W5에서 특정 유형의 선박용 주추진 디젤 엔진을 약 60시간 동안 유지보수 및 작동한 결과 40기통의 배기 밸브 간극이 허용치를 초과했으며 배기 밸브 시트 38개가 마모된 것으로 나타났습니다. 실린더 헤드의 수리 한계를 초과했습니다. 38개의 새 실린더 헤드를 교체하고 약 60시간 동안 작동한 후 다시 넓은 면적의 배기 밸브 시트 마모가 발생했으며 두 탐색 테스트 모두 0# 자동차 디젤을 사용했습니다. 고장 현상을 바탕으로 실린더 헤드와 배기 밸브 시트의 이상 마모에 대한 고장 트리를 나열하고 유지 관리 및 설치, 부품 품질, 사용 조건의 세 가지 측면에서 분석하고 문제를 해결합니다.
결함 메커니즘을 분석 및 판단한 결과, 결함의 원인은 황 함량이 낮은 0 # 자동차 디젤 엔진을 사용하여 효과적인 마모 방지층을 형성하지 못하고 배기 밸브 시트의 마모를 가속화한 것입니다. 디젤 엔진 밸브 시트의 비정상적인 마모에 대한 해당 솔루션이 제안되어 유사한 결함에 대한 후속 분석을 위한 솔루션을 제공합니다.
4월 2일019년에 특정 선박이 조선소에서 수리 작업을 수행했습니다. MTU956V20 디젤 엔진 2개를 W5 레벨 기준에 따라 수리 및 정비하였습니다. (각각 수리 전 약 5800시간 동안 작동하였으며, 수리 중 실린더 헤드를 초과하는 배기 밸브 시트 마모로 인해 실린더 헤드 2개를 교체하였습니다.) 수리 한도). 지난 9월 W5급 수리 및 설치를 마친 후 약 60시간 동안 디젤엔진을 사용했는데도 시동이 걸리지 않는 문제가 발생했다. 점검 결과, 40개의 실린더의 밸브 간극이 허용치를 초과했으며, 38개의 배기 밸브 시트가 실린더 헤드 수리 한계를 초과하여 마모된 것으로 나타났습니다. 지난 11월 새 실린더 헤드 38개를 교체하고 약 60시간 정도 사용한 후 다시 배기 밸브 시트 마모 부위가 넓어졌습니다. 두 내비게이션 테스트 모두 0# 자동차 디젤을 사용했습니다. 9개의 실린더 헤드를 두 번째로 교체한 후 어떤 선박에서는 항법 테스트 및 후속 작업을 위해 -10 # 디젤을 사용했으며 여기에 0 # 자동차용 디젤(주로 10 # 디젤)이 산재해 있었습니다. 2020년 12월 현재 실린더 헤드와 배기 밸브 시트의 이상 마모나 고장 없이 약 1000시간(누적 운전 시간 약 6900시간)을 운행하고 있습니다.
디젤 엔진이 작동 중일 때 캠축은 배기용 태핏 및 로커암 메커니즘을 통해 설정된 밸브 타이밍에 따라 배기 밸브를 열어 배기용 밸브를 구동한 다음 밸브 스프링의 작용에 따라 닫힙니다. MTU956 디젤 엔진의 설계는 경량화, 고출력, 저밀도를 추구합니다. 실린더 헤드의 흡기 및 배기 밸브 시트에는 견고한 내열 합금 밸브 시트 링이 내장되어 있지 않습니다. 밸브 시트와 실린더 헤드는 통합되어 있으며 주철 재질로 제작되었습니다. 배기 밸브에는 회전 밸브 메커니즘이 장착되어 있으며 공기 밸브는 열릴 때마다 회전 밸브 메커니즘의 작용에 따라 회전합니다. 작동시 고온가스의 플러싱과 실린더 내부의 배기공기 흐름으로 인해 배기밸브 시트 표면온도는 약 300-350도 정도 됩니다. 밸브가 닫히고 안착되면 특정 속도로 밸브 표면에 부딪칩니다. 디젤 엔진 속도가 1450r/min일 때 밸브 안착 속도는 0.2m/s이고 충격은 727회/min입니다. 배기 밸브 시트의 표면은 작동 중 고온 및 높은 접촉 응력 영향을 받아 가혹한 작업 조건을 초래합니다.
MTU 956 실린더 헤드 수리 프로세스 사양의 검사 및 수리 프로세스는 MTU V956/1163 TB.2 유지 관리 매뉴얼과 일치합니다. 밸브 시트에 설치된 에어 밸브의 돌출 데이터는 일반적으로 4.80~5.10mm(한계 기준은 3.0mm)이며 재설치 품질은 MTU V956/1163 TB.2 유지 관리 요구 사항을 충족합니다. 수동. 1차 고장 발생 이후 실린더 헤드 38개를 새 것으로 교체하고 약 60시간 정도 가동한 결과 실린더 헤드 밸브 시트의 이상 마모 문제가 다시 발생해 고장을 유발한 부적절한 수리 가능성을 배제했다.
제품 제조 및 조립 기록 검사, 불량 기계 관련 부품의 검사 및 조립 검사 기록 재검토, 1차 고장에 대한 실린더 헤드 원본 기록, 실린더 헤드 워터 챔버, 에어 챔버 치수 검사, 밸브 시트, 흡기 및 배기 밸브와 밸브 시트 사이의 적합성 검사; 실린더 헤드의 밀봉, 밸브 시트의 깊이 및 실린더 헤드의 무결성을 확인하고 구성 요소의 조립 품질이 기술 요구 사항을 충족하는지 확인하십시오.
실린더 헤드 밸브 재질의 성능 조사. 첫 번째 오작동 이후 배기 밸브 시트 마모가 심한 A1 및 B6 실린더를 추출하고 상하이 기계 공학 협회 고장 분석 전문위원회에 의뢰하여 배기 밸브 및 밸브 시트의 작업 표면에 대한 경도 테스트와 금속 조직 검사를 수행했습니다. 밸브 시트의 작업 표면에서 테스트합니다. MTU956 디젤 엔진의 배기 밸브 도면 번호는 580 053 02 05이고 경도 요구 사항은 280HB 이상입니다(HB 및 HV 값이 유사하며 로크웰 경도 29.2HCR과 동일). A1 및 B6 실린더의 배기 밸브의 경도 값은 표 1에 나와 있으며 밸브 경도는 필요한 값보다 훨씬 높지만 밸브 기술 문서의 요구 사항을 충족합니다.
MTU956 디젤 엔진 실린더 헤드에 대한 기술 문서에는 펄라이트 함량이 95% 이상인 펄라이트 매트릭스가 필요합니다. 경도 요구 사항은 200~260HB(199.5~262.5HV, HB=(HV+10.5)/1.05)입니다. A1 및 B6 실린더의 배기 밸브 시트의 경도 결과는 표 2에 나와 있습니다. 실린더 헤드 밸브 시트의 측정된 경도는 설계 요구 사항보다 약간 높습니다.
상하이기계공학회 고장분석전문위원회에서 발행한 배기밸브와 밸브시트의 분석결과는 1) 실링표면의 경도(표면으로부터 0.1mm 거리에서의 거리)와 배기 밸브의 경도 구배는 비교적 균일합니다. 2) 배기 밸브 시트와 흡기 밸브 시트의 경도 구배에는 큰 차이가 없습니다. 매트릭스에 흑연이 존재하기 때문에 테스트된 경도에 변동이 있으며 이는 정상적인 현상입니다. 3) 배기 밸브 시트와 흡기 밸브 시트 작업 표면의 금속 조직은 펄라이트, 소량의 철 원소 및 미량의 탄소 원소로 구성됩니다. 테스트 결과에 따르면 실온에서 배기 밸브의 경도가 요구 사항을 충족하고 배기 밸브 시트의 측정 지점 경도가 필요한 값보다 약간 높은 것으로 나타났습니다. 금속 조직 구조는 기술 요구 사항을 충족합니다.
에어 밸브와 밸브 시트 사이의 충격력은 에어 밸브의 장착 속도에 따라 달라지며, 이는 흡기 및 배기 밸브의 캠축 프로파일에 영향을 받습니다. 3차 실린더 헤드 교체를 통해 디젤 엔진은 약 1000시간 동안 별다른 이상 없이 작동됐고, 배기 밸브 시트의 비정상적인 마모도 해소됐다. 따라서 밸브 전달 메커니즘과 캠축으로 인해 실린더 헤드 밸브 시트가 비정상적으로 마모될 가능성은 기본적으로 배제됩니다.
W5 유지보수 과정에서 공장에서는 실린더 헤드 로터리 밸브 메커니즘을 검사한 결과 정상적으로 작동하는 것으로 확인되었습니다. 첫 번째 오작동 이후 38개의 새로운 실린더 헤드 어셈블리가 교체되었지만 단기간에 여전히 많은 실린더 헤드 마모 결함이 발생했습니다. 따라서 로터리 밸브 메커니즘이 오작동을 일으킬 가능성은 기본적으로 배제됩니다.
W5의 정비부터 1차 고장까지, 그리고 신품 실린더 헤드 교체부터 2차 고장까지 디젤엔진 작동상태를 점검한 결과, 실린더 헤드의 이상마모는 발견되지 않았으며, 실린더의 광범위한 이상마모도 발견되지 않았습니다. 정비 전 W5 사용 중 헤드가 발생하였고, 2차 고장 후 -10 디젤로 교체하였습니다. 작동 조건이 밸브 시트의 마모에 영향을 미칠 것이라는 것이 기본적인 판단이지만 이것이 오작동의 직접적인 원인은 아닙니다. MTU956 디젤 엔진은 흡기 밸브에 윤활유를 공급할 수 있는 흡기 파이프에 윤활 펌프로 설계되었습니다. 오일 펌프가 제대로 작동하고 흡기 밸브 시트에 비정상적인 마모가 없는지 확인하면 윤활 품질 문제를 배제할 수 있습니다. 선박은 W5 정비 후 연료로 0 # 자동차 디젤을 사용했으며 GB19147-2013의 요구 사항을 충족하는 첨가제를 사용하지 않았습니다. 그러나 황 함량이 너무 낮아(10mg/kg 이하) MTU의 기술 사양을 충족하지 않습니다.
중국과학원 란저우 화학물리연구소에 첨가제 분석 의뢰 LUBRIZLO ®ADX766M 디젤 첨가제는 칼륨염과 용제의 혼합물로, 고체 물질은 도세테이트 칼륨이고 용제는 200 # 지방 탄화수소의 용제 오일입니다. . 중국과학원 란저우 화학물리연구소에 배기 밸브 밀봉 표면의 SEM 외관 및 EDS 조성 분석을 의뢰하고 검사를 위해 4가지 조건에서 배기 밸브를 선택합니다. 결함이 있는 배기 밸브 및 밸브 시트 밀봉 표면에 대한 SEM 관찰 및 구성 분석 결과 배기 밸브 밀봉 표면의 표면이 거칠고 실린더 헤드 기판과 접착되는 것으로 나타났습니다. 실린더 헤드 밸브 시트 밀봉 표면은 편평한 반면, 주철 기판은 소성 흐름과 접착 찢어짐을 나타냈습니다. 배기 밸브는 마모가 발생하지 않았으며, 비정상적으로 마모된 부분은 실린더 헤드와 배기 밸브 시트입니다. 956 디젤 엔진의 실린더 헤드는 특수 합금 주철로 제작되어 내마모성이 좋지 않습니다. 표면 안면 마스크 보호 장치가 없는 경우 금속의 직접적인 접촉으로 인한 접선 응력으로 인해 매트릭스가 빠르게 피로 벗겨지고 마모됩니다. 한편, 에어 밸브와 밸브 시트의 경도 차이가 불합리하게 일치하여 에어 밸브의 경도가 높을수록 마모가 더욱 악화됩니다. 위의 테스트 결과에 따르면, 네 가지 방식의 밀봉 표면에 있는 내마모층의 주요 구성 요소는 비정질 탄소입니다. 연소 후 큰 입자는 밸브 시트 표면에 마모 방지층을 형성하여 배기 밸브와 밸브 시트의 밀봉 표면을 분리합니다. 밀봉 표면 간의 직접적인 접촉을 피하고 접착 마모를 줄임으로써 마모가 억제됩니다.
Shaanxi Diesel Engine Heavy Industry Co., Ltd.에서 제공한 참조 밸브 시트 처리 – 기존 데이터의 독립적 검토에 따르면 이전의 밸브 시트 마모 실패와 표면 안면 마스크의 형성 메커니즘을 결합하여 다음과 같이 볼 수 있습니다. 밀봉 표면의 표면 마스크는 동적 소비 필름에 속합니다. 낮은 작업 조건에서는 표면 안면 마스크의 형성 속도가 제거 속도보다 크고 배기 밸브 그룹의 보호 능력이 강화됩니다. 높은 작동 조건에서는 형성 속도가 제거 속도보다 낮고 배기 밸브 시트를 보호하는 능력이 점차 감소합니다. W5 디젤 엔진을 정비하기 전에는 수천 시간 동안 선박이 오작동을 일으키지 않았으나 수리 후 60시간이 지나자 곧바로 오작동이 반복되는 이유를 설명할 수 있습니다. 이는 초기 공장 테스트 기간 동안 고유황 연료 및 첨가제를 사용했고, 시험 항해 중에는 고유황 연료를 사용하여 밸브 시트를 보호하기 위해 더욱 엄격한 보호막을 형성했기 때문입니다.
956 디젤 엔진 2대의 과거 사용 현황에 따르면, 산시성 디젤 엔진 중공업의 공장 테스트 단계에서 연료로 마모 방지제를 첨가한 -10 # 디젤 엔진을 약 50 시간 동안 운전한 것으로 나타났습니다. Industry Co., Ltd. 싼야로 항해하기 전, 그들은 약 100시간 동안 -10 #디젤로 운행되었습니다. 분석 결과와 종합하면 싼야에서 0# 자동차 디젤을 적용하기 전 배기 밸브 시트 실링 표면에 치밀한 표면 보호막이 형성된 것으로 나타났다. 따라서 싼야에서 약 5000시간의 항해 동안 비정상적인 마모는 발생하지 않았습니다. W5 점검 중 배기 밸브와 밸브 시트가 수리되어 위의 표면 마스크가 제거되었습니다. 정비 후 0# 저유황 차량용 디젤을 사용하여 운행하였고, 표면 마스크가 형성되지 않아 후속 밸브 시트의 이상 마모가 발생하였습니다.
오작동의 원인 분석과 이러한 유형의 디젤 엔진 사용 상황을 바탕으로 다음과 같은 권장 조치가 제안됩니다. 디젤이 500mg/kg 이상의 황 함량 요구 사항을 충족하는지 확인해야 합니다. 사용 전; 디젤 엔진실에 내마모 첨가제 저장 및 첨가 장치를 설치함으로써 일일 연료 탱크에 첨가제를 자동으로 첨가할 수 있어 디젤 엔진 구동 요구 사항을 충족합니다. 장기적으로 밸브 시트 마모 문제를 철저히 해결한다는 관점에서 실린더 헤드 배기 밸브 시트의 내마모성을 향상시키는 것이 필요합니다. 실린더 헤드는 일반적으로 밸브 및 밸브 시트의 내마모성과 수명을 향상시키기 위해 중첩 밸브 시트를 채택합니다. 국내 디젤 엔진 연구소 또는 디젤 엔진 제조업체는 실린더 헤드 수정 방식에 대한 연구를 수행하고 새로운 실린더 헤드의 개발 및 생산을 완료하며 개선된 실린더 헤드 설계 방식은 성숙한 응용 프로그램을 가지고 있으며 기술적 위험이 있습니다. 개선된 디자인을 제어할 수 있습니다.
