ある漁業法執行船の推進システムは、2 台の推進ディーゼル エンジン、1 台の双発並列減速ギアボックス、1 組の制御可能なピッチ プロペラとシャフトで構成されています。{0}}主エンジンは、4 ストローク、直噴、ターボチャージャー、インタークーラー付きの中速船舶用エンジンで、インライン構成です。-ギヤボックスはスラストベアリングと高弾性クラッチを備えたパラレルギヤボックスを採用しています。-船舶の主推進装置構造の模式図を図１に示します。
図１ 船舶の主推進システムの概略図
I. 故障現象
毎月のメンテナンス中に、乗組員は主エンジンのクランクケースのオイルパン内に大量の金属の破片を発見しました。報告後、金属破片の発生源を特定するため、直ちに主エンジンの整備を行うこととした。船の乗組員はディーゼルエンジンを分解して検査し、シリンダーヘッド、シリンダーライナー、ピストンコンロッドアセンブリ、メインベアリングブッシュ、カムシャフト、クランクシャフトなどの重要なコンポーネントを詳細に検査しました。その過程で、以下の障害症状が発見されました。
1)複数の部品に錆が見られました。
(1) カムシャフト
「観察穴カバー」を分解したところ、4番カムシャフトと6番カムシャフトの表面に錆が確認されました。 4番カムシャフトと6番カムシャフトの錆の状況を図2に示します。
図2 カムシャフトNo. 4、No. 6の錆状況
(2) メインベアリングシェル。
主軸受シェルを分解して検査したところ、各気筒に対応する主軸受シェルはいずれも程度の差はあれ錆が発生しており、自由端から出力端にかけて錆が徐々に深くなっていることが判明した。錆びた部分はすべて主軸受シェルの上半分でした。
1速主軸受シェルの上半部の発錆状況を図3に示します。
図3 No. 1ギヤの主軸受ブッシュ上半部の錆の状況
(3) クランクシャフト
ピストン コネクティング ロッドとベアリング ブッシュなどのクランク シャフトのその他の付属品を取り外した後、クランク シャフトの表面に錆があることが観察され、No. 5 ギアのメイン ジャーナルが最も深刻でした。 No. 5ギヤメインジャーナルの錆の状況を図4に示します。
図4 5#ギヤシャフトジャーナルの錆の状態
2) 主軸受ブッシュとスラストワッシャーの摩耗。
分解したところ、7速ギヤのメインベアリングブッシュとスラストワッシャーが著しく摩耗し、金属裂けが発生していることが判明した。これが金属破片の主な発生源であることが事前に確認されています。 7速ギヤの主軸受ブッシュとスラストワッシャーの摩耗状況を図5に示します。
図5 ギヤNo. 7の主軸受ブッシュとスラストワッシャーの摩耗状況
II.フォールトツリー解析手法と実船解析
フォールト ツリー分析は、複雑なフォールト システムを効果的に解決するために一般的に使用される方法です。演繹的な故障分析を上から下まで実行します。具体的には、障害の原因となる可能性のあるさまざまな要因を、システム全体からコンポーネントに至るまで、ツリー状の分岐構造で段階的に分析します。--この分析方法では、論理ブロック図を構築し、段階的に推論して障害の原因を分析することで、システム障害を診断できます。
2. 主軸受シェル損傷の断層木解析
ディーゼル エンジンのベアリング シェルの異常摩耗にはさまざまな理由があります。フォールトツリー解析手法では、ディーゼルエンジンの主軸受シェルの損傷を最上位事象として、この故障に至る原因事象を解析する。フォールト ツリーは、適切な論理関係に従ってリストされ、分析されます。主軸受シェルの損傷の断層ツリーを図 6 に示します。
図6 主軸受シェル損傷の断層樹
図 6 に示すように、故障の原因は次の 7 つの基本事象に起因すると考えられます。エンジン本体の不適切な取り付け、ベアリング シェルの不適切な取り付け、ベアリング シェルのキャビテーション、ベアリング シェルの材質不良、潤滑油の品質不良、潤滑油の不足、ディーゼル エンジンの長期の高負荷運転によるメイン ベアリング シェルの損傷--。
1) 機械の設置。
主機関のセンタリングや防振などの設置が要件を満たしておらず、主機関の偏荷重や振動が発生し、軸受の磨耗につながった。
故障発生後、２基の主エンジンのセンタリング状態を検査した。検査の結果、2 基の主エンジンのセンタリングパラメータが設置要件を満たしており、前回の乾ドック修理と比較した差異が許容範囲内であることが判明しました。したがって、この事件は基本的には否定できる。
2) ベアリングシェルの取り付け。
メインベアリングの下側ベアリングシェルはクランクシャフトを支持し、クランクシャフトのメインジャーナルの中心線を直線に保ちます。
中心線のズレはクランクシャフトの曲がりを引き起こし、メインベアリングへの負荷の増加を引き起こします。クランクスローの左右2つのベアリングが低すぎると、クランクシャフトの中心線が下に曲がり、円弧を描きます。
クランクスローが下死点に達すると引っ込みます。逆に上死点にあるときはクランクスローが伸びます。
クランクスローの伸びと縮みの差はメインベアリングの高さの差に比例するため、クランクシャフトが中心にあるかどうか、ひいてはベアリングシェルの状態を測定するために使用できます。
この中速ディーゼル エンジンの設計仕様を検討したところ、ディーゼル エンジンのクランクシャフトの剛性が比較的高いことがわかりました。{0}中心線のずれは、メインベアリングの下部ベアリングシェルの隙間によってのみ引き起こされる可能性があります。前回の工場オーバーホール後の主エンジンのクランクシャフトスロー差データを確認し、現在の主エンジンのクランクシャフトスロー差を測定し、マニュアルのパラメータ要件とそれぞれ比較します。調査と検証の結果、隙間の要件は満たされており、軸受シェルの取り付け隙間の影響は基本的に排除できることがわかりました。
3) ベアリングシェルのキャビテーション浸食。
軸受シェルの表面が潤滑油と相対的に移動すると、気泡の破裂による局所的な高温高圧により軸受シェル表面の疲労や脱落が発生し、欠陥が発生します。
キャビテーション現象は、針状の穴が密集した蜂の巣として現れ、穴の外面はきれいで、一般に腐食生成物で覆われていません。
このディーゼルエンジンのベアリングシェルの特性から、キャビテーションエロージョンは発生していないと判断でき、ベアリングシェルに対するキャビテーションエロージョンの影響は基本的に排除できます。
4) ベアリングブッシュの材質。
このベアリング ブッシュは薄肉設計を採用しており、アルミニウム合金層、コーティング、ニッケル スクリーンで構成されています。-軸受ブッシュの構造図を図7に示します。
図7 ベアリングライナーの構造図
このベアリングブッシュに採用されている溝構造は一般にニッケルスクリーンを摩耗することがなく、その品質は比較的信頼できます。一方、このベアリングブッシュは摩耗率が低いです。メーカーの試験によれば、ベアリングブッシュに高負荷がかかり、油膜が薄い状態でもベアリングブッシュの摩耗は少ないことがわかっています。両方のベアリング ブッシュは同じバッチの製品であるため、ベアリング ブッシュの材質の影響は基本的に排除できます。
5) 潤滑油の品質。
潤滑油の品質が悪いと、スラスト リング、メイン ベアリング シェル、コンロッド ベアリング シェルなど、ディーゼル エンジンの主可動ペアの異常摩耗が発生する可能性があります [3]。
潤滑油の品質が標準以下であるさまざまな状況が考えられます。原因としては、オイルに不純物が混入したり、長期間の使用によりオイルが酸化して沈殿物が形成されたり、海水や真水の混合によりオイルが乳化して劣化し、不適格な油膜が形成されたことが考えられます。-
検査の結果、ディーゼルエンジン本体内部のメインベアリングシェル、クランクシャフト、カムシャフト等の表面に程度の差はあれ錆が発生しており、潤滑油に若干の乳化現象が見られました。したがって、潤滑油の品質不良による影響の可能性は否定できません。
6) 潤滑油が不足しています。
潤滑油の不足には、主に潤滑油量の不足や潤滑油圧の不足が含まれます。潤滑油量が不足すると潤滑不足となり、ベアリングブッシュとクランクシャフトの間に油膜が形成されにくくなります。潤滑油圧が不足するとベアリングブッシュの冷却が不十分となり、高温となりベアリングブッシュの損傷の原因となります。潤滑油量と圧力を確認したところ、ディーゼルエンジンの潤滑油量の設計要件を満たしており、潤滑油不足による影響は基本的に否定できます。
7) 高負荷下での長時間の動作-。
ディーゼルエンジンが高負荷で長時間運転されると、ベアリングブッシュとクランクシャフト間の衝撃荷重が増大し、両者間の油膜が薄くなり、完全な油膜が形成できなくなる場合があります。この状況はベアリングブッシュの異常摩耗につながり、ベアリングの故障を引き起こす可能性もあります。
ナビログを確認したところ、高負荷での長時間動作の記録はありませんでした。したがって、高負荷での長時間動作による影響は基本的に除外できます。-
Ⅲ．障害の位置と除去
メインベアリングブッシュの損傷に関するフォールトツリー分析に基づいて、このエンジンのメインベアリングブッシュの損傷の考えられる原因は、潤滑油の品質が標準以下である可能性があります。したがって、潤滑油システムのさらなる分析が行われました。この船の潤滑油系統を検討し、潤滑油系統の概略図を図 8 に示します。
図8 潤滑油システムの概略図
このタイプのディーゼル エンジンには、ウェット サンプとドライ サンプの 2 つの潤滑モードがあります。ウェットサンプを使用する場合、エンジン駆動の潤滑オイル ポンプがサンプから潤滑オイルを吸い上げます。-潤滑油は、逆止弁、圧力調整弁、サーモスタット弁、クーラー、フィルター、ベアリング、ターボチャージャーを通過してサンプに戻り、潤滑サイクルを形成します。潤滑油が推奨使用期間に達した場合、または潤滑油の品質が基準を下回った場合、潤滑油は交換のために汚れた油タンクに排出されます。ディーゼルエンジンに別個の油沈殿槽がある場合、潤滑油はサンプから沈殿槽に引き込まれ、さらに油分離器で分離されて再利用されます。
調査の結果、本船はウェットサンプシステムで運転されており、潤滑油浄化装置が長期間使用されていなかったことが判明した。このため、潤滑油の品質に問題がある可能性が考えられ、潤滑油を検査に出した。潤滑油の検査報告書によれば、NaイオンとMgイオンの含有量が異常に高く、潤滑油が海水で汚染されていることが事前に判明した。
海水に混入した潤滑油の原因をさらに分析し、「根本原因」を排除するために、この主エンジンの海水冷却システムのさらなる分析が行われました。海水冷却システムの概略図を図9に示します。
図９ 海水冷却システムの概略図
海水は、海水ポンプで吸引された後、主機空冷器、主機潤滑油冷却器、主機淡水冷却器をそれぞれ通過して冷却される。潤滑油内に水分が浸入すると、潤滑油冷却器を通じて海水が潤滑油内に浸入し、潤滑油の劣化を引き起こし、主軸受シェル、軸受、カムシャフト等の錆や損傷につながる可能性があります。
結論として、主軸受ブッシュの損傷を詳細にフォールトツリー分析した結果、主軸受ブッシュの損傷の根本的な原因は、潤滑油冷却器の潤滑油への海水の浸入であり、これにより潤滑油が劣化し、その後、主機関の内部部品が腐食し、最終的に主軸受ブッシュの深刻な摩耗に至ったことが判明した。
したがって、乗組員向けに次の修理計画と日常のメンテナンスに関する提案を提案します。
1) 磨耗が激しく錆びているベアリングシェルとスラストワッシャーを交換し、わずかに錆びているベアリングシェルを修理し、錆びているカムシャフトを修理します。
2) クランクシャフトのメインジャーナルを修理し、修理後に機械的パラメータを確認します。
3) 潤滑油システムをフラッシュし、新しい潤滑油を交換し、交換後の潤滑油の品質をサンプリングして確認します。
4) 乗組員は定期的に潤滑油を検査のために送り、検査用のサンプルは異なる潤滑システムから採取することをお勧めします。
IV.結論
メイン エンジンのベアリング ブッシュの異常摩耗は、ディーゼル エンジンでよく見られる故障です。この記事では、フォールト ツリー分析手法を使用して、主エンジン ベアリング ブッシュの異常摩耗の考えられる原因を 1 つずつ分析し、問題の原因を迅速に特定します。その後の修正・検証の結果、異常摩耗は認められず、解析・修正の効果が確認されました。