سائیدگی جرقه ای در موتورهای دریایی

یکی از پیامد های طبیعی استفاده از روغن روانساز در یاتاقان های کشتی، ایجاد یک لایه عایق الکتریکی بین شفت و بدنه شناور است. بر این مبنا و با ایجاد پتانسیل الکتریکی بین شفت و بدنه، حفاظت کاتدی شناور از پروانه محافظت نخواهد کرد.

اختلاف پتانسیل الکتریکی مذکور می تواند باعث تولید جریان در یاتاقان ها و نهایتاً خوردگی حفره ای سطح (Pitting) آنها گردد. بسیاری از مهندسان در مورد سائیدگی جرقه ای (Spark Erosion) شنیده اند و شاید نیاز باشد که در مورد روشهای جلوگیری از آن بیشتر بدانند.

اگر پتانسیل الکتریکی به وجود آمده بین شفت و بدنه شناور در میل لنگ از طریق یاتاقان های اصلی (Main & Thrust Bearings) تخلیه شود، احتمال وقوع سائیدگی جرقه ای بسیار زیاد بوده که در صورت عدم تشخیص به موقع آن، سایش گسترده تر و در ادامه آسیب شدید به میل لنگ محتمل خواهد بود.

امروزه طراحی یاتاقان های اصلی به دلیل پیشرفت و مقاوم سازی در برابر خستگی مواد پوششی (Lining Materials)، در حال بهتر شدن است. به عنوان مثال، ضخامت پوشش فلز سفید (White Metal) یاتاقان ها از حدود 2.5 میلی متر به 1.5 میلی متر کاهش یافته است. اما باید اذعان داشت که با کاهش ضخامت پوشش، زمان شروع سائیدگی جرقه ای تا بحرانی شدن وضعیت یاتاقان نیز به همان نسبت، کاهش می یابد. افزون بر این نکته، در موتورهای با توان بالاتر به دلیل کاهش ضخامت فیلم روغن، حساسیت به سائیدگی جرقه ای نیز افزایش پیدا می کند.

در برخی موارد سائیدگی جرقه ای از کنترل خارج گردیده زیرا مهندسان کشتی به موقع متوجه وقوع این خرابی نشده اند. به نظر می آید این مشکل به دلیل مقایسه اندازه گیری های مربوط به فاصله بالایی یاتاقان (Top Clearance) و انحراف میل لنگ (Crank Shaft Deflection) با حداکثر مقادیر کتابچه راهنمای موتور بوده است، در حالی که باید با مقادیر مرجع موتور نیز مقایسه می شده اند. به عنوان یک توصیه، اندازه گیری های مذکور باید در بازه های زمانی تعیین شده انجام شود و مقادیر برای ارجاعات و بررسی های بعدی، ثبت گردند. بدیهی است اندازه گیری های مکرر، نظارت بر وضعیت یاتاقان ها را به مقدار قابل توجهی، بهبود می بخشد.

حتی زمانی که یاتاقان ها برای بازرسی خارج می شوند نیز دیدن نشانه هایی از سائیدگی جرقه ای دشوار است. در این مقاله، مجموعه ای از تصاویر گردآوری شده که می تواند پاسخی برای سوالاتی مانند اینکه کجا را باید جستجو کرد و به دنبال چه چیزی باید گشت؟، را به مهندسان بیاموزد. تشخیص علائم اولیه سائیدگی جرقه ای و وضعیت های خطرناک احتمالی این نوع خرابی، نیز می تواند توسط مهندسان به درستی تشخیص داده شود.

تصویر زیر یک یاتاقان اصلی است. در بررسی وضعیت این یاتاقان با پوشش AlSn40 وقوع سائیدگی جرقه ای به وضوح قابل مشاهده است. علائم سائیدگی جرقه ای حتی در پوسته بالایی یاتاقان نیز کاملاً آشکار است. خرابی جبران ناپذیر بوده و یاتاقان مجدداً قابل استفاده نیست و باید تعویض شود.

بخش بالایی یاتاقان اصلی با علائم سائیدگی جرقه ای

 ژورنال باید تا رسیدن به مقدار مناسب زبری سطح، صیقل داده شود.  

 تصویر بعدی، یک ژورنال یاتاقان اصلی است که علائم سائیدگی جرقه ای شدید در آن مشاهده می گردد. به دلیل اینکه این مورد به موقع تشخیص داده نشد، متأسفانه یاتاقان قابل استفاده مجدد نیست و باید تعویض شود. ژورنال هنوز قابل استفاده بوده و باید تا مقدار مناسب زبری سطح صیقل داده شود.

ژورنال باید تا رسیدن به مقدار مناسب زبری سطح، صیقل داده شود

پوسته پائینی یاتاقان اصلی متناظر با ژورنال، 0.5 میلی متر از پوسته بین دو خط دچار سائیدگی شده و قابل مشاهده است.

تصویر بعدی، یاتاقان اصلی با سائیدگی جرقه ای متوسط است که به دلیل تشخیص به موقع، امکان استفاده مجدد از آن وجود خواهد داشت. یاتاقان پس از پوشش مجدد (Dressing Up) می تواند باز هم مورد استفاده قرار گیرد. همچنین ژورنال نیز باید تا مقدار مناسب زبری سطح صیقل داده شود.

در ادامه سطح حلقه محوری (Collar Thrust) موتور با علائم واضح سائیدگی جرقه ای را مشاهده می کنید. گرچه این عیب در سراسر سطح قابل مشاهده نیست. بنابراین باید به یاد داشته باشید برای کنترل دقیق و کامل سطح حلقه، موتور را به آرامی یک دور کامل یا 360 درجه بچرخانید و کل سطح مذکور را به دقت بررسی نمائید.

نوارهای خاکستری روی سطح نشان دهنده سائیدگی جرقه ای

به منظور جلوگیری و محافظت در برابر سائیدگی جرقه ای، استفاده از دستگاه اتصال به بدنه در شفت (Shaft-Line Earthing Device) توصیه شده است. بدیهی است برای کارکرد صحیح، نصب درست و نگهداری مناسب دستگاه، لازم خواهد بود.

دستگاه اتصال به زمین در شفت پروانه در محلی نزدیک به موتور اصلی نصب می شود و در صورتی که شفت ژنراتور نیز بر روی آن تعبیه شده باشد، در محلی بین ژنراتور و فلایویل موتور قرار خواهد گرفت.

این دستگاه شامل دو حلقه لغزنده (Slip ring) نقره ای، دو نگهدارنده سمبه (Brush Holding)، کابل های اتصال و تجهیزات پایش به همراه میلی ولت متر و سیگنال خروجی برای اعلان هشدار است. این سیستم باید بتواند اختلاف پتانسیل الکتریکی شفت و بدنه را در محدوده ی کمتر از 50 میلی ولت DC نگه دارد و در کنار آن سیستم هشداری برای پایش عملکرد صحیح آن نیز نصب گردد.

محدوده معمول اختلاف پتانسیل الکتریکی بین شفت و بدنه بین 10 تا 50 میلی ولت DC است. بر این اساس، نقطه تنظیم هشدار اولیه باید در مقدار 5 میلی ولتی و هشدار ثانویه یا بالاتر در مقدار 80 میلی ولتی تنظیم شود. سیگنال های هشدار با تأخیر 30 ثانیه ای بوده و در صورت خاموش شدن موتور، هشدار به صورت خودکار قطع شود.

روش نگهداری دستگاه اتصال به بدنه

1. همواره باید از تمیزی و خشکی دستگاه مطمئن بود و بازرسی های چشمی سیستم مرتب انجام شود.
2. کابل ها و اتصالات آن باید بررسی شوند. در صورت وجود کابل یا اتصال آسیب دیده باید تعویض شوند.
3. اگر سمبه ها (Brush) فرسوده شده اند، باید تعویض شوند.
4. در صورت فرسودگی یا خوردگی حلقه های لغزنده، باید تعویض شوند.
5. در صورتی که پس از بازرسی چشمی سیستم، میلی ولت متر بیش از 80 را نشان دهد و تمامی قطعات در وضعیت مناسبی قرار داشتند، توصیه می شود که حلقه های لغزنده را جدا کرده و شفت را تمیز و صیقل داده سپس با استفاده از روغن نگهدارنده جدید، ببندید. پشت حلقه های لغزنده باید تمیز و صیقلی شوند.
6. پس از تکمیل کار تعمیر و نگهداری، باید از درستی عملکرد تجهیزات پایش مطمئن شد.