Le fonctionnement économique des gros moteurs diesel modernes repose sur des turbocompresseurs à gaz d'échappement, qui peuvent augmenter la puissance des moteurs diesel d'environ 30 %. Afin de répondre à la demande de turbocompresseurs dans les moteurs diesel de haute puissance, la société MAN a utilisé les dernières avancées en matière de développement et de technologie de fabrication, en s'appuyant sur son expérience dans la fabrication indépendante de moteurs diesel et de turbocompresseurs, pour développer la série de turbocompresseurs TCA adaptés à moteurs diesel d'une puissance allant de 5 400 à 30 000 kW.
Un navire de sauvetage est équipé de deux moteurs diesel à injection électronique MAN6L48/60CR, d'une puissance de 7 200 kW × 2, et chaque moteur principal est équipé d'un turbocompresseur TCA55-42W. La vitesse maximale du rotor du turbocompresseur pendant un fonctionnement à court terme est de 19 800 tr/min, et la vitesse maximale du rotor pendant un fonctionnement continu est de 19 400 tr/min. La pression de suralimentation maximale peut atteindre 4 bars et la température d'admission maximale autorisée de la turbine d'échappement est de 600 degrés.
Un jour, alors que le navire naviguait normalement, l'ordinateur de surveillance du moteur principal droit sur le panneau de commande de la salle des machines a soudainement affiché une alarme de « pression d'air de refroidissement des disques de turbine faible » et a déclenché une demande de réduction de la charge sur le moteur principal droit. Le mécanicien de service a immédiatement informé la passerelle de cette situation, et le moteur principal droit doit être réduit à moins de 50 % de sa charge pour fonctionner. Après avoir reçu la notification, le conducteur a immédiatement procédé à une opération de réduction de charge sur le moteur principal droit. À ce moment, l'ingénieur appuie sur le bouton de réinitialisation de l'alarme muette sur l'ordinateur de surveillance principal droit du panneau de commande, et l'alarme de basse pression de refroidissement de l'air du disque de turbine du turbocompresseur disparaît.
Par la suite, le manuel d’instructions du turbocompresseur du moteur principal a été consulté. Le manuel stipulait que la charge maximale du disque de turbine du turbocompresseur du moteur principal ne pouvait pas dépasser 70 % sans aucun refroidissement par air de suralimentation (le constructeur règle la pression de refroidissement du disque de turbine du turbocompresseur correspondant à la vitesse du turbocompresseur dans le programme informatique de surveillance. Une fois la pression de refroidissement atteinte, L'écart est supérieur à la valeur définie ± 50 mbar, l'alarme se déclenchera après un délai de 60 secondes, à condition que la vitesse du turbocompresseur soit supérieure ou égale à 11 600 tr/min, et la surveillance de la pression de refroidissement du disque de turbine du turbocompresseur prendra effet). Cependant, le manuel ne fournissait pas spécifiquement la raison de l'alarme de faible pression d'air de refroidissement pour le disque de turbine du turbocompresseur.
Le système de refroidissement du disque de turbine du turbocompresseur est représenté sur le schéma.
Sur le diagramme, on peut voir que le système de refroidissement du disque de turbine du turbocompresseur se compose principalement du tuyau d'admission d'air de refroidissement du disque de turbine 2 (8), du capteur de pression du tuyau de refroidissement 4, du tuyau d'admission du capteur de pression de refroidissement 3 et du système de contrôle hôte. 5.
Les principales raisons de la faible pression de refroidissement de l'air du disque du turbocompresseur dans le moteur principal sont les suivantes : (1) Le capteur de pression du tuyau de refroidissement est endommagé, ce qui entraîne de fausses alarmes ; (2) Le tuyau d'admission du capteur de pression du tuyau de refroidissement a fui de l'air, ce qui a fait ressentir une basse pression au capteur de pression ; (3) Une fuite dans le tuyau de refroidissement provoque une alarme de basse pression de refroidissement.
Après l'accostage du navire, le superviseur du moteur a d'abord effectué un test d'étalonnage sur les capteurs de pression des tuyaux de refroidissement des surpresseurs du moteur principal gauche et droit. Les valeurs de test des capteurs de pression gauche et droit étaient les mêmes et le défaut du capteur de pression a été exclu. Par la suite, une inspection a été effectuée sur le tuyau d'admission du capteur du tuyau de refroidissement du moteur principal droit, et il a été constaté que la canalisation était normale et qu'il n'y avait aucune fuite d'air.
Le tuyau d'admission du tuyau de refroidissement est divisé en deux parties : les parties intérieure et extérieure. Le tuyau d'admission d'air de refroidissement du disque de turbine sur le côté extérieur est facile à inspecter, bien connecté et ne présente aucune possibilité de fuite d'air. Par la suite, le superviseur du moteur a démonté et inspecté le tuyau de refroidissement du disque de turbine dans la chambre d'entrée des gaz d'échappement du turbocompresseur du moteur principal droit. Il a été constaté que le joint de manchon fileté au niveau du coude à angle droit du tuyau d'entrée de refroidissement du disque de turbine dans la chambre des gaz d'échappement était tombé et était coincé au niveau de l'anneau de buse avec le joint cassé du tuyau de refroidissement à la base du refroidissement. tuyau.
Pour des raisons de sécurité, une inspection a également été effectuée sur le tuyau de refroidissement par air du disque de turbine du turbocompresseur du moteur principal gauche, et il a été constaté que les boulons du manchon de refroidissement par air dans la chambre d'admission de la turbine du turbocompresseur du moteur principal gauche étaient uniquement desserrés et pas endommagé.
Lorsque les défauts mentionnés ci-dessus se produisent, le navire est sorti de l'usine depuis moins d'un an et les moteurs principaux gauche et droit ont fonctionné pendant plus de 1 000 heures et sont toujours sous garantie. Le personnel de gestion du navire a rapidement signalé la situation ci-dessus au superviseur de la maintenance de la flotte et au fournisseur de services des moteurs principaux. Après avoir reçu les commentaires, le constructeur du moteur principal a attaché une grande importance et a envoyé les prestataires de services concernés pour remplacer l'ensemble de manchon d'admission du moteur principal droit et resserrer le manchon de refroidissement de l'air du turbocompresseur du moteur principal gauche. Le composant détaché du tuyau de refroidissement par air du disque de turbine a été bloqué par l'anneau de buse et n'est pas entré dans l'extrémité du rotor de la turbine d'échappement du turbocompresseur, ce qui n'a pas provoqué d'accidents mécaniques graves.
Une fois que le diamètre de la pièce détachée est inférieur à l'ouverture du canal de sortie d'air de la bague de tuyère, la pièce détachée pénètre dans les aubes de la turbine, ce qui peut endommager les aubes, voire rendre l'ensemble du turbocompresseur inutilisable, entraînant des pertes importantes.
Les connexions filetées sont sujettes à des défaillances à haute température en raison d'un matériau et d'un assemblage inappropriés, ainsi que d'une relaxation des contraintes. La relaxation des contraintes des boulons à haute température est un phénomène de relaxation typique. Le coin médian du tuyau de refroidissement par air du disque de turbine de ce navire est relié par un manchon fileté. Une fois que le filetage connecté se desserre, la vibration du manchon fileté desserré s'intensifiera sous la transmission des vibrations du moteur principal et des vibrations d'impact du gaz. L'air sous pression circulant à l'intérieur de la trachée est refroidi, tandis que l'extérieur de la trachée est soumis à une érosion du flux de gaz d'échappement à haute température, provoquant non seulement une contrainte thermique mais également une contrainte pulsatoire sur le tube de refroidissement du disque de turbine.
Sur la base des dommages causés au tuyau de refroidissement par air du disque du turbocompresseur, on peut déduire que la cause de ce dysfonctionnement est que le tuyau de refroidissement par air du disque du turbocompresseur du moteur principal droit s'est d'abord desserré au niveau du raccord du manchon fileté central. Le tuyau de refroidissement desserré a subi une rupture par fatigue sous des contraintes thermiques cycliques répétées et des contraintes pulsatoires.
Après que le dysfonctionnement mentionné ci-dessus se soit produit, l'équipementier envoie un prestataire de services pour remplacer l'ensemble de tuyau de refroidissement par air du disque de turbocompresseur sur le moteur principal droit, et le manchon fileté desserré du tuyau de refroidissement par air sur le turbocompresseur du moteur principal gauche est refait. resserré. La conception du tuyau de refroidissement de l'air du turbocompresseur présente de graves défauts et doit être améliorée avant de pouvoir être utilisée. Avant que le constructeur n'apporte des améliorations au turbocompresseur, la seule solution était de raccourcir l'intervalle d'inspection des tuyaux de refroidissement par air du disque de turbine, d'inspecter et de serrer les manchons filetés de raccordement pour éviter qu'ils ne se desserrent.
Il existe deux plans d'amélioration : (1) repenser les tuyaux de refroidissement par air du disque de turbine du turbocompresseur, en utilisant des matériaux offrant une plus grande résistance à la fatigue et en adoptant des méthodes de connexion plus fiables ; (2) Retirez les tuyaux de refroidissement par air du disque de turbine et remplacez le disque de turbine qui ne nécessite pas de refroidissement.