디젤 엔진은 현대 선박에 널리 사용됩니다. 현재 주엔진으로 디젤엔진을 탑재한 선박이 전체 선박의 98% 이상을 차지하고 있으며, 디젤-추진 선박의 총 출력이 전체 선박 건조 출력의 90% 이상을 차지하고 있습니다.-
선박에 동력을 공급하기 위한 디젤 주기관의 정상적인 시동은 항해 안전을 보장하는 데 필요한 조건입니다.
압축공기 시동 방식은 시동 토크가 크고, 시동 속도가 빠르고, 적용 범위가 넓어 중대형 디젤 엔진에 널리 사용되는 -공기 시동 방식입니다.
쌍발-엔진, 단일-프로펠러 선박의 디젤 주엔진이 갑자기 동시에 정상적으로 시동되지 않았습니다. 이 문서에서는 디젤 주 엔진의 유지 보수 및 관리 담당자에게 영감과 도움을 제공하기 위해 이러한 시동 결함을 분석하고 문제를 해결합니다.
I. 결함 현상
선박이 출항을 준비하고 있을 때 디젤 주 엔진이 출발 전 준비를 완료한 후{0}}승무원이 중앙 제어 콘솔의 '시작' 버튼을 눌렀으나 디젤 엔진이 회전하지 않아 시동에 실패했습니다.
해양 엔지니어들은 로컬 제어 콘솔에서 엔진 시동을 시도했지만 여전히 실패했습니다.
선박의 임무 완수를 보장하기 위해 해양 엔지니어들은 마침내 메인 시동 밸브를 수동으로 열려고 했습니다. 평소보다 힘이 든다고 느꼈지만, 마침내 주엔진이 성공적으로 시동을 걸어 정상적으로 작동하게 됐다.
배가 돌아온 후 해양 엔지니어들은 시동 결함의 원인을 찾으려고 시도했습니다. 여러 번의 시작 테스트를 통해 다음과 같은 현상을 요약했습니다.
(1) 중앙 제어 콘솔과 로컬 제어 콘솔에서 "시작" 버튼을 눌렀을 때 디젤 엔진이 시동되지 않았습니다.
(2) "시작" 버튼을 누른 후 연료 차단 밸브가 전환되는 소리가 들렸습니다.-
(3) 여러 번의 "블로잉{1}}작동 후 중앙 제어 콘솔 또는 로컬 제어 콘솔의 "시작" 버튼을 누르면 디젤 엔진이 시동될 수 있습니다.
(4) 두 디젤 주기관의 시동현상은 동일하였다.
II. 시작 원리
이 선박의 디젤 주 엔진은 압축-공기 시동 시스템을 사용하며 단일-흡기 및 이중{2}}발화 시동 방식을 채택합니다. 그림 1은 시동 시스템 다이어그램을 보여줍니다.
그림 1: 디젤 엔진의 시동 시스템 다이어그램
시동 공기의 압력은 1.2-3 MPa이고, 제어 공기의 압력은 0.7 MPa입니다. 둘 다 감압 밸브를 통해 4.7MPa 메인 압축 공기병으로 감압된 후 시작 공기병과 제어 공기병에 채워집니다.
디젤 엔진이 시동되면 시동 솔레노이드 밸브에 전원이 공급됩니다. 제어 공기가 터닝 기어 인터록 밸브를 통과한 후 두 경로로 나뉩니다.
한 경로는 방향 밸브로 연결되어 연료 차단 밸브를-닫고 연료유 회로를 엽니다.
다른 경로는 메인 시동 밸브로 연결되어 메인 시동 밸브를 열고 시동 공기 회로를 엽니다.
메인 시동 밸브를 통과한 후 시동 공기는 세 가지 경로로 나뉩니다.
한 경로는 B-뱅크 실린더에 설치된 시동 밸브로 연결됩니다. 실린더 시동 밸브가 열리면 공기가 실린더로 들어갑니다.
한 경로는 공기 분배기로 이어지며, 디젤 엔진의 점화 순서에 따라 실린더 시동 밸브에 차례로 도달하여 밸브를 엽니다.
또 다른 경로는 주지사가 서보를 시작하도록 유도합니다.
시동 공기는 점화 순서대로 B-뱅크 실린더로 유입되어 피스톤을 밀고 크랭크샤프트를 구동하여 회전시킵니다. 디젤 엔진 속도가 시동 속도 1에 도달하면 거버너는 속도(스로틀) 설정 신호를 수신하여 시동 스로틀 1에 대한 연료 공급을 신속하게 증가시킨 다음 디젤 엔진이 안정적인 작동 상태에 들어갈 때까지 속도에 따라 스로틀을 조정합니다. 시작 프로세스 중 시작 속도와 스로틀 간의 관계 다이어그램은 그림 2에 나와 있습니다.
그림 2: 시동 프로세스 중 시동 속도와 스로틀 간의 관계 다이어그램
III. 고장 원인 분석 및 문제 해결
디젤 엔진의 기본 작동 원리와 시동 원리에 따르면 이 디젤 엔진의 시동 프로세스에는 주로 연료 공급 시스템, 흡입 및 배기 시스템, 속도 제어 시스템, 모니터링 및 안전 시스템, 압축{0}}공기 시스템이 포함됩니다.
"쉬운 것부터 어려운 것까지, 표면부터 내부까지"라는 결함 분석 원칙에 따라, 시동 테스트 중 해양 엔지니어들이 요약한 현상을 기반으로 결함 문제 해결의 범위가 좁아집니다.
1. 예비분석
디젤 엔진이 제어 모드(중앙 제어 콘솔 또는 로컬 제어 콘솔에서 "시작" 버튼 누름)를 통해 시동되지 않았지만 수동으로 메인 시동 밸브를 열어 시동할 수 있었습니다. 또한, 디젤엔진은 시동 성공 후 정상적으로 작동하여 디젤엔진의 실린더 시동 밸브, 연료 공급 시스템, 흡배기 시스템, 속도 제어 시스템이 정상적으로 작동하고 있음을 나타냅니다.
디젤 엔진이 시동에 실패하더라도 디젤 엔진이 회전하지 않거나 시동 속도 1에 도달하지 못하는 등의 결함 현상이 발생하면 속도 제어 시스템과 연료 공급 시스템이 아직 작업에 참여하지 않았으므로 다른 시스템의 결함을 먼저 고려해야 한다는 점에 유의할 필요가 있습니다.
시동 중에 연료 차단 밸브가 정상적으로 전환될 수 있었고 모니터링 및 안전 시스템의 회전 기어 인터록 밸브가 켜지지 않았습니다. 이는 제어 공기 회로의 시동 솔레노이드 밸브와 회전 기어 인터록 밸브가 정상적으로 작동하고 제어 공기가 메인 시동 밸브에 도달할 수 있음을 나타냅니다.
디젤엔진은 메인스타트 밸브를 수동으로 열어 시동을 걸 수 있는 점에서 메인스타트 밸브에 결함이 있을 수 있다고 판단된다.
2. 메인 스타팅 밸브의 문제 해결
(1) 구조 및 작동원리
이 디젤 메인 엔진의 메인 시동 밸브는 그림 3과 같이 크랭크케이스 옆에 설치되며 그 구조는 그림 4에 나와 있습니다. 주요 구성 요소는 탑 블록, 피스톤, 가이드 스프링, 릴리프 밸브, 메인 스프링, 메인 밸브, 밸브 시트 및 밸브 본체로 구성됩니다.
그림 3: 메인 시동 밸브
그림 4: 메인 스타팅 밸브의 구조
컨트롤 에어가 연결되면 피스톤이 릴리프 밸브를 구동하여 아래쪽으로 이동합니다. 밸브 몸체의 주 시동 공기는 릴리프 포트를 통해 외부 대기와 연결되어 압력이 급격히 떨어집니다. 결과적으로, 메인밸브의 바깥쪽에 작용하는 수직압력이 메인밸브의 안쪽에 작용하는 수직압력과 메인스프링의 탄성력의 합력을 이겨내고 메인밸브가 위로 올라가게 되어 메인스타팅밸브가 열리게 된다.
이 과정에서 피스톤에 가해지는 제어 공기의 힘은 가이드 스프링의 탄성력과 릴리프 밸브에 작용하는 상향 가스 압력을 극복할 수 있어야 합니다. 피스톤의 힘 조건은 식 (2)에 나와 있습니다.
메인 스타팅 밸브를 수동으로 열면 디스크가 회전하면서 상부 블록에 가해지는 하향 압력이 컨트롤 에어의 힘을 대체하여 릴리프 밸브가 아래쪽으로 이동합니다.
F_피스톤, 제어 공기 > F_릴리프 밸브, 시동 공기 + T_가이드 스프링(2)
(2) 잠재적 고장 원인 분석
주 시동 밸브의 작동 원리로 볼 때, 주 시동 밸브를 여는 열쇠는 릴리프 밸브를 정상적으로 여는 데 있다는 것을 알 수 있습니다. 따라서 식 (2)를 기반으로 다음 세 가지 측면에서 분석을 수행한다.
1) 제어 공기압이 부족하여 피스톤에 가해지는 하향 압력이 미미합니다.
제어 공기 파이프라인의 누출 지점이나 제어 공기 커넥터가 막히면 메인 시동 밸브로 들어가는 제어 공기의 압력이 낮아집니다.
2) 릴리프 밸브의 하향 이동에 대한 저항력이 증가했습니다.
릴리프 밸브와 가이드 부싱 사이의 윤활 불량이나 습한 공기로 인해 릴리프 밸브나 가이드 부싱이 녹슬면 릴리프 밸브의 움직임이 막히게 되고 심한 경우 완전히 막힐 수도 있습니다.
시동 공기 압력이 너무 높으면 릴리프 밸브의 하향 이동에 대한 저항도 크게 증가한다는 점은 주목할 가치가 있습니다.
3) 가이드 스프링의 압축이 어렵다.
가이드 스프링은 금속으로 만들어졌습니다. 습한 공기로 인해 녹이 발생하면 녹 제품이 스프링의 정상적인 압축을 방해하게 됩니다. 과도한 순환 압축은 미세-균열을 발생시켜 압축에 필요한 힘을 증가시킬 수 있습니다.
또한 스프링을 잘못 설치하면 주변 부품과 간섭이 발생하여 스프링 압축을 방해할 수 있습니다.
(3) 분해 및 점검
릴리프 밸브와 가이드 스프링을 점검하기 위해 메인 스타팅 밸브를 외부 검사하고 분해한 결과 다음 사항이 발견되었습니다.
1) 컨트롤 에어 파이프라인의 연결은 누출 없이 정상이었고, 컨트롤 에어 커넥터가 막히지 않았습니다.
2) 릴리프 밸브는 가이드 부싱 내에서 유연하게 움직일 수 있었고, 가이드 스프링에는 눈에 띄는 녹이나 표면에 눈에 띄는 균열이 없었습니다.
3) 그림 5와 같이 컨트롤 공기병의 압력은 정상이었으나 주 시동 공기병의 압력이 3MPa를 초과하였다.
그림 5: 공기압 게이지 시작
메인 시동 공기의 높은 압력은 해양 엔지니어들이 메인 시동 밸브를 열 때 힘들게 느꼈던 이유와 정확히 같습니다.
제어공기와 주 시동공기는 모두 주압축공기병의 공기를 감압밸브를 통해 4.7 MPa의 압력으로 감압하여 얻어지기 때문에 기본적으로 고장점은 감압밸브로 잠겨있습니다-.
3. 감압 밸브 문제 해결-
(1) 구조 및 작동원리
감압 밸브의 모델은-Q/HFJM-20A입니다. 물리적인 물체는 그림 6에 나타나 있으며, 파일럿 밸브와 메인 감압 밸브로 구분된다. 내부 구조는 그림 7에 나와 있습니다.
그림 6: Q/HFJM-20A 감압 밸브
그림 7: Q/HFJM-20A 파일럿 밸브(상부)와 메인 밸브(하부)의 내부 구조
파일럿 밸브는 주로 조정 커버, 조정 스프링 및 조정 나사로 구성됩니다. 메인 감압 밸브의 주요 구성요소는-피스톤, 메인 밸브 디스크 및 리턴 스프링입니다.
파일럿 밸브의 조정 커버가 초기 위치에 있으면 파일럿 밸브의 조정 스프링에 압력이 가해지지 않고 파일럿 밸브가 열리지 않으며 메인 감압 밸브의 피스톤 상하 챔버의 압력이 균형을 이루고 메인 밸브 디스크가 리턴 스프링의 압력으로 메인 밸브 통로를 닫습니다.
파일럿 밸브의 조정 커버를 시계 방향으로 돌리면 조정 스프링이 압축되어 파일럿 밸브 디스크가 열립니다. 파일럿 밸브에서 출력되는 압축된 공기는 피스톤의 상부 챔버로 들어갑니다. 피스톤은 수직 하향 압력을 받고 리턴 스프링의 탄성력을 이겨내고 아래쪽으로 이동합니다. 동시에 푸시로드가 아래쪽으로 이동하여 메인 밸브 디스크가 열립니다. 그런 다음 고압- 공기 공급원 PN1이 출력 챔버로 들어가 출력 압력 PN2를 생성합니다.
동시에, 출력실의 가압된 공기는 피스톤의 하부실로 들어가고, 피스톤 하부에 작용하여 피스톤 상부의 압력을 상쇄시킵니다. 메인 밸브 디스크의 개방은 균형에 도달할 때까지 감소합니다.
(2) 잠재적 고장 원인 분석
이 감압 밸브의 작동 원리를 보면{0}}출력 압력이 메인 밸브 디스크의 개방에 따라 달라지는 것을 알 수 있습니다. 개구부가 클수록 출력 압력이 높아집니다.
파일럿 밸브는 제어 역할을 하며 주 압력{0}}감소 밸브에는 자체 보상 피드백 기능이 있습니다.- 따라서 분석은 다음 두 가지 측면에서 수행됩니다.
1) 파일럿 밸브의 설정값이 비정상이다.
파일럿 밸브의 조정 커버를 실수로 조여 조정 스프링의 예{0}}압축을 높이거나 조정 스프링이 노후화되거나 변형된 경우 파일럿 밸브의 출력 압력이 증가하여 메인 밸브의 출력 압력에 영향을 미칩니다.
2) 메인 밸브의 비정상적인 작동.
리턴 스프링의 탄성률 감소, 피스톤이 아래로 이동한 후 고착, 메인 밸브 디스크와 밸브 시트 사이의 밀봉 표면 손상, 피스톤 하부 챔버의 압력-유도 구멍 막힘과 같은 문제로 인해 메인 밸브 디스크의 개방이 원래 평형 위치보다 더 크게 됩니다.
(3) 장애 조치
감압밸브의 파일럿 밸브와 메인 밸브-가 분해되었습니다. 조정 스프링과 리턴 스프링을 육안으로 검사하고 탄성력을 테스트했습니다. 동시에 피스톤 움직임의 유연성과 메인 밸브 디스크의 밀봉 표면을 주의 깊게 점검했습니다. 파일럿 밸브의 조절 스프링이 노화된 것으로 확인되었습니다.
조정 스프링을 교환한 후, 파일럿 밸브의 조정 커버를 조정하여 출력압력이 3MPa가 되도록 했습니다. 디젤 엔진은 로컬 및 중앙 제어 콘솔에서 재시동 테스트를 거쳤으며 디젤 엔진은 정상적으로 시동될 수 있었습니다.
해양 엔지니어들은 시동 테스트 중에 여러 번의 "블로우{0}}" 작업 후에 제어 모드를 통해 디젤 엔진을 시동할 수 있다는 사실을 발견했습니다. 실제로 이는 "블로우-" 작업이 압축 공기를 소비하기 때문입니다. 주 시동 공기의 압력이 감소한 후 제어 공기가 주 시동 밸브를 다시 열 수 있습니다.
IV. 결론
본 논문에서는 선박의 디젤 주엔진의 비정상적인 시동에 대한 자세한 분석 및 문제 해결을 수행합니다. 결과에 따르면 압축공기 시스템의 감압 밸브 파일럿 밸브의 조정 스프링이 노화되어 주 시동 공기의 압력이 너무 높아지는 것이 결함의 원인인 것으로 나타났습니다.
해양관리 인력에게 세 가지 제안을 제시합니다.
첫째, 일일 유지 관리의 표준화를 개선하고 기술 매뉴얼 및 지침에 따라 각 구성 요소와 시스템을 엄격하게 유지 관리하고 서비스합니다.
둘째, 주요 구성 요소의 내부 구조와 특정 작동 원리에 대한 학습과 이해를 강화하여 결함 위치를 신속하게 파악하는 데 도움이 됩니다.
셋째, 주 엔진에만 초점을 맞추지 말고 보조 시스템이 기계의 신뢰성에 미치는 영향에도 주의를 기울이십시오.