張雋

摘? 要：中高柴油機重工有限公司生產(chǎn)的L16/24同系列發(fā)電柴油機已廣泛應(yīng)用于沿海專業(yè)救助拖輪，該系列發(fā)電柴油機的增壓器主要為TCR系列渦輪增壓器。在使用過程中，增壓器經(jīng)常出現(xiàn)故障，困擾船舶電力正常輸送。因此，增壓器的日常維護保養(yǎng)和故障排查顯得尤為重要，能夠防患于未然，減少機械設(shè)備故障率，保證機械設(shè)備正常運轉(zhuǎn)。

關(guān)鍵詞：發(fā)電柴油機;渦輪增壓器;發(fā)展歷程;日常維護保養(yǎng);故障排查

0 前 言

作為船舶關(guān)鍵性設(shè)備之一，發(fā)電柴油機是否正常運轉(zhuǎn)將直接影響船舶供電輸出。如今，為了提高柴油機的輸出功率，已經(jīng)普遍采用渦輪增壓器，渦輪增壓器是通過壓縮空氣來加大柴油機的進氣量，從而增加輸出功率。渦輪增壓器的正常運轉(zhuǎn)和低故障率是柴油機有效運轉(zhuǎn)的保證。本人結(jié)合工作實際，介紹渦輪增壓技術(shù)現(xiàn)狀，重點就TCR12型渦輪增壓器的基本情況、維護保養(yǎng)方法、相關(guān)改進建議，以及常見故障作了適當分析，供使用相關(guān)設(shè)備的輪機人員借鑒。

1 渦輪增壓技術(shù)現(xiàn)狀

MAN、ABB和三菱等公司代表了國際上大功率中高柴油機渦輪增壓器最先進的設(shè)計和制造水平。目前，這些公司已經(jīng)有了成熟的仿真設(shè)計分析平臺、試驗檢測平臺，以及評估應(yīng)用平臺，有了CAE /CAD/CAM/CFD等開發(fā)軟件和完備的分析試驗系統(tǒng)，還有評估應(yīng)用系統(tǒng)合成的數(shù)字信息化科研系統(tǒng)，從產(chǎn)品設(shè)計到規(guī)范及各項數(shù)據(jù)庫管理，形成了完整的研發(fā)體系和檢測體系。這幾家公司的產(chǎn)品各具特色，如果從產(chǎn)品的先進性、可靠性和完整性來說，德國ABB 公司的產(chǎn)品算是國際上最領(lǐng)先的。德國ABB公司目前還設(shè)計出了具有國際最先進技術(shù)的A-100系列產(chǎn)品，包含了低、中、高速柴油機，效率達到67%，它們的最高壓比達到5.5。

目前，船舶使用的中、高速柴油機渦輪增壓器產(chǎn)品發(fā)展到高壓比、高效率的階段，它的可靠性和使用壽命也有了質(zhì)的飛躍，可以說是很成熟了。與此同時，德國MAN公司也推出了同水平渦輪增壓器產(chǎn)品，以TCR，TCA系列為主，整機效率達到65%，其壓比指標達到了5.0甚至更高，如今還推出了帶有可變噴嘴的增壓器系列產(chǎn)品。

1.1 渦輪增壓技術(shù)應(yīng)用情況

一般來講，柴油機在負荷變化較大時，增壓器是很難與之較好配合使用的。增壓器和柴油機的良好匹配運轉(zhuǎn)是減少污染排放和燃油消耗的關(guān)鍵點，必須采用更多的設(shè)計方式解決增壓器匹配問題。實踐證明，近年來已經(jīng)出現(xiàn)了多種增壓系統(tǒng)并成功應(yīng)用。

1.1.1 相繼增壓

相繼增壓（STC）的基本原理是由2臺及以上的渦輪增壓器并聯(lián)組成的增壓器，隨著柴油機工況的提升，依次按順序投入運行，當負荷低于設(shè)定值時，系統(tǒng)會自動減少或者切斷相應(yīng)的空氣供給。這種增壓系統(tǒng)雖然改變了低負荷運行時廢氣能量不足或者下降引起的渦輪增壓器轉(zhuǎn)速下降和增壓壓力不足，導(dǎo)致增壓器出現(xiàn)喘振等問題，但能保證柴油機能在高輸出率下工作。這種增壓系統(tǒng)也能改善柴油排放性能，通過增加或者切斷增壓渦輪來充分利用廢氣能量，提高柴油機低工況的排放性能及經(jīng)濟性，如圖1所示。

1.1.2 可變截面渦輪增壓

可變截面渦輪增壓器分為可變喉口增壓器、舌形變截面結(jié)構(gòu)和可變噴嘴環(huán)增壓器（VNT）等3種類型，主要原理是通過調(diào)節(jié)渦輪渦流截面大小來改變流入渦流葉片的氣流量，實現(xiàn)渦流增壓器可變的做工，從而讓渦流增壓系統(tǒng)的增壓壓力發(fā)生所需要的改變，達到柴油機與增壓器可以在不同工況下均有較好的匹配運轉(zhuǎn)，如圖2所示。

1.1.3 廢氣旁通增壓

廢氣旁通增壓是為了改善增壓器的低速性能，采用較小的廢氣流通截面，提高柴油機在低轉(zhuǎn)速時的經(jīng)濟、排放以及瞬態(tài)響應(yīng)性能。但是為了使高速增壓器依舊穩(wěn)定，可以把柴油機的進氣壓力由廢氣旁通閥調(diào)節(jié)旁通掉，從而解決因渦輪流通面積過小而導(dǎo)致的高負荷區(qū)的爆壓過高及機械負荷和熱負荷過高等問題，提高柴油機在各種工況下的進氣需求，進而提升柴油機工作效率，達到各種排放標準。

2 TCR12型增壓器簡介

目前，海上專業(yè)救助船主要使用的是中高柴油機重工有限公司生產(chǎn)的L16/24同系列日常維護保養(yǎng)及主要故障解決方法。

2.1 運行參數(shù)（見表1）

2.2 警報點（見表2）

2.3 工作原理

該增壓系統(tǒng)是一個等壓增壓系統(tǒng)，廢氣從排氣閥進入排氣總管，在這里各缸波動的壓力互相補償，從而成為恒定的壓力，進入增壓器，然后通過排氣出口和消音器排出。增壓器的渦輪由廢氣驅(qū)動，渦輪又驅(qū)動與其安裝在同一個軸上的壓氣機，空氣通過空氣濾器被吸入到壓氣機內(nèi)。增壓器使空氣通過空冷器到掃氣箱，然后空氣通過進氣閥流入各個氣缸，如圖3所示。

2.4 使用方法

（1）起動前，預(yù)潤滑渦輪增壓器的軸承點?？刹捎昧⒓搭A(yù)潤滑或者連續(xù)預(yù)潤滑的方式。（本船為連續(xù)預(yù)潤滑，停機狀態(tài)滑油預(yù)供泵一直運轉(zhuǎn)。）

（2）確保發(fā)電柴油機油、水、氣、電等起動條件均處于正常狀態(tài)。

（3）檢查渦輪增壓器的壓力，確保其壓力正常。

（4）起動發(fā)電柴油機。柴油機排氣驅(qū)動渦輪增壓器， 使其開始運行。

（5）運行期間定時檢查渦輪增壓器：渦輪增壓器轉(zhuǎn)速、渦輪增壓器潤滑油壓力、渦輪增壓器潤滑油進出口溫度、渦輪增壓器進排氣壓力、渦輪增壓器進出口溫度、渦輪增壓器運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性、渦輪增壓器消音器外層濾網(wǎng)是否干凈以及渦輪增壓器進氣、排氣、潤滑油管道有無泄漏。

（6）停發(fā)電柴油機，渦輪增壓器停止運轉(zhuǎn)。（由于飛輪的作用，渦輪增壓器的轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)一段時間。）

（7）停發(fā)電柴油機后，對渦輪增壓器的軸承點進行后潤滑，以達到冷卻目的。（停機后滑油預(yù)供泵自動啟動。）

3 日常維護保養(yǎng)

維護保養(yǎng)的目的是保持操作就緒狀態(tài)和系統(tǒng)的運行安全。維護保養(yǎng)計劃包含維護和檢查工作，以及渦輪增壓器的大修。

3.1 維護計劃

（1）維護計劃的有效性：渦輪增壓器至少運行12 000～16 000 h時進行一次大修，大修完成后，維護計劃再次從頭開始。

（2）維護計劃的適應(yīng)性

①每年運行大約6 000 h且符合以下條件的按維修計劃進行：60% 至 90% 額定功率范圍內(nèi)均勻加載、工作介質(zhì)溫度和壓力在規(guī)定的范圍內(nèi)、潤滑油和燃油質(zhì)量符合規(guī)定，且分離充分。

②出現(xiàn)以下運行條件時，縮短維護間隔：長期以滿負載或低負載運行、長期怠速、頻繁的重負載循環(huán)、頻繁的起動和反復(fù)未足夠預(yù)熱的高速運轉(zhuǎn)、潤滑油、冷卻水和增壓空氣溫度過低、使用質(zhì)量有問題的燃料且分離不充分、進氣空氣過濾不充分。

3.2 運行時的檢查

（1）值班期間，按時檢查渦輪增壓器是否存在不尋常噪音或振動;

（2）值班期間，按時檢查渦輪增壓器和增壓空氣、排氣、潤滑油系統(tǒng)管道是否存在泄漏情況;

（3）值班期間，按時檢查所有固定螺釘、殼體螺釘和管道連接是否緊密，運行250 h以后更換的新零部件和大修過的零部件上的所有固定螺釘、殼體螺釘和管道連接復(fù)緊。

3.3 運行時的維護

3.3.1 壓氣機側(cè)水洗

運行150 h， 清洗間隔取決于進氣污染程度，在100～200 h范圍內(nèi)。

清洗步驟：

（1）先將發(fā)電柴油機啟動預(yù)熱，均勻加載至滿負荷;

（2）將手動噴射器內(nèi)抽滿無任何添加劑的淡水（約0.5 L）;

（3）將手動噴射器與壓氣機端沖洗口對接;

（4）勻速將水完全噴入壓氣機（約30 S）;

（5）清洗后，繼續(xù)運行幾分鐘，直至壓氣機內(nèi)干燥;

（6）轉(zhuǎn)移負載運轉(zhuǎn)一段時間，停機。

3.3.2 渦輪機側(cè)干洗

渦輪機側(cè)有干洗和濕洗兩種方式，本輪采用的是干洗的方式。渦輪機側(cè)干洗——運行200 h，如圖4所示。

清洗步驟：

（1）先將發(fā)電柴油機啟動預(yù)熱，加載至高負荷（最小75%MCR）;

（2）先打開截流閥①檢查通道是否暢通，然后再將閥關(guān)閉;

（3） 往容器②里裝尺寸1 mm（最大1.5 mm）的顆粒狀物質(zhì)（本船使用小米），數(shù)量為0.3 L;

（4）連接工作空氣系統(tǒng)④，壓力為5～7 bar。

（5）將“噴槍”連接到閥①上并打開閥③。然后慢慢打開截止閥①直至顆粒狀物質(zhì)開始噴射并發(fā)出嘶嘶撞擊聲。噴射時間約2 min;

（6）關(guān)閉閥①和閥③，拆下“噴槍”和工作空氣管;

（7）轉(zhuǎn)移負載運轉(zhuǎn)一段時間，停機。

3.4? 停機狀態(tài)的維護

外層濾網(wǎng)更換，內(nèi)層濾網(wǎng)清潔——運行250 h，清洗間隔取決于進氣污染程度，在250 ～ 500 h范圍內(nèi)。

3.5 大修

拆卸、清洗和檢查渦輪增壓器的所有組件，重新裝配時檢查縫隙和間隙——運行12 000-18 000 h，如圖5所示。

（1）各部件的安裝間隙和縫隙值（見表3）

（2）各部件安裝間隙和縫隙值的測量方法：

①通過軟金屬（鉛絲）壓痕在圓周上取3 個點測量并計算平均值，從計算所得的平均值中減去所測軸向間隙 ③，使轉(zhuǎn)子在方向 （B） 上縮進;

②通過軟金屬（鉛絲）壓痕在圓周上取 3 個點測量并計算平均值，從計算所得的平均值中減去所測軸向間隙 ③，使轉(zhuǎn)子在方向 （A） 上縮進;

③利用千分表測量，同時在方向 （A） 和 （B） 上用力移動轉(zhuǎn)子;

④使用塞尺，在圓周上取 4 個點測量并計算平均值;

紅色數(shù)字表示：圓周上任意點的測量值不得低于該最小值！

⑤綠色數(shù)字表示：在安裝條件下，軸向間隙可能相同或不超過單個組件測量值減去0.05 mm。

（3）各安裝部件的特殊上緊扭矩，如圖6所示，扭矩見表4。

4 維護保養(yǎng)注意事項及建議

4.1維護保養(yǎng)注意事項

（1）當達到限值時，必須觸發(fā)警報且柴油發(fā)電機必須同時做出反應(yīng)（無延遲），以避免渦輪增壓器損壞;

（2）增壓器壓氣機和渦輪濕洗只能使用無添加劑的淡水;

（3）當發(fā)電柴油機靜止時才能更換增壓器外層濾網(wǎng)，清潔內(nèi)層濾網(wǎng);

（4）開始拆卸工作前，發(fā)電柴油機轉(zhuǎn)本地控制，?；皖A(yù)供泵，關(guān)閉啟動空氣，按下急停按鈕，設(shè)置警告標志，以防止其起動;

（5）在拆卸工作中，使用記號筆標記部件之間的相對位置。如有必要，利用相機記錄拆卸/安裝;

（6）始終按規(guī)定的扭矩上緊螺釘/螺栓。

4.2 渦輪端干洗小改建議

（1）在沖洗過程中試出發(fā)出嘶嘶撞擊聲時的閥①位置，做好標記，做一個限位，下次沖洗時可以直接擰到該位置;

（2）閥①開度不夠沖洗效果達不到，開度太大會造成增壓器渦輪受沖擊力大，柴油機轉(zhuǎn)速驟降，輕則發(fā)電機停車，全船跳電，重則增壓器損壞;

（3）器②做成透明的或者加一個觀察鏡，可以很直觀地看到?jīng)_洗情況。

5 常見故障及解決方法

5.1 增壓器工作噪聲過大

故障現(xiàn)象及原因;增壓器在運轉(zhuǎn)時出現(xiàn)噪聲過大，且有金屬撞擊或摩擦聲，嚴重時還有強烈振動，其主要原因包括：

（1）柴油機和增壓器之間的排氣管路密封性不好;

（2）葉輪出現(xiàn)變形、葉輪和殼體發(fā)生擦碰或者增壓器中的氣體運動發(fā)生變化，從而使增壓器強烈振動并產(chǎn)生了噪聲。

故障排除方法：

（1）檢查柴油機到增壓器之間的排氣管路密封性，解決漏氣故障;

（2）檢查葉輪變形情況，是否與殼體發(fā)生碰撞，及時修復(fù)葉輪破損或者變形處，恢復(fù)葉輪正常工況。

5.2 壓氣機喘振

現(xiàn)象及原因： 柴油機在工作運轉(zhuǎn)過程中，廢氣渦輪增壓器進氣端發(fā)出像氣喘的異響聲，而且壓氣機的出口壓力下降明顯，且伴隨著壓力的波動，致使柴油機的工作出現(xiàn)不平穩(wěn)和功率明顯下降以及排氣出現(xiàn)黑煙等現(xiàn)象，其主要故障原因包括：

（1）環(huán)境的溫度出現(xiàn)變化，導(dǎo)致工作點發(fā)生較大變化，比如在冬季對增壓器完成了配合試驗，然后在夏季就可能出現(xiàn)喘振現(xiàn)象;

（2）正在高速運轉(zhuǎn)的柴油機發(fā)生突然熄火或者卸載等情況;

（3）在壓氣機的進、出通道以及進氣管或者廢氣渦輪出口通道、有了較多的油泥物質(zhì)，導(dǎo)致進氣不通暢;

（4）渦輪增壓器的空氣濾清器濾芯出現(xiàn)了嚴重堵塞或者進氣膠管嚴重老化和吸扁等情況;

（5）渦輪的葉輪或者壓氣機的葉輪葉片出現(xiàn)被外界進入的異物損壞，或者因為裝配不當，導(dǎo)致渦輪或者壓氣機轉(zhuǎn)子失去了動平衡，還有可能旋轉(zhuǎn)件與固定件之間發(fā)生了摩擦碰撞;

（6）如果這臺柴油機有配置兩臺增壓器且共用了1根進氣總管，這時如果柴油機出現(xiàn)一個缸不在工作時，就會引起壓氣機的喘振出現(xiàn)。

故障排除方法：

（1）確保柴油沒有出現(xiàn)熄火或者卸載情況;

（2）檢查空氣濾清器情況，保證其清潔完好，沒有堵塞;

（3）檢查進氣膠管，如果嚴重老化或者吸扁了，應(yīng)該立即更換或者修復(fù)，恢復(fù)標準工況;

（4）拆檢增壓器后清洗油泥等污垢，及時更換已損壞的部件，如果有必要應(yīng)做動平衡測試。

5.3 增壓器過熱

現(xiàn)象及原因： 增壓器出現(xiàn)過熱現(xiàn)象主要表現(xiàn)在潤滑油回油溫度過高，超過了100℃，其主要原因包括：

（1）柴油機的供油提前角過小、噴油器出現(xiàn)質(zhì)量差導(dǎo)致柴油霧化不良，后燃比較嚴重，排氣溫度出現(xiàn)過高現(xiàn)象;

（2）增壓器的增壓壓力出現(xiàn)明顯下降，空氣的流量也減少了;

（3）增壓器的潤滑效果不好，潤滑油的壓力太低，沒有達到正常值;

（4）渦輪端的油、氣密封件出現(xiàn)損壞情況，高溫廢氣進入了壓氣腔室;

（5）浮動軸承出現(xiàn)磨損或者損壞導(dǎo)致轉(zhuǎn)子總成平衡遭到破壞，轉(zhuǎn)子和殼體進行了摩擦。

故障排除方法：

（1）檢測柴油機噴油質(zhì)量和供油正時以及冷卻系統(tǒng)情況，保證額定工況下運轉(zhuǎn)的柴油機不會過熱;

（2）檢查增壓器潤滑油供應(yīng)是否正常，恢復(fù)壓力至正常值;

（3）必要時進行增壓器解體檢查，查看內(nèi)部機件并根據(jù)損壞情況更換損壞的零件或者修復(fù)損壞的零件。

5.4 渦輪增壓器漏油

現(xiàn)象及原因：增壓器出現(xiàn)泵輪端或者渦輪端漏油現(xiàn)象，把排氣連接管拆下后可以看到渦輪排氣口和管壁上有大量機油油污，其主要原因包括：

（1）增壓器的潤滑油進口壓力出現(xiàn)過高現(xiàn)象導(dǎo)致潤滑油密封裝置處的渦輪端漏泄，也可能出現(xiàn)潤滑油壓力過低或者潤滑油量嚴重不夠，增壓器沒有穩(wěn)定的潤滑系統(tǒng)，還有可能出現(xiàn)增壓器內(nèi)進入異物致使增壓器損壞而漏油;

（2）增壓器使用了低等級或者劣質(zhì)的潤滑油，或者潤滑油的固體顆粒出現(xiàn)嚴重污染導(dǎo)致增壓器潤滑效果不良、密封環(huán)損壞和磨損加劇;

（3）增壓器潤滑油的回油管出現(xiàn)變形或阻塞、回油管的截面積較小、主油道的壓力出現(xiàn)偏低、油底殼的油平面過高等都會造成回油困難現(xiàn)象，這會導(dǎo)致渦輪轉(zhuǎn)子總成機構(gòu)的中間支撐處潤滑油過多積留或者壓力過高，最終造成油腔內(nèi)潤滑油會沖破油封進入到壓氣機流道和渦輪端，從而發(fā)生漏潤滑油現(xiàn)象;

（4）增壓器的軸承損壞以致破壞了渦輪和轉(zhuǎn)子軸總成的平衡精度及零件配合間隙從而導(dǎo)致渦輪葉片與渦輪殼內(nèi)表面出現(xiàn)摩擦現(xiàn)象，渦輪轉(zhuǎn)子總成的軸向和徑向的擺差增大以及軸與軸承之間的間隙過大，油膜不穩(wěn)定就會產(chǎn)生承載能力下降，轉(zhuǎn)子軸振動加劇會破壞了動平衡，轉(zhuǎn)子軸的軸心運動軌跡出現(xiàn)了變化以致?lián)p壞了油封而出現(xiàn)漏油;

（5）增壓器的油封出現(xiàn)損壞或者老化，它的油封間隙調(diào)整不對;

（6）增壓器的空氣濾清器嚴重堵塞和壓氣機進氣負壓太高，從而導(dǎo)致葉輪輪背處的密封環(huán)漏油;

（7）在一起的壓氣機出氣端管路連接密封性不良而引起漏氣，從而破壞了壓氣機兩側(cè)的壓力平衡導(dǎo)致漏油;

（8）增壓器的壓氣機端和渦輪端槽中密封環(huán)失去了彈力，密封環(huán)與傳動軸上的環(huán)槽側(cè)向間隙遭到破壞從而使環(huán)兩端面摩擦損壞;

（9）柴油機的氣缸密封不好、曲軸箱通風良導(dǎo)致燃氣泄入使曲軸箱內(nèi)壓力升高，同時增壓器回油管路內(nèi)壓力升高和回油不暢造成密封環(huán)漏油;

（10）柴油機長時間怠速運轉(zhuǎn)，增壓器的渦輪葉輪及壓氣機葉輪的背面油封處產(chǎn)生了一定的真空狀態(tài)或者負壓，同時中間殼體進油壓力較低而造成增壓器各運動都難以形成有效油膜，從而導(dǎo)致壓氣機端和渦輪端出現(xiàn)漏油。

故障排除方法：

（1）檢查柴油機曲軸箱通風情況，及時進行疏通和清理，恢復(fù)暢通;

（2）檢查增壓器的壓氣機的出氣端管路連接密封情況，及時進行密封處理，更換備件或者修復(fù)密封件，達到標準工況要求;

（3）檢查柴油機的轉(zhuǎn)速情況，如果柴油機長時間處于怠速運轉(zhuǎn)中應(yīng)提高轉(zhuǎn)速，再檢查增壓器潤滑油泄漏情況。如果沒有漏油就表明增壓器漏潤滑油的原因是因為柴油機怠速運轉(zhuǎn)時間過長而造成的;

（4）檢查潤滑油壓力情況，如果滑油壓力出現(xiàn)過高或過低應(yīng)檢查油底殼中潤滑油量，必要時進行質(zhì)量檢測，視情進行補油或者更換;

（5）如果潤滑油壓是正常值，這是應(yīng)該檢查增壓器的回油通道是否暢通，及時進行疏通或者清理;

（6）如果以上的檢查都是正常的，這是應(yīng)該對增壓器進行檢查。首先是手動轉(zhuǎn)動壓氣機葉輪查看是否出現(xiàn)卡滯現(xiàn)象和碰擦想象;然后使用塞尺和百分表分別測定轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸和軸向竄動量的徑向游隙，如果都沒有問題，那最后應(yīng)對增壓器進行解體檢查，必要時進行更換或者修復(fù)。

參考文獻

[1] 李振坤，李和有.柴油機渦輪增壓器常見故障與排除[J].建筑機械化，2005（9）.

[2] 奉崢嶸，彭勇，張志鑫.柴油機渦輪增壓技術(shù)發(fā)展歷程與展望[J].內(nèi)燃機，2012，（1）.