主机涡轮增压器常见故障分析
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作者: 丁建鹏
摘要:涡轮增压器是船舶动力装置的重要部件,它的工作状态是否良好对改善气缸的燃烧条件、降低燃油消耗和提高柴油机的
功率有着十分显著的意义。由于涡轮增压器的工况十分恶劣,使用中易发生故障,因此作为船舶轮机人员必须掌握涡轮
增压器运行中的故障判断,分析产生故障的原因和排除故障的方法以及预防措施。
关键词:船舶主机 涡轮增压器 喘振 轴承
目前,大多数船舶采用的是废气涡轮增压器,其原理是回收和利用废气产生的能量驱动涡轮带动与其同轴的压气机高速旋转,压气机再将空气压入柴油机气缸内,增大了柴油机的进气量以利于燃油在气缸内充分燃烧,从而提高了柴油机的工作效率,同时又利用了废气能量,减少了有害气体的排出,有利于当代社会对节能环保的要求。由于废气涡轮增压器是安装在柴油机进排气支管上,处于高温高速的工况,此种恶劣的工作状况易使其产生故障,导致柴油机有效功率下降、排温升高、产生黑烟、燃油量消耗增加,还可能导致柴油机噪音加大。以下分析产生故障的原因:
喘振
涡轮增压器工作时,当压气机的排出压力和流量减少时 ,其工作点落在压气机的喘振区时,压气机排出压力忽高忽低,空气流量忽正忽负,引起机器强烈的振动,并发出沉重的喘息或吼叫声,产生这种原因主要有以下几点:
增压系统的流道堵塞。流道堵塞是增压器喘振常见原因,特别是外来杂质,如油漆,粉尘颗粒等污垢进入进气管道,排气管积炭进排气管道变形等,使流道阻力变大,压气机流量减小,背压升高引起喘振,另外,柴油机长期燃烧不良,涡轮喷嘴,叶片轮盘及气封间隙两旁壁面等地方积聚大量未烧尽碳粒的油垢,停车后油垢会冷却凝固,这样就加大了增压器运转时的机械阻力,致使增压压力下降而喘振。在日常管理中应该定期清除气缸进气口和排气口的积炭并经常对空气滤器、压气机进气流道、空冷器、涡轮喷嘴环和叶轮进行清洁,当阻塞严重时,须将增压器拆开进行清洗。
增压器与柴油机运行匹配失调。柴油机与增压器匹配良好是指,柴油机达到预期的增压指标,增压器在柴油机全部工作范围内能稳定的运行,不喘振也不超速,并尽可能的在高效区工作。机器本身故障或船舶满载,顶风航行,以及轮机员操作不当等,都有可能造成柴油机与增压器匹配不当而引起喘振。柴油机喷油系统出现故障,会使燃料燃烧不良,引起后燃烧,柴油机活塞环断裂或者粘着,可能导致气缸漏气,热负荷增大,排温升高,若柴油机供油量不变,因有功功率下降而导致柴油机转速下降,而排温升高,引起废气能量增加,增压器转速升高,供气量增大,从而破坏了柴油机与增压器的正常匹配关系。导致压气机大背压小流量的工作状况,易发生喘振,此种情况,喷油系统故障排除后,喘振便消失。另外当船舶满载,顶风航行时,主机负荷加大,柴油机处于高负荷低转速运行状态,燃油系统供油量加大,后燃引起废气能量升高,而气缸耗气量却因为柴油机转速的降低而减少,这也会引起增压器与柴油机匹配不当而发生喘振,针对由此引起的喘振,减小油门即可消除。
柴油机各缸负荷不均匀。由于负荷不均而引起的喘振排除故障的方法是使柴油机每组气缸的供油量趋于均匀。
柴油机负荷骤变。若船舶遇到大风浪时,螺旋桨露出水面,柴油机负荷骤然减少,转速升高,各缸供油量减少,使得供给增压器的废气量减少,增压器转速下降,从而使压气机流量减少,达到一定程度发生喘振,预防措施是避免飞车的发生。
轴承烧损
轴承在增压器中很重要,不仅保证转子安全可靠地运行还要保证转子的准确定位。高温高速和轻负荷条件下工作的增压器,漏油量过少或短时间断油均会造成轴承甚至整台增压器损毁的大事故,柴油机长时间使用中,滑油沉积的污垢在滑油观察镜中形成污痕造成虚假油位;工作中因视角上的失误而导致滑油量不足,滑油压力过低甚至断油,从而造成轴承烧损。平时维护管理,特别是巡回检查时,应注意检查轴承润滑油的压力和温度,通过观察镜检查滑油的流动情况,不允许流量减少和断油,当油量不足时及时补充。轴承损坏是轴承箱滑油快速减少最常见的故障现象,在增压器运行中应该经常使用探听棒来听增压器内部的声音有无异常,以使轴承缺油或损坏被及时发现以免造成更大的损失和严重后果。
增压器压力下降或升高的原因
1、压气机空气滤器、叶轮、扩压器、及涡轮喷嘴因长时间使用而脏污。
2、柴油机供油系统故障:常见的有喷油过迟,后燃现象严重,使废气能量增加,气缸排度升高,这将产生两方面的影响,一是涡轮进口的能量增大,使增压器转速上升,从而导致增压器压力亦上升;二是涡轮的流量减少,使压气机的运行点向喘振线移动,这会使扫气压力上升,同时导致排气温度过高,甚至排气管和涡轮管发红。使用中应该及时排除故障调整喷油定时,减少甚至消除后燃现象,这样既节约油耗又能保护涡轮机。
3、柴油机气阀漏气或开启过早。
4、废气涡轮喷嘴环变形。
5、增压压力调节阀失灵。
综上所述,涡轮增压器工作状况的良好,可使柴油机大大提高输出功率,降低燃油消耗,同时也可减少废气中有害有毒气体的含量,因此轮机人员应重视涡轮增压器的正确使用及日常维护保养工作,以确保柴油机处于最佳工作状态。
(作者单位:厦门海隆对外劳务合作有限公司)
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