◄ تحلیل درخت خطا و تشخیص خرابی سیستم توربو شارژر موتور دیزل دریایی

عباس قربانعلی بیک:  در 2020 مطالعه ای انجام شد که در آن تأثیر خرابی های مختلف توربو شارژر بر عملکرد موتور دیزل دریایی دو زمانه MAN 6 S 60 MC با استفاده از روش تحلیل درخت خطا (FTA) و شبیه سازی روی سیستم Wärtsilä-Transas بررسی شد.

تمرکز اصلی بر پنج خرابی شایع در سیستم هوارسانی (اسکونج) و توربوشارژر بوده که نتایج آن در جدول زیر به صورت کمی ارائه شده است. یافته های این بررسی نشان می دهند که آلودگی فیلتر هوای ورودی و چرخ کمپرسور بیشترین تاثیر را بر فشار هوای ورودی، دمای محفظه احتراق و دمای خروجی دارد و وجود رسوب در پره های توربین باعث کاهش خروجی توربین و کارایی احتراق می شود؛ همچنین رسوب در لوله های خنک کننده هوای فشرده (اینترکولر)، اثر منفی بر ضریب عملکرد توربوشارژر و مصرف سوخت دارد. استفاده از روش های تحلیل درخت خطا (FTA) و شبیه سازی عملی برای بهبود نگهداری، کاهش هزینه ها و افزایش ایمنی و کارآیی سیستم توربوشارژر پیشنهاد می گردد.

نکات کلیدی این شبیه سازی:

1) گرفتگی فیلتر هوا، عامل اصلی کاهش کارایی توربوشارژر بوده و افزایش مصرف سوخت را درپی دارد و باید به طور منظم تعویض یا شسته شود.

2) کثیف شدن چرخ کمپرسور باعث افزایش دمای ورودی هوای و کاهش فشار هوای ورودی به محفظه احتراق و نهایتا به کاهش کارایی موتور منجر می شود.

3) آلودگی تیغه های توربین منجر به افزایش دمای خروجی گازهای دود و کاهش توان توربین و کارایی احتراق می گردد.

3) گرفتگی خنک کننده هوای ورودی باعث کاهش انتقال حرارت و افزایش دمای هوای ورودی می شود که پرفشار شدن توربین و کاهش فشار ورودی توربین را در پی دارد.

4) فشار هوای خروجی از توربوشارژ و سرعت دوران آن با افزایش آلودگی تیغه های توربین کاهش می یابد.

5) نگهداری و تمیزی منظم توربوشارژر، به ویژه فیلتر هوا و چرخ کمپرسور، برای کاهش هزینه های چرخه عمر (LCC) و جلوگیری از خطرات فوری توصیه می شود.

6) استفاده از شاخص های دیاگرامی نشانگر سیلندر (indicator diagram) به تشخیص اختلاف های احتراقی و زمان بندی دقیق جرقه و تزریق کمک می کند.

جداول 1 تا 5 این مطالعه به بررسی تاثیر گرفتگی فیلتر هوا تا 40 درصد، گرفتگی لوله های آب اینترکولر تا 50 درصد، گرفتگی لوله های هوای اینترکولر تا 40 درصد، گرفتگی مسیر پره های کمپرسور تا 90 درصد، گرفتگی مسیر پره های توربین تا 90 درصد پرداخته و پی آمدهای هر پدیده را بر دما و فشار احتراق و دمای هوای ورودی و گازهای خروجی و دور توربوشارژر به صورت تشریحی بیان می کند.   

یافته های کمی شبیه سازی:

1) گرفتگی ۴۰ درصدی فیلتر هوا: کاهش فشار سیستم هوارسانی از ۲.۳ به ۱.۳ بار، افزایش دمای سیلندر از ۲۵۹ به ۴۸۴ درجه سانتی گراد، کاهش دور توربوشارژر از ۱۳۲۹۶ به ۱۱۴۷۸ دور، افزایش مصرف سوخت.

2) گرفتگی ۵۰ درصدی لوله های خنک کننده: افزایش فشار سیستم هوارسانی به ۲.۷ بار، افزایش دمای هوای منیفولد از ۳۸ به ۱۱۶ درجه، افزایش دور توربوشارژر به ۱۴۴۳۲ دور، افزایش دمای توربین به ۳۸۵ درجه.

3) گرفتگی ۴۰ درصدی سمت هوای خنک کننده: کاهش شدید فشار سیستم هوارسانی به یک بار، افزایش دمای گازهای خروجی به ۳۷۱ درجه، کاهش شدید دور توربوشارژر به ۹۷۹۳ دور (۲6 درصد کاهش).

4) آلودگی ۹۰ درصدی کمپرسور: افزایش دمای هوای ورودی کمپرسور به ۲۹۳ درجه، تأثیر محدود بر فشار سیستم هوارسانی (۲.۲ بار)، افزایش جزئی دمای گازهای خروجی.

5) آلودگی ۹۰ درصدی توربین: کاهش فشار سیستم هوارسانی به ۱.۱ بار، افزایش دمای گازهای خروجی به ۳۵۹ درجه، کاهش دور توربوشارژر به ۱۰۳۲۷ دور.

این پژوهش (۲۰۲۰) با استفاده از روش FTA و شبیه سازی دقیق، تأثیر خرابی های توربوشارژر بر سیستم هوارسانی موتورهای دیزل دریایی را به صورت کمی نشان داده است.

نتایج حاکی از آن است که توجه به تعمیر و نگهداری پیشگیرانه می تواند از خرابی های جدی جلوگیری کند، این یافته ها می تواند مبنای علمی برای بهبود برنامه های نگهداری در صنعت دریانوردی باشد. 

توربوشارژر یکی از موثرترین و حساسترین زیرمجموعه های موتورهای بزرگ دیزل در انواع کشتی و لوکوموتیو بوده و تغییرات شرایط کاری اصلی مانند دور و دمای گازهای خروجی مبین وضعیت این مجموعه و سایر بخش های موتور است و با شبیه سازی توربوشارژر و موتور و ثبت وضعیت پیوسته می توان عوامل خرابی را پیش بینی و از افزایش هزینه پیشگیری نمود (تین 301614).