Maszyna do czyszczenia bloków silników okrętowych zasilanych olejem napędowym i wałów korbowych: ciężkie rozwiązania czyszczące dla komponentów o masie do 30 ton

Przegląd

Elementy silników okrętowych zasilanych olejem napędowym mogą być znacznie większe i cięższe niż ich odpowiedniki stosowane w motocyklach i samochodach. Bloki silników mogą ważyć nawet 30 ton , a wały korbowe mogą mieć długość przekraczającą kilka metrów.

Ich duże wymiary, skomplikowane wnęki wewnętrzne oraz znaczne ilości odpadów powstałych podczas obróbki skrawaniem wymagają użycia urządzeń do czyszczenia zaprojektowanych specjalnie z uwzględnieniem ciężkiej obsługi, pełnego zasięgu czyszczenia, usuwania odpadów, suszenia oraz bezpieczeństwa operatora .

Firma Big Bird Industrial opracowała systemy czyszczące o dużej wydajności przeznaczone do elementów silników okrętowych i generatorów, w tym bloków silników oraz wałów korbowych. W niniejszym artykule omówiono wyzwania związane z czyszczeniem tych elementów oraz wyjaśniono, jak konfiguruje się transport, czyszczenie rozpylające z funkcją skanowania, celowane czyszczenie pod wysokim ciśnieniem, suszenie oraz filtrację w przypadku dużych części.

1. Dlaczego elementy silników okrętowych wymagają specjalistycznych rozwiązań czyszczących?

Silniki okrętowe zasilane olejem napędowym zwykle opierają się na konstrukcjach o dużym średnicie cylindrów i niskich obrotach. Ich bloki silników i wały korbowe mogą być znacznie większe i cięższe niż komponenty stosowane w pojazdach osobowych lub komercyjnych.

Blok silnika okrętowego może ważyć nawet 30 ton , podczas gdy wały korbowe mogą osiągać długość kilku metrów.

Te komponenty charakteryzują się również następującymi cechami:

• Dużymi wewnętrznymi kawernami
• Dużą średnicą, ale skomplikowanymi kanałami olejowymi
• Znacznymi pozostałościami po odlewaniu
• Masywnymi wiórkami powstającymi podczas obróbki
• Dużymi zewnętrznymi powierzchniami
• Długimi czasami obróbki i manipulacji

Większa nadmiarowa warstwa obrabiana oraz duże wewnętrzne wnęki mogą prowadzić do znacznej ilości pozostałości piasku, wiórków oraz innych zanieczyszczeń.

Jednocześnie wysoka wartość i masa komponentów czynią niezawodne ich uchwytywanie szczególnie istotnym.

System czyszczący musi więc spełniać jednocześnie dwa wymagania:

Skuteczne pokrycie czyszczenia + bezpieczne i stabilne uchwytywanie ciężkich przedmiotów

2. Rozwiązanie dla bloku silnika: przewożenie na wózku z czyszczeniem strumieniowym skanującym

Maszyna do czyszczenia ciężkiego morskiego silnika wysokoprężnego wykorzystuje system transportu oparty na wózku.

Typowy przebieg procesu to:

Załadunek na wózek → wejście z niską prędkością → czyszczenie strumieniowe skanujące → ręczne, celowe czyszczenie → odczyszczenie strumieniowe skanujące → ręczne, celowe odczyszczenie

Blok silnika wjeżdża powoli do komory czyszczącej na ciężkim wózku. Urządzenia do czyszczenia strumieniowego skanującego poruszają się wzdłuż przedmiotu roboczego, zapewniając całkowite pokrycie czyszczenia.

Obszary trudno dostępne dla systemu natryskowego, takie jak otwory przepływu oleju i otwory płaszcza chłodzącego, mogą zostać dodatkowo oczyszczone ręcznie pod wysokim ciśnieniem.

Kluczowe parametry

• Czas cyklu: Około 60 minut
• Maksymalna masa przedmiotu obrabianego: 30 ton
• Zastosowanie: Bloków silników wysokoprężnych stosowanych w przemyśle morskim
• Transport: Wózek ciężkiego typu
• Główna metoda czyszczenia: Czyszczenie rozpylaniem skanującym
• Czyszczenie celowe: Ręczne czyszczenie pod wysokim ciśnieniem
• Suszono: Zdmuchiwanie powietrzem w trybie skanowania + ręczne celowe zdmuchiwanie powietrzem

To urządzenie zostało wyeksportowane do Japonii w 2018 roku , co potwierdza jego zastosowanie w czyszczeniu ciężkich silników okrętowych o zapłonie samoczynnym.

Trzy ważne kwestie projektowe

1. Powolne przesuwanie wózka

Półfabrykat o masie kilkudziesięciu ton ma znaczny moment bezwładności podczas przyspieszania i hamowania.

Kontrolowane przesuwanie z niską prędkością pomaga zmniejszyć wstrząsy mechaniczne i zapewnia bardziej stabilne obsługiwane elementy podczas wjazdu i wyjazdu z komory czyszczącej.

System transportowy należy więc traktować jako integralną część wyposażenia czyszczącego, a nie jedynie jako dodatkowe urządzenie do manipulacji materiałami.

2. Spryskiwanie skanujące jako główna metoda czyszczenia

Ruchomy rama spryskująca przesuwa się po bloku silnika, obejmując jego powierzchnie zewnętrzne.

To podejście jest odpowiednie dla dużych półfabrykatów, ponieważ system czyszczący może stopniowo objąć cały element bez konieczności obracania całego półfabrykatu.

3. Ręczne czyszczenie obszarów krytycznych

Duże bloki silników zawierają obszary, do których system spryskiwania skanującego może nie mieć pełnego dostępu.

Otwory przepływu oleju, otwory płaszcza wodnego oraz inne kluczowe miejsca mogą zatem podlegać dodatkowemu, skierowanemu czyszczeniu za pomocą pistoletu do czyszczenia pod wysokim ciśnieniem.

Ta kombinacja zautomatyzowane ogólne czyszczenie + skierowane ręczne czyszczenie zapewnia praktyczne rozwiązanie dla niezwykle dużych komponentów.

3. Rozwiązanie dla wału korbowego: czyszczenie skanujące ze skierowanym czyszczeniem otworów przepływu oleju pod wysokim ciśnieniem

Wymagania dotyczące czyszczenia dużego wału korbowego morskiego różnią się od wymagań dotyczących bloku silnika.

Ponieważ wał korbowy jest długim elementem w kształcie wału, system wykorzystuje inną konfigurację transportu i kładzie szczególny nacisk na czyszczenie otworów przepływu oleju.

Przykładowy proces wygląda następująco:

Ręczne podnoszenie i załadunek → ogólne czyszczenie skanujące strumieniem rozpylającym → robocze skierowane czyszczenie otworów przepływu oleju → czyszczenie pod ciśnieniem 10 MPa → ogólne usuwanie wody strumieniem powietrza w trybie skanującym → rozładowanie na równoległej taśmie transportera wałkowego

Kluczowe parametry

• Czas cyklu: Około 20 minut, bez czasu załadunku i rozładowania
• Ogólna czystość: ≤40 mg
• Kryterium maksymalnej czystości obrabianego przedmiotu: ≤200 mg
• Ciśnienie czyszczenia kanałów olejowych: 10 MPa
• Transport: Równoległa taśma transportera wałkowego
• Czyszczenie celowe: Mały robot z wyspecjalizowaną dyszą
• Suszono: Skaningowe odciskanie sprężonym powietrzem

Ten typ sprzętu został dostarczony w 2017 roku .

Dlaczego do przewodów olejowych wałów korbowych stosuje się ciśnienie 10 MPa?

Wymagania dotyczące ciśnienia czyszczenia wału korbowego dla zastosowań morskich nie mogą być po prostu porównywane z wymaganiami dla wałów korbowych stosowanych w motocyklach lub samochodach.

Wały korbowe stosowane w pojazdach samochodowych mogą mieć stosunkowo mniejsze i bardziej skomplikowane przewody olejowe. Na przykład w zastosowaniu wału korbowego dla pojazdów komercyjnych stosuje się zwykle 50 MPa czyszczenie przez wtrysk pod wysokim ciśnieniem.

Przewody olejowe wałów korbowych stosowanych w zastosowaniach morskich mogą mieć większe średnice oraz stosunkowo prostsze trasy przepływu. W takiej konfiguracji stosuje się celowe czyszczenie pod ciśnieniem 10 MPa w połączeniu z robotycznym pozycjonowaniem dyszy może zapewnić wystarczające działanie czyszczące dla określonego zastosowania.

Jednak ciśnienie nie powinno być oceniane niezależnie.

Odpowiednie ciśnienie czyszczące zależy od:

• Średnicy kanału olejowego
• Długości i geometrii kanału
• Materiał komponentu
• Charakterystyki zanieczyszczeń
• Projekt dyszy
• Pozycjonowanie dysz
• Wymaganego poziomu czystości

Ostateczny proces należy więc ustalić poprzez walidację procesu oraz testy czystości.

4. Dlaczego kryteria czystości to ≤40 mg i ≤200 mg?

W zastosowaniu wału korbowego do silników okrętowych stosowane są dwa kryteria czystości:

Ogólna czystość: ≤40 mg

Kryterium maksymalnej masy przedmiotu: ≤200 mg

Duże elementy morskie mogą znacznie różnić się pod względem rozmiaru i objętości wewnętrznej.

Stosowanie dokładnie tego samego bezwzględnego limitu zanieczyszczeń do każdego wału korbowego mogłoby prowadzić do nieodpowiednich kryteriów akceptacji dla elementów o różnych rozmiarach.

Dlatego podejście oparte na podwójnym kryterium pozwala rozróżnić ogólne wymagania produkcyjne od maksymalnego dopuszczalnego poziomu zanieczyszczeń dla większych elementów.

Dokładna metoda pobierania próbek, proces ekstrakcji, obszar inspekcji, wymagania dotyczące wielkości cząstek oraz kryteria akceptacji powinny zawsze być określone w umowie technicznej dotyczącej sprzętu.

5. Cztery specjalne wymagania dotyczące czyszczenia silników morskich

Sprzęt do czyszczenia ciężkich silników morskich musi spełniać kilka wymagań, które są mniej istotne przy czyszczeniu typowych elementów samochodowych.

1. Bezpieczne manipulowanie ciężkimi przedmiotami

Elementy o masie sięgającej dziesiątek ton wymagają odpowiedniego sprzętu do podnoszenia, wykwalifikowanych operatorów, wystarczającej przestrzeni do załadunku oraz niezawodnych struktur pozycjonowania i prowadzenia.

Układ wyposażenia musi zapewniać wystarczającą przestrzeń do operacji załadunku i rozładunku.

2. Stabilny transport

Wózki i taśmy rolkowe powinny umożliwiać kontrolowane przyspieszanie i hamowanie.

W przypadku wyjątkowo ciężkich komponentów nagłe uruchamianie lub zatrzymywanie może generować znaczne siły bezwładnościowe, co wpływa zarówno na sprzęt, jak i obrabiany przedmiot.

3. Wysoka pojemność na pozostałości

Duże odlewy mogą generować znaczne ilości piasku, wiórków oraz innych pozostałości po obróbce.

System filtracji i usuwania pozostałości wymaga zatem wystarczającej pojemności dla największego możliwego przedmiotu obrabianego oraz oczekiwanej ilości zanieczyszczeń.

Opcje takie jak automatyczna filtracja i usuwanie pozostałości mogą pomóc zmniejszyć niepotrzebne przestoje związane z ręcznym czyszczeniem.

4. Kompleksowe suszenie

Duże wnęki i głębokie kanały mogą utrzymywać znaczne ilości wody po procesie mycia.

Pojedynczy proces dmuchania powietrzem może nie wystarczać dla każdej geometrii.

Skaningowe dmuchanie powietrzem w połączeniu z celowym ręcznym dmuchaniem powietrzem można wykorzystać do obsługiwania trudno dostępnych obszarów oraz poprawy ogólnego stanu suszenia.

6. Jak wybrać sprzęt do czyszczenia silników morskich i silników generatorowych?

Przy wyborze sprzętu do czyszczenia silników morskich lub silników generatorowych pierwszym krokiem jest określenie maksymalnej masy i wymiarów przedmiotu obrabianego .

Te parametry określają wymagane:

• Metoda podnoszenia
• projekt wózka lub taśmy transportowej
• nośność wyposażenia
• Wymiary komory
• System pozycjonowania
• odstęp bezpieczeństwa

Następnym krokiem jest ustalenie dokładnych kryteriów akceptacji czystości.

Na przykład ustalić, czy czystość jest oceniana:

• Jako ogólna wartość komponentu
• Według konkretnych obszarów
• Według przewodów wewnętrznych
• Z zastosowaniem kryterium maksymalnego przedmiotu obrabianego
• Razem z ograniczeniem wielkości cząstek

Określa to, czy wymagane są skierowane czyszczenie przewodów olejowych lub inne specjalistyczne procesy czyszczenia.

Czas cyklu produkcyjnego należy następnie ocenić w odniesieniu do rzeczywistych wymagań co do wydajności.

Dla dużych komponentów morskich proces ten trwa 20–60 minut nie jest koniecznie wadą. Duże komponenty mają znacznie inne wymagania dotyczące obróbki i obsługi niż elementy samochodowe produkowane w dużych ilościach, a próba optymalizacji wyłącznie pod kątem najkrótszego cyklu może prowadzić do niepotrzebnej złożoności wyposażenia.

Wreszcie należy ocenić infrastrukturę fabryczną, w tym:

• Nośność dźwigu suwnicowego
• Pojemność obciążeniowa podłogi
• Dostępna powierzchnia fabryczna
• Trasy transportu materiałów
• Przestrzeń niezbędną do załadunku i rozładunku
• Wymagania dotyczące odprowadzania ścieków i ich oczyszczania

Big Bird Industrial dostarczyła wytrzymałego sprzętu do czyszczenia przeznaczonego do zastosowań morskich oraz silników generatorów, w tym systemów zaprojektowanych do bloków silników w klasie 30-tonowej .

Często zadawane pytania

Dlaczego cykle czyszczenia bloków silników morskich i wałów korbowych trwają tak długo?

Duże komponenty mają znacznie większe powierzchnie zewnętrzne oraz większe objętości wewnętrzne.

Systemy natryskowe skanujące mogą wymagać wielokrotnego przeskanowania w celu uzyskania wystarczającego pokrycia, podczas gdy duże wnęki wymagają dodatkowego czasu na cyrkulację cieczy czyszczącej, odpływ oraz suszenie.

Obsługa samego elementu może również zająć znaczny czas, gdy jego waga przekracza kilkadziesiąt ton.

Dla przedstawionego powyżej typowego układu bloku silnika cykl 60-minutowy obejmuje pełny proces wejścia, czyszczenia i wyjścia .

Dla układu wału korbowego cykl 20-minutowy nie obejmuje czasu na załadunek i rozładunek .

Czy ciśnienie 10 MPa jest wystarczające do czyszczenia kanałów olejowych wałów korbowych stosowanych w zastosowaniach morskich?

Wymagane ciśnienie zależy od średnicy, długości i geometrii kanałów olejowych, materiału elementu, stopnia zanieczyszczenia oraz konfiguracji dysz.

Dla odnoszonego zastosowania wału korbowego w technice morskiej stosuje się docelowe czyszczenie przy ciśnieniu 10 MPa przy użyciu robota do pozycjonowania dysz.

Kryteria akceptacji dla tego zastosowania obejmują ogólną czystość ≤40 mg , przy maksymalnym kryterium przedmiotu obrabianego wynoszącym ≤200 mg .

Ostatecznie wystarczające ciśnienie należy zweryfikować poprzez rzeczywiste badania czystości oraz walidację procesu.

Czy do transportu elementów silników morskich należy używać wózków lub przenośników wałkowych?

Odpowiednia metoda transportu zależy przede wszystkim od rozmiaru, masy, geometrii oraz wymaganego rodzaju ruchu elementu.

Transport wózkowy jest odpowiedni dla niezwykle dużych i ciężkich elementów o stabilnej powierzchni podporowej. Zapewnia wysoką nośność oraz kontrolowany ruch.

Transport przenośnikiem wałkowym jest odpowiedni dla elementów o takiej geometrii, która umożliwia stabilny transport ciągły lub indeksowany.

Długie wały korbowe można transportować wzdłużnie za pomocą równoległych wałków, co zmniejsza potrzebę obrotu przedmiotu obrabianego podczas obróbki.

W jaki sposób należy określić czystość sprzętu do czyszczenia silników morskich?

Techniczna specyfikacja odbioru powinna jednoznacznie określać metodę pomiaru czystości oraz kryteria akceptacji.

Dla dużych komponentów o znacznie różniących się objętościach stosuje się kombinację ogólnego kryterium czystości oraz kryterium maksymalnego komponentu może być wykorzystana.

W przypadku odniesionego systemu czyszczenia ciężkiego wału korbowego do silników morskich kryteria te wynoszą ≤40 mg ogólnie oraz ≤200 mg w warunkach maksymalnego komponentu .

Ostateczny standard akceptacji zawsze należy uzgodnić w technicznej specyfikacji sprzętu.

Podsumowanie

Czyszczenie komponentów morskich silników wysokoprężnych wymaga zasadniczo innego podejścia sprzętowego niż czyszczenie komponentów stosowanych w konwencjonalnych pojazdach osobowych lub komercyjnych.

Ablok silnika klasy 30 ton wymaga ciężkiego transportu na wózkach, kontrolowanego przemieszczania, czyszczenia przez rozpylanie z dużopowierzchniowym skanowaniem oraz celowego czyszczenia krytycznych otworów.

Duża wałek korbowy morski wymaga innej konfiguracji, łączącej czyszczenie skanujące z celowym czyszczeniem kanałów olejowych pod ciśnieniem 10 MPa , a następnie skanującym dmuchaniem powietrza i kontrolowanym rozładowaniem.

W obu zastosowaniach projekt wyposażenia musi uwzględniać więcej niż tylko ciśnienie czyszczenia i czas cyklu. Masa przedmiotu obrabianego, jego wymiary, geometria wewnętrzna, stabilność transportu, pojemność pozostałości, suszenie, infrastruktura fabryczna oraz kryteria akceptacji czystości wszystkie te czynniki należy rozpatrzyć łącznie.

Big Bird Industrial dostarcza wytrzymałych przemysłowych rozwiązań czyszczących do silników wysokoprężnych stosowanych w statkach, silników generatorowych oraz innych dużych komponentów, przy czym konfiguracje urządzeń są opracowywane z uwzględnieniem konkretnych wymiarów przedmiotów obrabianych, wymagań procesowych oraz warunków produkcji.