O sistema de propulsão de uma determinada embarcação de aplicação da lei pesqueira consiste em dois motores diesel de propulsão, uma caixa de engrenagens de redução paralela com-motor duplo, um conjunto de hélices de passo controlável e eixos. O motor principal é um motor marítimo de quatro-tempos, injeção direta, turboalimentado e intercooler de média-velocidade em uma configuração-em linha. A caixa de engrenagens adota uma caixa de engrenagens paralela com rolamentos axiais e embreagens altamente{6}elásticas. O diagrama esquemático da estrutura do dispositivo de propulsão principal da embarcação é mostrado na Figura 1.
Figura 1 Diagrama Esquemático do Sistema Principal de Propulsão da Embarcação
I. Fenômeno de falha
Durante a manutenção mensal, a tripulação encontrou uma grande quantidade de detritos metálicos no cárter do motor principal. Após denúncia, decidiu-se realizar imediatamente a manutenção do motor principal para identificar a origem dos detritos metálicos. A tripulação do navio desmontou e inspecionou o motor diesel, realizando verificações detalhadas em componentes importantes, como cabeçote, camisa do cilindro, conjunto da biela do pistão, bucha do mancal principal, eixo de comando e virabrequim. Durante o processo, os seguintes sintomas de falha foram descobertos.
1) Foi encontrada ferrugem em várias peças.
(1) Árvore de cames
Após a desmontagem da “tampa do orifício de observação”, foi observada ferrugem nas superfícies da 4ª e 6ª árvores de comando. As condições de ferrugem das 4ª e 6ª árvores de comando são mostradas na Figura 2.
Figura 2 Condições de ferrugem das árvores de comando Não. 4 e Não. 6
(2) Casquilhos dos mancais principais.
Ao desmontar e inspecionar os casquilhos principais, descobriu-se que os casquilhos principais correspondentes a cada cilindro estavam todos enferrujados em vários graus, e a ferrugem aprofundou-se gradualmente da extremidade livre até a extremidade de saída. As partes enferrujadas eram todas a metade superior dos casquilhos principais.
O estado de ferrugem da metade superior do casquilho principal da 1ª marcha é mostrado na Figura 3.
Figura 3 Condição de ferrugem da metade superior da bucha do rolamento principal da engrenagem No. 1
(3) Virabrequim
Após a remoção da biela do pistão e demais acessórios do virabrequim, como a bucha do mancal, foi observado que havia ferrugem na superfície do virabrequim, sendo o munhão principal da engrenagem No. 5 o mais severo. A condição de ferrugem do munhão principal da engrenagem No. 5 é mostrada na Figura 4.
Figura 4 Condição de ferrugem do munhão do eixo da engrenagem 5#
2) Desgaste da bucha do rolamento principal e da arruela de encosto.
Após a desmontagem, constatou-se que a bucha do mancal principal e a arruela de encosto da 7ª marcha estavam muito desgastadas, ocorrendo rasgos no metal. É preliminarmente determinado que esta é a principal fonte de detritos metálicos. As condições de desgaste da bucha do mancal principal e arruela de encosto da 7ª marcha são mostradas na Figura 5.
Figura 5 Condições de desgaste da bucha do rolamento principal e arruela de encosto da engrenagem nº. 7
II. Método de análise de árvore de falhas e análise de navio real
A análise da árvore de falhas é um método comumente usado para resolver com eficácia sistemas de falhas complexos. Ele conduz análises dedutivas de falhas de cima para baixo. Especificamente, ele analisa vários fatores que podem causar falhas passo a passo-a-do sistema geral até seus componentes em uma estrutura ramificada-como uma árvore. Este método de análise pode diagnosticar falhas do sistema construindo diagramas de blocos lógicos e raciocinando passo a passo para analisar as causas das falhas.
2. Análise da árvore de falhas de danos na carcaça do rolamento principal
Existem muitas razões para o desgaste anormal dos casquilhos dos motores diesel. De acordo com o método de análise de árvore de falhas, tomando como evento principal o dano ao casquilho principal do motor diesel, são analisados os eventos causais que levam a esta falha. A árvore de falhas é listada e analisada de acordo com o relacionamento lógico apropriado. A árvore de falhas dos danos no casquilho principal é mostrada na Figura 6.
Figura 6 Árvore de falhas de danos na carcaça do rolamento principal
Conforme mostrado na Figura 6, as causas da falha podem ser atribuídas aos seguintes sete eventos básicos: instalação inadequada do corpo do motor, instalação inadequada dos casquilhos, cavitação dos casquilhos, material ruim dos casquilhos, má qualidade do óleo lubrificante, óleo lubrificante insuficiente e danos aos casquilhos principais causados pela operação de longo-alto{2}}carga do motor diesel.
1) Instalação do maquinário.
A instalação dos motores principais, como centralização e isolamento de vibração, não atendeu aos requisitos, resultando em carga irregular ou vibração dos motores principais, o que levou ao desgaste dos rolamentos.
Após a ocorrência da falha, as condições de centralização dos dois motores principais foram inspecionadas. A inspeção constatou que os parâmetros de centralização dos dois motores principais atendiam aos requisitos de instalação e que as diferenças em comparação com o último reparo em doca seca estavam dentro da faixa aceitável. Portanto, este incidente pode ser basicamente descartado.
2) Instalação do casquilho.
O casquilho inferior do rolamento principal suporta o virabrequim, mantendo a linha central do munhão principal do virabrequim em linha reta.
O desalinhamento da linha central causa flexão do virabrequim e aumento da carga no rolamento principal. Se os dois rolamentos à esquerda e à direita do curso da manivela estiverem muito baixos, a linha central do virabrequim dobrará para baixo e formará um arco.
Quando a manivela estiver no ponto morto inferior, ela será retraída; inversamente, quando estiver no ponto morto superior, o curso da manivela será estendido.
A diferença na extensão e retração do curso da manivela é proporcional à diferença de altura do mancal principal, portanto pode ser usada para medir se o virabrequim está centralizado e, portanto, a condição do casquilho.
Depois de consultar a especificação do projeto desse motor diesel de{0}velocidade média, descobriu-se que o virabrequim do motor diesel tem uma rigidez relativamente alta. O desalinhamento da linha central só poderia ser causado pela folga nos casquilhos inferiores dos mancais principais. Revise os dados de diferença de curso do virabrequim do motor principal após a última revisão de fábrica e meça a diferença atual de curso do virabrequim do motor principal e compare-os respectivamente com os requisitos de parâmetro no manual. Após investigação e verificação, descobriu-se que os requisitos de folga foram atendidos e a influência da folga de instalação do casquilho pode ser basicamente descartada.
3) Erosão por cavitação dos casquilhos.
Quando a superfície do casquilho se move relativamente com o óleo lubrificante, a alta temperatura e a alta pressão locais causadas pela ruptura das bolhas de gás levam à fadiga e ao desprendimento da superfície do casquilho, causando defeitos.
O fenômeno de cavitação se apresenta como um denso favo de mel de furos-em forma de agulha, e a superfície externa dos furos é limpa e geralmente não coberta com produtos de corrosão.
Com base nas características dos casquilhos deste motor diesel, pode-se determinar que não ocorreu erosão por cavitação e a influência da erosão por cavitação nos casquilhos pode ser basicamente descartada.
4) Material da bucha do rolamento.
Essa bucha de rolamento adota um design-de parede fina e é composta por uma camada de liga de alumínio, um revestimento e uma tela de níquel. O diagrama estrutural da bucha do mancal é mostrado na Figura 7.
Figura 7 Diagrama Estrutural do Revestimento do Rolamento
A estrutura de ranhura adotada por esta bucha de rolamento geralmente não pode desgastar-se através da tela de níquel e sua qualidade é relativamente confiável. Entretanto, esta bucha de rolamento tem uma baixa taxa de desgaste. De acordo com os testes realizados pelo fabricante original, mesmo quando a bucha do rolamento está sob alta carga e condições de fina película de óleo, o desgaste da bucha do rolamento permanece baixo. Ambas as buchas de rolamento são do mesmo lote de produtos, portanto a influência do material da bucha de rolamento pode ser basicamente descartada.
5) Qualidade do óleo lubrificante.
A má qualidade do óleo lubrificante pode levar ao desgaste anormal dos principais pares móveis dos motores diesel, como anéis de encosto, casquilhos dos mancais principais e casquilhos da biela, etc.
Existem várias situações em que a qualidade do óleo lubrificante é inferior. Pode ser devido à entrada de impurezas no óleo, ou à oxidação do óleo e à formação de sedimentos após uso-de longo prazo, ou ao óleo ser emulsionado e deteriorado devido à mistura de água do mar ou água doce, resultando em uma película de óleo não qualificada.
Após a inspeção, descobriu-se que as superfícies dos casquilhos principais, virabrequim, eixo de comando, etc. dentro da carroceria do motor diesel estavam enferrujadas em vários graus, e o óleo lubrificante apresentava um leve fenômeno de emulsificação. Portanto, não se pode descartar que o impacto tenha sido causado pela má qualidade do óleo lubrificante.
6) Óleo lubrificante insuficiente.
Óleo lubrificante insuficiente inclui principalmente volume insuficiente de óleo lubrificante ou pressão insuficiente do óleo lubrificante. Um volume insuficiente de óleo lubrificante levará a uma lubrificação inadequada e será difícil estabelecer uma película de óleo entre a bucha do rolamento e o virabrequim. A pressão insuficiente do óleo lubrificante resultará em resfriamento insuficiente da bucha do mancal, gerando altas temperaturas e causando danos à bucha do mancal. Após a verificação do volume e da pressão do óleo lubrificante, constatou-se que eles atendiam aos requisitos de projeto do volume de óleo lubrificante do motor diesel, portanto a influência causada pela insuficiência de óleo lubrificante pode ser basicamente descartada.
7) Operação-de longo prazo sob alta carga.
Quando um motor diesel opera sob carga elevada por um longo período, a carga de impacto entre a bucha do rolamento e o virabrequim aumenta, a película de óleo entre eles torna-se mais fina e, em alguns casos, uma película de óleo completa não pode ser formada. Esta situação leva ao desgaste anormal da bucha do rolamento e pode até causar a falha do rolamento.
Depois de verificar o registro de navegação, não houve registro de operação de longo-prazo sob alta carga, portanto, a influência causada pela operação de longo-prazo sob alta carga pode ser basicamente descartada.
III. Localização e eliminação de falhas
Com base na análise da árvore de falhas dos danos na bucha do mancal principal, a possível causa dos danos na bucha do mancal principal deste motor pode ser a qualidade inferior do óleo lubrificante. Portanto, foi realizada uma análise mais aprofundada do sistema de óleo lubrificante. O sistema de óleo lubrificante desta embarcação foi estudado, e o diagrama esquemático do sistema de óleo lubrificante é mostrado na Figura 8.
Figura 8 Diagrama esquemático do sistema de óleo lubrificante
Este tipo de motor diesel pode ter dois modos de lubrificação: cárter úmido e cárter seco. Quando um cárter úmido é usado, a bomba de óleo lubrificante-acionada pelo motor retira o óleo lubrificante do cárter. O óleo lubrificante passa por uma válvula de retenção, válvula reguladora de pressão, válvula termostática, resfriador, filtro, mancais e turboalimentador antes de retornar ao reservatório, formando um ciclo de lubrificação. Quando o óleo lubrificante atinge o tempo de serviço recomendado ou sua qualidade é inferior, ele é descarregado no tanque de óleo sujo para substituição. Se o motor diesel tiver um tanque de decantação de óleo separado, o óleo lubrificante é retirado do reservatório para o tanque de decantação, separado pelo separador de óleo e depois reutilizado.
Após investigação, constatou-se que a embarcação operava com sistema de cárter úmido e o purificador de óleo lubrificante não era utilizado há muito tempo. Portanto, suspeita-se que possa haver um problema com a qualidade do óleo lubrificante, e o óleo lubrificante foi enviado para teste. De acordo com o relatório de teste do óleo lubrificante, o conteúdo de íons Na e Mg foi anormalmente alto, o que pode ser determinado preliminarmente que o óleo lubrificante estava contaminado com água do mar.
Para analisar melhor a origem do óleo lubrificante que entra na água do mar e eliminar a "causa raiz", foi realizada uma análise mais aprofundada do sistema de refrigeração da água do mar deste motor principal. O diagrama esquemático do sistema de resfriamento de água do mar é mostrado na Figura 9.
Figura 9 Diagrama esquemático do sistema de resfriamento de água do mar
Depois de ser aspirada pela bomba de água do mar, a água do mar passa respectivamente pelo resfriador de ar do motor principal, pelo resfriador de óleo lubrificante do motor principal e pelo resfriador de água doce do motor principal para resfriá-los. Se houver entrada de água no óleo lubrificante, a água do mar pode infiltrar-se no óleo lubrificante através do resfriador de óleo lubrificante, causando deterioração do óleo lubrificante e subsequentemente causando ferrugem e danos aos casquilhos principais, rolamentos e árvores de comando, etc.
Em conclusão, após uma análise detalhada da árvore de falhas dos danos na bucha do mancal principal, descobriu-se que a causa fundamental dos danos na bucha do mancal principal foi a infiltração de água do mar no óleo lubrificante no resfriador de óleo lubrificante, o que levou à deterioração do óleo lubrificante e subsequentemente à corrosão dos componentes internos do motor principal, resultando em desgaste severo da bucha do mancal principal.
Portanto, são propostos os seguintes planos de reparos e sugestões de manutenção diária para a tripulação:
1) Substitua os casquilhos e arruelas de encosto severamente desgastados e enferrujados, repare os casquilhos levemente enferrujados e repare a árvore de cames enferrujada.
2) Repare o munhão principal do virabrequim e verifique seus parâmetros mecânicos após o reparo.
3) Lave o sistema de óleo lubrificante, substitua o novo óleo lubrificante e faça uma amostra e verifique a qualidade do óleo lubrificante após a substituição.
4) Recomenda-se que a tripulação envie regularmente o óleo lubrificante para inspeção, e as amostras para inspeção devem ser retiradas de diferentes sistemas de lubrificação.
4. Conclusão
O desgaste anormal da bucha do rolamento principal do motor é uma falha comum em motores diesel. Este artigo utiliza o método de análise de árvore de falhas para analisar as possíveis causas do desgaste anormal da bucha do mancal do motor principal, uma por uma, determinando rapidamente a causa do problema. Após posterior retificação e verificação, nenhum desgaste anormal foi encontrado, indicando que a análise e a retificação foram eficazes.