Анализ причин поломки коленчатого вала дизель-генератора АД 100-т400

Куренский А.В., Соловьёв С.П.

АНАЛИЗ ПРИЧИН ПОЛОМКИ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРА АД 100-Т400

В данной статье представлены материалы по результатам работы, выполненной в рамках договора с одним из учреждений г. Владивостока. Темой договора было выявление причин аварии на дизель-генераторе АД 100-Т400, произошедшей в декабре 2008 года. Данный дизель-генератор по своему назначению является аварийным и запускается только при отключении электропитания от внешнего источника. Описание аварии и другие материалы были предоставлены Заказчиком.

12 декабря 2008 года, после выполнения штатных предпусковых операций и прогрева на холостом ходу, дизель-генератор был поставлен под нагрузку. Через полтора часа работы раздался достаточно громкий металлический щелчок, после чего температура масла стала быстро повышаться и дошла до критической отметки. В результате чего агрегат был аварийно остановлен. Видимых наружных повреждений обнаружено не было, но после вскрытия крышки сапуна оттуда пошёл дым, характерный для перегретого масла.

После аварии данного агрегата, по запросу учреждения, специалистами ООО "Восток-Дизель", была проведена полная разборка и дефектовка дизеля, о чём был составлен соответствующий акт, в котором указывались пять следующих обнаруженных дефектов:

1. Деформация головки блока к середине на 0,35 мм (предел 0,2 мм);

2. Не работала форсунка 4-го цилиндра;

3. Разлом коленчатого вала в районе 5-го коренного подшипника;

4. Проворот 7, 6, 5 и 4 коренных подшипников;

5. Крышки коренных подшипников задраны, стопора сорваны и как следствие, картер выведен из строя.

При изучении причин аварии авторами было выявлено следующее, не указанное в акте дефектовки.

1. Между маховиком дизеля и ведущей полумуфтой вставлен зубчатый венец внутреннего зацепления толщиной 30 мм, не предусмотренный заводом-изготовителем.

2. На этом венце, жёстко соединённым с ведущей полумуфтой и маховиком дизеля, и на ведомой полумуфте электрогенератора, имеются наклёпы, вызванные жёстким (с натягом) контактом этих двух деталей. Пятна контакта имеют глубину до 3...4 мм при размере в поперечнике до 10... 15 мм.

3. При осмотре заднего подшипника электрогенератора было выявлено, что он недавно менялся, так как смазка не работавшая и совершенно свежая. Стопорное кольцо, которое должно фиксировать гайку заднего подшипника, смято, выдавлено и своей функции не выполняло. Наличие смазки на посадочной плоскости крышки заднего подшипника говорит о том, что она не была посажена на место и, таким образом, не могла фиксировать подшипник в штатном положении.

4. Пункт 3, указанный в акте полной разборки и дефектовки аварийного дизеля, выполненный специалистами ООО "Восток-Дизель", констатирующий разлом коленчатого вала, является не точным и не полным, так как не указано конкретное место разлома коленчатого вала и не описан его вид. Внимательное рассмотрение этого разлома выявило наличие предварительной трещины в задней щеке коленчатого вала пятой рамовой шейки и уже потом её последующее полное разрушение.

5. Осмотр шкива привода вентилятора охлаждения, выявил смятые посадочные штифты.

6. В процессе изучения представленных Заказчиком материалов было установлено, что примерно в марте-апреле 2008 года был заменён задний подшипник электрогенератора. Заменённый подшипник был представлен Исполнителю и на нём отчётливо видны следы подгоревшей консистентной смазки, что говорит о перегреве данного подшипника во время работы.

На основании сказанного, можно утверждать, что основные факторы, выявленные Исполнителем после написания акта дефектовки и как будет показано ниже, приведшие к аварии, специалистами ООО "Восток-Дизель" указаны не были.

По результатам изучения представленных Заказчиком материалов, осмотра деталей дизеля и электрогенератора, а также изучения литературных данных по дизель-генераторам данного типа и аварий с коленчатыми валами дизелей, были сделаны следующие выводы.

1. Аварийный дизель-генератор АД 100-Т/400 (второе обозначение - У34А) установлен и введён в работу в учреждении после капитального ремонта 17 октября 2007 года. Общая наработка с момента эксплуатации после капитального ремонта составила 56 часов.

2. По литературным данным было выяснено, что дизели типа Д6, обозначение по ГОСТу 10150-88, - 6415/18, выпускались в шести дизельных модификациях - Д6, 1Д6, 2Д6, ЗД6, 6Д6 и 7Д6. а также в двух газодизельных модификациях - 1Д6-ГД и ЗД6-ГД.

Установленный в учреждении дизель-генератор АД 100-Т/400 (У34А) имеет дизель 1Д6, предназначен для передвижных силовых установок и имеет замкнутую, автономную систему охлаждения. Соединение дизеля с электрогенератором осуществляется через упругую муфту, состоящую из двух полумуфт, соединяемых между собой двадцатью резиновыми пальцами. Изучение паспортных данных и материалов завода-изготовителя показали, что никакого проставочного зубчатого венца между ведущей полумуфтой и маховиком, который был установлен на аварийном агрегате, в конструкции нет. Ведущая полумуфта по наружному диаметру садится с натягом в выточку маховика и крепится к нему болтами.

3. Модификация дизеля ЗД6 предназначена для водного транспорта и кроме специального дополнительного оборудования в виде насосов и теплообменников имеет реверс-редуктор. При этом маховик этой модификации имеет меньшую ширину. Именно такой маховик и был установлен на аварийном дизель-генераторном агрегате.

Для компенсации уменьшенной ширины маховика был установлен зубчатый венец, примерно подошедший по размеру. При штатном положении полумуфт, ведомая полумуфта, при каких-либо неточностях соединения дизеля и генератора, имеет возможность смещаться, что гарантирует отсутствие вероятности возникновения механических напряжений.

Установленный нештатный проставочный венец, ведомую полумуфту такой возможности лишил. Более того, упругую муфту, соединяющую дизель с генератором, он превратил в абсолютно жёсткую и не дающую возможность посадить на место задний подшипник генератора из-за большей общей ширины муфты и маховика. Из-за этого, подшипник начал испытывать осевые нагрузки, далеко не предназначенные для обычного опорного шарикоподшипника. Отсюда его перегрев и подгорание консистентной смазки.

4. Техническое описание и инструкция по эксплуатации данного дизель-генератора при соединении дизеля с генератором, для улучшения их центровки и устранения повышенной вибрации, требует опытного подбора взаимного положения ведущей и ведомой полумуфт. Для этого, полумуфты разъединяются, и выполняется их проворачивание друг относительно друга. Данная операция выполняется до получения минимальной вибрации агрегата. Наличие нештатного проставочного венца, сделавшее упругую муфту абсолютно жёсткой делает, описанную выше операцию, невыполнимой в принципе. Можно утверждать, что данное положение вещей усугубило создание аварийной ситуации и выход дизеля из строя.

На основании всего сказанного выше, можно окончательно утверждать следующее.

Причиной поломки коленчатого вала дизеля явилась установка нештатного маховика уменьшенной ширины и, не предусмотренного конструкцией, проставочного зубчатого венца. Это привело к увеличению общей ширины упругой муфты и не дало возможность нормально соединить дизель с генератором. Соединение было выполнено с натягом, что повлекло смещение ротора генератора в сторону заднего подшипника генератора и коленчатого вала двигателя в сторону первого цилиндра. При этом был полностью выбран осевой зазор в упорном подшипнике дизеля, но задний подшипник генератора так на место и не сел. Шарикоподшипник воспринимал недопустимо большое осевое усилие и перегревался, о чём говорит подгоревшая смазка на внутренней обойме подшипника. Кроме того, и это самое главное, такая сборка дизеля и генератора вызвала изгиб коленчатого вала, который во время работы начал испытывать изгибные знакопеременные нагрузки, которые и привели к его поломке.

Разлом щеки коленчатого вала привёл к нарушению подачи масла, его перегреву, задирам 4, 5, 6 и 7 коренных подшипников и их проворотам в постелях.

ЛИТЕРАТУРА

1. Дизель-генераторы для передвижных электростанций. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. 1985, -76 с.

2. Лившиц М.Л. Быстроходные дизели Д6. М., Машгиз, 1954, -264 с.

3. Шишкин В.А. Анализ неисправностей и предотвращение повреждений судовых дизелей. М., Транспорт, 1986, -193 с.

4. Морозов М.Я., Соколов Л.И. Анализ повреждений коленчатых валов судовых двигателей и методы их исправлений. М., Морской транспорт, 1962, -72 с.

5. Возницкий И.В., Иванов Л.А. Аварии судовых двигателей внутреннего сгорания. М., Морской транспорт, 1961, -242 с.

Токликишвили А.Г.

ВОССТАНОВЛЕНИЕ КОЛЕНЧАТЫХ ВАЛОВ СУДОВЫХ СРЕДНЕОБОРОТНЫХ ДИЗЕЛЕЙ

Коленчатые валы судовых среднеоборотных дизелей (СОД) одни из наиболее ответственных деталей двигателей и в процессе эксплуатации подвергаются действию многочисленных изменяющихся нагрузок, вибраций, колебаний, а также действию перегрузок, обусловленных резкими изменениями их частоты вращения при реверсировании, плавании в штормовых и ледовых условиях. Одной из основных причин отказа коленчатых валов является износ рамовых и мотылевых шеек [1].

Известно, что любой технологический процесс ремонта и восстановления детали предусматривает не только восстановление геометрических параметров, но и, главным образом, сдерживание тех разрушительных процессов, которые естественным образом протекают на поверхности детали. Поэтому, на сегодняшний день актуальна задача не только восстановления первоначальных размеров шеек вала, но и повышения их эксплуатационных свойств (твердости поверхности, износостойкости, долговечности).

Повышение долговечности коленчатых валов судовых СОД возможно при решении, как минимум двух материаловедческих задач: 1 - разработка современных износостойких и антифрикционных материалов; 2 - выбор оптимального сочетания материалов для конкретных условий работы трибосопряжений; и одной технологической - проектирование оптимальной технологии нанесения износостойкого покрытия на шейки вала.

В настоящее время методы восстановления коленчатых валов, позволяющие повысить их долговечность можно разделить на две группы: шлифование шеек вала на ремонтный размер с последующим упрочнением и нанесение износостойких покрытий. Основные наиболее часто применяемые методы восстановления и упрочнения коленчатых валов СОД приведены в табл. 1 [1, 2].

Таблица 1

_Методы восстановления коленчатых валов СОД_

Без нанесения покрытия С нанесением покрытия

шлифование шеек вала на ремонтный размер с последующим упрочнением методом: - ультразвуковой обработки; - алмазного выглаживания; - лазерной закалки; - лазерного поверхностного легирования; - азотирования; - натирания геоматериалами; - ультразвуковой обработки по слою геоматериалов. наплавка проволокой под слоем флюса с последующей термообработкой и ППД

плазменная наплавка композиционными материалами

плазменное напыление

плазменное напыление с одновременной ультразвуковой обработкой

плазменное напыление с последующим лазерным оплавлением покрытия

гальваническое хромирование