机车柴油机增压喘振原因及预防措施

北京交通大学 毕业设计 论文 姓名 潘宁 北京交通大学远程与继续教育学院 中 文 摘 要 喘振是离心式压缩机特性的一个特殊问题 是压缩机入 口气量减少到一定程度后产生的一种 飞动 现象 发生 喘振时 机器强烈振动并伴有吼声 运行操作极不稳定 增压的方法 增压就是柴油机上装一台增压器来提高 进气空气的压力 根据增压器所用能量来源的不同 增压 基本上可分为三类 机械增压 废气涡轮增压 复合增压 在各种各样的增压方法中 废气涡轮增压最简单 经济 机车柴油机几乎都采用废气涡轮增压器 重点介绍废气涡 轮增压器的结构和工作原理以及如何避免增压喘振的问题 采用增压技术的优点 功率大幅度的提高 比容 积和比重量小 经济性得到改善 缺点 热负荷增大 机械负荷增大 出现工况不匹配的问题 目 录 一 废气涡轮增压器 10 1 1 涡轮增压器的总体结构及型号 10 二 离心式压气机结构 和工作原理 10 1 离心式压气机的基本结构 10 2 压气机的流量特性 10 3 压气机通流部分的气体流动 10 三 涡轮机的结构和工作原理 10 1 涡轮机基本结构和工作原理 10 2 涡轮机的特性 10 四 增压器喘振 10 五 涡轮增压器 10 1 压气机喘振 10 2 增压空气压力下降 10 3 增压压力过高 10 4 增压器强烈振动 10 5 增压器机油回油温度过高 10 6 机油窜入压气机空气道内 10 六 涡轮增压器常见故障分析及排除 10 压气机喘振 10 增压器压力下降 10 增压压力上升 10 涡轮增压器有异常响声 10 泄漏 10 超温 10 涡轮增压器转速降低 10 压气机壳 涡轮机壳的气窗向外喷机油 10 参 考 文 献 11 前前 言言 理论分析和实验表明 在保持柴油机重量和外形尺寸基 本不变的前提下 通过增加进气空气的供给量来增加柴油 机的循环供油量 是大幅度提高功率的最有效的途径 在一定的气缸容积条件下要提高进气空气的供给量 就必 须提高进气空气的密度 柴油机中提高进气空气密度的方 法就是采用增压技术 采用增压技术的优点 功率大幅度的提高 比容积和 比重量小 经济性得到改善 缺点 热负荷增大 机械负荷增大 出现工况不匹配的问题 增压的方法 增压就是柴油机上装一台增压器来提高 进气空气的压力 根据增压器所用能量来源的不同 增压 基本上可分为三类 机械增压 废气涡轮增压 复合增压 在各种各样的增压方法中 废气涡轮增压最简单 经济 机车柴油机几乎都采用废气涡轮增压器 重点讲废气涡轮 增压器的结构和工作原理以及如何避免增压喘振的问题 此论文调查研究不够 难免挂一漏万 可能有许多 不足之处 希望老师和读者不吝赐教 机车柴油机增压喘振原因及预防措 施 喘振是离心式压缩机特性的一个特殊问题 是压缩机入口气量减少到一定 程度后产生的一种 飞动 现象 发生喘振时 机器强烈振动并伴有吼声 运行操作极不稳定 喘振是离心式压缩机固有的一个毛病 在低速运转负荷降低或者冷凝温度 很高的时候 可能会发生喘振 理论分析和实验表明 在保持柴油机重量和外形尺寸基本不变的前 提下 通过增加进气空气的供给量来增加柴油机的循环供油量 是大幅度 提高功率的最有效的途径 在一定的气缸容积条件下要提高进气空气的供给量 就必须提高进气空气 的密度 柴油机中提高进气空气密度的方法就是采用增压技术 一 废气涡轮增压器 1 涡轮增压器的总体结构及型号 废气涡轮增压器和结构主要由涡轮机和压气机两大部件以及支承 密封装置和冷却润滑系统组成 一根主轴用于安装涡轮机和压气机的叶轮 轴承用来支承主轴 决定废气涡轮增压器总体结构的主要因素为压气机的 型式 涡轮机的型式和轴承的布置位置 压气机一般采用离心式压气机 涡轮机多采用单级轴流式涡轮机 也有些采用单级离心式涡轮机 目前 废气涡轮增压器中滚动轴承和滑动轴承都有采用 滚动轴承的 优点是磨擦损失小 产生的热量少 不必专门对它进行冷却 可采用一循 环润滑系统 机没消耗量少 另外 在低负荷时有良好的加速性 其缺点 是使用寿命短 约 6000h 左右需更换 因此维修费用高 滑动轴承结构 简单 寿命长 可达 30000h 造价低 制造容易 但由于磨擦损失较大 而且在没温下运转 故要求采用压力润滑 以保证足够的机没进行冷却和 润滑 增压器的型号依次由下列三个部分组成 首部 名义供气量符号 中部 增压比符号和型式符号 尾部 实际供气量符号和变型符号 名义供气量的符号用数字表示 在标准大状况下增压器在低增压压比 时 压气机接近最佳效率区工作时的供气量为名义供气量 供气量大于 1500 立方米时 取接近 5 的整倍数表示 增压比符号和型式均用字母表示 增压比的定义是压气机出口处空气 压力 PK与进口处压力 P0之比 增压比在 1 4 以下为低增压 K 1 4 2 0 之间为中增压 K 2 0 为高增压 型号符号用来表示增压器工作轮型式 如 轴流式 径流式以及多级式等 实际供气量符号和变型符号由阿拉伯数定组成的一个边疆的数表示 前面数字表示在标准大气状况下 增压器在指定增压压比时 压气面在接 近最佳效率区工作时的实际供气量 最后一位数字表示变型代号 按产品 出现的顺序排列 例如某机车用柴油机用 45GP802 型增压器 表示高增压 轴流式涡轮机 标准大气下名义供气量 4500m3 h 实际供气量 8000m3 h 第二种变型 二 离心式压气机结构 和工作原理 1 离心式压气机的基本结构 机车柴油机的澡轮增压器上采用的压气机多为单 级离心式压气机 即空气沿轴向流入而径向流出 离 心式压气机主要由进气道 工作叶轮 扩压器和出气 蜗壳等四部分组成 从工作轮入口到扩压器出口的空 气流道通常称为压气机的通流部分 离心压缩机是一种速度型压缩机 靠高速旋转来 使制冷剂气体达到一定的速度 即获得动能 然后进 入扩压腔由动能转化为压力能 在低速旋转负荷很低 的时候 气体的动能转化的压力能 即排气压力 小于 冷凝器内部冷凝压力的时候 气体就会发生倒流 进 入压缩机的压缩腔重新压缩 然后再回到排气口 如 此反复 就是 喘振 此时 气体对压缩机的冲击很大 会导致压缩机 轴承烧毁 特灵采用三级压缩来避免喘振 负荷范围 10 100 开利和 york 都是采用吸气导叶和热气旁通来调节 负荷都是 15 100 麦克维尔 是采用吸气导叶和排气散流滑块来避免喘振 负荷范围 10 100 1 进气道 也称导流罩或进气壳 它是压气机的进气装置 新鲜 空气 人机车外壁 通过空气滤清器被吸入后 经进气废气涡轮增压器道 进入压气机的工作叶轮 进气道 在压气机轴线方向 如上图所示 略是 收敛形 空气流过收敛形进气道后 速度稍有提高从 c0变为 c1 气体温度 从 T0和压力 P0稍有降低 成为 T1和 P1 如下图所示 2 工作叶轮 它是离心式压气机的主要部分 是安装在由涡轮机 带动的主轴上的高速旋转元件 它的作用是将涡轮的机械能转换成空气的 动能和压力能 工作叶轮的叶片一般为径向直叶片 空气沿着由这些叶片 形成的流道流动 在极大的离心力作用下被甩向叶轮边缘 空气从工作轮 中得到能量 压力和温度分别升高到 P2和 T2 速度提高到 C2 减小流动 损失 尽量使 空气无冲击地进入工作轮 通常将工作轮叶片的前缘部分 做成弯曲形状 称为导风轮 起进气导向作用 3 扩压器 通常由无叶扩压和有叶扩压器两部分组成 它的作用 是将工作叶轮流出的高速空气流的动能转变为压力能 无叶扩压器是一个 环形的空腔 它的作用是使 高速气流的流速均匀 并使 速度稍有下降 有叶扩压器在无叶扩压器的外圈 弯曲的叶片等 距地安装地扩压器的圆 周是 扩压器为截面逐渐放大的流道 空气流经扩压器后速度降为 C3 压力升高 P3 温度略有上升 为 T3 有图 4 出气蜗壳 它是一个沿圆周逐渐增大的流道 其作用是从扩压 器来的空气在出气蜗壳旱一步提高压力 减小速度 然后流入柴油机进气 管 2 压气机的流量特性 当压气机转速不变时 增压比 k和压气机效率 k 随空气流量 Gk 变化的关系称为压气机的流量 特性 流量特性曲线是能过试验测 量得到的 如图 图中可 看出 在某一转速下随着流量的减少 增压比提高 达到某一 最大值后 增压比变下降 对于每一个转速 空气流量都有一个最小值 此值称为极限流量 小于此流量值时压气机会不正常 即发生喘振 将所 有转速下发生喘振的流量点连起来就构成了该压气机的喘振线 而将各种 转速下的等效率点连起来就构成流量特性图中的等效率线 从图中可以看 出 喘振线位于压气机高效率区 因此在压气机流量特性图中 压气机工 作区域是低效率线 喘振线和最低与最高转速时的流量线所围成的区域 下面利用图简要分析一下为什 么压气机会有这样的流量特性 如果压气机中没有任何的损失 即 k 1 则增压比 k不受空气流量 的影响 k为一条水平线 但实 际上总是存在有各种损失的 主要有 磨擦损失 它包括空气 分子之间的磨擦损失 空气与流道壁面之间 的磨擦损失以及因空气流动方向急剧变化 气流与壁面分离产生的涡流损 失 这些损失随着流量的加大而增加 冲击损失 同于气流运动方向与设计工况时空气 流动速度方向不一 致 会导致气流冲击叶面或叶级而产生损失 因为压气机工作轮叶片和扩 压器中叶片的排列是按一定的流量工况设计的 叶片排列的角度是一定的 当流量发生变化时 气流的运动方向也会发生变化 从而造成与流道 方 向不一致 产生冲击损失 压气机在设计工况点运行时 可认为无气流冲 击损失 这一点称为最佳流量点 将不同转速下的压气机流量特性曲线画在 k Gk坐标图中 并把所 有各曲线上效率 k相等的点用曲线连接起来 就构成图所示的压气机流 量特性图 3 压气机通流部分的气体流动 增压器中的压气机是叶片式流体机械 其流通部分有两个主要部件 工作叶轮和扩压器 由于流道由弯曲叶片构成 气体在工作轮和扩压器中 的流动状态受流量大小的影响 当流量为压气机设计流量时 气体沿流道 平稳流动 大于或小于设计流量 气体流经流道时要产生漩涡 而压气机 中气体的流量取决于柴油机运行工况和负荷的大小 此外 由于压气机工 作轮高速旋转 气体的流动状态还受到工作轮转速的影响 空气在压气机工作轮中的流动见图 1 图中 C1 为气流绝对速度 1 为气流相对于旋转工作轮的速度 u1 为工作轮入口处气流的牵连速度 图 1 a 表示工作轮在设计流量和转速下运转时气流沿叶片弯曲方向平稳进 入流道 图 1 b 表示工作轮在设计转速但流量大于设计流量 或在设计 流量但转速小于设计转速运转时 气流冲向叶片凸面而在凹面发生分离并 形成漩涡 由于气流惯性 漩涡被挤向凹面 漩涡不会在流道内扩展 图 c 表示工作轮在设计转速运转时 气流冲向叶片凹面发生分离并形成 漩涡 此时气流惯性促使漩涡区扩大 严重时漩涡充满整个流道 造成阻 塞 图 1 空气在工作轮中的流动示意图 空气在叶片扩压器中的流动见图 2 C2 为气流绝对速度 2 为工作轮出 口气流的相对速度 由于流道内气流速度不均匀 2 的方向与叶轮径向 有偏移 因此图 2 中 2r C2r 为表征流量大小的速度 图 2 a 表示 当空气流量为设计流量时 C2r 增大 气流沿扩压器叶片弯曲方向平稳进入 流道 图 2 b 表示空气流量大于设计流量时 气流冲向扩压器叶片凹面 并在凸面发生分离 形成漩涡 漩涡受进了扩压器流道的气流运动惯性的 影响 漩涡区不会扩大 图 2 c 表示空气流量小于设计流量时 C2r 减小 气流冲向叶片凸面而在凹面发生分离 并形成漩涡 气流的惯性促使漩涡 区扩大 严重时漩涡会充满整个流道 造成阻塞 图 2 空气在扩压器中的流动示意图 当压气机流道内充斥大量漩涡时会阻碍气体的正常流动 与此同时 由于柴油机活塞运动的抽吸 使压气机中气流出现强烈的脉动 引起叶片 和机组的振动 并在压气机流道中伴有刺耳的啸声 这种不稳定的工作状 态称为压气机喘振 气流从工作轮径向流出时 由于工作轮流道内气流速度不均匀 其相 对速度 2与半径方向有一偏角 表征其流量大小的应是 2的径向分量 2r c2r 如图所示 U2为叶轮出口外的圆周速度 c2为出口处气流的绝对 速度 c2的方向应该与有叶扩压器叶片的入口角一致 才能避免气流在流 道 入口处的冲击 C2的方向取决于工作轮的转速 u2或 c2n 和空气流量 c2r或 2 而扩压器叶片的构造角是一定的 所以吸有当压气机在设 计的转速下运转 而且空气流量与设计工况一致时 才使冲击损失最小 当空气流量大于设计工况时 c2r值增大 气流冲向扩压器叶片的凹面 并在凸面发生分离 产生旋涡 由于气流在扩压器中沿着比较平坦的轨迹 流动 产生旋涡受其他气流压迫而贴向叶片凸面 所以旋涡区不会扩大 b 当空气流量小于设计工况时 气流冲向叶片凸面 由于气流惯性 在 凹面发生分离 并使 旋涡区扩大 并随着流量进一步减小 气流的分离 愈可强烈 直至旋涡充满整个流道 形成低压分离腔 于是压力空气便 周期性地从后面经过这些分离腔进入柴油机进气管道 使进气管道中压力 大幅度变化 并发出强烈的声响 严重影响压气机和柴油机的正常工作 这就是扩压器中的喘振 图 c 从上面的分析可得出下列结论 a 压气机喘振可能了生要工作叶轮处 也可能了生在扩压器中 b 当空气的流量低于设计的最佳流量时 才有可能出现喘振 c 柴油机和压气机不允许在喘振状态下工作 三 涡轮机的结构和工作原理 这里讲的涡轮机是将柴油机排出的废气中能量转换成机械能的一种叶片式 动力机械 用来驱动压气机转动 按燃气在涡轮中流动方向的不同 涡轮 机可分为轴流式和径流式两种 径流式涡轮机用于小流量的增压器中 轴 流式涡轮机则用于大流量的增压器中 轴流式涡轮机中燃气的流动方向与 转轴线方向一致 机车柴油 机的增压器都采用单级轴流式涡轮机 下面 只讨论轴流式涡轮机 1 涡轮机基本结构和工作原理 涡轮机主要由进气壳 喷嘴 环 工作轮 涡轮 和出气壳四部 分组成 如图 4 41 喷嘴环是径 向排列有导向叶片的圆环 固定在 进气壳之后 工作轮是轮缘上嵌有 一圈扭曲叶片的叶轮 一圈导向叶 片和一圈工作叶片构成涡轮机的一 个级 增压器一般采用单级涡轮 在废气涡轮增压器中 涡轮机工作 轮 转轴以及压气机工作轮组装在 一起 同轴转动 称为转子 涡轮机的工作过程为 柴油 机 排出的废气经进气壳泫入喷嘴环叶 片构成通道 叶片间通道 为收缩 截面流线形通道 燃气流过喷嘴环 压力从 pT降为 p1 速度从 cT增加 到 c1 温度没 TT降为 T1 如图 4 42 部分压力能转变为动能 燃气流经喷嘴环后 与工作轮转动平面成 1角流出 并以相对速度 1及 1角进入工作轮 当 1一定时 相对速度 1的大小和方向取决 于燃气的绝对对密度 c1和工作轮圆周速度 u 的大小 因此 u c1 是涡轮的 一个生要参数 它确定了工作轮进口处的气流运动 工作轮叶片间通道 也做成收缩通道 从喷嘴环出来的高速燃气冲击在 工作轮叶片凹面 因此凹面处的压力升高 凸面处的压力降低 压差力对 转轴形成一个转矩 使 工作轮高速旋转 燃气经工作轮后 绝对速度 c1 降为 c2 压力由 p1 降为 p2 温度由 T1降为 T2 气流绝对速度 c 的 大小取决于相对速度 2和圆周速度 u 利用余弦定理可以求出各速度之 间的关系 2 涡轮机的特性 涡轮机运转工况发生变化时 主要参数之间的变化关系称为涡轮 机的特性 这些主要参数有 进口 燃气的滞止参数 PT TT 涡轮后 面的气体的背压 P2 燃气流量 GT 涡轮机转速 n T 有效效率 T或绝热 效率 Tad 等 涡轮机的特性图有许多的表达 形式 而且多采用无因次参数表示 主要的有两种特性图 一为涡轮机 流量特性图 如图所示表示 了燃 气流量与压力或效率之间的变化关 系 另一种是效率与速比之间的关 系如图所示 与压气机一样 涡轮机也是在 设计工况下运转时效率 可以从图 中看出 偏离设计工况越远 效 率越低 因为远离设计工况时各种 损失加大 这些损失主要有 1 流动损失 燃气流经喷 嘴环和工作轮时的损失 速度越大 损失也越大 2 冲击损失 偏离设计工 况时 燃气的流入角与工作轮叶片 构造角有差别会造成冲击损失 3 余速损失 燃气流出涡 轮时仍有较大流速 这部分动能未 被利用 其他损失 包括漏气损失 磨擦损失 传热损失等 四 增压器喘振 增压器喘振是由于在压气机工作轮和扩压器流道中 气流和叶片发生强烈的周期 性分离现象所引起的 当压气机的实际工况偏离设计工况较大时 将发生气流和叶片 分离现象 1 柴油机突然卸载或突降转速时增压器喘振 这是由于增压器高速旋转的转子 惯性很大 转子的转速不能很快随柴油机转速下降而下降 当柴油机的转速降低后用 气量减小 而增压器的转速还很高 空气流量还很大 供气量大 这时柴油机的通流 能力减小了而造成气流堵塞现象 则引起喘振 这种喘振是短期的 因此机车运行中 尽量避免和防止柴油机突降转速或突然卸载现象 2 柴油机降转速时增压器喘振 这是因为柴油机转速回落较快 对于有级调速 是联合调节器降速针阀开度太大 使配速伺服器对塔形弹簧减压太快 无级调速是步 进电机驱动器的降速脉冲信号频率太高 使步进电机驱动配速活塞减小塔形弹簧压力 的转速太快 造成增压器短时喘振 此时可适当调整联合调节器降速针阀或步进电机 驱动器降速脉冲频率 延长柴油机的降速时间 对于有级调速是减小降速针阀的开度 无级调速降低步进电机驱动器的降速脉冲频率 在一般情况下 当柴油机从标定转速 降至最低稳定转速的时间 不能小于 18 秒 注意 柴油机在带负载情况从标定转速 降至任何档位转速时 增压器不能发生喘振 3 柴油机在部分档位转速时增压器喘振 其主要原因是增压器之压气机在部分 工况时的特性与柴油机匹配有差异 或柴油机在部分档位转速时的工作状态有变化等 因素引起的 其主要原因 如下 1 在此转速下柴油机严重过载或负载波动过大 2 联合调节器功率整定不合适或增 减载速度针阀调整不当 3 增压器压气机在柴油机部分工况时的特性偏移较大 与柴油机配套时接近喘振 点 上述情况可重新整定柴油机功率 防止柴油机在此工况时因功率整定不当而超载 并检查柴油机控制系统和牵引发电机励磁系统 避免负载波动太大 在经常发生喘振 的情况下 应调整增压器使喘振线左移离开配套点 如果机车在运行中 无条件处理 喘振问题时 可躲过增压器容易发生喘振的手柄档位和柴油机转速 尽量避免柴油机 在此档位转速下运转 维持机车运行回机务段处理 4 柴油机运转中增压器突然发生喘振 这主要是柴油机和增压系统发生某种故 障 或外界大气条件变化及操作不当等引起增压器喘振 其主要因素如下 1 外界大气温度过低 空气密度大使压气机在同样的转速下由于进气量大而流量 增加 则柴油机用不了造成气流者塞现象 2 中冷器进水温度过高或冷却单节堵管太多 对增压空气冷却效果差 使压气机 出口的增压空气温度较高 体积增加而引起堵塞 3 联合调节器转速失控 引起柴油机通流能力和增压器转速突然变化等 4 空气过滤器或中冷器堵塞 压气机进气管道的帆布套抽瘪等 引起进气阻力增 大 5 柴油机配气系统故障 如气门弹簧断裂 气门间隙调整不当 气门磨损下陷 龟裂掉块 气门关不严漏气 横臂脱槽转动放横导致气门打不开等 造成柴油机气流 堵塞现象 5 机车运行中增压器经常喘振 这主要是增压器与柴油机配套问题 压气机流量 特性与柴油机牵引特性不匹配 也就是柴油机在工作转速范围内 要求压气机为满足 柴油机对应各个转速和功率所需要的空气压力和流量的运行线 接近或穿过压气机的 喘振线 或者装在同一台柴油机上的两台增压器性能参数相差太大等 如图 5 8 所示 当增压器与柴油机配套 其参数性能相差较大时 必须更换增压器 若相差不大 时可进行调整 增压器发生喘振主要是柴油机的实际用气量小于增压器压气机的设计 流量 可用增大柴油机和涡轮的通流能力的方法进行调整 使运行线右移离开喘振线 最简单而又常用的方法是增大涡轮喷咀环出口截面积 在机车运行中加强对增压空气 的冷却使其降低温度 使增压空气密度增加容积减小 但是采用减小扩压器叶片进口 角或缩短扩压器叶片高度的方法较麻烦 需进行机械加工及改变扩压器结构尺寸 此 方法一般很少采用 还可以采用在压气机导流壳与蜗壳安装法兰接合面处加垫方法解 决喘振 五 涡轮增压器 涡增压器是利用柴油机排出废气的一部分能量驱动涡轮带动压气机 对进入柴 油机气缸的空气进行增压的装置 它是强化柴油机 提高功率 降低燃油消耗的重要 部件 由于涡轮增压器处在较高的燃气温度下以很高的转速工作 因此在运用中容易 出现故障 在一般情况下有下列常见故障 1 压气机喘振 压气机喘振 压气机喘振是比较常见的 引起压气机喘振的因素很多 有外部因 素 如外界大气条件变化 运用地区海拔高度变化 有内部因素 如柴油机负荷波动 过大 不正常操作 增压器与柴油机不匹配 也有增压器本身缺陷或出现某种故障等 引起压气机喘振 压气机喘振是由于在工作轮和扩压器流道中 气流和叶片发生强烈 的周期性分离现象引起的 当压气机在设计转速下工作时 供气量大于柴油机的用气 量时将发生气流和叶片分离 1 压气机特性与柴油机特性不匹配 若相差较大时应更换增压器 一般要求柴油 机的运行线应穿过压气机流量特性曲线的高效区 并和等效曲线大致平行 同时和喘 振线间留有一定的余量通常匹配点流量比喘振点流量约大于 12 当柴油机的实际 用气量小于增压器的设计流量 可采用增大柴油机和涡轮通流能力的方法进行调整 最简单而又常用的方法是增大喷咀环出口截面积 这样既能减小涡轮转速又能减小柴 油机排气阻力 增大通流能力避免增压器喘振 另一种方法是减小扩压器叶片进口角 度或缩短扩压器叶片高度 此方法比较麻烦 需要进行机械加工和改变增压器结构尺 寸等 2 压气机流道内积垢或有异物堵塞 引起气流堵塞 蜗轮流道内特别是喷嘴环流 道积炭 使通流面积减小 排气阻力增大导致柴油机通流能力减小 而废气流速增高 涡轮转速增大 最后引起压气机喘振 应对增压器进行检查 清洗压气机流道和工作 轮叶片并除垢 对涡轮及喷嘴环除炭并清洗流道 2 增压空气压力下降 增压空气压力下降 压气机增压空气压力下降的原因 除了空气滤清器堵塞引起 进气阻力增加 即大于 2 9 千帕 300 毫米水柱 以上 中冷器脏污积垢等造成部分堵 塞外 属于增压器本身故障常见如下 1 喷嘴环通道截面过大 涡轮转速太低或涡轮效率太低等造成增压压力下降 应 检查测量喷嘴环出口截面积 与出厂时打在喷嘴环镶圈上的数值是否相符 可适当减 小喷嘴环出口面积 提高涡轮转速 2 压气机工作轮背面气封间隙过大或气封损坏 造成压气机漏气严重 检查气封 并调整间隙 如气封损坏或气封片倾倒应更换或修理 3 增压器油封漏油 因与燃气接触温度较高使转子产生积炭 增加了转子阻力而 使转速下降 应检查油封 清洗转子除掉积炭 若油封不良或损坏者应更换 4 涡轮出口管道积炭太厚或有异物堵塞 造成涡轮排气阻力增大而使转速降低 若涡轮排气背压超过 1 9 千帕 200 毫米水柱 应检查烟囱有无堵塞并清除积炭 5 喷嘴环叶片变形 使气流通道截面增大 造成涡轮转速降低 拆下喷嘴环组装 校正喷嘴环出口截面积 对变形严重或烧损的叶片 应更换新片 6 喷嘴环镶套变形 导致涡轮径向间隙超限 燃气漏泄严重 使涡轮效率降低 应更换镶套 7 压气机出口与中冷器进口管道连接处的胶管裂纹或管卡子松缓漏气 应检查此 橡胶管有无裂纹及卡子的紧固情况 如胶管损坏应更换 卡子松缓应紧固好 3 增压压力过高 增压压力过高 压气机增压压力过高主要是增压器超速或柴油机故障引起的 其 主要原因有 柴油机喷油提前角变化 燃烧不良排温高 排气阀漏泄等造成涡轮进口 前的燃气能量增大 引起增压器超速 因海拔高大气压低 造成涡轮排气阻力小引起 增压器超速 柴油机超负荷或超速引起增压器超速等 除上述原因外 由于涡轮喷嘴 环叶片变形或积炭 使喷嘴环出口通道截面积减小 导致喷嘴环出口燃气速度高也能 引起增压器超速 可拆下喷嘴环组装清洗检查并调整出口截面积 4 增压器强烈振动 增压器强烈振动 造成增压器强烈振动有下列原因 1 转子动平衡受到破坏或转子分解后未按原位置重装 应将转子取出 在动平衡 机上做动平衡试验 转子动平衡的不平衡量要求不大于 3 克 厘米 如超过应进行削 重调整 2 转子轴上零件损坏 如压气机工作轮及涡轮叶片损坏脱落 特别是涡轮动叶片 在高温燃气中以极高的转速工作 叶片根部受离心力作用其应力非常大 每个叶片的 叶身部分产生的离心力可达 3 吨多 所以叶片一旦断裂飞出 在其相对方向便有 3 吨 的不平衡力 除产生剧烈振动外 轴承和其它有关部件遭到损坏 对此故障应检查更 换有关零部件及修复 3 轴承损坏或间隙过大 首先应检查轴承间隙 如轴承套径向轴承间隙 涡轮端 轴颈与径向轴承间隙等大于 0 18 毫米 推力轴承轴向间隙大于 0 38 毫米时 说明 轴承间隙已经超过磨耗极限 应更换 4 旋转件与固定件碰擦 主要是转子与壳体或气封碰擦 应检查压气机叶轮与气 封间隙 压气机叶轮与叶轮罩壳间隙 蜗轮气封与涡轮盘间隙 叶片顶部与喷嘴环镶 套间隙等 解体检查转子摩擦及碰撞部位 进行修复并调好各部间隙 5 增压器机油回油温度过高 增压器机油回油温度过高 造成机油回油温度过高的原因可能有下列故障 1 机油进油压力低 流量少 若增压器机油进口压力低于 196 千帕 2 公斤力 厘米 以下时 应检查增压器机油滤清器和保压阀 如滤清器压差大于 19 6 千帕 0 2 公斤力 厘米 2 时 应清洗滤清器 如保压阀弹簧预紧力调整不当或弹簧折断 应进行调整或更换 2 涡轮端气封或油封损坏 高温燃气进入油腔引起回油温度过高 应进行检查 更换气封或油封 3 增压器冷却水腔积垢太厚或进水管内有异物堵塞 使增压器涡轮出气壳体冷却 不良或冷却水流量减小 引起回油温度过高 应清洗冷却水腔 检查进 出水管 4 轴承烧损 由于轴承烧损 摩擦发热严重 使润滑轴承的机油受热引起回油温 度过高 应更换轴承 5 增压器轴承座组装通向涡轮背面的压缩空气孔堵塞错位燃气使涡轮端轴承温度 过高或燃气窜入回油腔内 导致回油温度过高 应检查轴承座组装 重新组装并对好 孔的位置 6 增压器机油管中有漏泄 造成进入增压器的机油量减少引起回油温度过高 应 检查修复或更换油管 6 机油窜入压气机空气道内 机油窜入压气机空气道内 造成机油窜入压气机空气道的有如下原因 1 增压器机油压力太高 流量过大 使油封失效 机油窜入空气道内 应检查保 压阀 如保压阀故障应进行更换 2 压气机端油封损坏 使润滑轴承的机油漏入蜗壳内被增压空气带入进气道 应 更换油封 4 3 增压器回油管堵塞或部分堵塞 使润滑轴承的机油无法回油或来不及回 油 经油封窜入空气道 应检查回油管及增压器回油腔 使其回油通畅 六 涡轮增压器常见故障分析及排除 涡轮增压器利用发动机排出的废气能量 驱动涡轮高速旋转 带动与涡轮同轴的压气 机叶轮高速旋转 压气机将空气压入发动机的汽缸 增加了发动机的充气量 可供更 多的燃油完全燃烧 从而提高发动机功率 降低燃油消耗 由于燃烧条件的改善 减 少了废气中有害物质的排放 还可以降低噪声 压气机喘振 涡轮增压器工作时 当压气机空气流量减少到一定程度 压气机的气流会出现强 烈的振荡 引起叶片振动 并出现喘息的噪声 进气压力明显下降 此现象称为压气 机喘振 其原因如下 柴油机进气管内压力脉冲波动 柴油机进气管内压力波动对产生喘振有较 大的影响 特别是 缸的柴油机 其压力波动较大 柴油机进气管压力脉冲的频 率愈低 振幅愈大 愈容易发生喘振 排除方法有 在压气机进口处加装空气稳压箱 减少压力脉动 适当加大进气管容积 使脉动振幅减小 型 缸柴油机可把左右进 气管用较粗管子连通 某缸不着火燃烧 当两组增压器 假定各接三个缸 公用一根进气管时 如 果其中一组有一缸熄火 则这一组的增压器将发生喘振 这是因为一缸熄火后 废气 能量减小 涡轮转速降低 而进气管的压力因另一组增压器仍在正常运转 此时压气 机因吸收涡轮功率不足而引起喘振 运行负荷变化 如换挡需要迅速抬起油门 此时增压器的转子因惯性仍以 较高的速度转动 压气机泵出的气体无路可走 进气阻力大而发生喘振 排除方法是 加装进气卸压阀 既可防止喘振 又可改善增压器的使用寿命 涡轮增压器通道中有积垢 压气机空气通道或涡轮机燃气通道内严重积垢 使通道阻力增加 会引起压气机喘振 应定期拆洗增压器 增压器压力下降 当增压器压力降低时 柴油机的充气量减少 功率下降 耗油量增加 排气温度 升高 因此 发现压力降低 10 时 应停机检查 空气滤清器滤芯粘满尘土而阻塞 使进气阻力增加 压气机吸气损失增大 导致压力下降 此时应清洁或更换空气滤芯 压气机通道沾污 由于空气滤清器除尘效果欠佳 灰尘和机油等粘附在增 压器的叶轮和扩压器的通道上 使气流阻力增加 压气机效率及增压压力下降 为防 止这种现象 除保持或提高空气滤清器的滤清效果外 还要定期拆洗压气机 涡轮机积炭 由于柴油机燃烧不良以及涡轮增压器密封装置失效而漏油 在涡轮机的叶片上 转轴与密封环之间形成积炭 使转子旋转阻力增加 转速下降 柴油机启动困难和加速不良 排除方法是防止烧机油 定期拆洗涡轮机 增压器压气机的气封损坏或柴油机气缸密封性能下降 其结果是 一方面 燃气泄漏使涡轮转速下降 另一方面进气泄漏使压气机流量减小 两者均能导致增压 压力的降低 排除方法是 更换压气机气封和对柴油机进行三级保养 恢复气缸密封 性能 增压压力调节阀中调节弹簧因温度过高而失效 放气阀因积炭而封闭不严 等原因使调节阀失灵 在较低的增压压力值时就放掉了较多的燃气 致使增压压力降 低 此时应对增压压力调节阀进行检修 涡轮机排气不畅 排气阻力增大 燃气在涡轮中的膨胀受到一定的抑制 致使涡轮功率降低 增压器转速下降 压力降低 其原因是 排气管变形或排气消声 器阻塞等 喷嘴环因长期处于高温下工作 叶片变形 使喷嘴环截面积加大 转子的 转速和增压压力下降 增压器与柴油机连接处漏气 由于增压器的轴承磨损 转子叶轮碰擦