현대 대형 디젤 엔진의 경제적인 작동은 디젤 엔진의 출력을 약 30% 증가시킬 수 있는 배기가스 터보차저에 의존합니다. 고출력 디젤 엔진의 터보차저에 대한 수요를 충족시키기 위해 MAN사는 디젤 엔진과 터보차저를 독립적으로 제조한 경험을 바탕으로 최신 개발 성과와 제조 기술을 활용하여 다음과 같은 용도에 적합한 TCA 시리즈 터보차저를 개발했습니다. 출력 범위가 5400~30000kW인 디젤 엔진.
구조선에는 7200kW × 2 출력의 MAN6L48/60CR 전자식 연료 분사 디젤 엔진 2개가 장착되어 있으며, 각 주 엔진에는 TCA{5}}W 터보차저 1개가 장착되어 있습니다. 단기 작동 시 터보차저 로터의 최대 속도는 19800r/min이고, 연속 작동 시 로터의 최대 속도는 19400r/min이다. 최대 부스트 압력은 4bar에 도달할 수 있으며 배기 터빈의 최대 허용 흡입 온도는 600도입니다.
배가 정상적으로 항해하던 어느 날, 기관실 제어판에 있는 오른쪽 주 엔진 모니터링 컴퓨터에 갑자기 "터빈 디스크 냉각 공기압이 낮습니다"라는 경보가 표시되고 오른쪽 주 엔진의 부하를 줄여 달라는 요청이 실행되었습니다. 담당 엔지니어는 즉시 이 상황을 선교에 알렸고, 오른쪽 주 엔진의 부하를 50% 이하로 줄여 작동해야 합니다. 이 통보를 받은 운전자는 곧바로 오른쪽 주 엔진에 부하 감소 작업을 시작했다. 이때 엔지니어가 제어판 오른쪽 메인 모니터링 컴퓨터의 음소거 경보 재설정 버튼을 누르면 터보차저 터빈 디스크의 공기 냉각 압력 부족 경보가 사라집니다.
이어서, 주엔진 터보차저 사용설명서를 참고했다. 매뉴얼에는 부스트 공기 냉각 없이는 주 엔진 터보차저 터빈 디스크의 최대 부하가 70%를 초과할 수 없다고 명시되어 있습니다. (제조업체는 모니터링 컴퓨터 프로그램에서 터보차저 속도에 상응하는 터보차저 터빈 디스크의 냉각 압력을 설정합니다. 일단 냉각 압력이 편차가 설정값 ± 50mbar보다 크면 터보차저 속도가 11600r/min 이상이고 터보차저 터빈 디스크 냉각 압력 모니터링이 적용되는 경우 60초 지연 후에 경보가 트리거됩니다. 하지만 매뉴얼에는 터보차저 터빈 디스크의 냉각 공기압 부족 경보가 발생하는 이유가 구체적으로 제시되지 않았습니다.
터보차저 터빈 디스크의 냉각 시스템이 다이어그램에 표시되어 있습니다.
다이어그램에서 터보차저 터빈 디스크 냉각 시스템은 주로 터빈 디스크 냉각 공기 흡입 파이프 2(8), 냉각 파이프 압력 센서 4, 냉각 압력 센서 흡입 파이프 3 및 호스트 제어 시스템으로 구성되어 있음을 알 수 있습니다. 5.
주 엔진 터보차저 디스크의 공기 냉각 압력이 낮은 주요 원인은 다음과 같습니다. (1) 냉각 파이프의 압력 센서가 손상되어 잘못된 경보가 발생합니다. (2) 냉각 파이프 압력 센서의 흡입 파이프에서 공기가 누출되어 압력 센서가 낮은 압력을 느끼게 됩니다. (3) 냉각관 누출로 인해 냉각 압력 저하 경보가 발생합니다.
선박이 정박한 후 엔진 감독관은 먼저 좌우 주 엔진 부스터의 냉각 파이프 압력 센서에 대한 교정 테스트를 실시했습니다. 왼쪽과 오른쪽 압력 센서의 테스트 값이 동일하여 압력 센서 결함이 배제되었습니다. 이후 우측 주엔진 냉각파이프 센서 흡기배관에 대한 점검을 실시한 결과 공기누출 없이 배관은 정상적인 것으로 확인됐다.
냉각관 흡입관은 내부 부분과 외부 부분의 두 부분으로 나뉩니다. 외측 터빈 디스크용 냉각 공기 흡입관은 점검이 용이하고 연결이 양호하며 공기 누출 가능성이 없습니다. 이후 엔진 감독관은 오른쪽 주 엔진 터보차저의 배기가스 흡입실에 있는 터빈 디스크의 냉각 파이프를 분해하고 검사했습니다. 배기가스실 터빈 디스크 냉각 입구 파이프의 직각 엘보에 있는 나사형 슬리브 조인트가 떨어져서 냉각 뿌리 부분의 파손된 냉각 파이프 조인트와 함께 노즐 링에 끼인 것으로 나타났습니다. 파이프.
안전상의 이유로 좌측 주엔진 터보차저 터빈 디스크의 공기냉각관에 대해서도 점검을 실시한 결과, 좌측 주엔진 터보차저 터빈 흡기실의 공랭슬리브 볼트가 느슨해졌을 뿐이고, 손상되지 않았습니다.
위에서 언급한 결함이 발생할 경우 해당 선박은 출고된 지 1년 미만이며, 왼쪽 및 오른쪽 주 엔진은 1000시간 이상 작동되었으며 아직 보증 기간 중입니다. 선박 관리 직원은 위의 상황을 선단 유지 관리 감독자와 주 엔진 서비스 제공업체에 즉시 보고했습니다. 피드백을 받은 후 주 엔진 제조업체는 매우 중요하다고 생각하고 관련 서비스 제공업체에 보내 오른쪽 주 엔진 흡기 슬리브 어셈블리를 교체하고 왼쪽 주 엔진 터보차저 공기 냉각 슬리브를 다시 조이도록 했습니다. 분리된 터빈 디스크 공기 냉각 파이프 부품이 노즐 링에 의해 막혀 터보차저 배기 터빈 로터 끝 부분으로 들어가지 않아 심각한 기계적 사고를 일으키지 않았습니다.
분리된 부품의 직경이 노즐 링의 공기 출구 채널의 구멍보다 작아지면 분리된 부품이 터빈 블레이드에 들어가게 되어 블레이드가 손상되거나 심지어 터보차저 전체가 쓸모 없게 되어 상당한 손실이 발생할 수 있습니다.
스레드 연결은 부적절한 재료 및 조립과 응력 완화로 인해 고온에서 파손되기 쉽습니다. 고온에서 볼트의 응력 완화는 전형적인 완화 현상입니다. 이 선박의 터빈 디스크 공기 냉각 파이프의 중간 모서리는 나사형 슬리브로 연결됩니다. 연결된 나사산이 느슨해지면 주 엔진 진동 및 가스 충격 진동이 전달되어 느슨한 나사산 슬리브의 진동이 강화됩니다. 기관 내부를 순환하는 가압 공기는 냉각되는 반면, 기관 외부는 고온의 배기가스 흐름 침식을 받아 열 응력뿐만 아니라 터빈 디스크 냉각 튜브에 맥동 응력도 발생시킵니다.
터보차저 디스크의 공기 냉각 파이프 손상으로 볼 때, 이번 오작동의 원인은 오른쪽 주 엔진의 터보 차저 디스크의 공기 냉각 파이프가 중간 나사 슬리브 연결부에서 먼저 느슨해졌기 때문인 것으로 추론할 수 있습니다. 느슨한 냉각관은 반복적인 열응력과 맥동응력으로 인해 피로파괴를 겪었습니다.
위에서 언급한 오작동이 발생한 후, 장비 제조업체는 오른쪽 주 엔진에 있는 터보차저 디스크의 공기 냉각 파이프 어셈블리를 교체하기 위해 서비스 제공업체를 보내고, 왼쪽 주 엔진 터보차저에 있는 공기 냉각 파이프의 느슨한 나사산 슬리브를 다시 교체합니다. 조여졌습니다. 터보차저 공기 냉각 파이프의 설계에 심각한 결함이 있어 개선이 필요합니다. 제조업체가 터보차저를 개선하기 전에 유일한 해결책은 터빈 디스크의 공기 냉각 파이프에 대한 검사 간격을 단축하고 연결 스레드 슬리브를 검사하고 조여 느슨해지지 않도록 하는 것이었습니다.
두 가지 개선 계획이 있습니다. (1) 피로 저항이 더 강한 재료를 사용하고 보다 안정적인 연결 방법을 채택하여 터보차저 터빈 디스크의 공기 냉각 파이프를 재설계합니다. (2) 터빈 디스크의 공기 냉각 파이프를 제거하고 냉각이 필요하지 않은 터빈 디스크를 교체합니다.