BR102013019475A2 - Método para o recondicionamento de um arranjo de cilindros de um motor de combustão de êmbolos alternantes - Google Patents

Abstract

MÉTODO PARA O RECONDICIONAMENTO DE UM ARRANJO DE CILINDROS DE UM MOTOR DE COMBUSTÃO DE ÊMBOLOS ALTERNANTES A invenção refere-se a um método para o recondicionamento de um arranjo de cilindros de um motor de combustão interna de pistões alternantes, particularmente de um grande motor a diesel de dois tempos com expulsão de gases de fluxo único. O arranjo de cilindros inclui um pistão que pode ser disposto em uma camisa de cilindro, o pistão sendo movível para e de a partir de um ponto morto superior e um ponto morto inferior ao longo de um eixo de cilindro da camisa do cilindro no estado de operação e estado de instalação, de modo que um lado superior do pistão delimita um espaço de combustão, junto com uma superfície de rolamento da camisa do cilindro e uma tampa de cilindro disposta em uma camisa do cilindro. Em relação a isso, um conjunto de anéis de pistão incluindo pelo menos um anel de pistão, é provido em uma cabeça de pistão do pistão entre o lado superior do pistão e um lado inferior do pistão afastado do espaço de combustão, de tal maneira que o pistão está em contato por atrito com a superfície de rolamento da camisa do cilindro através do conjunto de anéis de pistão no estado de operação. De acordo com a invenção, o pistão é recondicionado em uma etapa principal de recondicionamento em um estado de desgaste predefinido de uma região de topo da superfície de rolamento adjacente à tampa de cilindro, de tal maneira que pelo menos um anel de topo do conjunto de anéis de pistão, disposto mais próximo ao lado superior do pistão, é espaçado mais afastado do lado superior do pistão por um primeiro espaçamento de diferença predefinida depois do recondicionamento do pistão em vez de antes do recondicionamento.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO PARA O RECONDICIONAMENTO DE UM ARRANJO DE CILINDROS DE UM MOTOR DE COMBUSTÃO DE ÊMBOLOS ALTERNANTES".

A invenção refere-se a um método para o recondicionamento de um arranjo de cilindros de um motor de combustão de êmbolos alternantes, em particular de um grande motor a diesel de dois tempos com expulsão de gases de fluxo único, de acordo com o preâmbulo da reivindicação independente 1.

Grandes motores a diesel são frequentemente usados como agregados de acionamento para navios ou também em operação estacionária, por exemplo, para o acionamento de grandes geradores para a geração de energia elétrica. Em relação a isso, os motores geralmente funcionam por períodos de tempo consideráveis em um modo de operação contínuo, o que representa altas demandas na segurança operacional e na disponibilidade. Por esse motivo, intervalos particularmente longos entre manutenções, baixo desgaste e um manuseio econômico do consumo de combustível e de materiais de operação são critérios centrais da operação das máquinas para o operador. Entre outras coisas o comportamento do funcionamento do pistão na camisa de cilindro de tais motores a diesel lentos e de grande diâmetro de cilindro é um fator decisivo no tempo de intervalo entre manutenções, na disponibilidade e também diretamente no custo de operação através do consumo de lubrificantes, e, consequentemente, para redução de custos. Desta maneira, uma importância sempre crescente está associada ao problema complexo do comportamento do funcionamento dos pistões de grandes motores a diesel.

Em relação a isso, é bem sabido que as cargas às quais a camisa do cilindro é submetida na região superior da camisa do cilindro no estado de operação são particularmente grandes, isto é, na posição em que o pistão passa pelo ponto morto superior na proximidade de uma tampa de 30 cilindro no estado de operação. A mistura ar/combustível é inflamada na proximidade da posição de ponto morto da posição central do pistão, isto significa que é quando o volume do espaço de combustão envolvido pela camisa do cilindro, tampa de cilindro e pistão é aproximadamente mínimo. Devido a isso, altas temperaturas e pressões atuam na camisa de cilindro, cujas temperaturas e pressões também são, além do mais, submetidas a mudanças dinâmicas fortes, não menos devidas ao movimento do pistão e, 5 desta maneira, ao volume do espaço de combustão dinâmico em constante mudança.

Devido à enorme pressão de combustão presente no espaço de combustão, que também é decisiva para o atrito entre a superfície de contato do pistão e a superfície da camisa do cilindro, e as enormes flutuações de 10 pressão presentes no espaço de combustão produzidas na combustão e/ou no movimento do pistão, a camisa do cilindro experimenta um desgaste particularmente grande, não somente, mas particularmente em sua extremidade superior, onde a combustão é iniciada no espaço de combustão no estado de operação.

O desgaste particularmente grande na região do centro de ponto

morto superior é adicionalmente promovido ainda mais devido ao fato que o pistão corre a uma velocidade relativamente baixa ao longo da superfície de rolamento da camisa do cilindro na proximidade do centro de ponto morto superior, e que no centro do ponto morto ainda tem a velocidade zero e re20 verte a sua direção de movimento no sentido do ponto morto inferior. Submetido a essas condições, uma película de lubrificante suficiente só pode ser formada de uma maneira muito difícil entre o anel do pistão e a superfície de rolamento da camisa do cilindro. A película de lubrificante não raramente é de qualidade insuficiente e pode, pelo menos localmente ou temporariamen25 te, até mesmo desaparecer e um estado de "atrito de contorno" ou "atrito misto" pode surgir, de maneira que nessas regiões pode ser produzido um "contato de metal com metal", por meio do qual pode ser produzido um desgaste abrasivo particularmente forte devido às grandes forças de atrito em tais condições, não somente na superfície de rolamento do cilindro.

No caso de cargas de temperatura e pressão muito elevadas em

conexão a pelo menos uma película de óleo lubrificante não presente localmente, ou, por exemplo, uma película de óleo lubrificante danificada por substâncias químicas frequentemente em conexão com os processos prejudiciais de corrosão ocorrendo a altas temperaturas, os estados de desgaste abrasivo mencionados são assim também regularmente produzidos no poço do cilindro da camisa do cilindro.

Uma vez que os mecanismos de desgaste mencionados anteri

ormente se tornam mais intensos na superfície de rolamento da camisa do cilindro em direção ao ponto morto superior, o desgaste ao longo do eixo do cilindro em direção ao ponto morto superior também aumenta para um determinado número de horas de operação.

Isso tem o efeito de que a forma da superfície de rolamento no

interior da camisa do cilindro se distancie da forma rigorosamente cilíndrica de um cilindro interno com o aumento das horas de operação, e desta maneira de permaneça mais e mais da forma rigorosamente cilíndrica de um cilindro interno com o desgaste crescente, e assume gradualmente uma forma mais substancialmente pronunciada “tipo corneta” para uma duração progressiva da operação. Isso significa que depois de uma duração de operação predeterminada, a forma interna da camisa do cilindro foi mudada pelo processo de desgaste anteriormente descrito, de modo que o diâmetro interno se torna maior à medida que se aproxima do ponto morto superior. A forma interna da superfície de rolamento da camisa do cilindro gradualmente se assemelha à forma de uma corneta do que a forma de um cilindro interno ideal. Tais desvios de forma também podem surgir em outras posições ao longo da superfície de rolamento do cilindro, dependendo do estado de operação, de modo que o diâmetro do cilindro pode variar ao longo da superfície de rolamento.

A pessoa de habilidade comum na técnica compreende automaticamente que isso não somente deteriora as condições de atrito na superfície de rolamento do cilindro na região do ponto morto superior, mas que, no fim das contas, o processo de combustão também pode ser influenciado ne30 gativamente, e que desta maneira a operação do motor pode ser influenciada negativamente. Como uma última conseqüência, isso leva naturalmente a custos de operação mais elevados, e no pior caso também influencia negativãmente a segurança da operação e desta maneira, por exemplo, influencia negativamente até a segurança de uma instalação acionada pelo motor, por exemplo, a segurança de um navio, o que naturalmente deve ser evitado em todos os casos. Por esse motivo, por exemplo, a camisa de cilindro corres5 pondente deve ser reparada prematuramente e/ou trocada prematuramente o que naturalmente leva a um aumento significativo dos custos de operação.

Por esse motivo, é o objetivo da invenção prover um novo método para o recondicionamento de um arranjo de cilindros de um motor de combustão de pistões alternantes, particularmente de um grande motor a 10 diesel de dois tempos com expulsão de gases de fluxo único, por meio do qual os problemas conhecidos da tecnologia de ponta podem ser evitados em momento oportuno, de modo que pode ser garantido um tempo de operação mais longo da camisa do cilindro, isso significa que a camisa do cilindro pode ser usada significativamente por mais tempo antes que tenha de 15 ser reparada e/ou trocada devido ao desgaste, de uma maneira exigindo esforço e custos, por meio do que os custos de operação do motor são no fim das contas reduzidos consideravelmente.

O objeto da invenção satisfazendo esse objetivo é caracterizado pelas características da reivindicação independente 1.

As reivindicações em anexo se referem às modalidades da in

venção particularmente vantajosas.

A invenção, desta maneira, se refere a um método para o recondicionamento de um arranjo de cilindros de um motor de combustão de pistões alternantes, em particular de um grande motor a diesel de dois tempos 25 com expulsão de gases de fluxo único. Em relação a isso, o arranjo de cilindros inclui um pistão que pode ser disposto em uma camisa de cilindro, o pistão sendo movível, para e de, entre um ponto morto superior e um ponto morto inferior ao longo de um eixo de cilindro da camisa do cilindro no estado de operação e no estado de instalação, de tal maneira que um lado supe30 rior do pistão delimita um espaço de combustão junto com uma superfície de rolamento da camisa do cilindro e uma tampa de cilindro disposta em uma camisa do cilindro. Em relação a isso, uma embalagem de anéis de pistão incluindo pelo menos um anel de pistão é provido em uma coroa de pistão do pistão entre o lado superior do pistão e um lado inferior do pistão afastado do espaço de combustão, de tal maneira que o pistão está em contato por atrito com a superfície de rolamento da camisa do cilindro através do 5 conjunto de anéis de segmento no estado de operação. De acordo com a invenção, o pistão é recondicionado em uma etapa principal de recondicionamento, em um estado de desgaste predefinido de uma região de topo da superfície de rolamento adjacente à tampa de cilindro, de modo que pelo menos um anel de topo do conjunto de anéis de pistão disposto mais próxi10 mo do lado superior do pistão, é espaçado mais afastado do lado superior do pistão através de primeiro espaçamento de diferença predefinido depois do recondicionamento do pistão do que antes do recondicionamento.

Em relação a isso, é essencial para o método, de acordo com a invenção, que o pistão seja recondicionado em uma etapa principal de recondicionamento em um estado de desgaste predefinido de uma região de topo da superfície de rolamento adjacente à tampa de cilindro, de modo que pelo menos um anel de topo do conjunto de anéis de segmento disposto mais próximo ao lado superior do pistão é espaçado mais afastado do lado superior do pistão por um primeiro espaçamento de diferença predefinido depois do recondicionamento do pistão que antes do recondicionamento. Isso significa que quando o desgaste “em forma de corneta” da camisa do cilindro está tão fortemente pronunciado que não pode ser mais tolerado pelas razões descritas anteriormente no estado de desgaste predefinido, pelo menos o anel de topo em oposição ao espaço de combustão mais próximo deve ser novamente colocado, e certamente mais afastado da face superior do pistão. Isso tem o efeito de que, depois do novo posicionamento do anel de topo, o anel de topo quando está presente na proximidade do ponto morto superior agora entra em contato de novo com um diâmetro interno da camisa do cilindro que está menos fortemente reduzido, de tal maneira que o anel de topo veda o espaço de combustão de novo suficientemente na direção para o lado inferior do pistão. Além do mais, é evitado um desgaste adicional da superfície de rolamento do cilindro na região acima do anel de topo novamente colocado.

Para uma modalidade particularmente vantajosa de um método de acordo com a invenção, o conjunto de anéis de pistão pode incluir pelo menos um segundo anel de pistão em adição ao anel de topo que está dis5 posto em uma Ranhura do anel de topo, e o anel de topo é removido da ranhura de anel de topo e não é, pelo menos inicialmente, substituído para o recondicionamento do pistão. Em tais casos a ranhura do anel de pistão que permanece aberta pode, entre outras coisas, ser usada de maneira vantajosa como uma ranhura coletora para resíduos de coque, abrasão ou mesmo 10 como uma ranhura de coleta para lubrificantes.

Em relação a isso, o anel de topo pode ser removido da estria de anel de topo para o recondicionamento do pistão, e pode ser instalado novamente em uma segunda posição no primeiro espaçamento de diferença, com o anel de topo particularmente, mas não necessariamente, sendo fechado, preferivelmente fechado com solda.

Em relação a isso, a coroa do pistão também pode ser completamente substituída por uma coroa de troca, dependendo do estado de desgaste da coroa do pistão, em que a troca de coroa pelo menos um anel de topo do conjunto de anéis de pistão da troca de cabeça disposto mais próxi20 mo do lado superior da troca de coroa, é espaçado mais afastado do lado superior da troca de coroa pelo espaçamento de diferença predefinido.

É naturalmente compreendido que, de modo vantajoso, também pelo menos um anel de pistão adicional do conjunto de anéis de segmento, particularmente cada anel de segmento do conjunto de anéis de pistão, pode 25 ser espaçado mais afastado do lado superior do pistão por um segundo espaçamento de diferença predefinido, depois do recondicionamento do que antes do recondicionamento, em que todos segundos espaçamentos de diferença podem ser iguais ou diferentes e, em particular, também podem ser iguais ao espaçamento de diferença.

Em relação a isso, o anel de topo naturalmente não tem de ser

trocado ou já deslocado em uma primeira etapa do método para um método de recondicionamento de acordo com a invenção, mas que também é possível que pelo menos um anel de pistão do conjunto de anéis de pistão seja trocado em pelo menos uma etapa intermediária, antes que a etapa principal de recondicionamento seja realizada, em que pode ser particularmente vantajoso que pelo menos um anel de pistão seja substituído por um novo anel 5 de pistão durante a etapa principal de recondicionamento ou durante a etapa intermediária.

Em relação a isso, é naturalmente possível que um anel de pistão do conjunto de anéis de pistão mais próximo a um lado inferior do pistão seja também removido e não substituído.

O anéis de pistão também podem ser substituídos por anéis de

pistão tendo uma geometria diferente ou propriedades diferentes, a fim de ser melhor adaptados a um estado de desgaste avançado da camisa do cilindro. Desse modo, é por exemplo possível que um anel de pistão seja substituído por um anel de pistão de altura diferente, ou que um anel de pis15 tão seja trocado por um anel de pistão tendo uma largura diferente. Um anel de pistão também pode ser substituído por um anel de pistão tendo um diâmetro externo diferente, particularmente por um anel de pistão tendo um diâmetro externo maior ou a largura de uma ranhura de anel de pistão, ou a profundidade de uma ranhura de anel de pistão pode naturalmente ser mu20 dada, em que uma ranhura de anel de pistão, ou a coroa de pistão, ou um anel de pistão, ou um componente diferente também podem ser providos com uma camada protetora contra o desgaste durante o recondicionamento, como é geralmente conhecido no estado da técnica.

Em uma modalidade particularmente preferida na prática que, 25 por exemplo, pode ser muito usada muito vantajosamente com um grande motor a diesel de dois tempos com expulsão de gases de fluxo único de grande diâmetro de cilindros, um anel de pistão inferior mais afastado do espaço de combustão é inicialmente removido do conjunto de anéis de pistão depois de um primeiro intervalo predeterminado entre manutenções, por 30 exemplo, depois de 16.000 a 18.000 horas de operação, com o conjunto de anéis de pistão incluindo originalmente, por exemplo, quatro anéis de pistão. Nessas primeiras etapas de manutenção somente três dos anéis de pistão são depois substituídos por novos. A ranhura do anel de pistão, do anel de pistão inferior, que foi removido do conjunto de anéis de pistão permanece vazia. A ranhura que permanece vazia, pode ser fechada por soldagem nessa conexão, é preferivelmente, contudo, simplesmente deixada aberta, e o 5 motor é ainda operado com somente três anéis de pistão do conjunto de anéis de pistão.

Em seguida a um número de horas de operação predeterminado, por exemplo, depois de 16,000 a 20,000 horas adicionais de operação, o pistão é mantido de novo e os três anéis de pistão restantes são trocados de 10 novo por anéis de pistão novos, em que a ranhura de anel de pistão do quarto pistão originalmente removido é preferivelmente agora fechada, por exemplo, fechada por soldagem.

Em segunda a um número de horas de operação adicionais, o inicialmente descrito, por exemplo, desgaste “em forma de corneta” da superfície de rolamento com a camisa do cilindro, está tão fortemente pronunciado que pelo menos o anel de topo do conjunto de anéis de pistão, disposto mais próximo do lado superior do pistão, está espaçado mais distante do lado superior do pistão por um primeiro espaçamento de diferença predefinível depois do recondicionamento do que antes do recondicionamento. Isso significa que pelo menos o anel de topo está deslocado para mais longe da superfície do pistão com respeito à superfície do pistão pelo espaçamento de diferença. Em relação a isso fica entendido que, dependendo do tipo de desgaste, também anéis de pistão adicionais, ou todos anéis de pistão do conjunto de anéis de pistão, podem ser novamente correspondentemente colocados espaçados mais distantes da superfície do pistão, em que o novo espaçamento da superfície do pistão pode naturalmente ser selecionado individualmente para cada anel de pistão do conjunto de anéis de pistão.

Naturalmente, também todas as medidas conhecidas per se para o recondicionamento de um pistão, os anéis de pistão ou a camisa de cilindro, podem da mesma maneira ser aplicadas durante o método de recondicionamento de acordo com a invenção.

Por exemplo, conforme já mencionado, uma ranhura de um anel de pistão pode ser fechada por soldagem ou, dependendo da necessidade, pode não ser fechada. A superfície do anel de pistão do anel de pistão, ou da ranhura de anel de pistão pode ser usinada mecanicamente, por exemplo, retificada, polida ou usinada mecanicamente de uma maneira diferente.

Os componentes afetados tais como pistões, anéis de pistão,

ranhuras de anéis de pistão ou outros componentes de máquina podem ser totalmente ou parcialmente substituídos e/ou feitos novamente ou, por exemplo, também podem ser providos com revestimentos conhecidos per se, por exemplo, com revestimentos galvânicos ou com camadas de pulveriza10 ção térmicas, por exemplo, a fim de reduzir o atrito, ou para combinar, ou alternativamente para otimizar as propriedades de vedação ou a fim de igualar parâmetros tais como a aspereza.

Em relação a isso, a pessoa de conhecimento comum da técnica compreende diretamente que a invenção não está limitada às modalidades 15 explicadas a título de exemplo, mas antes que também desenvolvimentos simples e, em particular, também todas as combinações tecnicamente sensíveis das modalidades são cobertas pela invenção. Além do mais, é naturalmente compreendido que a aplicação da invenção não está limitada a grandes motores a diesel de dois tempos, mas que pode ser usada princi20 palmente para qualquer outro tipo de motor, por exemplo, também para motores a gás, motores de quatro tempos ou motores diferentes.

Claims (15)

REIVINDICAÇÕES

1. Método para o recondicionamento de um arranjo de cilindros de um motor de combustão interna de pistões alternantes, particularmente de um grande motor a diesel de dois tempos com expulsão de gases de fluxo único, o arranjo de cilindros incluindo um pistão que pode ser disposto em uma camisa de cilindro, o pistão sendo movível para e de um ponto morto superior e um ponto morto inferior, ao longo de um eixo de cilindro da camisa do cilindro no estado de operação e estado de instalação, de tal modo que um lado superior do pistão delimita um espaço de combustão junto com uma superfície de rolamento da camisa do cilindro e uma tampa de cilindro disposta em uma camisa do cilindro, em que um conjunto de anéis de pistão, incluindo pelo menos um anel de pistão, é provido na cabeça de pistão do pistão entre o lado superior do pistão e um lado inferior do pistão afastado do espaço de combustão, de modo que o pistão está em contato por atrito com a superfície de rolamento da camisa do cilindro através do conjunto de anéis de pistão no estado de operação, caracterizado pelo fato de que o pistão é recondicionado em uma etapa principal de recondicionamento em um estado de desgaste predefinido de uma região de topo da superfície de rolamento adjacente à tampa de cilindro, de modo que pelo menos um anel de topo do conjunto de anéis de pistão é disposto mais próximo ao lado superior do pistão, é espaçado mais afastado do lado superior do pistão por um primeiro espaçamento de diferença predefinido depois do recondicionamento do pistão em vez de antes do recondicionamento.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, em que o conjunto de anéis de pistão inclui pelo menos um segundo anel de pistão adicionalmente ao anel de topo que está disposto em uma ranhura de anel de topo, e o anel de topo é removido da ranhura de anel de topo e não é substituído para o recondicionamento do pistão.

3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou reivindicação 2, em que o anel de topo é removido da ranhura de anel de topo para o recondicionamento do pistão e é novamente instalado em um primeiro espaçamento de diferença em uma segunda posição.

4. Método de acordo com uma das reivindicações 2 ou 3, em que a ranhura de anel de topo é fechada, é preferivelmente fechada por soldagem.

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que a coroa de pistão é substituída por uma troca de coroa, em que pelo menos um anel de topo do conjunto de anéis de pistão da troca de coroa é disposto mais próximo do lado superior da troca de coroa é espaçado mais afastado do lado superior da troca de coroa pelo espaçamento de diferença predefinido.

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que pelo menos um anel de pistão adicional do conjunto de anéis de pistão, em particular cada anel de pistão do conjunto de anéis de pistão, é espaçado mais afastado do lado superior do pistão por um segundo espaçamento de diferença predefinido, depois do recondicionamento do pistão em vez de antes do recondicionamento.

7. Método de acordo com a reivindicação 6, em que todos os segundos espaçamentos de diferença são iguais e em particular são iguais ao espaçamento de diferença.

8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que pelo menos um anel de pistão do conjunto de anéis de pistão é trocado em pelo menos uma etapa intermediária antes que a etapa principal de recondicionamento seja realizada.

9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que pelo menos um anel de pistão é substituído por um novo anel de pistão durante a etapa principal de recondicionamento ou durante a etapa intermediária.

10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que um anel de pistão do conjunto de anéis de pistão em oposição mais próxima ao lado inferior do pistão é removido e não é substituído.

11. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que um anel de pistão é substituído por um anel de pistão de altura diferente.

12. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que um anel de pistão é substituído por um anel de pistão de largura diferente.

13. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que um anel de pistão é substituído por um anel de pistão tendo um diâmetro externo diferente, em particular por um anel de pistão tendo um diâmetro externo maior.

14. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que uma largura de ranhura de um anel de pistão, ou uma profundidade de ranhura de um anel de pistão é mudada.

15. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que a ranhura de um anel de pistão ou a cabeça do pistão ou um anel de pistão são providos com uma camada de proteção contra o desgaste.