Wyjaśnienie zaworu bezpieczeństwa eksplozji skrzyni korbowej

Zawory bezpieczeństwa eksplozji skrzyni korbowej w silniku dwusuwowym morskim

Czym jest eksplozja skrzyni korbowej?

Eksplozja skrzyni korbowej to nagłe i gwałtowne zdarzenie spalania, które występuje w skrzyni korbowej silnika spalinowego. Spalanie wymaga paliwa, tlenu i ciepła, które mogą być obecne w skrzyni korbowej w określonych warunkach.

• Olej smarowy jest używany w dużych ilościach w skrzyni korbowej, działa jako paliwo.
• Tlen znajduje się w powietrzu, które zawsze jest obecne w skrzyni korbowej.
• Ciepło może pochodzić z różnych źródeł, takich jak gazy spalinowe lub tarcie (tarcie elementów silnika itp.).

Eksplozje skrzyni korbowej są rzadkim, ale poważnym zagrożeniem, które może wystąpić we wszystkich silnikach spalinowych, szczególnie w starszych silnikach, silnikach źle utrzymanych lub pracujących w ekstremalnych warunkach. Konsekwencje eksplozji skrzyni korbowej mogą być katastrofalne, prowadząc do znacznych szkód materialnych, przerw w działalności i/lub utraty życia.

Warto wiedzieć - możesz odwiedzić naszą stronę kursów , jeśli chcesz dowiedzieć się więcej na temat inżynierii morskiej. Nasze kursy wideo online obejmują tematy takie jak duże morskie silniki dwusuwowe, pompy paliwowe, tratwy ratunkowe, terminologia statków, urządzenia sterowe, pompy, zawory, kotły i wiele innych tematów.

Zamontowany zawór bezpieczeństwa eksplozji skrzyni korbowej (CERV)

Co powoduje eksplozję skrzyni korbowej?

Kilka scenariuszy może prowadzić do eksplozji skrzyni korbowej. Należą do nich:

• Zużyte lub uszkodzone pierścienie tłokowe – uniemożliwiające odpowiednie uszczelnienie tłoka w tulei cylindra. Może to pozwolić na przedostanie się mieszanki paliwowo-powietrznej z przestrzeni spalania do skrzyni korbowej; mieszanka paliwowo-powietrzna może następnie spalić się, jeśli napotka gorący punkt w skrzyni korbowej. W dużych morskich silnikach dwusuwowych gazy muszą przeciekać przez pierścienie tłokowe i skrzynkę uszczelniającą przed wejściem do skrzyni korbowej.
• Gorący punkt w skrzyni korbowej – powodujący odparowanie oleju smarowego w skrzyni korbowej (zmiana ze stanu ciekłego na stan parowy); odparowany olej następnie kondensuje w chłodniejszym obszarze skrzyni korbowej, pozostawiając tylko drobny biały mgiełkę olejową. Wspomniany gorący punkt może następnie służyć jako źródło zapłonu dla mgiełki olejowej (gdy chmura mgiełki olejowej jest wystarczająco duża). Gorące punkty w skrzyni korbowej silnika są często spowodowane zużytymi wałami korbowymi łożyskami z powodu braku smarowania lub nieregularności powierzchni łożyska. Duże silniki dwusuwowe o niskiej prędkości obrotowej są wyposażone w detektory mgiełki olejowej do wykrywania obecności mgiełki olejowej w skrzyni korbowej. Jeśli wykryta zostanie mgiełka olejowa w skrzyni korbowej, detektor mgiełki olejowej aktywuje alarm w sterowni silnika.
• Przedmuchy w skrzyni korbowej – przedmuchy występują, gdy gazy spalinowe przeciekają przez pierścienie tłokowe i skrzynkę uszczelniającą (jeśli jest zainstalowana), a następnie do skrzyni korbowej. Może się to zdarzyć, gdy pierścienie tłokowe są zużyte, uniemożliwiając prawidłowe uszczelnienie cylindra w tulei cylindra. Może się to również zdarzyć, jeśli ściany tulei cylindra są uszkodzone, co również uniemożliwia prawidłowe uszczelnienie. Przedmuchy zazwyczaj występują przy wysokich prędkościach obrotowych silnika lub gdy silnik jest mocno obciążony. 

Warto wiedzieć - 'eksplozja skrzyni korbowej' jest czasami nazywana 'eksplozją mgiełki olejowej'.

Warto wiedzieć - olej smarowy musi być podgrzany do ok. 200⁰C, zanim odparuje, i wymaga gorącego punktu o temp. ok. 850⁰C, aby się zapalić. Krople mgiełki olejowej mają rozmiar mniejszy niż 10 mikronów. Warto wiedzieć - wtórna eksplozja skrzyni korbowej jest zazwyczaj znacznie większa niż pierwotna eksplozja skrzyni korbowej. Po pierwotnej eksplozji w skrzyni korbowej istnieje próżnia, która wciągnęłaby znaczną ilość powietrza, gdyby nie były zamontowane CERV.

Jakie są główne komponenty CERV?

Zawór bezpieczeństwa eksplozji skrzyni korbowej składa się z niewielu komponentów, w tym:

• Korpus zaworu – główna obudowa zaworu. Jest wykonana z mocnego, trwałego materiału, takiego jak aluminium lub stal. Korpus zaworu jest zaprojektowany tak, aby wytrzymać wysokie ciśnienia, które mogą wystąpić podczas eksplozji.
• Płyta zaworu (dysk zaworu) – cienki, okrągły kawałek metalu znajdujący się wewnątrz korpusu zaworu. Płyta zaworu jest połączona ze sprężyną, która utrzymuje zawór zamknięty w normalnych warunkach pracy. Gdy ciśnienie w skrzyni korbowej wzrasta, sprężyna jest ściskana, płyta zaworu oddala się od pokrywy zaworu, otwierając zawór.
• Gniazdo zaworu – płyta zaworu dociska się do gniazda zaworu, aby zamknąć zawór.
• Arrester płomieni – arrester płomieni to urządzenie, które zapobiega wydostawaniu się płomieni ze skrzyni korbowej. Zazwyczaj jest wykonany jako drobna siatka lub seria perforowanych płyt. Płomienie są chłodzone, gdy przechodzą przez arrester płomieni, co powoduje ich wygaszenie przed dotarciem na zewnątrz silnika. Arrester płomieni jest czasami nasycony olejem z powodu jego lokalizacji w skrzyni korbowej (zależnie od konstrukcji CERV); to dodaje dodatkowy efekt chłodzenia płomieni.
• Uszczelka – uszczelka lub O-ring znajdujący się między gniazdem zaworu a płytą zaworu. Uszczelka zmniejsza prawdopodobieństwo wycieku powietrza lub gazu z lub do skrzyni korbowej.
• Sprężyna – metalowa cewka znajdująca się wewnątrz korpusu zaworu. Sprężyna utrzymuje płytę zaworu dociskającą do gniazda zaworu w normalnych warunkach pracy, utrzymując zawór w pozycji zamkniętej. Gdy ciśnienie w skrzyni korbowej wzrasta, sprężyna jest ściskana, a zawór się otwiera.
• Deflektor – kieruje każdy impuls ciśnienia i płomienie w dół, aby chronić pobliskie osoby; szczelina, przez którą kierowany jest impuls ciśnienia, wynosi 120 stopni całkowitego obwodu zaworu.

Warto wiedzieć - CERV jest w zasadzie zaworem zwrotnym, tj. pozwala na przepływ tylko w jednym kierunku.

Warto wiedzieć - CERV nie ma wrzeciona zaworu.

Zawór bezpieczeństwa eksplozji skrzyni korbowej

Jak działa zawór bezpieczeństwa eksplozji skrzyni korbowej?

Podczas normalnej pracy silnika zawory bezpieczeństwa eksplozji skrzyni korbowej pozostają zamknięte, skutecznie uszczelniając skrzynię korbową i utrzymując ciśnienie w skrzyni korbowej w akceptowalnym zakresie.

W przypadku eksplozji skrzyni korbowej następuje szybki wzrost ciśnienia wewnątrz skrzyni korbowej. Jeśli ciśnienie nie zostanie odciążone, może dojść do zatarcia silnika, uszkodzenia komponentów i/lub nawet pęknięcia skrzyni korbowej.

Jak działa zawór bezpieczeństwa eksplozji skrzyni korbowej

Zawór bezpieczeństwa eksplozji skrzyni korbowej jest zaprojektowany do reagowania na każdy nagły wzrost ciśnienia w skrzyni korbowej. Gdy ciśnienie w skrzyni korbowej wzrasta, działa na płytę zaworu CERV, pokonuje siłę sprężyny utrzymującej zawór zamknięty, otwierając zawór.

Otwarcie zaworu bezpieczeństwa skrzyni korbowej tworzy przejście dla gazów wysokociśnieniowych, aby wydostały się ze skrzyni korbowej; to uwolnienie ciśnienia zapobiega nadciśnieniu w skrzyni korbowej, tym samym łagodząc skutki eksplozji.

Aby zapobiec rozprzestrzenianiu się płomieni ze skrzyni korbowej, CERV zawiera arrester płomieni. Ten komponent chłodzi gazy spalinowe i zakłóca front płomienia, zapobiegając wydostawaniu się płomieni z zaworu i potencjalnemu zapaleniu otaczających materiałów palnych.

Gdy ciśnienie w skrzyni korbowej spadnie poniżej punktu nastawy ciśnienia otwarcia zaworu (ciśnienie pęknięcia), siła wywierana przez sprężynę spowoduje, że płyta zaworu dociska się do gniazda zaworu, tj. zawór zamyka się, skutecznie uszczelniając skrzynię korbową i zapobiegając dostawaniu się powietrza lub gazu z zewnątrz. Uszczelnienie skrzyni korbowej po eksplozji jest ważne, ponieważ w przeciwnym razie świeże powietrze może dostać się do skrzyni korbowej po pierwotnej eksplozji, co może prowadzić do dodatkowej większej wtórnej eksplozji.

Zawór bezpieczeństwa eksplozji skrzyni korbowej

Jakie szkody są spowodowane bez CERV?

Silnik doświadczający eksplozji skrzyni korbowej bez obecności CERV prawdopodobnie doznałby katastrofalnych uszkodzeń strukturalnych. Jeśli taki scenariusz miałby miejsce na statku, pozostawiłby jednostkę bez napędu i może bez zasilania elektrycznego. W szczególności eksplozje skrzyni korbowej mogą powodować uszkodzenia następujących komponentów silnika:

• Skrzynia korbowa – skrzynia korbowa to obudowa, która zamyka wał korbowy silnika i inne ruchome części. Eksplozja skrzyni korbowej mogłaby rozerwać skrzynię korbową, powodując wyciek oleju i odłamków ze skrzyni korbowej, potencjalnie raniąc pobliskie osoby i uszkadzając otoczenie. Awaria tego rodzaju mogłaby również prowadzić do pożaru w maszynowni, co mogłoby spowodować uszkodzenia innych systemów statku.
• Awaria korbowodu – korbowód łączy tłok z wałem korbowym w prawie wszystkich silnikach, jednak w dużym morskim silniku dwusuwowym, korbowód łączy się z krzyżakiem, który następnie łączy się z prętem tłokowym. Eksplozja skrzyni korbowej mogłaby wygiąć lub złamać korbowód, powodując zatarcie silnika.
• Uszkodzenie tłoka – tłoki to części, które poruszają się w górę i w dół w cylindrach, generując moc. Eksplozja skrzyni korbowej może uszkodzić tłoki z powodu niewłaściwego ustawienia, co skutkuje brakiem uszczelnienia między pierścieniami tłokowymi a cylindrem.

Jak można uniknąć eksplozji skrzyni korbowej?

CERV istnieje tylko po to, aby chronić silnik, jeśli wystąpi eksplozja skrzyni korbowej. Eksplozje skrzyni korbowej można uniknąć, zapewniając odpowiednie utrzymanie i prawidłową eksploatację silnika. Konserwacja powinna zawsze odbywać się zgodnie z wytycznymi producenta.

Kto wynalazł CERV?

Zawory bezpieczeństwa skrzyni korbowej zostały opracowane w latach 50. XX wieku przez British Internal Combustion Engine Relief Association (BICERA). BICERA została założona w 1948 roku w odpowiedzi na serię eksplozji skrzyni korbowej, które miały miejsce na pokładach statków. Organizacja prowadziła badania nad przyczynami tych eksplozji i opracowała szereg urządzeń bezpieczeństwa, w tym zawór bezpieczeństwa skrzyni korbowej.

Pierwszy zawór bezpieczeństwa eksplozji skrzyni korbowej został opatentowany przez BICERA w 1954 roku. Zawór został zaprojektowany tak, aby otwierać się i odciążać ciśnienie w przypadku eksplozji skrzyni korbowej oraz zapobiegać wydostawaniu się płomieni ze skrzyni korbowej. Zawory bezpieczeństwa eksplozji skrzyni korbowej są teraz standardowym elementem bezpieczeństwa w prawie wszystkich średnich i dużych silnikach spalinowych.

Dodatkowe zasoby

https://www.marinetopics.com/articles-desktop-en/crankcase-relief-valve/

http://www.machineryspaces.com/explosion-relief-valve.html

https://man-es.com/docs/default-source/service-letters/sl2009-512.pdf?sfvrsn=6ff9c151_8

https://chiefengineerlog.com/2022/10/19/what-you-need-to-know-about-crankcase-relief-valves/