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故障檢修與技術(shù)維護 |
柴油發(fā)電機增壓器的故障現(xiàn)象及原因 |
摘要：廢氣渦輪增壓器是安裝在柴油發(fā)電機上輔助增加進氣壓力的一個渦輪裝置，它利用柴油機排出的廢氣能量驅(qū)動渦輪轉(zhuǎn)動，帶動同軸的壓氣機一起高速旋轉(zhuǎn)，將新鮮空氣加壓后經(jīng)進氣管進入氣缸，這樣增加了氣缸充氣量，從而可以向氣缸內(nèi)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(zhuǎn)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(zhuǎn)不穩(wěn)、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(xiàn)為增壓器轉(zhuǎn)子軸轉(zhuǎn)速上不去，測試方法如圖1所示。一般來說，柴油機在額定轉(zhuǎn)速工作時，增壓器轉(zhuǎn)子軸轉(zhuǎn)速可達60000r/min至240000r/min，流量特性曲線圖如圖2所示。在這一轉(zhuǎn)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(nèi)存有較多積炭，使旋轉(zhuǎn)阻力增加。
4、中冷器臟污，增加了進氣阻力。
5、渦輪排氣不暢通，這是由于排氣管堵塞、變形等引起轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)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。
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圖1 渦輪增壓器轉(zhuǎn)速測試 |
圖2 增壓器流量特性曲線 |
二、壓氣機喘振的主要原因
增壓器外觀如圖3所示。渦輪機在排氣能量的推動下，帶動壓氣機工作，實現(xiàn)進氣的增壓。在運轉(zhuǎn)過程中，如果壓氣機處于嚴重的不穩(wěn)定狀態(tài)，空氣流量忽大忽小，壓力值劇烈波動，甚至出現(xiàn)氣體倒流，同時伴隨著壓氣機葉輪產(chǎn)生劇烈振動，并發(fā)出沉重的喘息聲或吼叫聲，這種現(xiàn)象稱為壓氣機的喘振。
喘振現(xiàn)象產(chǎn)生主要由于進氣系統(tǒng)產(chǎn)生堵塞，進氣不暢，通過增壓器輸送的空氣流量達不到柴油機的要求，造成進氣不穩(wěn)定，從而使進氣管內(nèi)增壓后的空氣壓力產(chǎn)生波動或大幅下降，故在壓氣機端發(fā)出如氣喘的異響，并伴隨著發(fā)動機工作不穩(wěn)，動力下降，排氣管冒黑煙。
1、增壓系統(tǒng)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為空氣進入壓氣機前緣時的絕對速度，ω1表示氣流進入壓氣機葉片時相對速度。
流量Q=c×S，S為通流面積。當S不變時，Q與c成正比
增壓器流道阻塞的直接后果之一就是會增加氣流在系統(tǒng)中的阻力。柴油機運行時，增壓系統(tǒng)的氣體流動路線是：壓氣機進口濾器和消音器→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。
若上述流動路線中任一環(huán)節(jié)發(fā)生堵塞，如臟污、結(jié)碳、變形等，都會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)動機裝置兩臺增壓器，共用一根進氣總管，當一缸不工作時，即可引起壓氣機喘振。
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圖3 渦輪增壓器等軸視圖 |
圖4 增壓器壓氣機流量變化時空氣在葉輪前緣流動情況 |
三、增壓壓力過高的主要原因
一般來說，進氣壓力過高不是增壓器本身的問題，而是由發(fā)動機引起的，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)閉和打開的情況。
2、由于發(fā)動機噴油正時不當或其他原因造成補燃期過長，使驅(qū)動渦輪的熱能增加，轉(zhuǎn)速上升，進氣壓力提高。
3、渦輪增壓器使用時間較長，清理積碳不及時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(zhuǎn)速升高。
4、增壓柴油機噴油泵調(diào)速器失靈，或者排氣閥密封不嚴排氣泄漏，均會引起渦輪增壓器轉(zhuǎn)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，也會使渦輪增壓器轉(zhuǎn)速增高。
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圖5 渦輪增壓器排氣泄壓閥打開 |
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(shù)是由于轉(zhuǎn)子與殼體發(fā)生碰撞而產(chǎn)生的。由于轉(zhuǎn)子與殼體裝配間隙較小，如果安裝調(diào)整不當或軸承嚴重損壞，或轉(zhuǎn)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、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(nèi)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、潤滑油回油溫度過高（超過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(xiàn)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，高溫燃氣進入機油腔，導致渦輪增壓器溫度過高。
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，在浮動軸承兩端設(shè)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(qū)，容易產(chǎn)生漏油故障，其主要原因有：
1、空氣過濾器太臟或堵塞
當空氣濾清器因灰塵過多或其他原因供氣不良時，壓縮機進氣口的負壓會過高，使壓縮機一端的內(nèi)部壓力高于外部壓力，油在壓差的作用下從進氣管流出。一端流出。
2、浮動軸承磨損
如果長時間不換油或空氣濾清器失效，過多的灰塵會進入增壓器，浮動軸承磨損嚴重，導致軸承間隙過大，油膜不穩(wěn)定。在高速行駛時，增壓器很快就會變得不平衡。轉(zhuǎn)子軸系振動加劇，破壞兩端密封，造成潤滑油泄漏。
3、長期低負荷造成增壓器漏油
當發(fā)動機長時間低負荷時，渦輪增壓器渦輪和壓氣機葉輪后面會產(chǎn)生負壓，使流出浮動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軸承時，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(nèi)排氣壓力過大導致回油管有壓力時，從浮動軸承流出的油不會順利流回油底殼，并且將從轉(zhuǎn)子軸沿轉(zhuǎn)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(zhuǎn)
產(chǎn)生此故障的主要原因有：
（1）浮動軸承因缺油潤滑不良被燒蝕抱死，使轉(zhuǎn)子軸不能旋轉(zhuǎn)；
（2）有異物進入增壓器殼體內(nèi)，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(nèi)。此時，須更換增壓器。
（3）渦輪本體壽命到期。
（4）冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)故障，導致渦輪溫度過高，損壞渦輪本體。需要對渦輪增壓器進行更換。
（5）發(fā)動機缸體出現(xiàn)破損，導致燒機油，影響渦輪。
八、發(fā)動機下排氣（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)動機突然熄火。此刻機油泵立即停止工作，機油停止流動，而增壓器的轉(zhuǎn)子軸因慣性仍然繼續(xù)高速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子軸與浮動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，使浮動軸承和密封環(huán)過快磨損，導致發(fā)動機排出的廢氣經(jīng)渦輪增壓器潤滑油道進入發(fā)動機油底殼，通過呼吸帽的排氣管排出，即柴油機下排氣。發(fā)動機負荷越大，下排氣越重，此時應拆檢或更換增壓器。
總結(jié)：
為了確保增壓器穩(wěn)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。金屬繞線式濾清器清洗后，檢查濾芯上的銅絲有無松動或破損，若有損壞可用錫焊補好，但修補面不得超過5c耐。若油路進入空氣，油壓表指針會左右擺動，此時拆開油路接頭檢查，會發(fā)現(xiàn)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(nèi)的機油量增多時，除查明漏水、漏柴油的原因加以排除外，還應及時更換機油。
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