Хроники искореженного металла. Выпуск 34. Летающие шпильки.

Рисунок 1. Полет шпильки на работающем главном двигателе.

Сразу про "Выпуск 34" и -"Где прошлые 33". Обычно я такой формат даю в виде постов, а не статей и все они храняться в подборке "Хроники искореженного металла".

Отчет Шанхайского института материалов

Shanghai Research Institute of Materials получил заявку на изучение трех разорванных шпилек цилиндровых крышек с двигателей МАН S60ME-C10.5 и одну целую с задачей - разобраться в причинах обрыва методами: тестирования механических свойств, металлографического исследования и микроскопического анализа. Не совсем ясен выбор именно этого института (возможно, ключевую роль имела цена), хоть Шанхайский институт довольно стар, основан в 1946-м году и знаний накопленных имеет огромное количество и современными ресурсами обладает в практически неограниченных объёмах, словосочетание "китайская сталь" заставляет технологов напрягать извилины.

Институт сделал свою работу, и давай в кратце на это посмотрим.

Рисунок 2. Оборванный сегмент. Вид сверху.

Желтая зона - зона возникновения усталостной трещины. Синяя зона - зона распространения усталостной трещины. Красная зона - Ускоренное распространение трещины, зона наступления критического повреждения.

Рисунок 3. Фрагмент другой оборванной шпильки.

Остальные две шпильки (смотри Рисунок 3) имеют схожие повреждения и модели распространения трещин. Ну и классика: 1 - это случайность, 2 - это совпадение, 3 - статистика. Уже на этапе визуального осмотра можно сделать вывод о схожести трех разных случаев.

Разрушающие тесты показали хорошие результаты.

Рисунок 4. Результаты тестов на механические свойства шпилек.

Посмотри на таблицу на Рисунке 4. Не вдавайся в параметры и используемые индексы, просто убедись, что фактические результаты (в оранжевой рамке) значительно выше требований (в зеленой рамке), предъявляемых материалам. С металлом все хорошо, это подтверждено практически.

Единственное, к чему в лаборатории появились вопросы, были трещини на нитках резьбы, причем на вершинах... Но резьба эта качественная, с правильно выдержанным углом при вершинах и хорошим пятном контакта и значительных следов разрушения не имеет.

Рисунок 5. Трещины на нитках резьбы на сегменте шпильки.

Другие шпильки, не сложно догадаться, имели такие-же трещины при вершинах.

Рисунок 6. Трещины на нитках резьбы на сегменте шпильки.

Рисунок 7. Микроскопическое исследование среза места обрыва шпильки.

Под микроскопом лаборанты тоже ничего критического не обнаружили: структура ровная, без включений и полостей, без наклепов и трещин.

Это все к чему? Да к тому, что металл работает как нужно, а причина, скорее всего, в неверном расчете шпильки, или... давай теперь посмотрим, как отреагировал сам производитель МАН на появление "летающих шпилек".

Циркулярное письмо CL00001-2025 от MAN Energy Solutions

Рисунок 8. Устройство для удержания шпильки.

Очень удобное купирование проблемы, не подразумевающее ее решения. Это устройство нужно установить на шпильку, чтобы, в случае обрыва, она не улетела на непроектрую высоту.

Рисунок 9. Схема монтажа стопора на шпильку.

Кстати, в этом письме производитель МАН рекомендует минимизировать время пребывания в области цилиндровых крышек пока такие устройства не будут установлены. Хоть это и касается довольно узкого модельного ряда двигателей, но, скажем так, вносит определенные неудобства и прививает опасение за свое здоровье во время обходов, что нужно делать нескольо раз в сутки.

Рисунок 10. Установленный стопор на шпильке.

А вот так выглядит сие магическое устройство на шпильке.

Рисунок 11. Руководство по монтажу шпилек.

При этом производитель напоминает про обязательные требования к монтажу таких шпилек с нанесением антикоррозионного состава на резьбу и герметизации верхнего бурта герметиком, не смотря на то, что для этого есть резинка.

Проблема с историей

Еще в 2003-м году корпорация Hitachi, что строила двигататели МАН серий МС и МС-С выпустила сервисное письмо HZSD-B0306, которым скорректировала инструкцию по установки шпилек цилиндровых крышек. С момента получения письма шпильки при вворачивании в посадочные гнезда нужно отворачивать на 30 градусов после касания дна канала.

Рисунок 12. Изменение процедуры установки шпилек цилиндровых крышек.

Рисунок 13. Образование трещины в шпильке при неправильной установке.

А вот на Рисунке 13 и причина подобного изменения - разрушение шпильки из-за неправильного ее позиционирования в случае установки до касания дна канала. Если шпилька касается дна, то вертикальное ее отклонение контролировать сложно и может случиться такое, что шпилька получит наклон при установке до упора в дно канала и при обжатии будет нагружена неравномерно. Это, в процессе продолжительного приложения переменной по силе, но постоянной по знаку нагрузки, приводит к разрушению шпильки.

Рисунок 14. Выброс шпильки из канала в результате разрушения.

Что у конкурентов

Пожалуй, единственным конкурентом МАН на рынке длинноходных дизелей является Вяртсиля. Что у них по обрывам шпилек?

В сервисном письме RT-89 от 2010-го года черным по белому написано, что обрыв шпилек по нижней резьбе - феномен известный! Но проблема затронула уже и верхнюю резьбу шпильки...

Рисунок 15. Выдержка из сервисного письма.

При этом монтаж шпильки на двигателях серий RTA и RT-flex осуществляется на момент, то есть с упором в дно резьбового канала. Видимо, с центровкой по вертикали у "Зульцеров" проблем нет. А еще Вяртсиля запрещает наносить что-либо на саму резьбу, в отличие от диаметрально противоположной рекомендации МАН.

Рисунок 16. Метод монтажа шпильки цилиндровой крышки для двигателей Wartsila серий RTA и RT-flex.

Но посмотри на то, какой метод герметизации предусмотрен. Резинки на шпильке (как на двигателях МАН) нет, но весь канал заполняется специальным герметизирующим составом.

Рисунок 17. Рекомендуемые герметизирующие составы.

Составы двухкомпонентные, да еще и подразумевают первичную обработку чем-то вроде грунта. МАН-ы таким не занимаются. И такой серьезный подход к герметизации резьбового соединения дает результат.

Рисунок 18. Защитный колпак для шпильки цилиндровой крышки.

Верхнюю часть шпильки и гайку Вяртсиля рекомендует закрыть колпаком, самодельным или заказать оригинальный. Итак: что у них там происходит?

Специалисты Вяртсиля давно поняли, что причиной непроектно короткой жизни шпилек является ржавчина. Да, вот так просто. Вода, водичка... попадает, в виде конденсата) в резьбовое соединение, причиняя там коррозионные разрушения, коих достаточно для образования концентратора напряжения, из которого со временем и "вырастет" трещина, а момент запуска шпильки в атмосферу получит обратный отсчет.

Рисунок 19. Выдержка из сервисного письма.

Вяртсиля вообще не рекомендует даже крепить что-либо к этим шпилькам, давая отчетливо понять степень напряженности этого крепежа.

Рисунок 20. Оборванная шпилька. Фото с одного судна.

Резюме

Как писал Ю. А. Фомин в учебнике "Эксплуатационные характеристики судовых малооборотных дизелей" (далее свободное цитирование): присутствие на рынке различных конструкций и технологий свидетельствует о продолжающемся поиске наиболее подходящего пути развития рассматриваемой техники. Конец цитаты.

В каких-то вопросах все без исключения производители дизелей пришли к одному. Например, к прямоточной клапанной продувке и газотурбонаддуву. Со временем, возможно, найдется и общее решение проблем с "летающими шпильками.

Все!

Хочу напомнить, что все мои ссылки хранятся ВОТ ТУТ!