특정 어업 법 집행 선박의 추진 시스템은 추진 디젤 엔진 2개, 이중-엔진 병렬 감속 기어박스 1개, 제어 가능한 피치 프로펠러 1세트 및 샤프트로 구성됩니다. 주 엔진은 인라인 구성의 4-행정, 직접 분사, 터보차저 및 인터쿨러 중속-선박용 엔진입니다.- 기어박스는 스러스트 베어링과 고{6}}탄성 클러치가 있는 평행 기어박스를 채택합니다. 선박의 주 추진 장치 구조의 개략도가 그림 1에 나와 있습니다.
그림 1 선박의 주 추진 시스템 개략도
I. 결함 현상
월간 정비 과정에서 승무원들은 주 엔진의 크랭크케이스 오일 팬에서 다량의 금속 파편을 발견했습니다. 신고 후 금속 잔해의 원인을 파악하기 위해 즉시 메인 엔진 정비를 실시하기로 결정됐다. 선박의 승무원은 디젤 엔진을 분해하고 검사했으며 실린더 헤드, 실린더 라이너, 피스톤 커넥팅 로드 어셈블리, 메인 베어링 부시, 캠샤프트 및 크랭크 샤프트와 같은 중요 구성 요소에 대한 자세한 점검을 수행했습니다. 이 과정에서 다음과 같은 장애 증상이 발견되었습니다.
1) 여러 부분에서 녹이 발견되었습니다.
(1) 캠축
'관찰홀 커버'를 분해한 후 4번, 6번 캠샤프트 표면에 녹이 관찰되었습니다. 4번째와 6번째 캠축의 녹 상태는 그림 2에 나와 있습니다.
그림 2 캠샤프트의 녹 상태 No. 4 및 No. 6
(2) 메인 베어링 쉘.
메인 베어링 쉘을 분해하여 검사한 결과, 각 실린더에 해당하는 메인 베어링 쉘은 모두 다양한 정도의 녹이 발생했으며 자유단에서 출력단으로 갈수록 녹이 점차 심화되는 것으로 나타났습니다. 녹슨 부분은 모두 메인 베어링 쉘의 상부 절반이었습니다.
1단 기어의 메인 베어링 쉘 상부 절반의 녹 상태는 그림 3에 나와 있습니다.
그림 3 No{1}} 기어의 메인 베어링 부싱 상반부의 녹 상태
(3) 크랭크샤프트
피스톤 커넥팅 로드와 베어링 부싱 등 크랭크샤프트에 부착된 기타 부속품을 제거한 후 크랭크샤프트 표면에 녹이 발생한 것으로 관찰되었으며, No{0}} 기어 메인 저널이 가장 심했습니다. No. 5 기어 메인 저널의 녹 상태는 그림 4에 나와 있습니다.
그림 4 5# 기어 샤프트 저널의 녹 상태
2) 메인 베어링 부시와 스러스트 와셔가 마모되었습니다.
분해 후 7단 메인 베어링 부시와 스러스트 와셔가 심하게 마모되어 금속 찢어짐이 발생한 것으로 확인되었습니다. 이것이 금속 파편의 주요 원인인 것으로 사전에 결정되었습니다. 7단 기어의 메인 베어링 부시와 스러스트 와셔의 마모 상태는 그림 5와 같다.
그림 5 기어의 메인 베어링 부시와 스러스트 와셔의 마모 상태 No. 7
II. 결함나무 분석 방법 및 실제 선박 분석
오류 트리 분석은 복잡한 오류 시스템을 효과적으로 해결하기 위해 일반적으로 사용되는 방법입니다. 위에서 아래로 연역적 실패 분석을 수행합니다. 구체적으로는 전체 시스템부터 분기 구조와 같은 트리-구성 요소까지 단계별로 오류를 일으킬 수 있는 다양한 요소를-단계적으로-분석합니다. 이 분석 방법은 논리적인 블록 다이어그램을 구성하고 단계별로 추론하여 오류의 원인을 분석함으로써 시스템 오류를 진단할 수 있습니다.
2. 메인 베어링 쉘 손상의 결함나무 분석
디젤 엔진 베어링 쉘의 비정상적인 마모에는 여러 가지 이유가 있습니다. 결함나무 분석 방법에 따르면, 디젤 엔진의 메인 베어링 쉘의 손상을 최우선 사건으로 삼아, 이 결함을 초래하는 원인 사건을 분석합니다. 결함 트리는 적절한 논리적 관계에 따라 나열되고 분석됩니다. 메인 베어링 쉘 손상의 결함 트리는 그림 6에 나와 있습니다.
그림 6 메인 베어링 쉘 손상의 오류 트리
그림 6에서 볼 수 있듯이 고장의 원인은 엔진 본체의 부적절한 설치, 베어링 쉘의 부적절한 설치, 베어링 쉘의 캐비테이션, 베어링 쉘의 재질 불량, 윤활유 품질 불량, 윤활유 부족, 디젤 엔진의 장기간-고부하 작동으로 인한 메인 베어링 쉘 손상 등 7가지 기본 이벤트에 기인할 수 있습니다.-
1) 기계의 설치.
센터링, 방진 등 주엔진 설치가 요구사항을 충족하지 못해 주엔진의 하중이 고르지 않거나 진동이 발생해 베어링 마모가 발생했다.
고장이 발생한 후 두 개의 주 엔진의 센터링 상태를 검사했습니다. 검사 결과 두 개의 주 엔진의 중심 매개 변수가 설치 요구 사항을 충족했으며 마지막 드라이 도크 수리와 비교한 차이가 허용 가능한 범위 내에 있는 것으로 나타났습니다. 따라서 이번 사건은 기본적으로 배제될 수 있다.
2) 베어링 쉘 설치.
메인 베어링의 하부 베어링 쉘은 크랭크샤프트를 지지하여 크랭크샤프트 메인 저널의 중심선을 직선으로 유지합니다.
중심선이 잘못 정렬되면 크랭크샤프트가 구부러지고 메인 베어링에 가해지는 부하가 증가합니다. 크랭크 스로우의 왼쪽과 오른쪽에 있는 두 개의 베어링이 너무 낮으면 크랭크샤프트의 중심선이 아래쪽으로 구부러져 호를 형성합니다.
크랭크 스로우가 하사점에 있으면 후퇴됩니다. 반대로 상사점에 있을 때는 크랭크 스로우가 확장됩니다.
크랭크 스로우의 확장 및 수축의 차이는 메인 베어링의 높이 차이에 비례하므로 크랭크샤프트가 중앙에 있는지 여부와 베어링 쉘의 상태를 측정하는 데 사용할 수 있습니다.
이 중속 디젤 엔진의 설계 사양을 참조한 결과, 디젤 엔진의 크랭크축이 상대적으로 높은 강성을 갖는 것으로 나타났습니다. 중심선의 정렬 불량은 메인 베어링의 하부 베어링 쉘에 있는 틈으로 인해 발생할 수 있습니다. 마지막 공장 점검 후 메인 엔진의 크랭크샤프트 스로우 차이 데이터를 검토하고 현재 메인 엔진의 크랭크샤프트 스로우 차이를 측정하고 이를 각각 매뉴얼의 매개변수 요구 사항과 비교합니다. 조사 및 검증 결과, 간격 요구 사항이 충족되었으며 베어링 쉘 설치 간격의 영향을 기본적으로 배제할 수 있는 것으로 나타났습니다.
3) 베어링 쉘의 캐비테이션 침식.
베어링 쉘 표면이 윤활유와 상대적으로 움직일 때 기포의 파열로 인한 국부적인 고온, 고압으로 인해 베어링 쉘 표면이 피로해지고 탈락되어 결함이 발생하게 됩니다.
캐비테이션 현상은 바늘-모양의 구멍이 밀집된 벌집 모양으로 나타나며, 구멍의 외부 표면은 깨끗하고 일반적으로 부식 생성물로 덮이지 않습니다.
본 디젤엔진의 베어링 쉘의 특성을 토대로 캐비테이션 침식이 발생하지 않았음을 판단할 수 있으며, 캐비테이션 침식이 베어링 쉘에 미치는 영향은 기본적으로 배제될 수 있다.
4) 베어링 부시의 재질.
이 베어링 부시는{0}}얇은 벽 디자인을 채택하고 알루미늄 합금층, 코팅 및 니켈 스크린으로 구성됩니다. 베어링 부시의 구조 다이어그램은 그림 7에 나와 있습니다.
그림 7 베어링 라이너의 구조도
이 베어링 부시에 채택된 홈 구조는 일반적으로 니켈 스크린을 통해 마모되지 않으며 품질이 비교적 안정적입니다. 한편, 이 베어링 부시는 마모율이 낮습니다. 원래 제조업체가 실시한 테스트에 따르면 베어링 부시가 고부하 및 얇은 유막 조건 하에서도 베어링 부시의 마모는 낮게 유지됩니다. 두 베어링 부시 모두 동일한 제품 배치에서 나오므로 기본적으로 베어링 부시 재질의 영향을 배제할 수 있습니다.
5) 윤활유 품질.
윤활유 품질이 좋지 않으면 스러스트 링, 메인 베어링 쉘, 커넥팅 로드 베어링 쉘 등과 같은 디젤 엔진의 주요 이동 쌍이 비정상적으로 마모될 수 있습니다.[3]
윤활유 품질이 표준 이하인 상황은 다양합니다. 이는 오일에 불순물이 들어가거나, 장기간 사용 후 오일이 산화되어 침전물을 형성하기 때문일 수 있습니다. 또는 오일이 해수 또는 담수의 혼합으로 인해 유화되고 열화되어 부적합한 유막이 발생하기 때문일 수 있습니다.
점검 결과, 디젤 엔진 본체 내부의 메인 베어링 쉘, 크랭크샤프트, 캠샤프트 등의 표면이 다양한 정도로 녹슬었고, 윤활유가 약간의 유화 현상을 보인 것으로 확인되었습니다. 따라서 윤활유의 품질 불량으로 인해 영향이 발생했을 가능성도 배제할 수 없습니다.
6) 윤활유가 부족합니다.
윤활유 부족에는 주로 윤활유량이 부족하거나 윤활유 압력이 부족합니다. 윤활유 양이 부족하면 윤활이 부적절하게 되고 베어링 부시와 크랭크샤프트 사이에 유막을 형성하기가 어려워집니다. 윤활유 압력이 부족하면 베어링 부시가 충분히 냉각되지 않아 고온이 발생하고 베어링 부시가 손상될 수 있습니다. 윤활유량과 압력을 확인한 결과, 디젤 엔진의 윤활유량 설계 요구사항을 충족하는 것으로 확인되었으므로 윤활유 부족으로 인한 영향은 기본적으로 배제할 수 있습니다.
7) 높은 부하에서 장기간-작동합니다.
디젤 엔진이 장시간 고부하에서 작동하면 베어링 부시와 크랭크샤프트 사이의 충격 하중이 증가하고, 이들 사이의 유막이 얇아지며, 경우에 따라 완전한 유막을 형성할 수 없는 경우도 있습니다. 이러한 상황은 베어링 부시의 비정상적인 마모로 이어지며 베어링 고장을 일으킬 수도 있습니다.
내비게이션 로그를 확인한 결과, 고부하 상태에서 장기간 작동한 기록이-없으므로, 고부하 상태에서의 장기간 작동으로 인한 영향은 기본적으로 배제할 수 있습니다.-
III. 결함 위치 및 제거
메인 베어링 부시 손상에 대한 결함 트리 분석에 따르면, 이 엔진의 메인 베어링 부시 손상의 가능한 원인은 윤활유의 표준 이하 품질일 수 있습니다. 따라서 윤활유 시스템에 대한 추가 분석이 수행되었습니다. 이 선박의 윤활유 시스템을 연구했으며 윤활유 시스템의 개략도가 그림 8에 나와 있습니다.
그림 8 윤활유 시스템의 개략도
이러한 유형의 디젤 엔진에는 습식 섬프와 건식 섬프의 두 가지 윤활 모드가 있습니다. 습식 섬프를 사용하는 경우 엔진-구동 윤활유 펌프가 섬프에서 윤활유를 끌어옵니다. 윤활유는 체크 밸브, 압력 조절 밸브, 온도 조절 밸브, 냉각기, 필터, 베어링 및 터보차저를 통과한 후 섬프로 다시 흘러 윤활 사이클을 형성합니다. 윤활유가 권장 서비스 시간에 도달하거나 품질이 표준 이하이면 교체를 위해 더러운 오일 탱크로 배출됩니다. 디젤 엔진에 별도의 오일 침전 탱크가 있는 경우 윤활유는 섬프에서 침전 탱크로 유입된 후 오일 분리기를 통해 추가로 분리된 후 재사용됩니다.
조사 결과 해당 선박은 습식 섬프(Wet Sump) 방식으로 운항됐고, 윤활유 정화기를 장기간 사용하지 않은 것으로 확인됐다. 따라서 윤활유 품질에 문제가 있는 것으로 의심되어 윤활유를 보내 테스트를 진행하였습니다. 윤활유 시험성적서에 따르면 Na, Mg 이온의 함량이 비정상적으로 높은 것으로 나타났는데, 이는 윤활유가 바닷물에 오염된 것으로 1차적으로 판단할 수 있다.
해수에 유입되는 윤활유의 출처를 추가로 분석하고 "근본 원인"을 제거하기 위해 이 주 엔진의 해수 냉각 시스템에 대한 추가 분석이 수행되었습니다. 해수 냉각 시스템의 개략도는 그림 9에 나와 있습니다.
그림 9 해수냉각시스템 개략도
해수펌프에 의해 흡입된 해수는 주엔진 공기냉각기, 주엔진 윤활유 냉각기, 주엔진 담수냉각기를 각각 통과하여 냉각된다. 윤활유에 수분이 유입되면 윤활유 쿨러를 통해 해수가 윤활유에 스며들어 윤활유의 열화를 초래하고 결과적으로 메인 베어링 쉘, 베어링, 캠샤프트 등의 녹 및 손상을 초래할 수 있습니다.
결론적으로, 메인 베어링 부시 손상에 대한 상세한 결함나무 분석 결과, 메인 베어링 부시 손상의 근본적인 원인은 윤활유 쿨러에서 윤활유에 해수가 침투하여 윤활유의 열화와 그에 따른 메인 엔진 내부 부품의 부식이 발생하여 결국 메인 베어링 부시의 심각한 마모로 이어지는 것으로 밝혀졌습니다.
따라서 승무원을 위한 다음과 같은 수리 계획과 일일 유지 관리 제안이 제안됩니다.
1) 심하게 마모되고 녹슬었던 베어링 쉘과 스러스트 와셔를 교체하고, 약간 녹슬었던 베어링 쉘을 수리하고, 녹슨 캠축을 수리합니다.
2) 크랭크샤프트의 메인 저널을 수리하고 수리 후 기계적 매개변수를 확인합니다.
3) 윤활유 시스템을 세척하고 새 윤활유로 교체하며 교체 후 윤활유의 샘플을 채취하여 품질을 확인합니다.
4) 승무원은 검사를 위해 정기적으로 윤활유를 보내는 것이 좋으며 검사용 샘플은 다른 윤활 시스템에서 채취해야 합니다.
IV. 결론
주 엔진 베어링 부시의 비정상적인 마모는 디젤 엔진의 일반적인 결함입니다. 이 기사에서는 결함 트리 분석 방법을 사용하여 주 엔진 베어링 부시의 비정상적인 마모 원인을 하나씩 분석하여 문제의 원인을 신속하게 파악합니다. 후속 수정 및 검증 후에도 비정상적인 마모가 발견되지 않아 분석 및 수정이 효과적임을 나타냅니다.