Piston segmanının temel işlevi yanma odasını sızdırmaz hale getirmek, piston üst ölü noktaya ulaştığında yanma odasındaki temiz havanın yakıt yanma sıcaklığını karşılayacak yeterli sıcaklık ve basınca sahip olmasını ve yakıtın hızlı ve tam yanmasını sağlamaktır;
Piston, piston segmanı ve silindir gömleğinin çalışma koşulları son derece zorludur ve bunlar arasındaki sürtünme kaybı, dizel motorunun toplam sürtünme kayıp gücünün %55 ila %60'ını oluşturmaktadır.
Bu nedenle, piston segmanının çalışma durumu, yakıt yanmasının tamamlanmasında ve dizel motorun çalışma koşulunda önemli bir rol oynar. Dizel motorun iyi çalışmasını sağlamak için piston segmanının çalışmasını yönetmek ve sürdürmek özellikle önemlidir.
Piston segmanlarında arıza olayları, neden analizi ve tedavi önlemleri
Piston segmanlarının başlıca arızaları kırılma, yapışma, anormal aşınma vb.'dir.
Yukarıda belirtilen arızalar meydana geldiğinde genellikle yanma odasında kaçak, egzoz sıcaklığının yükselmesi, egzozdan siyah duman çıkması, salmastra kutusundaki yağın kirlenmesi, silindir gömlek suyunun ısınması gibi olaylara neden olurlar.
"Solace" gemisindeki görev sürem boyunca ana makine modeli DC süpürme sistemine sahip MAN B&W6L60MC dizel motoruydu ve 14 yıl boyunca çalıştırıldı.
Ana motor silindirleri 1 # ve 3 #'nin normal bakımı ve kaldırılması Vancouver demirlemesinde gerçekleştirildi. Piston segmanlarının aşınması sınıra ulaşmamış ve piston ve piston segmanı olukları iyi durumda olmasına rağmen, silindirlerin bir sonraki kaldırılmasının 8000-10000 saat daha süreceği düşünüldüğünde.
Bu nedenle tüm piston segmanları değiştirildi.
1. silindirin egzoz supabı yaklaşık 800 saat, 3. silindirin egzoz supabı ise yaklaşık 500 saat değiştirildi.
Vancouver'dan 3 günden fazla bir süre ayrıldıktan sonra, Lianyungang'dan eklenen yağa (RMG380795t) geçtim. Test sonucu, kirliliklerin standardı aştığını, alüminyum ve silikon içeriğinin 60'a ulaştığını ve maksimum miktarın 80 olduğunu gösterdi. Bir günden kısa bir sürede, ana ve yardımcı motorlara giren yakıtın sıcaklığının kademeli olarak azaldığını ve yağ sıcaklığının ayarlanamadığını buldum. Ayrıca, yakıt ikincil filtresinin basınç farkının büyük olduğunu ve sürekli geri yıkama işleminin durdurulmadığını buldum.
Ana ve yardımcı makinelerin ikincil filtrelerinin manuel olarak sökülüp temizlenmesinden sonra basınç farkı ve sıcaklık normale döndü. Ancak bir günden kısa bir süre içinde otomatik yıkama durmadan devam etti. Bu nedenle, tek bir yağ ayırıcısının yağ ayırma hacmini azaltmak ve cüruf boşaltma aralığını 1 saate kısaltmak için paralel olarak başka bir yağ ayırıcısı başlatıldı. Ancak durum düzelmedi.
Daha sonra, silindir 1 ve 3'ün egzoz sıcaklığının kademeli olarak arttığı ve diğer dört silindirden önemli ölçüde daha yüksek olduğu bulundu. Yavaşlama işleminde önemli bir iyileşme olmadı ve ana motorun egzoz rengi daha ağırlaştı ve daha yoğun duman görüldü. Deniz koşulları iyi olmadığında, türbinde de hafif bir dalgalanma oldu.
Her silindirin dinamometre diyagramları ölçülerek, silindir 1 # ve silindir 3 #'ün sıkıştırma basınçlarının sırasıyla 5,6 MP ve 5,4 MP olduğu, diğer silindirlerin sıkıştırma basınçlarının ise 6,1-6,2 MP olduğu bulundu. Patlama basıncı da silindir 1 # ve silindir 3 # için daha düşüktü.
Bu olay, 1 # ve 3 # silindirlerin sızdırmazlığında sorun olduğunu gösteriyor: biri egzoz valfi, diğeri ise piston segmanı.
Önümüzdeki birkaç gün içinde durum giderek stabilize olacak ve gemi Güney Kore'nin Incheon limanına varana kadar ana ve yardımcı motorların ikincil yakıt filtrelerinin günde bir kez sökülüp temizlenmesi gerekecek.
Limana varıldığında yapılacak ilk şey, hurda kutusu kapısını açıp her bir silindirin pistonlarını, piston segmanlarını ve silindir gömleklerini incelemekti. Pistonların çok kirli olduğu, 1 ve 3 numaralı silindirlerin bazı piston segmanlarının kırılmış veya yapışmış olduğu ve silindir gömleklerinin hafifçe çekildiği görüldü. 1 ve 3 numaralı silindirlerdeki yağ yetersiz görünüyordu, diğer silindirler ise nispeten normaldi, sadece hafifçe kirliydi. Silindir gömleklerinin alt kısımlarında belirgin yağ kalıntıları ve çamur vardı.
1# ve 3# silindirleri tekrar kaldırmaya karar verdik.
Silindir yukarı kaldırıldığında, normal durumdaki alt piston segmanı hariç, 3 numaralı silindirin diğer tüm piston segmanlarının 3 veya 4 parçaya katlandığı, veya 1 numaralı silindirin ilk piston segmanının piston segmanı yuvasına ciddi şekilde yapıştığı, diğer piston segmanlarında ise çeşitli kırık şekillerinin olduğu görüldü.
Neyse ki piston segmanı yuvasında belirgin bir aşınma veya çıkıntı yok, silindir gömleği ise sadece hafif bir çekme yaşıyor.
Olayın analizine göre;
1 ve 3 numaralı silindirlerde piston segmanının kırılması ve yapışmasının en doğrudan nedeni şudur:
Bunlardan biri, piston segmanlarında ciddi kalite kusurlarının olmasıdır, sadece yeni değiştirilen 1. ve 3. silindir piston segmanları kırılmış veya sıkışmışken, diğer silindirlerin piston segmanları temelde normaldir;
İkinci konu yakıtın kalitesidir. Yakıtı arıtmak için tortu tanklarında ve günlük kullanım tanklarında sık sık artık boşaltmak, yağ ayırıcısının yağ ayırma kapasitesini azaltmak için paralel çalışma ve tortu tanklarının, günlük kullanım tanklarının ve yağ ayırıcılarının ısıtma sıcaklığını artırmak gibi birçok önlem almış olsak da, geleneksel yağ ayırıcıları alüminyum, silikon ve kül gibi küçük safsızlıkları tamamen ayırmakta zorlanır ve bu da yakıttaki safsızlıkların artmasına neden olur.
Silindirin yanma işlemi sırasında silisyum parçacıkları silindir gömlek duvarına yapışarak piston segmanı ile silindir gömlekleri arasındaki aşınmayı hızlandırır, piston segmanının yapışmasına ve en sonunda kırılmasına neden olur;
Yağdaki alüminyum yüksek sıcaklıkta korozyona neden olabilir ve piston segmanları ile silindir gömleklerinin aşınmasını hızlandırabilir.
Firmanın onayını aldıktan sonra eski yüzüğü temizleyip yerine taktık.
Elbette piston segman yuvası ve silindir gömleği zorlanmaları için daha önce basit bir tedavi uygulanmıştı.
Ayrıca 1 # ve 3 # silindir enjektörlerinin eski segmanlarla değiştirilmesi ve gereken yağ hacminin uygun şekilde azaltılması gerektiğinden, yağ enjeksiyon hacminde bazı ayarlamalar yapılmıştır.
Güney Kore'den Avustralya'ya kadar geçen on gün boyunca, ana bilgisayarın çalışma durumu iyi olmuştur, egzoz sıcaklığı temelde aynıdır ve dinamometreden ölçülen sıkıştırma basıncı ve patlama basıncı da temelde aynıdır. Ana bilgisayar normal şekilde çalışmaktadır.
İkincil yakıt filtresinin hala günde bir kez sökülüp temizlenmesinin sebebi yakıtta aşırı kirlilik bulunmasıdır.
Yukarıdaki hatalardan, piston segmanının sızdırmazlık performansı kırılma veya yapışma nedeniyle azaldığında veya kaybolduğunda, farklı derecelerde silindir üflemesi meydana geleceği, bunun sonucunda silindirdeki temiz hava miktarında önemli bir azalma olacağı, sıkıştırma basıncında bir düşüşe, egzoz sıcaklığında bir artışa, soğutma suyu sıcaklığında bir artışa ve dizel motorun düşük hızda ve yüksek yükte çalışmasına neden olacağı görülebilir. Hava hacmindeki azalma yanmayı kötüleştirir ve egzoz gazının enerjisi normal koşullara kıyasla önemli ölçüde artar. Turboşarjın hızı artar ve temizleme basıncı artar.
Dizel motorun hızının temelde değişmediği durumda, dizel motorun hava tüketimi temelde sabittir. Aynı zamanda, halka kırılması ve yapışması gazın temizleme kutusuna geri akmasına neden olur ve ciddi durumlarda temizleme kutusu alev alabilir. Bu faktörler, turboşarjın geri basıncının artmasına neden olarak düşük akış ve yüksek geri basınç durumunda çalışmasını sağlar, bu da turboşarjın normal eşleşmesini bozar ve hırıltısına yol açar.
Yukarıdaki olayların meydana gelmesi piston segman arızasından kaynaklanabilir.
3, Piston Segmanı Arızasının Diğer Nedenlerinin Analizi
Piston segmanının malzemesi, işleme teknolojisi ve ölçü doğruluğunun yanı sıra aşağıdaki nedenlerle de ilgilidir.
1. Piston segmanları arasındaki boşluğun etkisi
Piston segmanının üst üste binmesi, çalışma sırasında piston segmanının termal genleşmesi için yer olmasını sağlayabilir ve aynı zamanda piston segmanının normal çalışma sırasında belirli bir çevresel harekete sahip olmasına izin verebilir.
Piston segmanları arasındaki boşluk çok küçük olduğunda, pistonun çalışma sırasında ısıl genleşmesi sınırlanacak ve mafsalda sıkışmaya neden olarak mafsalın karşı tarafındaki segmanların kırılması kolaylaşacaktır.
Piston segmanları ve silindir gömleklerinin hareket esnasında aşınması nedeniyle segman bağlantı yerleri arasındaki boşluk giderek artacaktır.
Eklemler arasındaki boşluk çok büyük olduğunda pistonun radyal kuvvetinde ciddi dengesizlik meydana gelir.
Radyal kuvvet esas olarak halkanın kendi elastik kuvvetinden ve halkanın arkasına etki eden gaz kuvvetinden oluşur. Bindirme eklemleri arasındaki boşluğun varlığı, ikisinin birleşik kuvvetinin bindirme ekleminin karşı tarafında eşit olmayan aşınmaya neden olmasına neden olur ve bu da ciddi durumlarda halka kırılmasına yol açabilir.
Aynı zamanda piston segmanının radyal kalınlığı azalır ve elastikiyeti azalır. Segman oluğu ciddi şekilde tıkanırsa, segman yapışmasına neden olmak kolaydır.
Gerçek çalışma sırasında piston segmanları arasındaki boşluğun büyüklüğü, piston segmanlarının aşınma durumunu değerlendirmek için önemli bir göstergedir.
Bu nedenle, host durdurulduğunda piston segmanının çalışma durumu, yapışma veya kırılma olup olmadığı düzenli olarak temizleme kutusu aracılığıyla kontrol edilmelidir.
Eğer varsa arızanın daha da büyümemesi için kaldırma silindirinin kontrol edilmesi gerekir.
Piston segmanı ile mafsal arasındaki boşluk değeri, kılavuzda belirtilen değerlerle karşılaştırılarak sınır değeri aşıp aşmadığı tespit edilmelidir;
İkinci olarak piston segmanının aşınma oranı, son ölçülen boşluk ile karşılaştırılarak tespit edilmelidir.
Segman aşınma oranı belirli bir zaman aralığında aniden artıyorsa, yakıt enjeksiyon sistemi arızası, silindir yağı bozulması, aşırı yakıt külü ve kirlilikleri vb. gibi sebeplerin tespit edilip giderilmesi gerekir.
Her bir segmanın dosyalarının bu şekilde kayıt altına alınmasıyla, hem piston segmanının arıza olayı sistematik olarak analiz edilebilmekte, hem de farklı yedek parça partilerinin kalitesinin, yakıtının ve yağlama yağının aşınma oranına olan etkisi karşılaştırılabilmektedir.
2. Piston segmanları ile silindir gömlekleri arasındaki uyumun etkisi
İdeal tam sıvı yağlamanın oluşup oluşmayacağı esas olarak "hareket çifti"nin yağlama yağının hareket biçimi, hızı ve performansı gibi faktörlere bağlıdır.
Piston segmanının silindir gömleği içindeki hareketinin hızı, tüm strok boyunca sürekli olarak değişir, üst ve alt ölü noktalarda sıfır hareket hızı vardır. Aynı zamanda, yüksek sıcaklıktaki gazın etkisine maruz kalır ve bu da iyi bir yağlama oluşturmasını zorlaştırır. Bu, piston segmanının zayıf performansının önemli bir nedenidir, özellikle piston üst ölü noktaya yakın olduğunda, yağlama durumu sınır yağlama durumundadır, hatta bazen kuru sürtünme durumundadır.
Normal şartlarda piston başlığı ile silindir gömleği arasında sürtünme yoktur. Dizel motorun çalışmasıyla piston başlığının etrafında sert ve temizlenmesi zor karbon birikintileri oluşur. Karbon birikintilerindeki artış piston çapının artmasına neden olur. Piston silindir içinde hareket ettiğinde, başlıktaki karbon birikintileri silindir gömleğiyle sürtünme oluşturarak yağ filmine ciddi zarar verir ve silindir gömleği ile piston segmanının aşınma oranını önemli ölçüde artırır.
Dizel motorun çalışmasıyla silindir gömleği düzensiz aşınma yaşayacak ve bunun sonucunda sırasıyla çevresel ve eksenel yönlerde ovallik ve silindiriklik oluşacaktır. Piston segmanı silindir içinde hareket ettiğinde periyodik olarak açılıp kapanacaktır;
Aynı zamanda piston segmanının ve silindir gömleğinin eliptik yapısında hatalar kaçınılmaz olarak ortaya çıkacaktır.
Özellikle yeni bir piston segmanı ile değiştirildikten sonra, piston segmanı ile silindir gömleği arasındaki sızdırmazlık eşleşme yüzeyinde farklı derecelerde ışık sızıntısı meydana gelecektir. Genellikle silindire takılan yeni piston segmanının toplam ışık sızıntısının 90 dereceden az olması, sürekli ışık sızıntısının 30 dereceden az olması ve eklemin her iki tarafında 30 derecelik aralıkta ışık sızıntısı olmaması gerekir.
Yüksek kaliteli yeni piston segmanları yukarıdaki gereksinimleri karşılayabilir, ancak son yıllarda birçok firma maliyetleri düşürmek için orijinal yedek parçalar yerine düşük fiyatlı piston segmanları kullanmaya başlamıştır.
Malzeme ve işleme tekniklerindeki farklılıklar ve üretimdeki önemli boyutsal hatalar nedeniyle aşırı ışık sızıntısı meydana gelmektedir.
Aynı zamanda, yüksek sıcaklıklarda çalışırken piston segmanının elastikiyeti çok fazla azalır. Segman oluğunda karbon birikimi ve tıkanıklık ile karşılaşıldığında, sızıntı miktarı artacak ve sızıntı noktasından segmanın dış çalışma yüzeyine yüksek basınçlı gaz etki ederek piston segmanının segman oluğuna sıkışmasına neden olacak ve bu da segmanın segman oluğunda sıkışmasına ve segmanın tutulması olgusunun ortaya çıkmasına neden olabilir;
Gaz basıncı azaldığında, başlangıçta sıkıştırılmış olan piston segmanı kendi elastikiyeti sayesinde tekrar dışarı fırlayacaktır.
Bu periyodik tekrarlanan hareket, zamanla zayıf kuvvet noktalarında yorulma kırıklarına neden olacaktır.
Uygulama, piston segmanının kırılmasının başlıca nedeninin segman sıkışması olayı olduğunu kanıtlamıştır.
Ayrıca bazı dizel motorlarda piston segmanının silindir gömleği göbeğine ve segman ucundaki asılı hava portuna temas etmesi sonucu kırıldığı tespit edilmiştir.
3. Yakıt ve silindir yağının etkisi
Gemilerde kullanılan yakıtlar, yakıt ikmal limanlarındaki değişiklikler nedeniyle sıklıkla değişmekte, ayrıca farklı ülke ve üreticilere ait yakıtların performans göstergeleri, menşei ve eritme süreçlerindeki farklılıklar nedeniyle büyük farklılıklar göstermektedir.
Arıtma için yakıt ayırıcısı kullanılıyorsa, farklı yakıtlar için karşılık gelen özgül ağırlık halkaları seçilmeli ve işlem mümkün olduğunca daha yüksek sıcaklıklarda (örneğin 95-98 derece) gerçekleştirilmelidir. Duruma bağlı olarak yakıt ayırıcıları seri veya paralel olarak bağlanmalıdır, aksi takdirde yakıt işleme etkisini etkileyecektir.
Yakıttaki alüminyum, silisyum ve kül oranının çok yüksek olması, piston segmanlarında ve silindir gömleklerinde aşınmanın artmasına neden olacak, bu da kaçınılmaz olarak dizel motorun yanma sürecini etkileyecek ve yanma odası içinde yüksek sıcaklıklara yol açacaktır;
Aynı zamanda bazı dizel motorların uzun süre düşük devirlerde ve düşük yüklerde çalışması veya silindir yağ hacmini ayarlamadan sık sık portlara girip çıkması nedeniyle silindir yağ enjeksiyon hacmi artar. Piston segmanının pompalama etkisi nedeniyle segman oluğunda aşırı silindir yağı birikir. Silindir içindeki sıcaklık çok yüksek olduğunda biriken yağlama yağı yanarak karbon birikintileri oluşturur ve bu da piston segmanlarının yapışmasına ve kırılmasına neden olur.
4. Günlük bakım ve yönetim çalışmalarının etkisi
Piston segmanı yapışması ve kırılması gibi arızaların önlenmesinde günlük yönetimde iyi bir iş çıkarmak önemli rol oynar.
1) Dizel motorda silindir gömleği veya piston segmanı değiştirildikten sonra düşük devirde kalmak gerekir.
Düşük yükte yeterli rodaj süresi sağlanarak, rodaj süresi boyunca silindire verilen yağ enjeksiyon miktarı artırılarak, rodaj süresi boyunca segman ve silindir gömlek yüzeylerinin şekil ve pürüzlülüğünün tam olarak uyuşmaması nedeniyle sürtünme yüzeyinin aşırı ısınması ve silindir çekmesi veya piston segmanlarının kırılması önlenebilir;
2) Normal çalışma esnasında soğutma suyu ve soğutma yağının sıcaklığı ve basıncı kontrol edilmeli ve normal aralıkta tutulmalıdır;
Aynı zamanda parametrelerdeki değişimlere dikkat edin, en önemlisi her parametrenin değişim hızıdır;
Dinamometre grafiğini düzenli olarak ölçün, sıkıştırma basıncını, patlama basıncını, yanma başlangıç noktasını, yük dağılımını vb. analiz edin, yanma sürecinin iyi olup olmadığını belirleyin, silindir ve piston segmanının çalışma durumunu değerlendirin, arıza belirtilerini zamanında tespit edin ve arızanın nedenine göre ilgili önlemleri alın;
3) Piston segmanları arasındaki boşluğu ölçmek için düzenli olarak temizleme kutusunu açın, her piston segmanının kullanımı için bir dosya oluşturun ve temizleme portu aracılığıyla piston segmanlarının, silindir gömleklerinin, silindir yağ enjeksiyonunun vb. temel koşullarını kontrol edin. Piston segmanlarında herhangi bir yapışma veya kırılma bulunursa, silindir zamanında bakım için kaldırılmalıdır.