廢氣渦輪增壓器是增壓柴油機(jī)的重要設(shè)備，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝配精密度高，直接影響柴油機(jī)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，而柴油機(jī)的工作狀況也影響增壓器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

目前，副機(jī)大多采用脈沖增壓系統(tǒng)，該系統(tǒng)除利用廢氣中的定壓能外，還利用部分脈沖動(dòng)能。

影響脈沖動(dòng)能利用率的因素較多，在排查故障時(shí)，不僅要考慮與柴油機(jī)的匹配關(guān)系，還要考慮各部件之間的精密配合關(guān)系 。

某船船齡3年，副機(jī)為DAIHATSU5DK20（日本大發(fā)），副機(jī)增壓器為MITSUBISHIMET18SRC（日本三菱），No.3副機(jī)的排氣溫度一直比另2臺(tái)副機(jī)偏高 10～20℃。

該船正常航行時(shí)負(fù)荷300kW，空壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)負(fù)荷340kW。 

某日航行中，空壓機(jī)啟動(dòng)時(shí)，值班輪機(jī)員聽見增壓器喘振，遂停止空壓機(jī)，喘振消失。

隨后只要啟動(dòng)空壓機(jī)，就會(huì)出現(xiàn)喘振現(xiàn)象 ，可能原因如下：

(1)氣體流道堵塞；

(2)增壓系統(tǒng)與柴油機(jī)配合工作失調(diào)；

(3) 柴油機(jī)在低轉(zhuǎn)速、高負(fù)荷下運(yùn)行；

(4)脈沖增壓系統(tǒng)單缸熄火或各缸負(fù)荷嚴(yán)重不均；

(5)運(yùn)行中暫時(shí)失配；

(6)環(huán)境溫度的變化。

經(jīng)過(guò)仔細(xì)排查，決定解體檢修增壓器。 

解體增壓器后發(fā)現(xiàn)渦輪側(cè)很臟，特別是氣封附近，幾乎全部堵死。

測(cè)量各間隙均在說(shuō)明書指導(dǎo)范圍內(nèi)，因此沒(méi)有更換任何備件，只是將渦輪、噴嘴環(huán)、 壓氣機(jī)、氣封徹底清潔。

嚴(yán)格按照說(shuō)明書指導(dǎo)裝復(fù)，試運(yùn)轉(zhuǎn)，在負(fù)荷300kW時(shí)啟動(dòng)空壓機(jī)未出現(xiàn)喘振現(xiàn)象，但掃氣壓力由以前的0.11MPa降至0.07MPa， 各缸排氣溫度比其他柴油機(jī)高 20~30℃。

負(fù)荷330kW時(shí)測(cè)試柴油機(jī)并記錄數(shù)據(jù)，與出廠參數(shù)進(jìn)行對(duì)比 (見表1)。

由表1可知，該柴油機(jī)的性能明顯下降：

掃氣壓力低、排氣溫度高、油門增大、爆壓偏低。

柴油機(jī)的掃氣壓力下降必然導(dǎo)致新鮮空氣供應(yīng)不足，從而引起燃燒惡化、排氣溫度升高、爆壓下降，而為保證功率的輸出，必然要加大油門。

因此，故障的根本原因應(yīng)是掃氣壓力下降。

MET18SRC增壓器采用單管脈沖增壓，掃氣壓力下降可分為2種情況：

增壓器轉(zhuǎn)速正常情況下掃氣壓力下降和增壓器轉(zhuǎn)速下降導(dǎo)致掃氣壓力下降。

由于副機(jī)增壓器無(wú)轉(zhuǎn)速表，只能逐一排除。

1.增壓器轉(zhuǎn)速正常情況下掃氣壓力下降

(1)進(jìn)氣通道臟污或堵塞 

柴油機(jī)整個(gè)進(jìn)氣通道可能臟污或堵塞的地方有進(jìn)氣濾網(wǎng)、消聲器、空氣冷卻器和增壓器的壓氣側(cè)， 逐一排查后排除此可能性。

如果某缸的進(jìn)氣口臟污或堵塞，應(yīng)該會(huì)導(dǎo)致排氣溫度升高、掃氣壓力升高， 而不會(huì)導(dǎo)致掃氣壓力下降。 

(2)機(jī)艙內(nèi)負(fù)壓或掃氣箱漏氣

如果機(jī)艙的通風(fēng)機(jī)都改為抽風(fēng)，那么機(jī)艙會(huì)出現(xiàn)負(fù)壓，從而使增壓器的進(jìn)氣壓力降低，進(jìn)而導(dǎo)致掃氣壓力偏低。

但該船在航行中，2臺(tái)風(fēng)機(jī)都是供風(fēng)模式，因此排除該可能性；檢查掃氣箱，排除漏氣的可能性。 

(3)壓氣機(jī)葉片受損

增壓器在劇烈的喘振下，壓氣機(jī)的葉片特別是葉梢處可能與殼體碰撞，導(dǎo)致葉片變形。

如果壓氣機(jī)葉輪損壞、變形，使壓氣效率降低，將導(dǎo)致流經(jīng)壓氣機(jī)的空氣流量減少，從而導(dǎo)致掃氣壓力下降，嚴(yán)重時(shí)增壓器會(huì)發(fā)生喘振。

但是這個(gè)變形無(wú)法用肉眼識(shí)別，只有通過(guò)測(cè)量圖1中的間隙和來(lái)檢查壓氣機(jī)的變形情況。

測(cè)量結(jié)果均在說(shuō)明書范圍內(nèi)，因此排除壓氣機(jī)葉片損壞的可能性。

圖1 增壓器結(jié)構(gòu)示意

2.增壓器轉(zhuǎn)速下降導(dǎo)致掃氣壓力下降

增壓器轉(zhuǎn)速下降的原因一般是廢氣能量不足。 

該柴油機(jī)共5個(gè)缸，采用單管 (模件式 )脈沖轉(zhuǎn)換增壓系統(tǒng)，利用的廢氣能量主要是定壓能和部分脈沖動(dòng)能。

（1）廢氣通道臟污或堵塞

由于采用脈沖渦輪增壓，柴油機(jī)對(duì)各氣口的清潔度很敏感，某缸的排氣出口、增壓器廢氣進(jìn)口、噴嘴環(huán)、增壓器的渦輪側(cè)及廢氣出口任一部分臟污或堵塞，均會(huì)導(dǎo)致渦輪能量不足、轉(zhuǎn)速下降、掃氣壓力下降。

逐一排查后排除此可能性。 

（2）柴油機(jī)工況的影響 

柴油機(jī)工況對(duì)脈沖渦輪增壓系統(tǒng)的影響主要有以下4個(gè)方面。

①氣閥定時(shí)。

柴油機(jī)中某缸氣閥定時(shí)不正確必然會(huì)導(dǎo)致各缸排氣互相干擾，降低廢氣的脈沖動(dòng)能。

檢查柴油機(jī)的氣閥定時(shí)，顯示均正確。 

②氣閥泄漏。

若部分氣閥泄漏，干擾其他缸的排氣，則勢(shì)必影響脈沖動(dòng)能。

檢查發(fā)現(xiàn)各缸氣閥間隙都很小，其中2個(gè)缸幾乎沒(méi)有間隙，因此懷疑氣閥間隙過(guò)小導(dǎo)致氣閥燒蝕，從而關(guān)閉不嚴(yán)，其泄漏的氣體干擾其他缸的排氣。

為排除這個(gè)疑惑，拆卸柴油機(jī)的各缸頭，發(fā)現(xiàn)氣閥間隙過(guò)小的氣缸氣閥確有燒蝕現(xiàn)象 ，故更換燒蝕的氣閥，并研磨其他氣閥。

③噴油定時(shí)。

噴油太早會(huì)導(dǎo)致掃氣壓力下降，因此應(yīng)檢查噴油定時(shí)。 

④噴油器工況。

檢查噴油器，發(fā)現(xiàn)5個(gè)噴油器均霧化不良，更換備用噴油器后裝復(fù)。

再次測(cè)試，在負(fù)荷300kW時(shí)，掃氣壓力升至 0.075MPa，仍然很低，排氣溫度較高 ，故障現(xiàn)象依然存在。

(3)渦輪機(jī)葉片受損

增壓器在劇烈的喘振下，渦輪機(jī)的葉片特別是葉梢處可能會(huì)與殼體碰撞，導(dǎo)致葉片變形。

如果渦輪機(jī)葉片損壞，將引起渦輪效率下降，導(dǎo)致增壓器轉(zhuǎn)速降低、掃氣壓力下降。

但是該變形無(wú)法用肉眼識(shí)別，只有通過(guò)測(cè)量圖1中的間隙和來(lái)檢查渦輪機(jī)葉片的變形情況。

經(jīng)測(cè)量，間隙均在說(shuō)明書范圍內(nèi)，因此排除渦輪機(jī)葉片損壞的可能性。 

(4) 噴嘴環(huán)的影響

噴嘴環(huán)的作用是引導(dǎo)廢氣進(jìn)入渦輪機(jī)葉片 ，其角度非常關(guān)鍵。

之前拆檢增壓器時(shí)未注意檢查噴嘴環(huán)，因此再次解體增壓器，取下噴嘴環(huán)，將噴嘴環(huán)放 在研磨平臺(tái)上，發(fā)現(xiàn)噴嘴環(huán)有變形現(xiàn)象，左 右各有3～4個(gè)噴嘴葉片無(wú)法良好接觸平 臺(tái)，最大間隙在葉梢處，約 0.5mm。

分析可能是此間隙導(dǎo)致進(jìn)入渦輪機(jī)葉片的廢氣泄漏，從而使增壓器轉(zhuǎn)速降低、掃氣壓 力下降。 

1.設(shè)備管理不到位

柴油機(jī)平時(shí)保養(yǎng)不到位，氣閥間隙太小，導(dǎo)致氣閥燒蝕，加上噴油器霧化不良，后燃嚴(yán)重，因此該柴油機(jī)平均排氣溫度比其他柴油機(jī)排氣溫度高10~20℃。

由于排氣溫度升高，其廢氣能量高，使增壓器轉(zhuǎn)速升高，而發(fā)電柴油機(jī)轉(zhuǎn)速恒定，使得壓氣機(jī)背壓升高，加上燃燒不良導(dǎo)致增壓器臟污，啟動(dòng)空壓機(jī)時(shí)在沖擊負(fù)荷下油門突然加大，排氣能量也突然加大，導(dǎo)致增壓器轉(zhuǎn)速進(jìn)一步升高，同時(shí)壓氣機(jī)背壓升高，從而發(fā)生喘振。

由于長(zhǎng)期排氣溫度高、燃燒不良沒(méi)有引起重視，渦輪增壓器臟污嚴(yán)重，進(jìn)一步使排氣溫度升高，最終導(dǎo)致渦輪增壓器的噴嘴環(huán)在高溫下存在應(yīng)力。

在解體增壓器后，增壓器的積碳被清除，噴嘴環(huán)的應(yīng)力得到釋放，噴嘴環(huán)產(chǎn)生細(xì)微變形，特別是噴嘴葉梢處變形較嚴(yán)重，使得進(jìn)入渦輪機(jī)的燃?xì)饨嵌雀淖?，進(jìn)入渦輪的能量降低，因而增壓器的轉(zhuǎn)速降低，導(dǎo)致掃氣壓力下降。

在對(duì)噴嘴環(huán)修整后，廢氣泄漏消除，加上柴 油機(jī)的氣閥間隙、氣閥泄漏、噴油器霧化等問(wèn)題得到解決，整個(gè)柴油機(jī)工作狀況恢復(fù)正常。 

從增壓器的臟污情況可看出，增壓器的保養(yǎng)不到位。

根據(jù)說(shuō)明書要求，增壓器應(yīng)每隔100h干洗渦輪側(cè)，運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)進(jìn)氣口較臟污時(shí)應(yīng)水洗壓氣側(cè)，而該船增壓器渦輪側(cè)一直未干洗，壓氣側(cè)也未水洗過(guò)。

2.預(yù)防措施

(1)根據(jù)說(shuō)明書要求正確保養(yǎng)柴油機(jī)，按時(shí)檢查和調(diào)整氣閥間隙；

(2)監(jiān)控柴油機(jī)的燃油霧化情況，加強(qiáng)噴油器的保養(yǎng)；

(3)按照說(shuō)明書要求定期清洗增壓器渦輪側(cè)和壓氣側(cè)及進(jìn)氣濾網(wǎng)； 

(4)定時(shí)檢查空冷器的臟污情況，發(fā)現(xiàn)臟污應(yīng)及時(shí)清洗； 

(5)在拆檢增壓器時(shí)，除注意各間隙的測(cè)量外，還須注意噴嘴環(huán)的狀況； 

(6)防止突加負(fù)荷和突降負(fù)荷，確保空壓機(jī)卸載閥的正確工作； 

(7)加強(qiáng)柴油機(jī)的各參數(shù)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)及時(shí)解決。 

正確保養(yǎng)柴油機(jī)、檢查和調(diào)整氣閥間隙及保持噴油器良好的霧化狀況對(duì)柴油機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)極其重要。

此次增壓器出現(xiàn)故障正是因?yàn)榕艢鉁囟缺绕渌裼蜋C(jī)排氣溫度高10～20℃未引起重視，進(jìn)而影響柴油機(jī)的正常運(yùn)行。

因此，平時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)柴油機(jī)和增壓器的日常管理，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)解決，這對(duì)副機(jī)的正常運(yùn)行和船舶的安全運(yùn)營(yíng)至關(guān)重要。

END