故障檢修與技術(shù)維護

柴油發(fā)電機增壓器的故障現象及原因

 

摘要：廢氣渦輪增壓器是安裝在柴油發(fā)電機上輔助增加進(jìn)氣壓力的一個(gè)渦輪裝置，它利用柴油機排出的廢氣能量驅動(dòng)渦輪轉動(dòng)，帶動(dòng)同軸的壓氣機一起高速旋轉，將新鮮空氣加壓后經(jīng)進(jìn)氣管進(jìn)入氣缸，這樣增加了氣缸充氣量，從而可以向氣缸內噴入更多的柴油。由于廢氣渦輪增壓器安裝在排氣管上，處在高溫、高壓和高速運轉的工況下，其工作環(huán)境非常惡劣，工作要求也比較苛刻。如果使用維護不當極易造成增壓器發(fā)生故障，引起柴油發(fā)電機組運轉不穩、功率下降、油耗增大和排氣管冒黑煙或藍煙等癥狀。

 

一、增壓壓力低的主要原因

 

      該故障表現為增壓器轉子軸轉速上不去，測試方法如圖1所示。一般來(lái)說(shuō)，柴油機在額定轉速工作時(shí)，增壓器轉子軸轉速可達60000r/min至240000r/min，流量特性曲線(xiàn)圖如圖2所示。在這一轉速下，方可使增壓壓力達到要求。其主要原因如下：

1、壓氣機的濾清器臟污。

2、葉輪、葉片擴壓器臟污。

3、增壓器渦輪內存有較多積炭，使旋轉阻力增加。

4、中冷器臟污，增加了進(jìn)氣阻力。

5、渦輪排氣不暢通，這是由于排氣管堵塞、變形等引起轉子轉速升不高。

6、增壓器出口壓力突然下降，一般由于軸承損壞引起。

 

圖1  渦輪增壓器轉速測試

圖2  增壓器流量特性曲線(xiàn)

 

二、壓氣機喘振的主要原因

 

      增壓器外觀(guān)如圖3所示。渦輪機在排氣能量的推動(dòng)下，帶動(dòng)壓氣機工作，實(shí)現進(jìn)氣的增壓。在運轉過(guò)程中，如果壓氣機處于嚴重的不穩定狀態(tài)，空氣流量忽大忽小，壓力值劇烈波動(dòng)，甚至出現氣體倒流，同時(shí)伴隨著(zhù)壓氣機葉輪產(chǎn)生劇烈振動(dòng)，并發(fā)出沉重的喘息聲或吼叫聲，這種現象稱(chēng)為壓氣機的喘振。

      喘振現象產(chǎn)生主要由于進(jìn)氣系統產(chǎn)生堵塞，進(jìn)氣不暢，通過(guò)增壓器輸送的空氣流量達不到柴油機的要求，造成進(jìn)氣不穩定，從而使進(jìn)氣管內增壓后的空氣壓力產(chǎn)生波動(dòng)或大幅下降，故在壓氣機端發(fā)出如氣喘的異響，并伴隨著(zhù)發(fā)動(dòng)機工作不穩，動(dòng)力下降，排氣管冒黑煙。

1、增壓系統流道阻塞因素的影響

      圖4中μ1為葉輪剖分處的圓周速度，c1為空氣進(jìn)入壓氣機前緣時(shí)的絕對速度，ω1表示氣流進(jìn)入壓氣機葉片時(shí)相對速度。

流量Q=c×S，S為通流面積。當S不變時(shí)，Q與c成正比

      增壓器流道阻塞的直接后果之一就是會(huì )增加氣流在系統中的阻力。柴油機運行時(shí)，增壓系統的氣體流動(dòng)路線(xiàn)是：壓氣機進(jìn)口濾器和消音器→壓氣機葉輪→壓氣機擴壓器→空氣冷卻器→掃氣箱→柴油機掃氣口→排氣閥→排氣管→廢氣渦輪噴嘴環(huán)→廢氣渦輪葉輪→廢氣鍋爐→煙囪。其中各組成部分的流通面積都是固定的。

      若上述流動(dòng)路線(xiàn)中任一環(huán)節發(fā)生堵塞，如臟污、結碳、變形等，都會(huì )因流阻增大使壓氣機背壓升高，流量減少，引起喘振。其中容易臟污的部件是壓氣機進(jìn)口濾器、壓氣機葉輪和擴壓器、空氣冷卻器、柴油機掃氣口和排氣閥、廢氣渦輪噴嘴環(huán)、廢氣渦輪葉輪。通常情況下，渦輪增壓器氣流通道的阻塞是造成其喘振的主要原因。

2、造成壓氣機喘振的主要原因

（1）柴油發(fā)電機緊急熄火或突然卸載。

（2）大氣溫度變化引起喘振。在夏季對增壓器進(jìn)行配合試驗，在冬季有可能發(fā)生喘振，這是因為氣溫變化使工作點(diǎn)發(fā)生變化引起的。

（3）壓氣機臟污，特別是葉片擴壓器臟污。

（4）一臺發(fā)動(dòng)機裝置兩臺增壓器，共用一根進(jìn)氣總管，當一缸不工作時(shí)，即可引起壓氣機喘振。

 

圖3 渦輪增壓器等軸視圖

圖4  增壓器壓氣機流量變化時(shí)空氣在葉輪前緣流動(dòng)情況

 

三、增壓壓力過(guò)高的主要原因

 

      一般來(lái)說(shuō)，進(jìn)氣壓力過(guò)高不是增壓器本身的問(wèn)題，而是由發(fā)動(dòng)機引起的，其主要原因有：

1、排氣閥漏氣，圖5和圖6示意了渦輪增壓器排氣泄壓閥關(guān)閉和打開(kāi)的情況。

2、由于發(fā)動(dòng)機噴油正時(shí)不當或其他原因造成補燃期過(guò)長(cháng)，使驅動(dòng)渦輪的熱能增加，轉速上升，進(jìn)氣壓力提高。

3、渦輪增壓器使用時(shí)間較長(cháng)，清理積碳不及時(shí)或增壓柴油機燃燒不良，積碳嚴重，使噴嘴、渦輪通道阻塞，因此增壓器轉速升高。

4、增壓柴油機噴油泵調速器失靈，或者排氣閥密封不嚴排氣泄漏，均會(huì )引起渦輪增壓器轉速增高，增壓壓力提高。

5、增壓柴油機超速、超負荷，供油量增大，也會(huì )使渦輪增壓器轉速增高。

 

圖5 渦輪增壓器排氣泄壓閥打開(kāi)

圖6 渦輪增壓器排氣泄壓閥關(guān)閉

 

 

四、異響的主要原因

 

      這種故障多數是由于轉子與殼體發(fā)生碰撞而產(chǎn)生的。由于轉子與殼體裝配間隙較小，如果安裝調整不當或軸承嚴重損壞，或轉子葉片變形，均可能發(fā)生碰擦。

1、渦輪增壓器損壞，金屬摩擦產(chǎn)生的異響；

2、進(jìn)、排氣管漏氣，或者中冷器有裂縫，帶壓氣體泄露；

3、旁通閥皮膜破裂，氣體泄露；

4、殼體內壁有毛刺或凸瘤，高速氣流流經(jīng)產(chǎn)生的異響；

5、渦輪增壓器擴壓段積污；

6、葉輪表面積污，氣流流通不暢。

 

五、潤滑油回油溫度過(guò)高（超過(guò)105℃）的主要原因

 

      增壓器機油回油溫度一般應低于90～120℃（因機型不同而異），溫度過(guò)高的原因有

1、機油量減少，油壓太低低于200kPa；

2、潤滑系中有漏油現象，使軸承機油量減少；

3、回油管路阻塞，使回油不暢通；

4、機油散熱不良，渦輪端密封裝置失效，高溫燃氣進(jìn)入機油腔，導致渦輪增壓器溫度過(guò)高。

5、軸承損壞。

 

六、漏油的主要原因

 

      廢氣渦輪增壓器采用強制潤滑方式，為了不使機油泄漏，在浮動(dòng)軸承兩端設置有活塞環(huán)式密封環(huán)。因壓氣機密封裝置靠近葉輪邊是低壓區，容易產(chǎn)生漏油故障，其主要原因有：

1、空氣過(guò)濾器太臟或堵塞

      當空氣濾清器因灰塵過(guò)多或其他原因供氣不良時(shí)，壓縮機進(jìn)氣口的負壓會(huì )過(guò)高，使壓縮機一端的內部壓力高于外部壓力，油在壓差的作用下從進(jìn)氣管流出。一端流出。

2、浮動(dòng)軸承磨損

      如果長(cháng)時(shí)間不換油或空氣濾清器失效，過(guò)多的灰塵會(huì )進(jìn)入增壓器，浮動(dòng)軸承磨損嚴重，導致軸承間隙過(guò)大，油膜不穩定。在高速行駛時(shí)，增壓器很快就會(huì )變得不平衡。轉子軸系振動(dòng)加劇，破壞兩端密封，造成潤滑油泄漏。

3、長(cháng)期低負荷造成增壓器漏油

      當發(fā)動(dòng)機長(cháng)時(shí)間低負荷時(shí)，渦輪增壓器渦輪和壓氣機葉輪后面會(huì )產(chǎn)生負壓，使流出浮動(dòng)軸承的油在壓差的作用下漏出。

4、回油不良

      當機油流出增壓器浮動(dòng)軸承時(shí)，靠自身重力流回油底殼。但當回油管變形或堵塞，或曲軸箱內排氣壓力過(guò)大導致回油管有壓力時(shí)，從浮動(dòng)軸承流出的油不會(huì )順利流回油底殼，并且將從轉子軸沿轉子軸流出。兩端密封圈流出，造成漏油。

 

七、增壓器突然停止運轉

 

      產(chǎn)生此故障的主要原因有：

（1）浮動(dòng)軸承因缺油潤滑不良被燒蝕抱死，使轉子軸不能旋轉；

（2）有異物進(jìn)入增壓器殼體內，將渦輪或壓氣機葉輪的葉片打壞，致使葉片被卡死在殼體內。此時(shí)，須更換增壓器。

（3）渦輪本體壽命到期。

（4）冷卻系統出現故障，導致渦輪溫度過(guò)高，損壞渦輪本體。需要對渦輪增壓器進(jìn)行更換。

（5）發(fā)動(dòng)機缸體出現破損，導致燒機油，影響渦輪。

 

八、發(fā)動(dòng)機下排氣（廢氣大）

 

      產(chǎn)生廢氣大故障的主要原因是操作方法不當，使柴油發(fā)動(dòng)機突然熄火。此刻機油泵立即停止工作，機油停止流動(dòng)，而增壓器的轉子軸因慣性仍然繼續高速旋轉，轉子軸與浮動(dòng)軸承處于半干摩擦狀態(tài)，殘留在機油管的機油溫度升高，油膜變薄和燒焦，使浮動(dòng)軸承和密封環(huán)過(guò)快磨損，導致發(fā)動(dòng)機排出的廢氣經(jīng)渦輪增壓器潤滑油道進(jìn)入發(fā)動(dòng)機油底殼，通過(guò)呼吸帽的排氣管排出，即柴油機下排氣。發(fā)動(dòng)機負荷越大，下排氣越重，此時(shí)應拆檢或更換增壓器。

 

總結：

      為了確保增壓器穩定工作，日常應保持合適的油面高度，定期清洗集濾器和機油濾清器。金屬繞線(xiàn)式濾清器清洗后，檢查濾芯上的銅絲有無(wú)松動(dòng)或破損，若有損壞可用錫焊補好，但修補面不得超過(guò)5c耐。若油路進(jìn)入空氣，油壓表指針會(huì )左右擺動(dòng)，此時(shí)拆開(kāi)油路接頭檢查，會(huì )發(fā)現有氣泡冒出，要更換有關(guān)密封墊，排除漏氣、漏油故障。 若油底殼內的機油量增多時(shí)，除查明漏水、漏柴油的原因加以排除外，還應及時(shí)更換機油。

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