ elip của vòng piston và ống lót xi lanh.
Đặc biệt sau khi thay vòng piston mới, sẽ xảy ra hiện tượng rò rỉ ánh sáng ở các mức độ khác nhau trên bề mặt tiếp xúc kín giữa vòng piston và ống lót xi lanh. Thông thường, yêu cầu tổng lượng rò rỉ ánh sáng của vòng piston mới lắp trong xi lanh phải nhỏ hơn 90 độ, lượng rò rỉ ánh sáng liên tục phải nhỏ hơn 30 độ và không được rò rỉ ánh sáng trong phạm vi 30 độ ở cả hai bên mối nối.
Vòng piston mới chất lượng cao có thể đáp ứng các yêu cầu trên, nhưng trong những năm gần đây, nhiều công ty đã sử dụng vòng piston giá rẻ thay cho phụ tùng chính hãng để giảm chi phí.
Do sự khác biệt về vật liệu và kỹ thuật xử lý, cũng như lỗi kích thước đáng kể trong quá trình sản xuất, nên có hiện tượng rò rỉ ánh sáng quá mức.
Đồng thời, độ đàn hồi của vòng piston giảm quá nhiều khi làm việc ở nhiệt độ cao. Khi gặp phải sự tích tụ và tắc nghẽn của carbon trong rãnh vòng, lượng rò rỉ sẽ tăng lên, khiến khí áp suất cao tác động lên bề mặt làm việc bên ngoài của vòng từ điểm rò rỉ, khiến vòng piston bị kẹt vào rãnh vòng, có thể khiến vòng bị kẹt trong rãnh vòng và tạo ra hiện tượng giữ vòng;
Khi áp suất khí giảm, vòng piston ban đầu bị nén sẽ bật ra ngoài nhờ tính đàn hồi của chính nó.
Hành động lặp đi lặp lại theo chu kỳ này theo thời gian sẽ dẫn đến gãy mỏi tại các điểm chịu lực yếu.
Thực tế đã chứng minh rằng hiện tượng nén xéc măng là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng gãy xéc măng.
Ngoài ra, người ta còn phát hiện ở một số động cơ diesel, vòng piston bị gãy khi chạm vào phần nhô ra của ống lót xi lanh và cửa gió treo ở đầu vòng piston.
3. Ảnh hưởng của nhiên liệu và dầu xy lanh
Nhiên liệu sử dụng trên tàu thường thay đổi do sự thay đổi về cảng tiếp nhiên liệu và các chỉ số hiệu suất của nhiên liệu từ các quốc gia và nhà sản xuất khác nhau cũng khác nhau rất nhiều do sự khác biệt về nguồn gốc và quy trình nấu chảy.
Nếu sử dụng máy tách nhiên liệu để tinh chế, nên chọn vòng tỷ trọng riêng tương ứng cho các loại nhiên liệu khác nhau và quá trình này nên được thực hiện ở nhiệt độ cao hơn (như 95-98 độ) càng nhiều càng tốt. Tùy thuộc vào tình huống, máy tách nhiên liệu nên được kết nối nối tiếp hoặc song song, nếu không sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý nhiên liệu.
Nếu hàm lượng nhôm, silic và tro trong nhiên liệu quá cao sẽ làm tăng độ mài mòn ở các vòng piston và ống lót xi lanh, điều này tất yếu sẽ ảnh hưởng đến quá trình đốt cháy của động cơ diesel và dẫn đến nhiệt độ cao bên trong buồng đốt;
Đồng thời, do một số động cơ diesel hoạt động ở tốc độ thấp và tải trọng thấp trong thời gian dài hoặc thường xuyên ra vào các cổng, không điều chỉnh lượng dầu xy lanh, lượng dầu phun vào xy lanh tăng lên. Dầu xy lanh dư thừa tích tụ ở rãnh xéc măng do tác dụng bơm của xéc măng. Khi nhiệt độ bên trong xy lanh quá cao, dầu bôi trơn tích tụ sẽ bị đốt cháy tạo thành cặn cacbon, trở thành nguyên nhân gây ra tình trạng xéc măng bị dính và vỡ.
4. Tác động của công tác bảo trì và quản lý hàng ngày
Thực hiện tốt công tác quản lý hàng ngày đóng vai trò quan trọng trong việc tránh các lỗi như kẹt piston và gãy piston.
1) Sau khi thay thế ống lót xi lanh hoặc vòng piston trong động cơ diesel, cần phải duy trì tốc độ thấp.
Thời gian chạy thử tải thấp đủ, đồng thời tăng lượng dầu phun vào xy lanh trong thời gian chạy thử có thể tránh được tình trạng bề mặt ma sát quá nhiệt, gây ra hiện tượng kéo xy lanh hoặc gãy vòng piston do hình dạng và độ nhám của bề mặt vòng và ống lót xy lanh không khớp hoàn toàn trong thời gian chạy thử;
2) Trong quá trình vận hành bình thường, nhiệt độ và áp suất của nước làm mát và dầu làm mát phải được kiểm soát và duy trì trong phạm vi bình thường;
Đồng thời, chú ý đến sự thay đổi của các tham số, quan trọng nhất là tốc độ thay đổi của từng tham số;
Đo biểu đồ lực kế thường xuyên, phân tích áp suất nén, áp suất nổ, điểm bắt đầu cháy, phân bố tải, v.v. để xác định quá trình cháy có tốt không, đánh giá trạng thái làm việc của xi lanh và xéc măng, phát hiện kịp thời các triệu chứng lỗi và thực hiện các biện pháp tương ứng dựa trên nguyên nhân gây ra lỗi;
3) Thường xuyên mở hộp thu gom để đo khe hở giữa các vòng piston, lập giũa để sử dụng từng vòng piston, và kiểm tra tình trạng cơ bản của vòng piston, ống lót xi lanh, phun dầu xi lanh, v.v. thông qua cổng thu gom. Nếu phát hiện thấy bất kỳ sự kết dính hoặc vỡ nào của vòng piston, phải kịp thời nâng xi lanh lên để bảo dưỡng.