II. Cas de panne de turbocompresseur STC
Ces dernières années, un grand navire a fait de la navigation à long terme. Le moteur diesel du navire a accumulé environ 11,000 heures de fonctionnement dans des conditions de haute intensité.
Le moteur de propulsion principal est un moteur diesel à quatre temps de la série PA6 avec 16 cylindres disposés en forme de V à 60 degrés, avec un alésage de 280 mm et une course de 290 mm. La pression d'explosion maximale d'un monocylindre est inférieure ou égale à 14,5 MPa et la température d'échappement maximale d'un monocylindre est inférieure ou égale à 580 degrés. La vitesse continue maximale est de 1 000 tr/min et la puissance nominale est de 5 184 kW. Il est équipé d'un turbocompresseur STC.
En raison d'une utilisation prolongée à haute intensité, le turbocompresseur des gaz d'échappement du moteur diesel PA6 de ce navire a fréquemment mal fonctionné, entraînant divers problèmes tels que des dommages aux buses, aux pales, aux fuites des joints d'huile et à l'usure des roulements.
Deux cas particulièrement typiques sont à noter :
1. Un bruit anormal soudain s'est produit dans le turbocompresseur de la rangée B d'un certain moteur diesel. Après enquête, il a été constaté que le joint de dilatation du système d'échappement avait vieilli et était tombé, provoquant la pénétration de fragments dans l'extrémité de la turbine et endommageant l'anneau de tuyère.
2. Tôt un matin, alors qu'il naviguait à une vitesse économique (régime du moteur diesel : 660 tr/min, rapport de pas d'hélice à pas réglable : 90 %), le mécanicien de service a entendu un « bourdonnement » anormal provenant du turbocompresseur de la rangée A d'un certains moteurs diesel lors d'une inspection de routine. Une inspection visuelle a révélé de légers tremblements du turbocompresseur, dont l'intensité augmentait. L'équipe d'ingénieurs a immédiatement pris des mesures d'urgence, réduisant la vitesse du système électrique et déconnectant la propulsion. Au cours de ce processus, une légère odeur de brûlé s'est dégagée du turbocompresseur. Après avoir arrêté et fait tourner le moteur à la main, de l'huile de lubrification s'est échappée de l'orifice d'observation inférieur du turbocompresseur de la rangée A. Le démontage et l'inspection ultérieurs ont révélé que la bague d'étanchéité était brisée et que le palier lisse était usé, entraînant une chute soudaine de la pression de l'huile de lubrification. La section suivante se concentrera sur l'analyse des causes et le diagnostic de ce cas de panne.
III. Analyse des causes de panne du turbocompresseur STC
1. Bruits anormaux du turbocompresseur
(1) Cris aigus et aigus.
Ceci est dû à une réduction de la surface de l'anneau de buse, à une diminution de la surface d'écoulement du diffuseur et à une augmentation de la vitesse du turbocompresseur (survitesse).
(2) Bruit de « bourdonnement », accompagné de fluctuations importantes de la pression de suralimentation et d'un fonctionnement instable du moteur diesel.
Ceci est dû à des blocages dans le système d'admission, notamment l'encrassement du refroidisseur d'air, du passage d'admission, du refroidisseur intermédiaire, l'encrassement du compresseur, un jeu réduit aux soupapes et un calage incorrect des soupapes.
(3) Les sons "Sssss" et "Pppp".
Celles-ci sont principalement dues à des fuites d'air au niveau des raccords à bride entre le turbocompresseur et la canalisation. À l'extrémité de la turbine d'échappement, il y a un son de pulsation à grande vitesse « Pppp », tandis qu'à l'extrémité du compresseur d'admission, il y a un son de flux d'air continu à grande vitesse « Sssss ». Une autre cause possible est la rupture du soufflet.
(4) Bruits de grattage mécanique du métal, accompagnés de vibrations anormales du turbocompresseur.
Ceci est dû à des modifications du jeu entre le roulement et l'arbre (augmentant ou diminuant), un jeu réduit entre la roue et la volute, une déformation de la roue, une usure excentrique du tourillon du rotor, une usure importante du manchon flottant ou de la plaque de poussée, ou une perturbation de l'équilibre dynamique du rotor.
(5) Vibrations et bruits anormaux causés par d'importants dépôts de carbone dans la turbine ou par des corps étrangers tombant dans le compresseur, entraînant des dommages aux pales et aux buses.
2. Vibration anormale du turbocompresseur
En tant que dispositif mécanique rotatif à grande vitesse, les principales causes de vibrations anormales dans le turbocompresseur comprennent les dommages aux pièces rotatives, la perte de l'équilibre dynamique du rotor et les fortes surtensions. La cause de la surtension a déjà été analysée.
(1) Rupture de lame.
Ceci est principalement dû à des corps étrangers ou à des fragments provenant de segments de piston ou de soupapes cassés entrant dans la roue, à une surcharge du turbocompresseur ou à une résonance des aubes due à une forte fréquence d'excitation du flux d'air externe ou à des impulsions de gaz d'échappement, entraînant des dommages au turbocompresseur.
(2) Burnout des roulements.
Les principales causes comprennent un approvisionnement insuffisant en huile lubrifiante, une charge excessive sur les roulements, des dommages mécaniques causés par des impuretés mélangées à la paire de friction, un déséquilibre dynamique du rotor et une déformation par flexion de l'arbre, etc. Ces facteurs provoquent un mouvement axial du rotor, entraînant de graves vibrations du turbocompresseur.
(3) Perte d’équilibre dynamique du rotor.
Une utilisation à long terme entraîne inévitablement une usure des pales, une usure des roulements, une déformation de l'arbre, etc., entraînant naturellement une perte d'équilibre dynamique du rotor.
3. Fuite d’huile du turbocompresseur
Les fuites d'huile du turbocompresseur se produisent principalement en raison d'un vide excessif dans le compresseur provoquant une aspiration d'huile (par exemple lorsque le filtre à air ou le compresseur est obstrué), des conduites de retour d'huile bloquées, une alimentation excessive en huile du système et une défaillance du joint d'huile ( telles qu'une usure excessive de la bague d'étanchéité ou une élasticité insuffisante de la bague d'étanchéité). Une fuite d’huile importante peut empêcher le turbocompresseur de fonctionner normalement [5].
IV. Diagnostic et élimination des cas de défauts de turbocompresseur STC
1. Processus de diagnostic et de traitement des pannes
Lorsqu'un défaut survient pendant le fonctionnement du turbocompresseur, des mesures d'urgence doivent être prises, une analyse du défaut effectuée et le défaut rapidement éliminé. Une fois le défaut éliminé, les vérifications nécessaires doivent être effectuées avant de pouvoir être remis en service.
Les étapes suivantes doivent être respectées :
(1) Arrêter le véhicule si nécessaire (en cas de défauts majeurs, tels que des bruits anormaux) ;
(2) Enregistrez et observez les phénomènes de défauts en temps réel ;
(3) Localisez avec précision la pièce défectueuse ;
(4) Déterminer la cause du défaut ;
(5) Confirmer les phénomènes de défaut ;
(6) Prendre des mesures pour éliminer le défaut ;
(7) Vérifiez si le défaut a été éliminé.
2. Méthodes de dépannage
Sur la base de l'analyse des causes de la section III, combinée au bourdonnement anormal du turbocompresseur, à une montée en flèche évidente, à de fortes secousses, à une odeur de brûlé pendant la décélération et à une fuite d'huile lubrifiante constatée lors de l'ouverture du trou d'observation après l'arrêt.
D'après le jugement ci-dessus, les causes possibles du défaut peuvent être la défaillance du joint d'huile, l'augmentation de l'écart entre le roulement et l'arbre, le déséquilibre du rotor provoquant un mouvement axial et un frottement, conduisant à de fortes vibrations du turbocompresseur. .
Lors du dépannage des défauts spécifiques du turbocompresseur, une analyse préliminaire doit d'abord être effectuée en fonction de l'apparence, des phénomènes de défauts, de la consommation d'huile lubrifiante, de la qualité de l'huile après lubrification et des paramètres de fonctionnement du moteur diesel. Ensuite, le turbocompresseur doit être démonté et tous les composants doivent être inspectés.
Les étapes spécifiques sont les suivantes :
(1) Vérifiez s'il y a des fuites d'huile à l'extrémité de la turbine et si les pales sont endommagées.
Utilisez un endoscope industriel pour observer le joint d'étanchéité et l'état des aubes de turbine à travers le trou d'inspection afin de déterminer si l'élasticité de la bague d'étanchéité est bonne et si elle est usée. Des marques évidentes de fuite d'huile peuvent être trouvées à l'extrémité de la turbine, ainsi que des marques évidentes de grattage et d'usure sur les aubes de la turbine et le carter de la turbine. Il peut être déterminé que le joint d'huile est défectueux.
(2) Vérifiez qu'aucun corps étranger ne pénètre dans l'extrémité de la turbine.
Après avoir démonté et inspecté le collecteur d'admission et la volute, et vérifié la turbine et l'anneau de buse, il a été constaté qu'à l'exception des rayures sur la roue, il n'y avait aucun dommage sur la turbine et l'anneau de buse, et aucun corps étranger n'était présent.
(3) Vérifiez si le jeu d'ajustement est trop grand.
La méthode de mesure est celle indiquée dans le diagramme de mesure du jeu de la figure 3. Les normes d'inspection sont : jeu axial A : 0.10 - 0,32 mm, jeu radial B : 0.{ {5}},93 mm. Après la mesure, il a été constaté que le jeu entre le roulement et l'arbre a augmenté, le jeu radial B atteignant 0,97 mm, dépassant la plage standard de 0,04 mm. Il y a un mouvement radial de l'arbre, indiquant que la roue et la volute sont en contact et raclant.
(4) Démonter et inspecter le turbocompresseur.
Au cours du démontage et de l’inspection complets et approfondis du turbocompresseur, les techniciens ont effectué des contrôles et des tests méticuleux et détaillés sur ses composants internes de précision.
Après un démontage et une enquête minutieux, il a été constaté des signes évidents d'usure sur l'ensemble manchon flottant et les composants de la plaque de poussée à l'intérieur du turbocompresseur, qui doivent être remplacés.
(5) Plan de réparation.
Après une inspection et un diagnostic approfondis, il a été déterminé que l’ensemble intermédiaire devait être remplacé. C'est le moyen le plus direct et le plus efficace d'éliminer le défaut actuel.
Une fois le remplacement terminé, une réinstallation complète et un test seront effectués pour garantir que tous les composants sont installés correctement et que le système fonctionne de manière stable.
Après le test, les performances étaient bonnes et le défaut a été éliminé avec succès.
V. Contre-mesures et mesures préventives
1. Entretenir et entretenir strictement le turbocompresseur conformément à la réglementation
Sur la base de l'expérience pratique d'installation de ces dernières années, les points suivants doivent être notés :
Premièrement, l'élément filtrant du filtre fin du turbocompresseur doit être remplacé régulièrement (toutes les 100 heures) pour garantir un flux d'huile sans obstruction et une huile lubrifiante propre.
Deuxièmement, le joint d'étanchéité à l'extrémité de la turbine et l'état de fonctionnement des aubes de la turbine doivent être inspectés régulièrement à l'aide d'un endoscope industriel.
Troisièmement, le tuyau ondulé à l'extrémité d'entrée de gaz de la turbine doit être démonté régulièrement pour vérifier la présence de débris métalliques à l'entrée de la turbine et d'éventuelles rayures ou dommages sur l'anneau de buse. Faites tourner manuellement la turbine pour vérifier tout bruit ou frottement anormal.
2. Faites du bon travail dans le fonctionnement et la gestion du turbocompresseur
Tout d'abord, surveillez l'état de fonctionnement du turbocompresseur en temps réel, en accordant une attention particulière aux changements de vitesse du turbocompresseur, à la pression de suralimentation, à la pression de l'huile lubrifiante, à la température d'entrée de la turbine, à la température de refroidissement et à la température de l'huile lubrifiante, en particulier la pression d'entrée de l'huile lubrifiante du turbocompresseur. Un (B).
Du point de vue de la conception de l'équipement, une alarme ne se produira que lorsque la pression de l'huile lubrifiante est inférieure ou égale à {{0}},03 MPa. Cependant, en utilisation réelle, il a été constaté que tant que la pression de l'huile lubrifiante est inférieure ou égale à 0,07 MPa et présente une tendance à la baisse, la machine doit être immédiatement arrêtée ; sinon, un apport d'huile insuffisant peut provoquer la combustion des roulements du turbocompresseur, voire la mise au rebut de l'ensemble du turbocompresseur.
Deuxièmement, lorsque le turbocompresseur est en fonctionnement, renforcez l'inspection visuelle de son apparence, jugez si le fonctionnement est stable et écoutez attentivement le son de son fonctionnement. Si les pales sont cassées ou si la turbine est sérieusement carbonisée, des bruits anormaux se produiront.
Lorsque des vibrations anormales ou des odeurs de brûlé sont détectées provenant du turbocompresseur, le moteur doit être immédiatement arrêté et le turbocompresseur retiré. Utilisez un endoscope industriel pour vérifier à travers le trou d'observation si le joint d'huile, les aubes de turbine, etc. sont normaux.
Si une fuite d'huile du joint d'huile ou des dommages aux aubes de la turbine sont constatés, le moteur principal doit être mis hors service pour manipulation, puis réparé et testé en fonction de la cause. Si les composants principaux tels que les roulements et les rotors sont endommagés, ils doivent être envoyés au fabricant d'origine pour réparation conformément à la réglementation et subir des tests d'équilibrage dynamique. Il est strictement interdit de réinstaller le turbocompresseur sans effectuer des tests d'équilibre dynamique.
3. Renforcer la gestion des opérations des moteurs diesel
Une mauvaise combustion, une température d'échappement trop élevée, des défauts d'injection de carburant, un refroidissement inadéquat, des changements de charge rapides et un mauvais fonctionnement des moteurs diesel peuvent tous affecter la qualité des émissions d'échappement, notamment la température, la pression et le débit des gaz d'échappement.
Ces paramètres sont cruciaux pour la qualité de fonctionnement du turbocompresseur à gaz d'échappement.
Par exemple, lorsque la charge sur le moteur diesel augmente, la température des gaz d'échappement et le débit augmentent également, ce qui entraîne une augmentation de la vitesse de la turbine et une augmentation de la pression d'admission ; des accélérations et décélérations fréquentes ou des changements de charge rapides peuvent conduire à un fonctionnement instable du turbocompresseur avec une vitesse fluctuante ; des problèmes dans le système de carburant, les systèmes d'admission et d'échappement ou le système de refroidissement peuvent détériorer l'environnement de travail du côté turbine du turbocompresseur, entraînant des températures d'admission excessivement élevées du côté de la turbine et réduisant la durée de vie du turbocompresseur.
Par conséquent, il est nécessaire d'améliorer la gestion de l'exploitation et la maintenance des moteurs diesel de propulsion marine afin de maintenir leur bon état de fonctionnement et leur qualité de combustion, d'assurer leur fonctionnement fiable, de mieux répondre aux exigences opérationnelles du turbocompresseur et également de faire fonctionner le moteur principal de manière raisonnable.