船舶柴油机废气涡轮增压器常见故障分析及预防措施

船舶柴油机废气涡轮增压器常见故障分析及预防措施

发表时间：2018-09-18T15:21:30.650Z 来源：《电力设备》2018年第14期作者：廖云飞[导读] 摘要: 近十几年来柴油机增压技术取得很大的进步，增压方式使柴油机性能得到大幅度的提高。其中，废气涡轮增压器被广泛应用到船舶柴油机中。 废气涡轮增压器是利用柴油机排出的废气能量来增加气缸燃烧所需的空气量，从而提高柴油机的功率，不仅工作过程得到改善、燃油耗油量下降，排放也得到改善。但是废气涡轮增压器工作坏境温度高、温差大、转速高和使用人员管理不当等原因，使增

压器发生故障机率大大增加，如涡轮壳体腐蚀、轴（中交华南交通建设有限公司广东广州 510290）摘要: 近十几年来柴油机增压技术取得很大的进步，增压方式使柴油机性能得到大幅度的提高。其中，废气涡轮增压器被广泛应用到船舶柴油机中。 废气涡轮增压器是利用柴油机排出的废气能量来增加气缸燃烧所需的空气量，从而提高柴油机的功率，不仅工作过程得到改善、燃油耗油量下降，排放也得到改善。但是废气涡轮增压器工作坏境温度高、温差大、转速高和使用人员管理不当等原因，使增压器发生故障机率大大增加，如涡轮壳体腐蚀、轴承磨损、叶片损伤、振动等故障。本论文将对废气涡轮增压器常见故障的原因作仔细分析，并且针对故障提出详细的检修方法和预防措施。

关键词：废气涡轮增压器；故障；检修；预防 1 引言

在航运业中船舶运用柴油机作为动力最为普遍。根据柴油机废气能量分析，柴油机排出的废气能量约占燃油燃烧放出的总能量的30％以上，而排气的可能又占排气总能量的60％左右。所以充分利用这部分能量对柴油机热效率的提高有很大作用。目前，船用柴油机绝大部分采用废气涡轮增压技术。增压柴油机的比功率较之非增压柴油机可增加3倍。柴油机废气涡轮增压利用排气能量来增加气缸进气量促进燃烧使柴油机功率提高，并改善柴油机性能和排放，节约能源。

由于柴油机废气涡轮增压器零件属于精密机械，工作环境恶劣、多使用劣质燃油和使用人员对增压器的正确了解和掌握不足等原因，使增压器发生故障的机率越来越高。实践证明，船用柴油机废气涡轮增压器发生故障多数原因是人为因素造成的。因此，针对增压器常见故障一一描述和分析，让我们进一步认识增压器很有必要的。认识和掌握柴油机增压器的结构和原理，并从增压器故障中找出原因和总结经验，列出一些预防措施对柴油机增压器的使用具有重要意义。

2 柴油机废气涡轮增压器的构造及工作系统 2.1 废气涡轮增压器的构造

废气涡轮增压器主要由废气驱动的涡轮和压气机两部分组成。

2.1.1涡轮

涡轮增压器中涡轮的工作过程，是把发动机的废气能量转化为机械能量驱动压气机叶轮的一种原动机。增压器性能的好坏很大程度上取决于涡轮的性能。涡轮主要由进气壳、喷嘴环、工作叶轮和排气壳等部件组成。进气壳作用是把柴油机气缸内燃烧后排出的废气，以废气能量损失最少和均匀的分布引导到涡轮喷嘴环的入口。喷嘴环作用是使来自柴油机排出具有一定能量的废气膨胀加速并按规定的方向进入工作叶轮。工作叶轮是承受气体做功的元件，它与压气机叶轮同轴，把气体的动能转化为机械能向压气机输出。排气壳收集叶轮排出的废气并送入大气。

2.1.2压气机

船用柴油机的废气涡轮增压器的压气机结构由进气道、叶轮、扩压器和压气机蜗壳等部件组成。进气道的作用是将外界空气导向压气机叶轮。压气机叶轮是对外界进来的空气做功，使其具有压力能和动能进入扩压器。扩压器的作用是将压气机叶轮出口具有动能和压力能的空气转变为都是压力能，其转变效率高低对压气机工作效率有很大影响。压气机蜗壳的作用是收集从扩压器出来的空气，将其引导到柴油机的进气口。

增压器进气口与空气滤清器管道相连，排气口接在柴油机气缸进气歧管上；涡轮室进气口与柴油机气缸排气歧管相连，排气口接在排气管上。涡轮和压气机叶轮分别装在涡轮室和增压器内，二者通过同一个刚性转子联接。其实物解剖图如下图1所示 2.2 废气涡轮增压器的工作系统

柴油机废气涡轮增压器增压系统由柴油机、压气机、废气涡轮、空气冷却器等基本部件组成。它的工作过程是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，对空气进行压缩，提高气体密度送进气缸内。这样，在单位体积里燃烧大大增加进气量，有利于燃料的充分燃烧，从而提高柴油机功率。其工作原理图如下图2所示： 3 增压器常见故障的原因与分析 3.1 异响与振动

增压器发生振动由转子不平行引起是常见的，但是经过微调转子，振动还是可以消除的。若由于某原因，当转子的的不平衡超过一定限度时，则引起增压器强烈振动。这时轴承的负荷将大大增加，严重影响轴承的使用寿命，有时甚至使增压器损坏，引起这种强烈振动的原因有：

3.1.1增压器喘振

增压器喘振时，会引起压气机叶片振动和转子的轴向振动。这种振动对气封和轴承，特别是对推力轴承的寿命有严重影响。喘振的基本原因是压气机流通部分出现气流与叶片强烈撞击与脱流现象的结果。引起喘振故障的原因包括：（1）增压系统进气通道阻塞是增压器喘振常见的原因。如压气机进气端的滤网和消音器脏污阻塞、压气机叶片和扩压器严重结垢、空冷器海水侧和空气侧脏堵、废气涡轮侧积炭、废气锅炉烟道积炭脏堵等，都会因流阻增大而使压气机流量减少，背压升高，引起喘振。（2）当船舶高速转弯时，由于柴油机的转速下降，扭矩增大，使发动机的平均有效压力增加引发喘振。（3）船舶在高速运行紧急停车时，轮机员操作失误导致增压器和柴油机运行匹配不当。（4）柴油机超负荷运行，排出的废气能量增大，使涡轮的转速增加，由于此时柴油机的转速增加很少或不增加，增压器就会发生喘振。

（5）柴油机突然停车或卸掉负荷时。因为增压器转子的转速高，产生的惯性作用强，转子还来不及降低转速，使增压压力还很高产生喘振。

（6）当环境温度变化较大时，增压器与柴油机在低温区匹配运行，到高温区匹配关系改变，运行点靠近喘振区，因而容易引起喘振。

（7）船舶在大风浪航行螺旋桨出水，发生飞车现象引起喘振。因为螺旋桨出水，柴油机转速升高，调速器自动停止供给燃油，增压器因废气能量减少转速下降，导致喘振发生。（8）增压器工作点在喘振线上。增压器都有由压力与流量形成的喘振区域，当压气机出口压力的波动或柴油机负荷变化在喘振区域时就会出现喘振现象。

3.1.2安装质量差

增压器刚刚组装和进行自修或厂修时，安装后由于气封、轴封安装不正、轴承安装不正确或轴承间隙不符合要求、转子轴线不对中等不良安装。当增压器使用运行时就会产生摩擦导致振动，导致其工作不平稳与影响其使用寿命。

3.1.3转子变形

增压器转子轴上安装着压气机和涡轮的叶轮等部件，结构复杂、重量大。当船舶长时间停航时，转子因为自重使其弯曲变形，破坏其与壳体、气封的配合间隙，导致转子失中，损坏气封。涡轮增压器转子的工作转速通常在6000 r/min～10000 r/min之间，产生很大的离心力。离心力使转子轴的挠曲和内应力大大增加，导致增压器产生较大的振动和噪声，加速轴承和密封零件的磨损,降低增压器的机械效率,严重时会引起叶轮和壳体相碰导致转子的损坏，产生激烈的振动。

3.1.4 涡轮动叶折断

当涡轮动叶有一片以上折断时，会使转子产生很大的不平衡，引起增压器强烈的振动。叶片的损坏主要是由于叶片共振而引起的，有时活塞环的折断和进排气阀腐蚀的碎块冲击也会引起叶片损坏。而共振引起叶片折断的主要原因是由于共振时的弯曲应力对叶片反复作用致使叶片疲劳损坏，这种损坏多发生在叶根。

3.2增压压力异常

3.2.1 增压压力过低

增压器增压压力过低会造成柴油机耗油量增加、温度过高、排黑烟等症状。如果引起这种症状的原因在柴油机本身，问题就是出在进排气阀定时不协调、燃油泵的燃油系统不协调、活塞漏气等故障。如果原因在增压器，则包括：（1）压气机叶轮与扩压器积垢因为长时间的运转或空气滤清器除尘效果变差，压气机将机舱内的灰尘和油雾混合物吸进后附着在叶片、叶轮背面及扩压器叶片通道内。油污积累到一定程度，使增压器的绝热效率下降，并且增加气流阻力，导致压气机气流减少增压压力下降。（2）压气机进气滤器通道脏污