主机涡轮增压器喘振的分析与探讨
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Байду номын сангаас
（图表 1） 横坐标是流出压气机压缩空气的流量， 纵坐标时压缩空气的排除压力。 曲 线 1、2、3、4 表示特定转速下压气机排出压力和效率随流量变化的规律。 有压气机的特性曲线能得出， 当转速等于常数时随着流量的减小压比开始 是增加的。 当流量减小到某一值时压比达到最大， 然后随着流量的减小开 始下降。 效率随流量的变化规律与压比类似。 压气机在每一转速下的某一 流量时会有一个最工的效率， 偏离这个流量效率就会下降。 再将各种转速 下的最高效率点连接起来，就成了最高效率曲线 A.把不同转速下的喘振 流量点连接起来得到的曲线称为喘振线 B.B 的左边区域为喘振区， 右边区 域为稳定工作区， 因此喘振线是压气机稳定工作的边界线， 喘振是压气机
3.2 非流道阻塞因素的影响 3.2.1、柴油机运行工况（负荷、转速）变化带来的影响
当柴油机发生故障或船舶满载，顶风使外负荷增大时，柴油机转速下降，
此时调速器自动增加供油量， 使柴油机在低转速高负荷下运行。 由于供油
量增多废气量增大， 从而导致增压器转速提高， 压气机排气量和排出压力
升高。 而此时柴油机转速低耗气量减少， 使增压器供气与柴油机耗气之间
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油封；11-进水管；12、28-油位表；13、27-齿轮油泵；14、25盖板；15、26-注油孔螺钉；16-滚柱轴承；17-出水管；18-涡 轮进气壳；19-喷咀环；20-涡轮叶轮；21-压气机叶轮背气封； 22-压气机叶轮；23-向心推力球轴承；X-密封空气通道；Y-平 衡腔；Z-平衡通道
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固有的特性。 增压器与柴油机良好匹配的标志： 是指柴油机达到预定的增 压指标， 增压器在柴油机全部工作范围内都能稳定的运转， 既不喘振也不 超速， 并且尽可能在高效区工作， 即增压器工作特性曲线应该离喘振线远 点，又要处在高效区。
1、 增压器喘振的机理 2、 压气机与涡轮机是同轴相连，两者构成涡轮增压器。涡轮机在排气 能的推动下，把压气机带动工作，实现进气增压。当吸气量大于出 气量时，压气机进气口的空气有些压不进去，就聚集在压气机的叶 片之间，空气流量时大时小，压力值波动，甚至出现气体倒流，同 时伴随着压气机叶轮产生的振动，并发出沉重的喘息声，这种现象 就叫做压气机的喘振。它的本质是气体的振动。
当废气能量加大时转速上升快， 废气能量减少时转速下降慢， 如果在柴油
机高转速下大幅度的降速， 或则时在柴油机低转速下大幅度的增速会引起
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2、增压器喘振的原因分析
（压气机中的流动损失 图表 2）
如图 1，当压气机转速一定时，如果不记流量损失，其压比时最上一条横
线，不随流量而变化。但压气机中有油流动损失，分别是摩擦损失和撞击
损失。 摩擦损失随气流的流速而变化。 压气机的撞击损失包括空气进入叶 轮及进入到叶片扩压器的撞击损失。 在设计工况下，气流平顺的进入叶轮和扩压器，这时撞击最小。 （图表 3
的平衡被打破。压气机背压升高，流量减少，从而引起喘振。此时降低油 门即可消除喘振。
3.2.2、运行中暂时失配
在高负荷运行时若操作不得当， 或发生飞车时， 可能会导致增压器与柴油
机之间的供需平衡被打破而发生喘振。 由于柴油机运动部件质量大， 当供
油增加时转速上升慢，供油量减少时转速下降快，增压器转子的质量小，
涡轮增压的喘振是发生在离心式压气机部分。离心式压气机在不同工况
时， 它的参数会随之变化。 在不同转速下压气机的排出压力和效率随空气 流量的变化规律，叫做离心式压气机的特征。 （如图 1）
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关于船舶主机增压器喘振的原因剖析和探讨 摘要 增压技术在柴油机的发展中起到重要的推动作用， 它是提高柴油机功率的 有效措施，可提高功率 50%—200%以上。同时对提高经济性也有显著的作 用。但这是通过涡轮增压器来实现增压的，一旦涡轮增压器出现故障，这 就对柴油机的性能影响非常大。 关键词 船舶柴油机 涡轮增压器 喘振
压气机的背压升高、流量的减少，从而引起喘振。 如果在高速下停车时， 需急速将操纵杆拉到停车位置，轴系和螺旋桨阻力大，很快停止转动。但 增压器由于本身的转速很高，转动能量大，一时不能停转。它所供出的空 气柴油机不能消耗，致使压气机背压过高而引起增压器瞬时喘振。
3.2.3、喷油系统故障导致后然加剧排气温度的升高的影响 当喷油系统发生故障时，燃烧劣质的重油，后然加剧，排气温度升高。这 时如果柴油机供油量不变， 指示功率或有效功率减小柴油机转速下降， 而 排温升高意味着废气的能量增加使增压器转速增高供气量增大， 因此导致 增压器与柴油机的匹配关系被打破， 导致压气机背压升高， 在小流量下工 作， 严重时就会产生喘振， 这时只要排除柴油机的故障， 喘振也会消除的！
3.2.5、海域温度降低的影响
当船舶进入不同温度的海域时， 增压器与柴油机的配合运行点不同， 它们
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也均在正常配合运行线上， 当进入高温海域时， 因为环境空气温度变高密 度变低，从而时进入压气机的流量变小。尽管排气温度升高，排气管的压 力却降低了，涡轮获得的能量反而减少，增压器转速下降，增压器的转速 下降又进一步导致空气流量的减少。 运行点向该配合线地处移动， 喘振增 加，反之，进入低温海域时，喘振减少。 3.2.6、压气机端油封，气封的密封圈严重老化损坏 压气机端油封，气封的密封圈老化损坏，在废气涡轮增压器中，油压气机 和废气涡轮两个油池， 用轴环飞溅或泵压注油， 润滑油受到增压器轴坏或 轴面每分钟几千到上万次的冲击，使润滑油凝聚的油珠破碎而生成油雾。 在废气涡轮增压器油池中的油雾。 因受到压气机气体高速流动影响， 向油 封和气封运动，由于该密封环失去密封作用，使压气端漏油，漏出的透平 油进入了压气的气流混入扫气，而后随扫气运动，与扫气箱的碰撞，油雾 分子结聚在一起，落在扫气箱底部。另外，当扫气箱放残阀进行放残而无 法放残时，导致扫气箱积聚大量可燃物。当这些可燃物遇到高温热源时， 从而造成扫气箱的着火。 而扫气箱的着火使气缸内温度增加， 废气能量升 高，增压器转速增大，增压压力增大，配合运行点移向喘振线的高处，使 增压器喘振。
3.2.4、一缸熄火或者各个缸负荷严重不均
在脉冲增压系统中， 往往会将三个气缸与一个增压器相连。 一台柴油机会
有多台增压器，他们并联的向一根进气总管进气。当某缸熄火时，与这缸
相连的涡轮功率减小，转速也随之下降，供气能力也降低。压气机的出口
背压仍与正常的相同， 这和熄火缸的增压器来说背压就显得过高了， 那么 他的压气排量减小，发生喘振。
4 中的 b）这就是撞击损失，流量偏离值越大，撞击损失越大。空气流量 小于设计流量的情况下， 这时气流在叶轮和叶片的凹面和扩压器的凸面产 生撞击，并在它们各自的背面形成涡流及气流脱离。 （图表 3 与图表 4 中 的 c）这与空气流量偏大一样也会造成撞击损失，流量偏离设计值越多撞 击损失就会越大。 不同的是流量偏小时， 气流的惯性则使背面的漩涡区域 扩大，且随流量的减少而加剧，当流量小于某一临界时，就会发生气流从 叶片上强烈分离， 使压气机不能正常稳定工作， 这就是压气机喘振的物理 原因。 一般扩压器叶片内气流分离的扩展是压气机喘振的主要原因， 而叶 轮进口处气流分离的扩展会使喘振加剧。
入到气缸，因此产生了喘振。在或者，如果喷嘴环积碳，使废气经过喷嘴 环时流速加大，转速也上升，使压气机吸气量也增大，使多余的空气堵在 进气口从而产生喘振。 其中容易脏污的部件是压气机的进口滤器， 压气机 叶轮和扩压器，柴油机进排气阀，废气涡轮喷嘴环，废气涡轮叶轮，通常 情况下涡轮增压器气体通道的阻塞是造成其喘振的主要原因。 在平时的日 常管理中应定期检查上诉部件是否脏污，并加以清洁。
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VTR454 型增压器的结构
1-消音滤清器；2-压气机进气壳；3-叶轮罩壳；4-压气机出气壳；5-扩压 器；6-隔热墙；7-涡轮排气壳；8-转子轴；9-气封；10、29-
3、导致增压器喘振的具体因素 通过上面的分析可以得出导致压气机喘振的根本原因是 小流量和高背
压， 造成气流与叶片的强烈撞击与脱流。 一切新造的柴油机只要涡轮增压
器与柴油机良好的匹配， 使用初期是不会发生喘振的。 由于随着使用时间
的增长， 增压器中的有些部件脏污或者有些部件在运转时发生不匹配。 根 据流量公式 Q=c×S，空气进入压气机的速度降低，或增压系统流道堵塞
的，假如上面的任一环节发生堵塞，变形，都有口能因流动阻力增大而使 压气机背压升高，流量减少引起喘振。
例如空气滤器脏污使气缸里的空气满足不了燃烧要求， 造成排温升高， 使
转速也升高， 从而使压气机吸气量也升高， 而增加的这些空气难以全部进
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与图表 4 中的 a）空气流量大于设计流量时这时气流在叶轮叶片的凸面和 扩压器的凸面产生撞击，并在它们各自的背面形成涡流。 （图表 3 与图表
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都会引起流量的减少。柴油机的用气量减少，增压器转速高，或压气机后
的气流通道堵塞，则会使压气机背压升高。发生喘振。对于废气涡轮增压 的主机喘振按其发生机理可分为流道堵塞和非流道阻塞。 3.1 增压系统流道阻塞因素影响
增压器流道阻塞的直接后果之一时会增加气流在系统中的阻力， 柴油机工
作时增压系统的气体流动路线是： 压气机进口滤器和消音器—压气机叶轮 —压气机扩压器—扫气箱—柴油机进气阀—排气阀—排气管—废气涡轮 喷嘴环—废气涡轮叶轮—烟囱。它们的个组成部分的流通面积都是固定
Pressure boost technology was mature, using the pressurization technology to improve the power of diesel engine is a widely used, with the improvement of boosting pressure, diesel engine power become increasing the proportion of, but through the turbocharger to achieve turbo-charged, once the turbocharger abnormal or breaks down, then the influence on the performance of the work of the diesel engine is very big.
（空气进入叶轮的流动情况 图表 3）
压气机叶轮
（空气进入叶片扩压器的流动情况 图表 4）
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压气机的叶片扩压器
（图表 1） 横坐标是流出压气机压缩空气的流量， 纵坐标时压缩空气的排除压力。 曲 线 1、2、3、4 表示特定转速下压气机排出压力和效率随流量变化的规律。 有压气机的特性曲线能得出， 当转速等于常数时随着流量的减小压比开始 是增加的。 当流量减小到某一值时压比达到最大， 然后随着流量的减小开 始下降。 效率随流量的变化规律与压比类似。 压气机在每一转速下的某一 流量时会有一个最工的效率， 偏离这个流量效率就会下降。 再将各种转速 下的最高效率点连接起来，就成了最高效率曲线 A.把不同转速下的喘振 流量点连接起来得到的曲线称为喘振线 B.B 的左边区域为喘振区， 右边区 域为稳定工作区， 因此喘振线是压气机稳定工作的边界线， 喘振是压气机
3.2 非流道阻塞因素的影响 3.2.1、柴油机运行工况（负荷、转速）变化带来的影响
当柴油机发生故障或船舶满载，顶风使外负荷增大时，柴油机转速下降，
此时调速器自动增加供油量， 使柴油机在低转速高负荷下运行。 由于供油
量增多废气量增大， 从而导致增压器转速提高， 压气机排气量和排出压力
升高。 而此时柴油机转速低耗气量减少， 使增压器供气与柴油机耗气之间
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油封；11-进水管；12、28-油位表；13、27-齿轮油泵；14、25盖板；15、26-注油孔螺钉；16-滚柱轴承；17-出水管；18-涡 轮进气壳；19-喷咀环；20-涡轮叶轮；21-压气机叶轮背气封； 22-压气机叶轮；23-向心推力球轴承；X-密封空气通道；Y-平 衡腔；Z-平衡通道
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固有的特性。 增压器与柴油机良好匹配的标志： 是指柴油机达到预定的增 压指标， 增压器在柴油机全部工作范围内都能稳定的运转， 既不喘振也不 超速， 并且尽可能在高效区工作， 即增压器工作特性曲线应该离喘振线远 点，又要处在高效区。
1、 增压器喘振的机理 2、 压气机与涡轮机是同轴相连，两者构成涡轮增压器。涡轮机在排气 能的推动下，把压气机带动工作，实现进气增压。当吸气量大于出 气量时，压气机进气口的空气有些压不进去，就聚集在压气机的叶 片之间，空气流量时大时小，压力值波动，甚至出现气体倒流，同 时伴随着压气机叶轮产生的振动，并发出沉重的喘息声，这种现象 就叫做压气机的喘振。它的本质是气体的振动。
当废气能量加大时转速上升快， 废气能量减少时转速下降慢， 如果在柴油
机高转速下大幅度的降速， 或则时在柴油机低转速下大幅度的增速会引起
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2、增压器喘振的原因分析
（压气机中的流动损失 图表 2）
如图 1，当压气机转速一定时，如果不记流量损失，其压比时最上一条横
线，不随流量而变化。但压气机中有油流动损失，分别是摩擦损失和撞击
损失。 摩擦损失随气流的流速而变化。 压气机的撞击损失包括空气进入叶 轮及进入到叶片扩压器的撞击损失。 在设计工况下，气流平顺的进入叶轮和扩压器，这时撞击最小。 （图表 3
的平衡被打破。压气机背压升高，流量减少，从而引起喘振。此时降低油 门即可消除喘振。
3.2.2、运行中暂时失配
在高负荷运行时若操作不得当， 或发生飞车时， 可能会导致增压器与柴油
机之间的供需平衡被打破而发生喘振。 由于柴油机运动部件质量大， 当供
油增加时转速上升慢，供油量减少时转速下降快，增压器转子的质量小，
涡轮增压的喘振是发生在离心式压气机部分。离心式压气机在不同工况
时， 它的参数会随之变化。 在不同转速下压气机的排出压力和效率随空气 流量的变化规律，叫做离心式压气机的特征。 （如图 1）
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关于船舶主机增压器喘振的原因剖析和探讨 摘要 增压技术在柴油机的发展中起到重要的推动作用， 它是提高柴油机功率的 有效措施，可提高功率 50%—200%以上。同时对提高经济性也有显著的作 用。但这是通过涡轮增压器来实现增压的，一旦涡轮增压器出现故障，这 就对柴油机的性能影响非常大。 关键词 船舶柴油机 涡轮增压器 喘振
压气机的背压升高、流量的减少，从而引起喘振。 如果在高速下停车时， 需急速将操纵杆拉到停车位置，轴系和螺旋桨阻力大，很快停止转动。但 增压器由于本身的转速很高，转动能量大，一时不能停转。它所供出的空 气柴油机不能消耗，致使压气机背压过高而引起增压器瞬时喘振。
3.2.3、喷油系统故障导致后然加剧排气温度的升高的影响 当喷油系统发生故障时，燃烧劣质的重油，后然加剧，排气温度升高。这 时如果柴油机供油量不变， 指示功率或有效功率减小柴油机转速下降， 而 排温升高意味着废气的能量增加使增压器转速增高供气量增大， 因此导致 增压器与柴油机的匹配关系被打破， 导致压气机背压升高， 在小流量下工 作， 严重时就会产生喘振， 这时只要排除柴油机的故障， 喘振也会消除的！
3.2.5、海域温度降低的影响
当船舶进入不同温度的海域时， 增压器与柴油机的配合运行点不同， 它们
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也均在正常配合运行线上， 当进入高温海域时， 因为环境空气温度变高密 度变低，从而时进入压气机的流量变小。尽管排气温度升高，排气管的压 力却降低了，涡轮获得的能量反而减少，增压器转速下降，增压器的转速 下降又进一步导致空气流量的减少。 运行点向该配合线地处移动， 喘振增 加，反之，进入低温海域时，喘振减少。 3.2.6、压气机端油封，气封的密封圈严重老化损坏 压气机端油封，气封的密封圈老化损坏，在废气涡轮增压器中，油压气机 和废气涡轮两个油池， 用轴环飞溅或泵压注油， 润滑油受到增压器轴坏或 轴面每分钟几千到上万次的冲击，使润滑油凝聚的油珠破碎而生成油雾。 在废气涡轮增压器油池中的油雾。 因受到压气机气体高速流动影响， 向油 封和气封运动，由于该密封环失去密封作用，使压气端漏油，漏出的透平 油进入了压气的气流混入扫气，而后随扫气运动，与扫气箱的碰撞，油雾 分子结聚在一起，落在扫气箱底部。另外，当扫气箱放残阀进行放残而无 法放残时，导致扫气箱积聚大量可燃物。当这些可燃物遇到高温热源时， 从而造成扫气箱的着火。 而扫气箱的着火使气缸内温度增加， 废气能量升 高，增压器转速增大，增压压力增大，配合运行点移向喘振线的高处，使 增压器喘振。
3.2.4、一缸熄火或者各个缸负荷严重不均
在脉冲增压系统中， 往往会将三个气缸与一个增压器相连。 一台柴油机会
有多台增压器，他们并联的向一根进气总管进气。当某缸熄火时，与这缸
相连的涡轮功率减小，转速也随之下降，供气能力也降低。压气机的出口
背压仍与正常的相同， 这和熄火缸的增压器来说背压就显得过高了， 那么 他的压气排量减小，发生喘振。
4 中的 b）这就是撞击损失，流量偏离值越大，撞击损失越大。空气流量 小于设计流量的情况下， 这时气流在叶轮和叶片的凹面和扩压器的凸面产 生撞击，并在它们各自的背面形成涡流及气流脱离。 （图表 3 与图表 4 中 的 c）这与空气流量偏大一样也会造成撞击损失，流量偏离设计值越多撞 击损失就会越大。 不同的是流量偏小时， 气流的惯性则使背面的漩涡区域 扩大，且随流量的减少而加剧，当流量小于某一临界时，就会发生气流从 叶片上强烈分离， 使压气机不能正常稳定工作， 这就是压气机喘振的物理 原因。 一般扩压器叶片内气流分离的扩展是压气机喘振的主要原因， 而叶 轮进口处气流分离的扩展会使喘振加剧。
入到气缸，因此产生了喘振。在或者，如果喷嘴环积碳，使废气经过喷嘴 环时流速加大，转速也上升，使压气机吸气量也增大，使多余的空气堵在 进气口从而产生喘振。 其中容易脏污的部件是压气机的进口滤器， 压气机 叶轮和扩压器，柴油机进排气阀，废气涡轮喷嘴环，废气涡轮叶轮，通常 情况下涡轮增压器气体通道的阻塞是造成其喘振的主要原因。 在平时的日 常管理中应定期检查上诉部件是否脏污，并加以清洁。
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VTR454 型增压器的结构
1-消音滤清器；2-压气机进气壳；3-叶轮罩壳；4-压气机出气壳；5-扩压 器；6-隔热墙；7-涡轮排气壳；8-转子轴；9-气封；10、29-
3、导致增压器喘振的具体因素 通过上面的分析可以得出导致压气机喘振的根本原因是 小流量和高背
压， 造成气流与叶片的强烈撞击与脱流。 一切新造的柴油机只要涡轮增压
器与柴油机良好的匹配， 使用初期是不会发生喘振的。 由于随着使用时间
的增长， 增压器中的有些部件脏污或者有些部件在运转时发生不匹配。 根 据流量公式 Q=c×S，空气进入压气机的速度降低，或增压系统流道堵塞
的，假如上面的任一环节发生堵塞，变形，都有口能因流动阻力增大而使 压气机背压升高，流量减少引起喘振。
例如空气滤器脏污使气缸里的空气满足不了燃烧要求， 造成排温升高， 使
转速也升高， 从而使压气机吸气量也升高， 而增加的这些空气难以全部进
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与图表 4 中的 a）空气流量大于设计流量时这时气流在叶轮叶片的凸面和 扩压器的凸面产生撞击，并在它们各自的背面形成涡流。 （图表 3 与图表
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都会引起流量的减少。柴油机的用气量减少，增压器转速高，或压气机后
的气流通道堵塞，则会使压气机背压升高。发生喘振。对于废气涡轮增压 的主机喘振按其发生机理可分为流道堵塞和非流道阻塞。 3.1 增压系统流道阻塞因素影响
增压器流道阻塞的直接后果之一时会增加气流在系统中的阻力， 柴油机工
作时增压系统的气体流动路线是： 压气机进口滤器和消音器—压气机叶轮 —压气机扩压器—扫气箱—柴油机进气阀—排气阀—排气管—废气涡轮 喷嘴环—废气涡轮叶轮—烟囱。它们的个组成部分的流通面积都是固定
Pressure boost technology was mature, using the pressurization technology to improve the power of diesel engine is a widely used, with the improvement of boosting pressure, diesel engine power become increasing the proportion of, but through the turbocharger to achieve turbo-charged, once the turbocharger abnormal or breaks down, then the influence on the performance of the work of the diesel engine is very big.
（空气进入叶轮的流动情况 图表 3）
压气机叶轮
（空气进入叶片扩压器的流动情况 图表 4）
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压气机的叶片扩压器