Požeminės kasybos aplinkoje sprogimui atsparūs (ATEX) dyzeliniai varikliai veikia ekstremaliomis sąlygomis. Liepsnos slopintuvų, dujų plautuvų ir aukštatemperatūrių išmetamųjų dujų aušinimo sistemų integravimas sukuria didelį priešslėgį bei šiluminę įtampą. Šiame straipsnyje nagrinėjama šių komponentų metalurginė ir mechaninė degradacija, daugiausia dėmesio skiriant turbokompresoriui, kuris yra pagrindinis sistemos gedimų taškas.
ATEX sertifikuotuose varikliuose paprastai naudojami išmetamųjų dujų temperatūros (EGT) ribotuvai, užtikrinantys, kad paviršiaus temperatūra neviršytų sprogiųjų dujų (pvz., metano) savaiminio užsiliepsnojimo temperatūros. Tačiau privalomi kietųjų dalelių filtrai ir liepsnos slopintuvai sukuria pasipriešinimą, dėl kurio turbinos korpuse kaupiasi ekstremalus karštis. Remiantis standartinėmis techninės priežiūros gairėmis (pvz., „Perkins“ ir „Deutz“ kasybos serijos varikliams), EGT turi būti griežtai kontroliuojama:
Šių ribų viršijimas skatina „Inconel 713C“ turbinos sparnuočių grūdelių augimą, dėl ko atsiranda valkšnumas ir galutinis mentės kontaktas su korpusu. Patikros protokolai reikalauja kasmet tikrinti turbinos tarpelius.
Standartiniams kasybos turbokompresoriams (pvz., ATEX pritaikytiems „Garrett/Honeywell“ ar „BorgWarner“ modeliams), norint nustatyti nusidėvėjimą, kritinės yra šios tolerancijos:
ATEX sistemose naudojami liepsnos slopintuvai, kurie veikia kaip didelio pasipriešinimo srauto ribotuvai. Kasybos sąlygomis šie slopintuvai dažnai užsikemša suodžiais, todėl priešslėgis gerokai viršija gamintojo nustatytą 7,5 kPa (30 colių H2O) ribą. Dėl per didelio priešslėgio turbokompresorius priverstas veikti už kompresoriaus charakteristikų žemėlapio ribų, o tai sukelia „siurbčiojimo“ (surge) ir „dusimo“ (choke) ciklus.
Aukšto slėgio išmetimo sistemų techninės specifikacijos nurodo:
Degradacijos diagnostikai būtina tiksliai laikytis sukimo momento specifikacijų išardant išmetimo kolektorių ir turbinos flanšą. Netinkamas priveržimas sukuria įtampos koncentratorius, dėl kurių turbinos korpuse atsiranda įtrūkimų, o tai reiškia neatitiktį ATEX sertifikavimo reikalavimams.
Siekiant sumažinti ankstyvą gedimų riziką, inžinieriai privalo teikti pirmenybę išmetamųjų dujų aušinimui prieš joms pasiekiant turbinos sparnuotę. Būtina naudoti didelio efektyvumo šilumokaičius ir užtikrinti, kad alyvos aušinimo kontūruose nebūtų nuosėdų. Jei alyvos temperatūra turbokompresoriaus įvade viršija 120°C (248°F), eksponentiškai didėja koksacijos rizika guoliavietės korpuse (CHRA), vedanti į veleno subraižymą ir radialinį laisvumą, kuris greitai viršija 0,09 mm ribą.
Reguliari skysčių analizė, ypač silicio ir aliuminio (kasybos dulkių patekimo rodikliai) bei geležies (rodančios veleno/guolio nusidėvėjimą) stebėjimas, yra pagrindinė prevencinė diagnostinė priemonė ATEX varikliams kasyboje.
ATEX sertifikuotose kasybos aplinkose Centrinio korpuso sukamųjų mazgų (CHRA) mechaninis vientisumas dažnai pažeidžiamas dėl lokalizuoto alyvos koksavimo, ypač stūmoklinio žiedo tarpiklių grioveliuose ir traukos guolio sąsajoje. Naudojant „Garrett GT/GTA“ serijos turbokompresorius, pavyzdžiui, 713673-5006S karkasus, perėjimas nuo darbinės apkrovos prie staigaus išjungimo sukelia terminį stabilizavimąsi (thermal soaking), kai vidinė turbinos veleno šiluma migruoja per CHRA. Ši šilumos perdavimas sukelia tepalo terminį skilimą, formuojantis anglies nuosėdas, kurios riboja alyvos grąžinimo kelią ir pagreitina hidrodinaminių slankiklių guolių nusidėvėjimą. Jei alyvos grąžinimo linijoje matyti sunkių nuosėdų kaupimosi požymių, tai yra aiškus rodiklis, kad vidiniai guolio tarpai buvo pažeisti dėl nelimpančių dalelių, todėl reikia visiškai pakeisti kasetės šerdį, o ne tiesiog atnaujinti tarpiklių rinkinį, kad būtų išlaikyti sprogimui atsparumo sertifikavimo standartai.
Kintamos geometrijos turbokompresorių (VGT) mechanizmai, dažnai naudojami pažangiuose kasybos dyzeliniuose jėgos agregatuose, tokiuose kaip „Cummins QSB6.7“ ar „Deutz TCD“ serijos, sukelia papildomus gedimo būdus per purkštukų žiedą ir slankiojančio mentės mazgą. Esant dideliam slėgiui išmetimo pusėje, būdingam ATEX išmetimo sistemoms, pavaros valdymo jungtis – dažnai su elektronine pavara, pvz., HE300VG – patiria stiprų karščio sukeltą užstrigimą. Suodžių dalelės iš išmetamųjų dujų recirkuliacijos (EGR) ir ribotų DPF šerdžių prasiskverbia į purkštukų mentės sukimosi taškus, todėl mentės užstringa arba juda nereguliariai. Šis gedimas lemia slėgio nestabilumą, sukeliant variklio gedimų kodus, susijusius su netinkamu slėgio kolektoriaus absoliučiu slėgiu (MAP) ir komandų santykiais. Būtina stebėti mentės padėties jutiklio grįžtamąjį ryšį; bet koks nukrypimas nuo kalibruoto diapazono inicializavimo ciklo metu paprastai patvirtina, kad vidinė geometrija nukentėjo nuo terminės deformacijos ar suodžių sukeltos blokavimo, dėl ko variklis nebeatitinka ATEX paviršiaus temperatūros reguliavimo reikalavimų.
Preciziška diagnostinė priežiūra šioms didelės apkrovos reikmėms reikalauja naudoti specializuotus įrankius, tokius kaip „Honeywell/Garrett VNT“ srauto stendas arba pneumatinės mentės pavaros kalibravimui, siekiant užtikrinti, kad turbokompresoriaus korpuso aerodinaminis profilis po techninės priežiūros išliktų nustatytose specifikacijose. Technikai privalo patikrinti turbokompresoriaus korpuso spiralinės dalies vientisumą, nes mikroįtrūkimai, atsirandantys nuo liežuvėlio srityje arba aplink tvirtinimo flanšo kaiščius – jei gilesni nei 0,5 mm – neleidžia korpusui atitikti sprogimui nepralaidumo saugos reikalavimų. Perrenkant turbokompresorių, privaloma laikytis teisingo varžtų pailgėjimo protokolo; pavyzdžiui, M8 turbokompresoriaus korpuso varžtai turi būti priveržti iki specifinio takumo taško 35 Nm su galutiniu kampiniu priveržimo žingsniu, jei tai nurodyta, siekiant užkompresuoti terminę korpuso plėtrą nuo nuotėkio, galinčio sukelti liepsnos plitimą ar nevaldomas išmetamųjų dujų emisijas į pavojingą kasybos atmosferą.