導入
8DK28ディーゼルエンジンは、単体出力2500kW/750（r/min）-¹）を有し、船舶エンジン、補助エンジン、負荷発電所などに広く使用されています。
しかし、運転中にピストンの破損や亀裂が頻繁に発生し、深刻な経済的損失や評判の損失を引き起こします。当社では、このタイプの機械におけるピストンの破損やシリンダーライナーの異常摩耗の原因を分析し、対応する対策を提供します。
1、事故の現象の説明
最初の事故は天津の9000トン型ばら積み貨物船「第9号復勝」で発生した。
2005年1月25日、船が厦門港から3海里離れた地点を航行中、乗組員は8DKM-28ディーゼルエンジンの8番シリンダーの検査穴カバーに穴が開いていることを発見した。
機関長は停止検査を命じ、第8シリンダーのピストンが破損し、表面が異常に摩耗していること、ピストンピンが異常に摩耗していること、クランクシャフトピンベアリングに鉄粉が多数付着していること、オイルフィルター内に鉄粉が存在することを発見した。船は納入から外観に至るまでわずか1700時間余りしか稼働していなかった。
その後3年間で同様の事件が180件相次いで発生し、直接的な経済損失は200万元近くに上った。
2、故障原因分析
事故の真相を解明し、再発防止を図るため、当社サービス担当者は2005年1月27日にディーゼルエンジンの全ピストン、コネクティングロッド、シリンダーライナー、メインベアリング、コネクティングロッドベアリング、ピストンピンの徹底的な点検を実施しました。その結果、シリンダー1-8のピストンに程度の差はあるものの亀裂があることが判明しました。
8番シリンダーのピストンはピストンピンシートで完全に粉砕されています。クランクシャフトピンベアリングを分解して検査したところ、ベアリングに金属粉があり、フィルターエレメントにも大量の金属粉が現れていることがわかりました。ピストンピンとピストンリングにはカーボンの蓄積と異常な摩耗がありました。
分析の結果、ピストンピンの亀裂、破片化、異常摩耗の原因は次のとおりです。
1. 潤滑油の品質が悪い
統計によると、このような事故が発生した船舶の潤滑油の品質は規定の要件を満たしておらず、アルミニウムやバナジウムなどの不純物が基準を大幅に超えています。アルミニウムやバナジウムなどの不純物粒子がクランクシャフトピンライナーとピストンピンの隙間に入り込み、外力を受けて最終的にシャフトピストンピンライナーとピストンピンの異常摩耗を引き起こします。
2. ピストンの構造が不合理で製造品質が不十分
a. 8DKM-28ディーゼルエンジンの納入および運転以来、180個以上のピストンに亀裂や破片が発生しました。破損と亀裂の発生を観察したところ、それらはすべてピストンピンシートの弾性支持領域に発生していました。
この部分の理論上の壁厚は比較的薄く、わずか3.5mmです。鋳造後、ブランクの壁厚は不均一です。解剖すると、最も薄い部分でも約3mmしかないことがわかり、横方向のスラスト作用によりピストンに亀裂や破損が生じました。これがピストン破損の原因の1つです。
b. 図面によれば、ピストンは円錐形であるはずであるが、船上で測定したところ、7番シリンダーと8番シリンダーのピストンは上から下まで全体的に太く、典型的なまっすぐな円筒形のピストンであることが判明した。
3. 燃料配管系が断熱材で包まれていない
規制によれば、重油を燃焼させる場合、外部の燃料パイプシステムを断熱層で包む必要があります。
しかし、サービス担当者が点検したところ、燃料供給ユニットから主エンジンの燃料入口までの約35mの燃料パイプラインシステムが断熱層で包まれておらず、重油がディーゼルエンジンに入るときに温度が低下し（103度のみ、規定値は130度）、粘度が18ct（燃料入口粘度は13-14tと規定）に達する高粘度状態になっていることが判明しました。
ディーゼルエンジンがこのように作動すると、燃料の霧化が悪く、燃焼が悪化し、ピストンとピストンリングにカーボンが蓄積して上部が焼け、ピストンリングの漏れが発生し、ピストンとシリンダーライナー間の潤滑油が分解して油膜が形成されにくくなり、ピストンとシリンダーライナーの間に乾いた摩擦が発生し、ピストンとシリンダーライナーの異常摩耗を引き起こします。横方向のスラストの作用により、ピストンは最終的に亀裂や破損を起こします。
これがピストン破損の主な原因です。
4. 予熱ユニットが設定されていません
予熱ユニットを構成しない場合、ディーゼルエンジンの潤滑油温度が低くなり、流れが悪くなり、粘度が高くなり、燃料供給が相対的に減少し、シリンダーライナーの内面へのオイル供給が不十分になり、シリンダーライナーとピストンの間で乾燥摩擦が発生し、始動時（特に低温時）にシリンダーライナーとピストンが異常に摩耗する可能性があります。
摩耗が激しくなると、熱および機械的ストレスの影響でピストンに亀裂が生じ始め、最終的には壁厚が最も弱いピストンピンシートで破損します。
5. ドッキング前に潤滑油と燃料パイプシステムをフラッシュしなかった
規則によれば、ディーゼルエンジンをドッキングする前に、船上の潤滑油と燃料のパイプラインを洗浄する必要がある。
しかし、造船所はコストを節約するために、入港前に船の潤滑油と燃料のパイプラインシステムを完全に洗浄しませんでした。潤滑油と燃料の洗浄中に、パイプライン内の溶接スラグ、汚れ、その他の破片が徐々に剥がれてディーゼルエンジンに入り、シリンダーライナーとピストンリングの異常摩耗を引き起こし、最終的にピストンの過熱と亀裂につながりました。
6. ピストンリングの著しい光漏れとコーティングの不安定さ
ピストンリングのコーティングに軽度の漏れや剥がれがあると、密閉性が悪くなり、シリンダーライナーとピストンの間に高圧ガスが流れ、潤滑油膜が損傷し、シリンダーライナーとピストンリングの凝着摩耗が発生し、シリンダーライナーとピストンリングの異常摩耗が発生し、最終的にピストンが過熱して破損する原因となります。
3、講じられた措置
a. 船主に対し、ディーゼルエンジンマニュアルに従って、ナトリウムとバナジウムの含有量が指定範囲内であることを確認した上で、適格な潤滑油を購入するよう促します。
b. ピストン壁の厚さを3.5mmから5.5mmに変更してピストン構造を改善し、ピストンの強度を高め、ピストンの強度不足による破損を防止します。全体の設計を、高強度耐熱鋼ピストンクラウンと高強度ダクタイル鋳鉄ピストンスカートを備えた分割ピストンに変更し、ピストンの焼損や破損を防止します。
c. 造船所と船主に対し、燃料供給ユニットからディーゼルエンジンの燃料入口までの燃料パイプシステムに厚さ25mmの断熱層を巻き付け、ディーゼルエンジンの燃料入口温度が130度に維持され、粘度が12-14 cstに維持されるように促し、燃料の霧化不良と燃焼劣化の問題を解決し、ピストン破損事故の再発を防ぎます。
d. 船主に予熱ユニットの構成問題を解決するよう促し、ディーゼルエンジンが低温で始動したときに潤滑油の温度を50-60度に維持して潤滑油の相対的な供給量を増やし、ピストンシリンダーライナーの乾燥摩擦問題を解決し、シリンダーライナーの引き抜きとピストンの破損を防止できるようにします。
e. 溶接スラグや錆粒子がディーゼルエンジン内に侵入するのを防ぎ、シリンダーライナーの引き抜き、ピストンリングの異常摩耗、ピストンの破損などの事故が再発しないように、船主に対し、DK28ディーゼルエンジン外部機器洗浄仕様書に従って船上の潤滑油および燃料配管システムを再洗浄するよう要請する。
f. ピストンリングの製造品質を厳格に管理し、入荷したピストンリングに対して厳格な検査を実施し、各ピストンリングに光漏れやコーティングの剥がれがないことを確認します。光漏れやコーティングの剥がれのあるピストンリングは、組立ラインに投入されません。
4、結論
a. 船主に対し、ディーゼルエンジンマニュアルに従って、ナトリウムとバナジウムの含有量が指定範囲内であることを確認した上で、適格な潤滑油を購入するよう促します。
潤滑油中のナトリウムやバナジウムの粒子がシリンダーライナーとピストンの間に入り込み、ピストンやシリンダーライナーの異常摩耗を引き起こすのを防ぎます。
b. ピストン壁の厚さを3.5mmから5.5mmに変更し、ピストンの強度を高め、強度不足による割れを防止しました。一体型ダクタイル鋳鉄ピストンを高強度耐熱鋼トップと分割型ダクタイル鋳鉄ピストンスカートに交換し、ピストンの耐熱性を向上させ、トップへのカーボン堆積によるピストン破損の発生を回避しました。
c. 造船所に燃料パイプシステムに厚さ25mmの断熱層を巻き付けるよう促し、燃料入口温度を（130±1）度、粘度を（13±1）CSTの範囲内に維持し、燃料の霧化不良や燃焼劣化の発生を防止します。ピストンの上部、第1、第2ピストンリングにひどい炭素蓄積と密閉不良が発生し、高温高圧のガスがシリンダー内に侵入する現象が根絶され、シリンダーライナーの異常摩耗やピストンおよびピストンの破片化を防止します。
d. 船主に予熱装置の構成の問題を解決するよう促し、ディーゼルエンジンが低温で始動する際の潤滑油の温度が低い、粘度が高い、流れが悪いという問題を解決し、ピストンとシリンダーの間に油膜が形成されやすくなり、ピストンとシリンダーの乾いた摩擦を回避し、シリンダーライナーの異常な摩耗やピストンの破損の発生をなくしました。
つまり、上記の措置により、天津復勝9号船の8DKM-28ディーゼルエンジンは再生され、9年間の追跡を経ても品質上の問題は発見されず、同船の主エンジンのピストン破損やシリンダーライナーの異常摩耗の問題は根本的に解決されました。
