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故障檢查與技術維護 |
康明斯柴油發(fā)電機組增壓器分類和失效原因 |
摘要：通過對康明斯柴油發(fā)電機組運用中發(fā)生的增壓器故障情況進行了比較系統(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
1、按脈沖能量分類
廢氣渦輪增壓器按是否利用柴油發(fā)動機排氣管內廢氣的脈沖能量，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，是將多缸柴油機全部汽缸的排氣歧管接到一根排氣總管內，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單一的渦輪殼進氣道通向整個噴嘴環(huán)，這種增壓器常用于大功率高增壓柴油機中。
（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)動機為例來說明，其發(fā)火次序為1一5一3一6一2一4，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氣道，通向另半圈噴嘴環(huán)，這樣各缸排氣互不干擾，這種結構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)火間隔應大于180°曲軸轉角。目前，中型柴油機廢氣渦輪增壓均采用脈沖式增壓器。
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圖1 柴油機恒壓增壓系統(tǒng) |
圖2 柴油機脈沖增壓系統(tǒng) |
2、按壓比分類
（1）廢氣渦輪增壓器的主要性能指標是空氣壓力升高比，簡稱壓比，用πk表示，它是壓氣機出口空氣壓力pk和壓氣機進口空氣壓力p1的比值。
（2）壓氣機出口空氣壓力力k值越大，進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，以降低壓氣機出口空氣溫度，使進入汽缸的空氣密度增大。目前，柴油發(fā)動機上普遍采用低和中增壓徑流脈沖式廢氣渦輪增壓器，但是高增壓柴油機已成為發(fā)展趨勢。
二、增壓器故障初步判斷方法
1、檢查增壓器軸向游動量和徑向間隙（如圖3所示）
（1）如果軸向游動量大于 0.15mm，單邊徑向間隙小于0.10mm，則增壓器需要拆開進行檢查。
（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、檢查浮動軸承-中間殼間距（如圖4所示）
（1）浮動軸承：0.07-0.08mm
（2）主軸：0.03-0.04mm
3、檢查增壓器外觀
（1）檢查壓氣機端吸氣口，看壓葉輪是否被異物打壞
（2）檢查渦輪殼進氣口是否有異物打壞的痕跡
注意：除非很嚴重的情況，即使渦輪已經(jīng)被異物打壞，也很少在渦殼進氣口上留下痕跡。
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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
• 浮動軸承外圓，內孔，有時端部擦亮或高溫發(fā)藍。
• 止推軸承配合面擦亮和磨損
（2）原因 :
• 進油管受阻(或太小)
• 機油不符合發(fā)動機廠家要求或機油污染
• 機油泵故障
• 機油過濾器阻塞
• 增壓器長時間未使用
• 安裝增壓器時未預潤滑
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
• 進油管受阻或破裂
• 發(fā)動機缺油或機油壓力太低
• 機油泵故障
• 機油過濾器阻塞
• 安裝機濾前未加注機油
• 中間殼進油口阻塞
3、 異物打壞
（1）現(xiàn)象
• 異物來自空濾器/進氣管
（2）原因
• 空濾破損或空濾與增壓器進氣口連接處破損
• 維護保養(yǎng)時臟物進入進排氣管
• 發(fā)動機零件異常損壞
• 使用劣質假冒空氣濾清器
4、機油臟
（1）現(xiàn)象
• 主軸機油臟包括兩層含義：機油內混入直徑較大 的顆粒雜質；機油內混入燃油、水、 冷卻劑等物質。
• 導致浮動軸承內圓和外圓劃傷(顆粒雜質導致)
• 導致中間殼內孔嚴重劃傷，可能阻塞進油孔(顆粒雜質導致)。
• 檢查浮動軸承顏色，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，則可能機油中混有冷凍劑(水等)止 推軸承情況也是如此。此時雖然軸承表面沒有劃傷痕跡，但是軸承可能已經(jīng)磨損。
浮動軸承間隙C=Max0.084mm；C= ES0.042mm.
（2）原因
• 機油濾清器沒按要求定期更換
• 維護保養(yǎng)時臟物進入進油管
• 使用劣質/假冒機油濾清器
• 使用劣質機油
• 機油高溫變質產(chǎn)生積碳等固體顆粒
• 使用劣質假冒增壓器備件(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
浮動軸承內孔外圓積碳
（2）原因
• 排氣溫度過高
• 機油溫度過高
• 重復熱停車(停車前未怠速3-5分鐘)
• 空濾器阻塞
• 劣質機油
• 其它導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氣管損壞。長期的渦輪端漏油會產(chǎn)生積碳而損壞增壓器。假如不是假性漏油，通常是因為積碳、機油臟、缺油、異 物打壞壓葉輪或渦輪導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存在其他故障，而非簡單的只是漏油。
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入中間殼及防止漏油；密封環(huán)的原理與內燃機活塞環(huán)相似，靠的是環(huán)兩側的壓力差來密封；機油進油壓力在2-4bar/cm2 ， 但是機油通過浮動軸承后，由于沿程損失，其能量已消耗殆盡，密封環(huán)附近機油壓力非常小 (密封環(huán)靠近中間殼一側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，通常的原因是進氣壓力不 足，常見原因包括：
（1）空濾器堵塞導致進氣受阻
（2）進氣管變形
（3）進氣系統(tǒng)漏氣(進氣歧管，中冷器及發(fā)動機其余進氣管道)
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)，導致密封環(huán)損壞漏 油，至于積碳的原因需要進一步分析。
（2）如果在渦殼進氣流道中發(fā)現(xiàn)油跡，請仔細辨別是否為柴油，如果是柴油， 請檢查發(fā)動機燃油系統(tǒng)和氣門正時。
5、兩端漏油
增壓器回油完全靠機油自身重力，回油不暢將導致增壓器渦端和壓氣機端漏油。如果增壓器兩端同時漏油，可能回油不暢。發(fā)動機長時間怠速運轉(超過20min)導致渦壓兩端氣壓不足，導致兩端漏油。
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)動機下排氣大(發(fā)動機活塞環(huán)或襯套磨損，進、排氣門或活塞結焦)
• 發(fā)動機曲軸箱中氣壓過高(檢查曲軸箱通風系統(tǒng))
• 中間殼油腔積碳使油腔變窄
• 發(fā)動機油底殼油面太高(增壓器回油管機油出口高度應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 |
● 錯誤的漏油檢測
將增壓器壓殼出氣口與中冷器連接端斷開，啟動發(fā)動機去檢測增壓器是否漏油。實際上該方法回導致壓端100%的漏油， 因為壓殼出氣口短開連接，壓氣機葉輪背壓無法建立， 由于進油壓力的作用，將導致潤滑油從壓端滲出。
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