技術(shù)與安全知識

康明斯發(fā)動機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、增壓器漏機油和增壓器轉(zhuǎn)子固死等現(xiàn)象。康明斯公司在本文通過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

 

      增壓器與柴油機是需匹配工作的，壓氣機轉(zhuǎn)速愈高，壓氣量愈大，而柴油機發(fā)出的功率愈大，所需的空氣量也愈多，當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）柴油機突然降轉(zhuǎn)速或卸負載。

      當柴油機降轉(zhuǎn)速、卸負載時，柴油機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，使增壓器壓氣機排氣量與柴油機的需要相比顯得過多，部分多余的空氣堵塞在壓氣機中形成渦旋、發(fā)生喘振，只有增壓器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降到與柴油機基本匹配時才會趨于正常。

（2）柴油機過載或載荷波動較大。

      此時，柴油機的燃燒狀態(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種情況都使燃氣流經(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，壓氣機進氣量增大，使部分空氣堵在壓氣機入口而發(fā)生喘振。

（5）進氣道受阻

     進氣道連接管如圖2所示，當其變形時，使得進氣阻力增大，造成壓氣機吸氣量不足，柴油機燃燒狀態(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)不嚴造成燃燒狀態(tài)惡化。

      進氣門打不開，該缸就無法進入新鮮空氣，那么增壓后的空氣量過剩，而影響到壓氣機前的空氣進入，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。

      進氣門關(guān)不嚴，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吸氣量較大，造成吸氣量大的增壓器壓氣機氣流阻塞，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突然停機或因操縱降手柄過快造成的喘振，不必處理。

（2）嚴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、排氣門打不開或關(guān)不嚴的故障要及時處理。

（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）或噴機油的柴油機。

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

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

 

圖1  柴油機增壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)透視圖

圖2  柴油機增壓器管道連接圖

 

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 對壓氣機氣道和葉輪吸附的雜物，用汽油進行清洗。在增壓器裝配前要對轉(zhuǎn)子組進行動平衡試驗，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行檢查。

② 檢查柴油發(fā)電機的供油提前角。

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行檢查，當排氣門質(zhì)量較好而密封不嚴時，要用研磨砂對氣門進行研磨。直到符合要求后，再進行裝配。

 

三、增壓器漏機油原因與檢修

 

1、增壓器漏機油的主要原因

（1）增壓器油腔進油壓力過高。

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

(2) 增壓器油腔回油受阻。

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

(3) 油封失效。

      為了防止機油從轉(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。壓氣機葉輪背面還設(shè)有甩油盤，用以擋住漏泄的機油，并使溢出的機油甩向回油道。如果油封損壞或油封間隙調(diào)整不當，均會造成油封失效。

(4) 軸承損壞。

      當轉(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)象是十分嚴重的。

2、增壓器漏機油的判斷方法

（1）壓氣端油封漏油可從以下幾方面判斷：

① 壓氣機蝸殼出口法蘭處向外滲漏機油；

② 增壓器壓氣機蝸殼與中冷器連結(jié)膠管處有機油滲漏；

③ 打開穩(wěn)壓箱排污閥有機油；

④ 打開增壓器壓氣機蝸殼下方的工藝檢查堵和中冷器工藝檢查堵有機油滲出。

      當增壓器漏油嚴重時機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)進行驗證。

（2）渦輪端油封漏機油可從柴油機煙囪上可看到機油油跡。

 

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。

      當渦輪端油封泄漏的機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) 增壓器壓氣機空氣流道堵塞。

      由于增壓器空氣濾清器的破損或進氣帆布的破損，使進入增壓器壓氣機的空氣不能得到很好的凈化，大量的灰塵污垢進入壓氣機端并附著在壓氣機蝸殼內(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，從而進一步使柴油機燃燒惡化，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)生增壓器噴機油現(xiàn)象，在柴油機煙囪可看到機油油跡。

（2）如果是增壓器壓氣機空氣流道堵塞，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)電機組帶燃油泵、水泵、機油泵、空濾器和消聲器運轉(zhuǎn)時獲得的，但不帶有充電機、空壓機、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標準參考的條件—海拔110m（361ft），大氣壓力100kPa（29.53inHg），進氣溫度25℃ (77°F)，相對濕度30%，使用標準No.2號柴油或符合ASTM D975的柴油。