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故障檢查與技術(shù)維護(hù) |
康明斯柴油發(fā)電機(jī)組增壓器分類和失效原因 |
摘要：通過對(duì)康明斯柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)用中發(fā)生的增壓器故障情況進(jìn)行了比較系統(tǒng)地分析，闡述了常見增壓器故障的原因及增壓器故障的種類、分布和可能引發(fā)的多種原因，并以此為依據(jù)提出了一些排除和改善目前這種情況的辦法，為今后柴油發(fā)電機(jī)組增壓器的維修、更換和管理起到借鑒作用。
一、增壓器類型和特點(diǎn)
1、按脈沖能量分類
廢氣渦輪增壓器按是否利用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管內(nèi)廢氣的脈沖能量，可分為恒壓式和脈沖式兩種增壓器。
（1）恒壓式廢氣渦輪增壓器
如圖1所示，是將多缸柴油機(jī)全部汽缸的排氣歧管接到一根排氣總管內(nèi)，再與增壓器渦輪殼相連接，而廢氣以某一平均壓力順著一個(gè)單一的渦輪殼進(jìn)氣道通向整個(gè)噴嘴環(huán)，這種增壓器常用于大功率高增壓柴油機(jī)中。
（2）脈沖式廢氣渦輪增壓器
如圖2所示，排氣系統(tǒng)以六缸柴油發(fā)動(dòng)機(jī)為例來說明，其發(fā)火次序?yàn)?一5一3一6一2一4，通常將1、2、3缸的排氣道連接到一根排氣歧管上，沿渦輪殼上的一條進(jìn)氣道通向半圈噴嘴環(huán)；而將4、5、6缸的排氣道連接到另一根排氣歧管，沿渦輪殼上的另一條進(jìn)氣道，通向另半圈噴嘴環(huán)，這樣各缸排氣互不干擾，這種結(jié)構(gòu)可以充分利用廢氣的脈沖能量，并能利用壓力高峰后的瞬間真空掃氣，防止某缸排氣壓力波高峰倒流到正在吸氣的另一缸中，因此，在同一根排氣歧管的各汽缸發(fā)火間隔應(yīng)大于180°曲軸轉(zhuǎn)角。目前，中型柴油機(jī)廢氣渦輪增壓均采用脈沖式增壓器。
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圖1 柴油機(jī)恒壓增壓系統(tǒng) |
圖2 柴油機(jī)脈沖增壓系統(tǒng) |
2、按壓比分類
（1）廢氣渦輪增壓器的主要性能指標(biāo)是空氣壓力升高比，簡(jiǎn)稱壓比，用πk表示，它是壓氣機(jī)出口空氣壓力pk和壓氣機(jī)進(jìn)口空氣壓力p1的比值。
（2）壓氣機(jī)出口空氣壓力力k值越大，進(jìn)入汽缸的空氣密度也越大。渦輪增壓器按壓比大小可分為低、中、高增壓三種：
一般πk>1.8的中增壓，就要采用中冷器，以降低壓氣機(jī)出口空氣溫度，使進(jìn)入汽缸的空氣密度增大。目前，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上普遍采用低和中增壓徑流脈沖式廢氣渦輪增壓器，但是高增壓柴油機(jī)已成為發(fā)展趨勢(shì)。
二、增壓器故障初步判斷方法
1、檢查增壓器軸向游動(dòng)量和徑向間隙（如圖3所示）
（1）如果軸向游動(dòng)量大于 0.15mm，單邊徑向間隙小于0.10mm，則增壓器需要拆開進(jìn)行檢查。
（2）如果葉片與殼體間最小間隙(徑向間隙)<0.10mm，則增壓器必須維修。
2、檢查浮動(dòng)軸承-中間殼間距（如圖4所示）
（1）浮動(dòng)軸承：0.07-0.08mm
（2）主軸：0.03-0.04mm
3、檢查增壓器外觀
（1）檢查壓氣機(jī)端吸氣口，看壓葉輪是否被異物打壞
（2）檢查渦輪殼進(jìn)氣口是否有異物打壞的痕跡
注意：除非很嚴(yán)重的情況，即使渦輪已經(jīng)被異物打壞，也很少在渦殼進(jìn)氣口上留下痕跡。
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圖3 增壓器軸向檢查示意圖 |
圖4 增壓器浮動(dòng)軸承 |
三、增壓器失效最常見的原因
1、供油滯后
（1）現(xiàn)象
• 浮動(dòng)軸承外圓，內(nèi)孔，有時(shí)端部擦亮或高溫發(fā)藍(lán)。
• 止推軸承配合面擦亮和磨損
（2）原因 :
• 進(jìn)油管受阻(或太小)
• 機(jī)油不符合發(fā)動(dòng)機(jī)廠家要求或機(jī)油污染
• 機(jī)油泵故障
• 機(jī)油過濾器阻塞
• 增壓器長(zhǎng)時(shí)間未使用
• 安裝增壓器時(shí)未預(yù)潤(rùn)滑
2、缺油
（1）現(xiàn)象
• 渦輪部件高溫變色
• 止推軸承高溫變色
（2）原因
• 進(jìn)油管受阻或破裂
• 發(fā)動(dòng)機(jī)缺油或機(jī)油壓力太低
• 機(jī)油泵故障
• 機(jī)油過濾器阻塞
• 安裝機(jī)濾前未加注機(jī)油
• 中間殼進(jìn)油口阻塞
3、 異物打壞
（1）現(xiàn)象
• 異物來自空濾器/進(jìn)氣管
（2）原因
• 空濾破損或空濾與增壓器進(jìn)氣口連接處破損
• 維護(hù)保養(yǎng)時(shí)臟物進(jìn)入進(jìn)排氣管
• 發(fā)動(dòng)機(jī)零件異常損壞
• 使用劣質(zhì)假冒空氣濾清器
4、機(jī)油臟
（1）現(xiàn)象
• 主軸機(jī)油臟包括兩層含義：機(jī)油內(nèi)混入直徑較大 的顆粒雜質(zhì)；機(jī)油內(nèi)混入燃油、水、 冷卻劑等物質(zhì)。
• 導(dǎo)致浮動(dòng)軸承內(nèi)圓和外圓劃傷(顆粒雜質(zhì)導(dǎo)致)
• 導(dǎo)致中間殼內(nèi)孔嚴(yán)重劃傷，可能阻塞進(jìn)油孔(顆粒雜質(zhì)導(dǎo)致)。
• 檢查浮動(dòng)軸承顏色，因使用而自然帶暗的顏色可以接受。如果表面陰暗并帶粉末狀，則可能機(jī)油中混有冷凍劑(水等)止 推軸承情況也是如此。此時(shí)雖然軸承表面沒有劃傷痕跡，但是軸承可能已經(jīng)磨損。
浮動(dòng)軸承間隙C=Max0.084mm；C= ES0.042mm.
（2）原因
• 機(jī)油濾清器沒按要求定期更換
• 維護(hù)保養(yǎng)時(shí)臟物進(jìn)入進(jìn)油管
• 使用劣質(zhì)/假冒機(jī)油濾清器
• 使用劣質(zhì)機(jī)油
• 機(jī)油高溫變質(zhì)產(chǎn)生積碳等固體顆粒
• 使用劣質(zhì)假冒增壓器備件(毛刺去不干凈)
5、過熱發(fā)紅 / 熱停車
（1）現(xiàn)象
渦輪部件積碳
浮動(dòng)軸承內(nèi)孔外圓積碳
（2）原因
• 排氣溫度過高
• 機(jī)油溫度過高
• 重復(fù)熱停車(停車前未怠速3-5分鐘)
• 空濾器阻塞
• 劣質(zhì)機(jī)油
• 其它導(dǎo)致增壓器不能正常工作的情況
四、增壓器漏油的原因
1、假性漏油
增壓器漏油絕大部分是假性漏油，即并非因增壓器損壞而漏油。通常的壓端漏油不會(huì)損壞增壓器除非止推軸承損壞， 典型的原因是空濾器堵塞或進(jìn)氣管損壞。長(zhǎng)期的渦輪端漏油會(huì)產(chǎn)生積碳而損壞增壓器。假如不是假性漏油，通常是因?yàn)榉e碳、機(jī)油臟、缺油、異 物打壞壓葉輪或渦輪導(dǎo)致葉輪擦殼等損壞密封環(huán)后造成漏油。這種情況通常是由于增壓器同時(shí)存在其他故障，而非簡(jiǎn)單的只是漏油。
2、增壓器密封系統(tǒng)失效
密封環(huán)的作用是有效密封以免廢氣和空氣進(jìn)入中間殼及防止漏油；密封環(huán)的原理與內(nèi)燃機(jī)活塞環(huán)相似，靠的是環(huán)兩側(cè)的壓力差來密封；機(jī)油進(jìn)油壓力在2-4bar/cm2 ， 但是機(jī)油通過浮動(dòng)軸承后，由于沿程損失，其能量已消耗殆盡，密封環(huán)附近機(jī)油壓力非常小 (密封環(huán)靠近中間殼一側(cè)壓力約等于曲軸箱壓力值)。
3、壓端漏油
僅僅壓端漏油絕大部分是假性漏油，通常的原因是進(jìn)氣壓力不 足，常見原因包括：
（1）空濾器堵塞導(dǎo)致進(jìn)氣受阻
（2）進(jìn)氣管變形
（3）進(jìn)氣系統(tǒng)漏氣(進(jìn)氣歧管，中冷器及發(fā)動(dòng)機(jī)其余進(jìn)氣管道)
4、渦端漏油
（1）僅僅渦端漏油絕大部分是由于渦端積碳磨損密封環(huán)，導(dǎo)致密封環(huán)損壞漏 油，至于積碳的原因需要進(jìn)一步分析。
（2）如果在渦殼進(jìn)氣流道中發(fā)現(xiàn)油跡，請(qǐng)仔細(xì)辨別是否為柴油，如果是柴油， 請(qǐng)檢查發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)和氣門正時(shí)。
5、兩端漏油
增壓器回油完全靠機(jī)油自身重力，回油不暢將導(dǎo)致增壓器渦端和壓氣機(jī)端漏油。如果增壓器兩端同時(shí)漏油，可能回油不暢。發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間怠速運(yùn)轉(zhuǎn)(超過20min)導(dǎo)致渦壓兩端氣壓不足，導(dǎo)致兩端漏油。
兩端漏油常見原因：
• 回油管堵塞或撞彎/回油法蘭墊片開口太小
• 發(fā)動(dòng)機(jī)下排氣大(發(fā)動(dòng)機(jī)活塞環(huán)或襯套磨損，進(jìn)、排氣門或活塞結(jié)焦)
• 發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱中氣壓過高(檢查曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng))
• 中間殼油腔積碳使油腔變窄
• 發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼油面太高(增壓器回油管機(jī)油出口高度應(yīng)高于油底殼最高液面)
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圖5 增壓器油封密封性失效 |
圖6 回油管堵塞示意圖 |
● 錯(cuò)誤的漏油檢測(cè)
將增壓器壓殼出氣口與中冷器連接端斷開，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)去檢測(cè)增壓器是否漏油。實(shí)際上該方法回導(dǎo)致壓端100%的漏油， 因?yàn)閴簹こ鰵饪诙涕_連接，壓氣機(jī)葉輪背壓無法建立， 由于進(jìn)油壓力的作用，將導(dǎo)致潤(rùn)滑油從壓端滲出。
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