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渦輪增壓器常見故障原因大全及預防措施

 

導讀：柴油發電機組的增壓器是進、排氣系統中的一個重要元件，因此，渦輪增壓器已成為柴油機實現節能減排必不可少的部件。很多進、排氣系統故障與增壓器有關，因此如何使用好增壓器，減小增壓器故障的發生，應該引起足夠的重視。為了保證增壓器的使用壽命，在設計上要保證對增壓器浮動軸承的潤滑和冷卻。康明斯公司在本文中對柴油發電機的增壓器使用和故障維修方法做出了簡易說明，同時對渦輪增壓器常見故障進行了分析并提出了具體的解決措施，希望可促使用戶在日常維護中起到更加正確的使用目的。

一、增壓器使用注意事項

      由于增壓器的額定工作轉速在130000轉/分鐘以上，且處于排氣歧管出口處，溫度極高（800℃以上），進、排氣壓力也較大。高溫、高壓、高轉速的工作條件，對增壓器的潤滑、冷卻及密封要求比較高。

（1）柴油發電機起動后應怠速運轉3～5分鐘，不要立即加負荷，以保證增壓器的良好潤滑。這是因為增壓器位于柴油發電機頂部，如果柴油發電機起動后增壓器立即開始高速運轉，則會導致在機油未能供給增壓器的情況下，增壓器高速運轉，造成增壓器缺油損壞，甚至燒壞整個增壓器。

（2）怠速運轉時間不宜過長，一般不超過10分鐘，怠速運轉時間過長，壓氣機側始終處于低壓狀態，容易造成壓氣機端漏油。

（6）不要在柴油發電機高速運轉時熄火，應怠速運轉3～5分鐘，以使增壓器轉速和排氣系統的溫度降下來，防止發生潤滑不良、軸承燒損等故障。經常性的不正確使用會使增壓器損壞。

（7）新換增壓器的柴油發電機，使用前應在增壓器的進油口處加注左右機油，以防因潤滑不良而降低壽命或損壞增壓器。

（8）定期檢查各連接部位是否有松動、漏氣、漏油現象，回油管是否通暢，發現異常及時處理。

 

圖1 增壓器軸向間隙檢

圖2 增壓器徑向間隙檢

 

二、易發故障與解決方法

1、渦輪增壓器兩端漏油

      增壓器兩端或某一端漏油，是使用中最常見的故障之一。從理論上講，以正常壓力進入中間體的機油，在通過軸承工作面后，油壓已變為零，只是靠重力自然向下流回柴油發電機的油底殼。而且在正常工作狀態下增壓器兩端葉輪的輪背處都有一定的氣體壓力，因此機油是不會從低壓力區向高壓力區流動的。密封環的主要作用是封住壓氣機和渦輪殼內的氣體向中間體油腔泄漏，只有在特殊情況下，才起密封機油的作用。雖然如此，如果使用不當，在下列情況下仍可造成增壓器的兩端漏油。

（1）柴油發電機長期愈速運轉

      柴油發電機長時間怠速運轉，增壓器渦輪及葉輪的輪背處會產生一定的負壓，而導致中間體內的機油向外泄漏，這一點是專家多次在試驗臺上進行的專項試驗得出的結果，因此應避免柴油發電機長時間急速運轉。

（2）回油不暢

     增壓器潤滑系統走向如圖3所示，在使用中如因機油的回油管路發生變形或阻塞，致使機油回油不暢，中間體內機油壓力過高，壓縮機油沿著轉子軸向兩端流動擠出密封環造成漏油。因此要經常檢查回油管路是否暢通，保證機油能夠正常地流回油底殼。

（3）柴油發電機曲軸箱壓力過高

      曲軸箱廢氣壓力超過規定值，會使增壓器回油管路內壓力升高，回油不暢而造成密封環漏油。應經常檢查曲軸箱的通風狀態，以及下排氣管路是否暢通。斯太爾柴油發電機應額外注意油氣分離器是否正常工作，以防止曲軸箱內的混合氣體順排氣管抽入壓氣機及氣缸內，造成柴油發電機燒機油現象。

（4）空氣濾清器阻塞

      柴油發電機長期使用后，空氣濾清器濾芯會因積塵過多而造成阻塞，從而導致壓氣機進氣負壓太高，葉輪的輪背處會出現因負壓太高造成的密封環漏油，因此要定期檢查保養空氣濾清器，使濾芯不阻塞，不擊穿，保持正常的供氣狀態。

（5）密封環磨損或失效

      長期不更換機油，使機油中的雜質太多起研磨料的作用，致使密封環加劇磨損、變薄，逐步失去封氣、封油作用而導致漏油，如圖4所示。所謂雜質是指機油中有大于0.02mm的外來顆粒，這些雜質顆粒可隨機油流入軸承與軸的油膜中及密封環處，嚴重研磨旋轉零件，加重零件的磨損失效。

圖3 增壓器潤滑系統原理圖

圖4 增壓器密封環失效導致漏油

 

2、浮動軸承的磨損

      浮動軸承磨損是造成增壓器漏油最常見的故障之一，它在增壓器中所處位置如圖5所示，結構如圖6所示。發生此類故障后，軸承與軸之間間隙過大，油膜失穩，承載能力下降，轉子軸系振動加劇，破壞了動平衡。過大的旋轉半徑使兩端密封破壞，嚴重時可能使整臺增壓器毀壞。出現這種故障主要有以下原因∶

（1）未按說明書使用增壓機油

      柴油發電機增壓后其熱負荷和機械負荷大幅度增加，工作狀態的溫度非常高，從而使機油的溫度升高，粘度下降，承載能力下降。而增壓器的轉速高于柴油發電機的轉速近20倍，因此增壓器軸承處的溫度遠遠高于柴油發電機曲軸處的溫度。這就要求機油具有較高的粘度，能承受高速轉子的負荷和較高的溫度，還要具有較好的分散性、抗氧化性和耐磨性，而普通機油是很難達到這一使用要求的。增壓機油是在普通機油的基礎上，加入了多種添加劑復合而成的一種多級油。具有優良的分散性、抗氧化性、抗腐蝕及耐磨性能，因此必須按說明書的指示正確使用增壓機油。

（2）機油清潔度太差

      如前所述，機油中含有太多的雜質會加速軸承和軸的磨損，在維修中經常發現柴油發電機油底殼中機油變黑、變稀，甚至成黑泥狀，這樣的機油如繼續使用毫無疑問會使軸承在短時間內因磨損報廢。

（3）缺油干磨

      增壓器的機油是來自柴油發電機機油泵的，若機油泵工作不正常，造成供油不足或油壓過低，以及進油管路變形、阻塞，出現裂紋等現象導致機油供應量不足，均能使增壓器軸承和軸因潤滑不良而損壞。在維修中經常發現有的軸承及軸有明顯的干摩擦痕跡，嚴重時會見到燒成藍色的現象。所以應經常檢查進油管路，出現問題及時排除。增壓器機油進口壓力應大于0.2MPa才能保證機油的供油量及軸承等旋轉件的正常潤滑。此外在檢查增壓器轉子時，若軸向間隙過大，則表明止推軸承磨損過大。若徑向間隙過大，則說明浮動軸承磨損過大。

 

圖5  增壓器浮動軸承的位置圖

圖6  增壓器浮動軸承結構圖

 

3、渦輪或壓氣機葉輪損壞

（1）排氣管中進入金屬物

      增壓器在正常高速運轉中，若柴油發電機排氣管排出螺母、螺釘之類的金屬物，必然造成渦輪葉片的損壞，嚴重時還能將渦輪殼擊壞。同樣壓氣機葉輪片碰到這種情況也會損壞。如果葉輪片損壞了，那么轉子的動平衡立即被破壞，增壓器轉子軸系振動加劇，增壓器材不能繼續使用了，需立即送到維修部門或更換新的增壓器。在使用中如聽到異響應立即停車檢查，以防止掉下的壓氣機葉片碎塊進入柴油發電機的氣缸中，造成嚴重事故。

（2）未按要求使用空氣濾清器

      在沙漠地區或作業環境惡劣的地區使用增壓柴油發電機，細沙塵經空氣濾清器或管路中的縫隙進入增壓器，能導致增壓器葉輪進氣口處的葉片均勻磨損，使增壓器的增壓效果降低，嚴重時能破壞轉子的平衡，因此應經常對空濾器進行檢查和保養，及時更換濾芯，以減少此類故障的發生。

（3）未及時清除油泥

      增壓器長期使用后，空氣中的粉塵會與油霧結成油泥，逐漸聚集在增壓器殼進口的通道上，使葉輪與殼體無間隙，或葉片與增壓器殼接觸而產生摩擦，引起增壓器轉子軸系的振動，加劇軸系的磨損。故應經常檢查及時清除油泥。

（4）排氣溫度過高

      由于增壓器柴油發電機燃油系統發生故障，如供油延遲，供油量過大，噴油嘴滴油或排氣門漏氣等現象，都能導致排氣溫度過高，進而使渦輪進口處的葉片燒損變形。排氣溫度過高還能使渦輪端密封處機油碳化，以及渦輪端軸承處局部過熱（檢查壓氣端軸承正常而渦輪端軸承處燒成藍色或變黑）造成密封和軸承過早失效。

（5）螺母脫落

      運轉中螺母脫落，壓氣機葉輪從軸上滑出，打碎，使增壓器損壞報廢。這種故障一是螺母的扭緊力矩不夠，二是螺母安裝時沒上螺紋膠所致。壓氣機葉輪與轉子軸是采用間隙配合，螺母按一定的扭矩將其固定在一起，其扭矩有嚴格的規定，扭矩過大會使軸彎曲，導致轉子軸平衡精度降低，增壓器振動過大，扭矩過小或不上螺紋膠，則會使螺母在工作中松動甚至使葉輪滑脫損壞。

4、增壓器工作噪聲過大

（1）故障現象及原因

      增壓器在轉動中噪聲過大，有金屬的撞擊或摩擦聲，嚴重時伴隨強烈振動，主要原因如下：

① 柴油機到增壓器間排氣管路不密封。

② 葉輪變形、葉輪與殼體亂碰、工作中氣體的運動變化使增壓器強烈振動并產生高頻噪聲。

③ 浮動軸承潤滑不良。

④ 轉子軸嚴重磨損、浮動軸承間隙過大、渦輪葉片損壞、軸承損壞、渦輪轉子積炭，使轉子總成動平衡遭到破壞。

（2）故障排除

① 檢查空氣濾清器是否阻塞、壓氣機進氣口管道，和機殼以及柴油機排氣系統中是否有異物、柴油機進排氣管到是否松動，根據情況進行清理或緊固。

② 若噪聲是周期性異響可能是油泥灰塵沉積所致，應清理葉輪、渦輪殼中過厚的積炭。

③ 若異響明顯表現出金屬摩擦聲，應檢查增壓器潤滑是否良好、軸承是否松動，葉片是否變形、葉輪與殼體是否相摩擦、徑向和軸向間隙是否超限，必要時分解檢查，更換損壞的機件。

④ 若增壓器針振動強烈，則是由于轉子軸總成不平衡或浮動軸承損壞所致，應分解增壓器，檢查器內部機件是否存有異物或被損傷，并視情況更換損壞的零件。

 

三、增壓器故障的預防措施

 

      柴油發電機配置的渦輪增壓器結構一般如圖7所示，工作原理如圖8所示。

1、減少測量誤差

      避免因測量不準而造成迷宮式油封中的間隙值及螺旋式油封中的間隙值偏大。

2、提高檢修質量

      組裝時，選配軸承和油封，保證配合的間隙值適中，切忌數值在極限邊緣。對關鍵尺寸進一步細化，軸向間隙控制在中下限0.23 mm-0.25mm（工藝要求0.23 mm-0.28 mm）。油封間隙控制在適中位置0.20mm-0.22mm（工藝要求0.18 mm-0.24 mm）,前后間隙在保證增壓壓力的情況下控制在上限，避免轉子掃膛情況發生。

      保證或提高油封零件的質量，對氣封圈、油封蓋、油封檢修時一律更新。轉子主軸磨耗超限一律更換新軸。針對軸承座處的安裝體扣壞，導致密封墊滲油積炭、固死這一情況，采用擴眼鑲套，從根本上解決由于體扣壞而造成的密封墊不嚴導致增壓器固死現象再次發生。

3、保證或提高各式油封零件的質量

（1）密封墊及密封圈拆檢后，一定要更新，密封墊應使用耐油石棉橡膠墊，O型密封圈應使用氟橡膠或硅橡膠。

（2）第二清洗后的迷宮式或螺旋式氣封和油封的各個環槽均無損傷變形及磨損，油封槽室的長度、寬度及其配合間隙要符合原設計要求。

（3）減少人為因素，認真落實三檢制，做好自控、互控、它控，加強檢修人員質量意識和業務能力的教育。

（4）加強關鍵設備的使用、維護和保養。轉子動平衡機作為增壓器檢修作業的關鍵設備之一，其性能好壞將直接影響到增壓器的整體質量，需加強轉子動平衡機的維護。

（5）加強關鍵部件轉子檢修工藝的落實。轉子主軸的跳動量嚴格控制在0.02mm以內。提高轉子動平衡試驗的精度要求（工藝要求轉子動平衡為1.5g,cm）,而我們所做的轉子動平衡要求必須保證在1.0gcm以下。

4、防止其它部件工作狀態不良的措施

（1）嚴格執行柴油機檢修工藝，提高噴嘴、氣門等有關部件質量。

（2）注意檢查增壓器油壓變化情況，每次修程需清洗增壓器濾芯，對于一次性濾芯每10萬km應更換。

（3）測量渦輪氣封圈與渦輪輪盤的徑向配合間隙，間隙值為0.44mm~0.60mm（設計值）。

 

圖7  渦輪增壓器結構示意圖

圖8  增壓器工作原理圖

 

 總結：

      柴油機渦輪增壓器是一種利用柴油機排氣中的剩余能量來工作的空氣泵，一些人員對柴油機廢氣渦輪增壓器不是很了解，在使用上還存在著許多問題，造成了渦輪增壓器的早期損壞，影響了其性能的發揮，文中對柴油機廢氣渦輪增壓器的常見故障和正確使用作一簡要介紹。渦輪增壓器如果出現故障會引起柴油機動力下降，油耗增加、冒黑煙、漏油工作不穩定以及產生異響等，應及時予以診斷排除。

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