技術(shù)與安全知識

康明斯發(fā)動機(jī)渦輪增壓器的檢修方法

 

摘要：霍爾塞特渦輪增壓器在柴油發(fā)電機(jī)長期使用過程中，易產(chǎn)生的故障主要有增壓壓力下降或壓力過高、增壓器喘振、增壓器漏機(jī)油和增壓器轉(zhuǎn)子固死等現(xiàn)象?？得魉构驹诒疚耐ㄟ^分析增壓器常見故障的原因，提出實際工作中各種故障的判斷方法和應(yīng)采取的處理方法。

 

一、增壓器喘振原因與檢修

 

      增壓器與柴油機(jī)是需匹配工作的，壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速愈高，壓氣量愈大，而柴油機(jī)發(fā)出的功率愈大，所需的空氣量也愈多，當(dāng)空氣量不夠時便極為容易出現(xiàn)喘振現(xiàn)象。圖1為增壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。

1、增壓器喘振的主要原因

（1）柴油機(jī)突然降轉(zhuǎn)速或卸負(fù)載。

      當(dāng)柴油機(jī)降轉(zhuǎn)速、卸負(fù)載時，柴油機(jī)所需的空氣量急劇減少，而增壓器轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速卻無法同步下降，使增壓器壓氣機(jī)排氣量與柴油機(jī)的需要相比顯得過多，部分多余的空氣堵塞在壓氣機(jī)中形成渦旋、發(fā)生喘振，只有增壓器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降到與柴油機(jī)基本匹配時才會趨于正常。

（2）柴油機(jī)過載或載荷波動較大。

      此時，柴油機(jī)的燃燒狀態(tài)變差，排氣溫度升高，排氣總管的廢氣能量增加，使增壓器轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速升高，造成壓氣機(jī)的吸氣量大于出氣量而發(fā)生喘振。

（3）聯(lián)合調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)速失控，從而造成柴油機(jī)功率的不穩(wěn)定，增壓器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速難以同步適應(yīng)而喘振。

（4）增壓器噴咀環(huán)積炭過多或噴咀環(huán)截面積過小。

      這2種情況都使燃?xì)饬鹘?jīng)縮小了的噴咀環(huán)流通截面時流速過高，促使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速上升，壓氣機(jī)進(jìn)氣量增大，使部分空氣堵在壓氣機(jī)入口而發(fā)生喘振。

（5）進(jìn)氣道受阻

     進(jìn)氣道連接管如圖2所示，當(dāng)其變形時，使得進(jìn)氣阻力增大，造成壓氣機(jī)吸氣量不足，柴油機(jī)燃燒狀態(tài)惡化，排氣溫度升高，廢氣能量增大，反過來促使增壓器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速上升，壓氣機(jī)吸氣量大，到吸氣量發(fā)生過剩時，增壓器出現(xiàn)喘振。

（6）外界氣溫過低或空氣稀薄。

      氣溫過低時，空氣密度過大，氣缸容納不了過多質(zhì)量的新鮮空氣，而使增壓器發(fā)生喘振。海拔高、空氣稀薄，使空氣密度下降，壓氣機(jī)吸氣時是按容積吸入的，實際吸入的空氣質(zhì)量卻較少，滿足不了氣缸的需要，使燃燒狀態(tài)變差。

（7）噴油器的噴霧質(zhì)量差。噴霧質(zhì)量差，造成燃燒狀態(tài)不好，排溫升高。

（8）氣門打不開或關(guān)不嚴(yán)造成燃燒狀態(tài)惡化。

      進(jìn)氣門打不開，該缸就無法進(jìn)入新鮮空氣，那么增壓后的空氣量過剩，而影響到壓氣機(jī)前的空氣進(jìn)入，而該缸在氣門重疊階段，廢氣總管中的廢氣會從排氣門倒流入氣缸內(nèi)，這樣該缸在噴入燃油后的燃燒狀態(tài)變差。

      進(jìn)氣門關(guān)不嚴(yán)，該缸在壓縮過程中，部分新鮮空氣回流到穩(wěn)壓箱，一方面減少了增壓后的空氣消耗量，另一方面氣缸內(nèi)的新鮮空氣減少，惡化燃燒狀態(tài)。

（9）裝在同1臺柴油機(jī)上的2臺增壓器性能相差較大。2臺增壓器所接受的廢氣能量是相等的，因為是連接在同1根排氣總管的兩端的。如2臺增壓器的噴咀環(huán)通流面積相差較大，就會轉(zhuǎn)速有高低，轉(zhuǎn)速高的那臺增壓器壓氣機(jī)吸氣量較大，造成吸氣量大的增壓器壓氣機(jī)氣流阻塞，引起喘振。

2、增壓器的喘振判斷及處理

（1）如因某種原因造成柴油機(jī)突然停機(jī)或因操縱降手柄過快造成的喘振，不必處理。

（2）嚴(yán)格控制中冷器冷卻水的出口溫度，對焊堵水管過多的冷卻單節(jié)予以更換，清除中冷器中的積垢。

（3）保持噴油器的噴霧質(zhì)量的良好狀態(tài)，對進(jìn)、排氣門打不開或關(guān)不嚴(yán)的故障要及時處理。

（4）檢修中對增壓器噴咀環(huán)應(yīng)加強清洗，去除積炭，特別是發(fā)生燃燒狀態(tài)不良（表現(xiàn)為冒黑煙、排氣總管紅等）或噴機(jī)油的柴油機(jī)。

（5）裝在同一臺柴油機(jī)的2個增壓器盡可能的選取性能接近的增壓器，并當(dāng)大氣條件變化時，應(yīng)按規(guī)定對柴油機(jī)進(jìn)行功率修正。

（6）當(dāng)增壓器喘振時可以將壓氣機(jī)蝸殼上的2個測試堵卸下，或安裝防喘閥，進(jìn)行放氣，以緩解喘振。

 

圖1  柴油機(jī)增壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)透視圖

圖2  柴油機(jī)增壓器管道連接圖

 

二、增壓器壓力過低或過高的原因與檢修 

 

1、增壓器壓力過低或過高的主要原因

      渦輪增壓器在柴油發(fā)電機(jī)長期使用過程中易產(chǎn)生的故障主要有增壓壓力下降、壓力過高故障危害及原因如下:

（1）增壓器的增壓壓力下降

      此故障會導(dǎo)致柴油發(fā)電機(jī)功率不足，柴油耗量增加，還會出現(xiàn)排氣管冒黑煙等現(xiàn)象。這種故障一般是由于空氣濾清器濾芯過臟、壓氣機(jī)氣道和葉輪吸附雜物過多、增壓器的渦輪葉片上或轉(zhuǎn)軸與密封環(huán)之間積炭過多、增壓器個別零件的損壞等所致。

（2）增壓器的增壓壓力過高

      此故障會使排氣溫度升高，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度超過額定轉(zhuǎn)速。這種故障一般是由于排氣門漏氣或柴油發(fā)電機(jī)供油提前角過大所造成。

2、增壓器壓力過低或過高的檢修方法

（1）渦輪增壓器增壓壓力下降的檢修方法

① 首先拆下空氣濾清器濾芯，觀察濾芯是否雜質(zhì)較多。若雜質(zhì)較多，要對濾芯進(jìn)行清洗。

      紙質(zhì)濾芯吸附灰塵和雜質(zhì)較多時，一般用手或木棒輕輕敲擊其端面，使其吸附在濾芯上的灰塵和雜質(zhì)脫落。濕式濾清器吸附灰塵和雜質(zhì)較多時，一般是將濾芯放置在汽油中清洗并用壓縮空氣吹干。更換潤滑油后，再把吹干后的濾芯裝人濾清器中。

② 將渦輪增壓器按技術(shù)要求進(jìn)行解體，然后把拆下的零件放在汽油中清洗，待附在零件上的積炭軟化后，再用木質(zhì)刮刀進(jìn)行清除。如渦輪葉片、渦輪殼、噴嘴環(huán)等均可用此方法。

③ 對壓氣機(jī)氣道和葉輪吸附的雜物，用汽油進(jìn)行清洗。在增壓器裝配前要對轉(zhuǎn)子組進(jìn)行動平衡試驗，一般情況下，不平衡偏心距應(yīng)小于O.0012mm。

（2）渦輪增壓器增壓壓力過高的檢修方法

① 用氣缸壓力表對氣缸壓力進(jìn)行檢查。

② 檢查柴油發(fā)電機(jī)的供油提前角。

③ 若是排氣門漏氣量較多，應(yīng)拆下氣缸蓋后，對排氣門的質(zhì)量和排氣門與氣門座的密封情況進(jìn)行檢查，當(dāng)排氣門質(zhì)量較好而密封不嚴(yán)時，要用研磨砂對氣門進(jìn)行研磨。直到符合要求后，再進(jìn)行裝配。

 

三、增壓器漏機(jī)油原因與檢修

 

1、增壓器漏機(jī)油的主要原因

（1）增壓器油腔進(jìn)油壓力過高。

      按規(guī)定ZN310型增壓器的機(jī)油進(jìn)口壓力為250 kPa~350 kPa。為避免進(jìn)入增壓器的油壓過高，在增壓器機(jī)油進(jìn)口管路上裝有250 kPa的旁通保壓閥。當(dāng)進(jìn)入增壓器油腔的機(jī)油壓力高于該保壓閥的動作壓力時，保壓閥打開，部分機(jī)油通過保壓閥回流曲軸箱，以保證進(jìn)入增壓器的油壓不超高。當(dāng)該保壓閥動作壓力調(diào)定過高，或閥芯固死打不開時，即會造成增壓器機(jī)油進(jìn)口油壓過高。

(2) 增壓器油腔回油受阻。

      機(jī)油由增壓器上部進(jìn)入到增壓器油腔，并通過油腔底部的回油管回流曲軸箱，以保證機(jī)油的進(jìn)出基本平衡。如回油受阻，必定會增高油腔內(nèi)的機(jī)油壓力，造成油腔內(nèi)的機(jī)油突破油封、氣封，進(jìn)入到壓氣機(jī)流道和渦輪端，發(fā)生漏機(jī)油現(xiàn)象。

(3) 油封失效。

      為了防止機(jī)油從轉(zhuǎn)子的軸承處漏出，在兩端徑向軸承外側(cè)設(shè)有與主軸旋轉(zhuǎn)方向相反的螺紋槽式油封。壓氣機(jī)葉輪背面還設(shè)有甩油盤，用以擋住漏泄的機(jī)油，并使溢出的機(jī)油甩向回油道。如果油封損壞或油封間隙調(diào)整不當(dāng)，均會造成油封失效。

(4) 軸承損壞。

      當(dāng)轉(zhuǎn)子軸與軸承發(fā)生不正常的磨損，造成軸承或轉(zhuǎn)子軸頸表面損壞時，轉(zhuǎn)子軸的軸心運動軌跡發(fā)生了變化，由此損壞了油封。在這種情況下出現(xiàn)的漏油現(xiàn)象是十分嚴(yán)重的。

2、增壓器漏機(jī)油的判斷方法

（1）壓氣端油封漏油可從以下幾方面判斷：

① 壓氣機(jī)蝸殼出口法蘭處向外滲漏機(jī)油；

② 增壓器壓氣機(jī)蝸殼與中冷器連結(jié)膠管處有機(jī)油滲漏；

③ 打開穩(wěn)壓箱排污閥有機(jī)油；

④ 打開增壓器壓氣機(jī)蝸殼下方的工藝檢查堵和中冷器工藝檢查堵有機(jī)油滲出。

      當(dāng)增壓器漏油嚴(yán)重時機(jī)油會從這個排污堵向外大量流出，若增壓器輕微漏油時，可用小拇指伸入到螺堵孔內(nèi)進(jìn)行驗證。

（2）渦輪端油封漏機(jī)油可從柴油機(jī)煙囪上可看到機(jī)油油跡。

 

四、增壓器轉(zhuǎn)子固死原因與檢修

 

1、增壓器轉(zhuǎn)子固死的主要原因

（1）增壓器渦輪端軸承油封漏油。

      當(dāng)渦輪端油封泄漏的機(jī)油在高溫廢氣的作用下可能燃燒，但燃燒不充分，形成大量積碳，長時間運行就會使增壓器轉(zhuǎn)子固死。

(2) 增壓器壓氣機(jī)空氣流道堵塞。

      由于增壓器空氣濾清器的破損或進(jìn)氣帆布的破損，使進(jìn)入增壓器壓氣機(jī)的空氣不能得到很好的凈化，大量的灰塵污垢進(jìn)入壓氣機(jī)端并附著在壓氣機(jī)蝸殼內(nèi)壁上和導(dǎo)風(fēng)輪、葉輪葉片上，長時間就會造成導(dǎo)氣輪與蝸殼間間隙過小，使轉(zhuǎn)子卡滯固死。

（3）增壓器在裝配過程中動不平衡量過大，增壓器在高速運轉(zhuǎn)時就會破壞軸承的潤滑和油封，造成轉(zhuǎn)子固死。

（4）柴油機(jī)燃燒狀態(tài)不良，導(dǎo)致噴咀環(huán)上的積炭過多，使增壓器轉(zhuǎn)子卡滯，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速降低，從而進(jìn)一步使柴油機(jī)燃燒惡化，形成惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致增壓器轉(zhuǎn)子固死。

2、增壓器轉(zhuǎn)子固死的判斷方法

（1）如果是渦輪端軸承油封漏造成的增壓器轉(zhuǎn)子固死，還會發(fā)生增壓器噴機(jī)油現(xiàn)象，在柴油機(jī)煙囪可看到機(jī)油油跡。

（2）如果是增壓器壓氣機(jī)空氣流道堵塞，增壓器還會伴有喘振。

（3）如果是增壓器動不平衡量過大，增壓器在高速運轉(zhuǎn)時就會產(chǎn)生很強的振動。

以上所有的數(shù)據(jù)均是基于柴油發(fā)電機(jī)組帶燃油泵、水泵、機(jī)油泵、空濾器和消聲器運轉(zhuǎn)時獲得的，但不帶有充電機(jī)、空壓機(jī)、風(fēng)扇、選用設(shè)備和驅(qū)動件。
以上所有的數(shù)據(jù)都是基于ISO 3046標(biāo)準(zhǔn)參考的條件—海拔110m（361ft），大氣壓力100kPa（29.53inHg），進(jìn)氣溫度25℃ (77°F)，相對濕度30%，使用標(biāo)準(zhǔn)No.2號柴油或符合ASTM D975的柴油。