大型柴油機(jī)兩側(cè)增壓器轉(zhuǎn)速差增大故障原因及排查方法

某大型船舶柴油機(jī)有16個(gè)缸，呈V字排布，執(zhí)行12000小時(shí)大修保養(yǎng)程序，在一次大修后正常運(yùn)行3000小時(shí)后，A側(cè)增壓器與B側(cè)增壓器轉(zhuǎn)速差逐漸變高，且已經(jīng)超過(guò)200rpm的報(bào)警值，最高能到達(dá)434rpm。在整個(gè)變化過(guò)程中，設(shè)備管理人員做了更換進(jìn)氣濾網(wǎng)和清洗空濾器等工作，但只能起到緩解的作用，不能在根本上解決問(wèn)題，最終該柴油機(jī)在轉(zhuǎn)速差達(dá)到600rpm后，設(shè)備操作人員手動(dòng)保護(hù)停機(jī)，進(jìn)行檢查。一、船用柴油機(jī)渦輪增壓器原理及其作用圖1某渦輪增壓器構(gòu)造圖大型船用柴油機(jī)功率和扭矩較大，目前多采用廢氣渦輪增壓進(jìn)氣方式，即利用內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的廢氣驅(qū)動(dòng)空氣壓縮，達(dá)到增加進(jìn)氣量和提高工作效率的作用。內(nèi)燃機(jī)是靠燃料在氣缸內(nèi)燃燒做功進(jìn)而輸出功率，輸入的燃料量受吸入氣缸內(nèi)空氣的限制，所以造成輸出功率也會(huì)受到限制，如果一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行性能已處于最佳狀態(tài)，要想再提高輸出功率，只能通過(guò)壓縮更多的空氣來(lái)增加燃料量，提高燃燒做功能力。在目前的技術(shù)下，渦輪增壓器是唯一能使發(fā)動(dòng)機(jī)在工作效率不變的情況下增加輸出功率的機(jī)械裝置。渦輪增壓技術(shù)就是采用柴油機(jī)增壓器將氣體在進(jìn)入氣缸前預(yù)先進(jìn)行壓縮，提高進(jìn)入氣缸的氣體密度，減小氣體的體積，使得在單位體積氣體的質(zhì)量大大增加，這樣就可以在有限的汽缸容積內(nèi)噴入更多的燃油進(jìn)行燃燒，從而達(dá)到提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率的目的。對(duì)于V型柴油機(jī)而言，兩個(gè)增壓器分別位于柴油機(jī)兩側(cè)，新鮮空氣分別經(jīng)過(guò)濾網(wǎng)、消音器后達(dá)到增壓器壓氣端，增壓后經(jīng)過(guò)雙擴(kuò)壓管至空冷器被冷卻，然后進(jìn)入氣缸燃燒；氣缸產(chǎn)生的廢氣通過(guò)排煙總管合為一路，且在增壓器處經(jīng)Y型管線分支，進(jìn)入增壓器廢氣端，驅(qū)動(dòng)增壓器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。二、兩側(cè)增壓器轉(zhuǎn)速差增高的原因及排查方法一般情況下，大型V型船用柴油機(jī)缸頭采用兩列排布，增壓器也分為A/B兩側(cè)，進(jìn)氣壓縮相互獨(dú)立。增壓器的轉(zhuǎn)速和壓縮空氣壓力隨著柴油機(jī)的功率增大而增大，轉(zhuǎn)速在幾千到幾萬(wàn)rpm之間。但是，不論功率多高，轉(zhuǎn)速多大，A/B兩側(cè)的轉(zhuǎn)速差始終維持在一定范圍，一般小于500rpm。如果出現(xiàn)較大的轉(zhuǎn)速差，說(shuō)明至少有一側(cè)轉(zhuǎn)速出現(xiàn)了偏差，甚至是壓縮系統(tǒng)出現(xiàn)了問(wèn)題，就要停機(jī)進(jìn)行檢查。大多數(shù)柴油機(jī)的安全保護(hù)系統(tǒng)也會(huì)將增壓器轉(zhuǎn)速差作為重要的判定指標(biāo)，因此，在柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，如果A/B兩側(cè)增壓器轉(zhuǎn)速差有上升的趨勢(shì)，需要引起設(shè)備管理人員足夠的重視。以下對(duì)前言中所述的故障現(xiàn)象的可能原因和排查方法，從易到難、從外到內(nèi)進(jìn)行列舉。1、轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)故障增壓器轉(zhuǎn)速傳感器、電纜等部件出現(xiàn)問(wèn)題，會(huì)直接影響轉(zhuǎn)速讀數(shù)。轉(zhuǎn)速探頭安裝在渦輪附近，拆裝較為麻煩。但通?？梢酝ㄟ^(guò)顯示的數(shù)據(jù)或報(bào)警值，檢查電纜、卡件和接線盒來(lái)判斷是否是探頭出現(xiàn)問(wèn)題，如果探頭出現(xiàn)問(wèn)題，就需要對(duì)增壓器外圍部件進(jìn)行拆除，再更換轉(zhuǎn)速探頭。2、進(jìn)氣量的影響如果兩側(cè)的進(jìn)氣量相差較大，也會(huì)引起增壓器轉(zhuǎn)速的差別。進(jìn)氣濾器臟堵、機(jī)房?jī)?nèi)供風(fēng)機(jī)布局造成某些增壓器進(jìn)氣處風(fēng)量各異、環(huán)境溫度等都會(huì)導(dǎo)致兩側(cè)增壓器實(shí)際進(jìn)風(fēng)量不一樣，進(jìn)而體現(xiàn)在增壓器轉(zhuǎn)速上。一般情況下，在發(fā)現(xiàn)增壓器轉(zhuǎn)速差有上升的趨勢(shì)時(shí)，可以嘗試更換增壓器進(jìn)氣濾網(wǎng)、調(diào)整風(fēng)機(jī)保障兩側(cè)進(jìn)氣量一致等措施，癥狀會(huì)立馬緩解。如果改善效果不明顯，則可以排除此原因。3、A/B側(cè)速開(kāi)速閉閥的影響柴油機(jī)為了提高應(yīng)急關(guān)斷的有效性，在發(fā)生飛車(chē)等嚴(yán)重故障時(shí)，除了會(huì)切斷燃油供給，還會(huì)關(guān)閉氣缸進(jìn)氣通道，保證關(guān)停設(shè)備。柴油機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)設(shè)有速閉閥和速開(kāi)閥，速閉閥阻止空氣進(jìn)入氣缸，速開(kāi)閥則將滯留在增壓器中的壓縮空氣排放，進(jìn)而保護(hù)設(shè)備。當(dāng)柴油機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)，如果速閉閥動(dòng)作不到位，進(jìn)氣堵塞，背壓升高，影響增壓器轉(zhuǎn)速，甚至?xí)l(fā)生喘振現(xiàn)象。如果速開(kāi)閥關(guān)閉不嚴(yán)存在內(nèi)漏時(shí)，則該側(cè)氣缸進(jìn)氣減少，壓力較低，影響增壓器轉(zhuǎn)速，嚴(yán)重時(shí)使得排煙溫度在燃料后燃時(shí)而升高。一般情況下，可以通過(guò)觀察現(xiàn)象來(lái)判斷速開(kāi)速閉閥是否存在問(wèn)題，也可以對(duì)閥門(mén)進(jìn)行拆檢判斷。4、空冷器影響空氣冷卻器用于冷卻壓縮后的空氣，提高燃燒效率。如果空冷器臟堵，進(jìn)氣溫度會(huì)升高，如果內(nèi)部破損或者進(jìn)氣通道不暢通，會(huì)造成增壓器背壓升高，影響轉(zhuǎn)速，甚至?xí)霈F(xiàn)喘振。對(duì)空冷器檢查時(shí)，可以通過(guò)觀察冷卻后空氣溫度，進(jìn)排氣壓差進(jìn)行判斷。如果有異常，需要進(jìn)行在線清洗或者更換，但有一定的工作量。5、燃油系統(tǒng)問(wèn)題柴油機(jī)燃?xì)庀到y(tǒng)故障點(diǎn)非常多，比如出油閥、噴油器等燃油部件故障、燃料含水含雜質(zhì)超標(biāo)等，會(huì)對(duì)燃燒質(zhì)量、排煙溫度、柴油機(jī)效率產(chǎn)生一定影響，但一般都在單缸上體現(xiàn)或隨機(jī)出現(xiàn)。引起增壓器轉(zhuǎn)速差偏大的與燃油系統(tǒng)有關(guān)的問(wèn)題是整列氣缸的狀態(tài)差別，比如調(diào)速器執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障導(dǎo)致的A/B兩列燃油供給量不一樣、A/B兩列進(jìn)氣量相差較大等，在實(shí)際排查時(shí)，可以通過(guò)比較平均排煙溫度，油門(mén)拉桿上的燃油刻度，測(cè)量氣缸爆壓值進(jìn)行分析和判斷。6、增壓器故障當(dāng)增壓器出現(xiàn)軸承損壞、密封失效、動(dòng)平衡失效、軸磨損和噴嘴環(huán)破裂等故障時(shí)，轉(zhuǎn)速會(huì)立即發(fā)生變化，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生異響或劇烈振動(dòng)。引起增壓器故障的原因很多，主要有以下四點(diǎn)，第一，潤(rùn)滑不良。首先是潤(rùn)滑油不符合要求，包括滑油質(zhì)量不合格，雜質(zhì)進(jìn)入污染滑油，導(dǎo)致增壓器轉(zhuǎn)軸、軸承、軸承座的磨損，破壞轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡，進(jìn)而使增壓器損壞。其次是潤(rùn)滑量不足，包括滑油泵故障、設(shè)備檢修后未做預(yù)潤(rùn)滑、加減負(fù)荷過(guò)快等引起的潤(rùn)滑不足，都會(huì)導(dǎo)致對(duì)增壓器的冷卻功能減弱，造成部件過(guò)熱、燒壞轉(zhuǎn)軸、軸承等嚴(yán)重故障；第二，部件損壞或老化，部件質(zhì)量缺陷、日常維護(hù)保養(yǎng)不當(dāng)、出現(xiàn)故障現(xiàn)象后未及時(shí)處理、到使用周期后未及時(shí)更換，造成增壓器部件在使用過(guò)程中發(fā)生損壞，進(jìn)而導(dǎo)致增壓器出現(xiàn)更大的機(jī)損事故。第三，異物進(jìn)入，壓氣端有異物進(jìn)入時(shí)，會(huì)損壞壓氣端轉(zhuǎn)子，破壞動(dòng)平衡，損壞增壓器。引起它的主要原因有進(jìn)氣不良，濾器失效，保養(yǎng)過(guò)程中有異物進(jìn)入未及時(shí)發(fā)現(xiàn)等。當(dāng)廢氣端有異物進(jìn)入時(shí)，會(huì)破壞噴嘴環(huán)、廢氣端轉(zhuǎn)子和軸承等，破壞轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡，進(jìn)而損壞增壓器，引起它的原因有柴油機(jī)氣缸內(nèi)部件損壞后脫落，隨排氣吹出進(jìn)入蝸殼；在保壓時(shí)，將螺絲或小型工具落入排氣管段，柴油機(jī)運(yùn)行后吹入蝸殼。在排查增壓器出現(xiàn)的本身故障時(shí)，首先需要結(jié)合外觀、故障現(xiàn)象、滑油消耗量、潤(rùn)滑后油質(zhì)、柴油機(jī)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行初步分析，再對(duì)增壓器進(jìn)行解體，對(duì)所有零部件進(jìn)行檢查。在拆檢該V型柴油機(jī)增壓器發(fā)現(xiàn)，兩側(cè)廢氣噴嘴環(huán)均被異物損壞。在對(duì)整個(gè)排氣通道、各缸排氣閥腔室等進(jìn)行內(nèi)窺排查，最終找出了某缸排氣閥掃氣葉輪脫落隨排煙道進(jìn)入蝸殼，損壞增壓器的直接原因。三、渦輪增壓器日常維護(hù)保養(yǎng)（1）做好柴油機(jī)及增壓器的運(yùn)行管理，對(duì)柴油機(jī)尤其是增壓器的參數(shù)、外觀、運(yùn)行情況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，重點(diǎn)注意增壓器的油液潤(rùn)滑和冷卻系統(tǒng)，定期更換潤(rùn)滑油，檢查冷卻水溫度和增壓器轉(zhuǎn)速。一旦發(fā)現(xiàn)異常，加密關(guān)注變化趨勢(shì)，必要時(shí)停機(jī)檢查。（2）根據(jù)設(shè)備說(shuō)明書(shū)的相關(guān)要求，定期對(duì)燃油系統(tǒng)進(jìn)行保養(yǎng)，在零部件方面，拆檢主機(jī)排氣閥，校驗(yàn)噴油器，檢修出油閥和高壓油泵，保證主機(jī)霧化燃燒良好,使得各部件工作正常。在燃油油質(zhì)方面，保證燃油品質(zhì)負(fù)荷設(shè)備要求，包括還雜質(zhì)、含水、含硫等；在燃油管線方面，定期對(duì)燃油濾器進(jìn)行清洗，避免濾器臟堵和破損，雜質(zhì)或者金屬碎屑進(jìn)入燃油系統(tǒng)部件產(chǎn)生故障。在設(shè)備操作方面，啟機(jī)、加速、減速不可過(guò)快過(guò)猛,避免造成所需負(fù)荷和油門(mén)拉桿短時(shí)不匹配的情況。（3）定期對(duì)增壓器進(jìn)氣系統(tǒng)、廢氣系統(tǒng)、空冷器進(jìn)行保養(yǎng)，包括進(jìn)氣濾器更換，壓氣機(jī)端、廢氣渦輪端沖洗，避免增壓器轉(zhuǎn)子因?yàn)閴簹舛说碾s質(zhì)或者廢氣端的積炭造成動(dòng)平衡失效。另外，定期空冷器進(jìn)行在線清洗，保證冷卻效果，并在大修或者出現(xiàn)故障時(shí)進(jìn)行拆卸，檢查盤(pán)管有無(wú)破損等情況。（4）當(dāng)增壓器出現(xiàn)故障時(shí)，尤其是出現(xiàn)喘振現(xiàn)象時(shí)，要及時(shí)減速甚至停車(chē)，然后結(jié)合故障原因，進(jìn)行針對(duì)性檢查，在找到根本原因并消除可能的因素后，再次啟動(dòng)，確認(rèn)沒(méi)有問(wèn)題后帶載運(yùn)行。四、結(jié)論渦輪增壓器是V型船用柴油機(jī)的重要部件，對(duì)其性能有著很大的積極作用。但對(duì)設(shè)備管理來(lái)說(shuō)，渦輪增壓器在實(shí)際使用過(guò)程中，又增加了監(jiān)測(cè)和維護(hù)的工作量，可謂一把雙刃劍。一般情況下，V型船用柴油機(jī)兩側(cè)增壓器轉(zhuǎn)速差對(duì)增壓器和柴油機(jī)是非常重要的參數(shù)，甚至影響著設(shè)備本質(zhì)安全。引起轉(zhuǎn)速差變化的原因很多，在實(shí)際排查時(shí)，為了兼顧生產(chǎn)和設(shè)備安全，需要結(jié)合故障現(xiàn)象，從外圍到內(nèi)部，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜進(jìn)行排查。對(duì)轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)、運(yùn)行環(huán)境、設(shè)備外觀出現(xiàn)的問(wèn)題，可以進(jìn)行簡(jiǎn)