تحلیل ریشه‌های خرابی چندراهه دود آب خنک موتور دیزل دریایی پرسرعت

در موتورهای دیزل دریایی با نسبت توان به وزن بالا، چندراهه دود به‌صورت آب‌خنک طراحی و ساخته می‌شود تا ضمن افزایش عملکرد و ایمنی کابین شناور، نرخ انتقال حرارت از مجموعه اگزوز موتور افزایش یابد. در یکی از موتورهای دیزل دریایی پرسرعت پس از گذشت 417 ساعت از کارکرد موتور، چندراهه دود آلومینومی آب‌خنک به علت ایجاد حفره در جداره بین راهگاه‌های دود و آب، دچار نشتی آب به داخل اتاق احتراق شده است. این پژوهش به بررسی علل خرابی این چندراهه دود می‌پردازد. نتایج نشان می‌دهد که خفگی ناشی از جوشش باعث بوجود آمدن ترک اولیه حرارتی در چندراهه دود شده است. پدیده خفگی بدلیل بوجود آمدن حباب‌ روی سطوح داغ و تشکیل لایه‌های بخار آب باعث کاهش انتقال حرارت سطح و افزایش موضعی دما در چندراهه دود شده است. این پدیده ناشی از کاهش سرعت سیال خنک کننده بدلیل وجود زائده های ریختگی و گاها بسته شدن مسیر آب بوجود آمده است که با توجه به افزایش دمای چندراهه دود در فرایند ارتقا تشدید شده است. یافته‌ها نشان می‌دهد اگرچه پدیده جوشش دلیل اصلی شروع ترک در چندراهه دود است، ولی رشد حفره‌ها در قطعه ریخته‌گری شده آلومینومی تحت یک مکانیزم الکتروشیمیایی صورت گرفته تا به مرور زمان باعث نشت سیال خنک کننده به داخل موتور شود.

Root Cause Analysis of WaterCooled Exhaust Manifold in High Speed Marine Diesel Engine

In marine diesel engines with high power to weight ratio, watercooled exhaust manifolds are designed and manufactured to achieve a good heat transfer in exhaust system with appropriate safety and reliability in engine room. In one of highspeed marine diesel engine after 417 hours operation, water was leaked from aluminum alloy exhaust manifold due to cavity creation between coolant and gas port walls. This paper investigates the root cause analysis of this exhaust manifold failure using fishbone diagram. Results showed that film boiling was accrued on damaged surface. In this region, surface was completely covered by a continuous stable vapor film. So, heat flux of this area reached a minimum and surface temperature was increased locally. The root cause of this phenomena was decreasing or blocking of water flow due to some unwanted casting burr. Although the film boiling nucleated thermal crack on surface, but cracks and cavities propagated under an electrochemical mechanism until coolant leakage.