淺析增壓器喘振及管理

李書霖

摘 要：渦輪增壓器是現(xiàn)代大型柴油機(jī)提高功率的主要方式，隨著科技的不斷發(fā)展，高增壓技術(shù)在現(xiàn)代船舶中應(yīng)用越來越廣泛，而喘震是船舶主機(jī)增壓器常見故障之一。因此渦輪增壓器在船舶機(jī)械中的地位越來越重要，其工況的好壞直接影響柴油機(jī)的正常工作。增壓器的喘振不僅使壓氣機(jī)達(dá)不到預(yù)期的增壓比，而且還有可能因?yàn)榇穑斐赊D(zhuǎn)子、葉片及軸承的損壞。因此，了解船舶柴油機(jī)增壓器喘振的原因，在操作中盡量消除喘振是我們輪機(jī)工作的重要內(nèi)容。本文結(jié)合筆者曾經(jīng)工作的“德翔輪”出現(xiàn)的喘振現(xiàn)象，對(duì)喘振的原因作出分析，并提出了日后維護(hù)和管理中應(yīng)對(duì)的防措施。

關(guān)鍵詞：增壓器 喘振 措施

1.引言

筆者所在的“德翔輪”是交通部九五期間建造的最大的遠(yuǎn)洋救助拖輪，其配備兩臺(tái)，WartsiLa 8L38 主機(jī)，持續(xù)最大功率為14361BHP，額定轉(zhuǎn)速為600rpm，增壓器型號(hào)為：VTR454P11，增壓器采用等壓增壓。某次在進(jìn)行大行拖航時(shí)，當(dāng)主機(jī)負(fù)荷加到90%時(shí)，右主機(jī)突然出現(xiàn)劇烈喘振現(xiàn)象。本文根據(jù)故障的實(shí)際情況，對(duì)右主機(jī)增壓器故障進(jìn)行了全方面的分析，較好地解決了這個(gè)問題。

故障現(xiàn)象：一次在進(jìn)行大型拖航時(shí)，雙車負(fù)荷加到90%時(shí)，突然右車增壓器發(fā)生劇烈的喘振，此時(shí)右車排溫明顯的比左車要高50°C左右，且增壓器轉(zhuǎn)速也明顯的要比左車高1000RPM左右，此時(shí)，為了保證船舶的正常航行，只好將右車的負(fù)荷降到85%左右，此時(shí)喘震現(xiàn)象消失，排溫有所下降，拖行到目的地，再具體解決問題。

2.喘振原因分析

壓氣機(jī)與渦輪機(jī)同軸相連構(gòu)成廢氣渦輪增壓器，其基本原理是利用柴油機(jī)排出的廢氣的能量，帶動(dòng)增壓器渦輪葉輪旋轉(zhuǎn)。渦輪葉輪帶動(dòng)壓氣機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)，對(duì)進(jìn)入的氣體進(jìn)行壓縮，提高其壓力，從而提高了空氣密度，增加了空氣量，這樣就可以燃燒更多的燃料，使平均有效壓力提高，進(jìn)而提高了柴油機(jī)的功率。

壓氣機(jī)在工作中，由于種種原因使進(jìn)入壓氣機(jī)的空氣流量減少，導(dǎo)致氣流在擴(kuò)壓器中發(fā)生漩渦分離，從而產(chǎn)生壓力波動(dòng).因而引起渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)震動(dòng)，并發(fā)出嚎叫聲.這種喘振現(xiàn)象產(chǎn)生的根本原因是在壓氣機(jī)出口產(chǎn)生了較高的背壓，由于流量小于設(shè)計(jì)值很多時(shí)，葉輪進(jìn)口和擴(kuò)壓器葉片內(nèi)，產(chǎn)生了劇烈的氣流分離引起的宏觀現(xiàn)象.當(dāng)分離現(xiàn)象較輕時(shí)，分離區(qū)域內(nèi)氣壓與排量雖有波動(dòng)，但對(duì)整個(gè)壓氣機(jī)來說，氣壓與排量基本上還是穩(wěn)定的.但嚴(yán)重時(shí)，分離現(xiàn)象可以擴(kuò)展到所有葉片及全部通道，甚此時(shí)出口壓力急劇下降，甚至發(fā)生倒流，隨著分離和倒流的發(fā)生，出口壓力也隨之上升，但只要此時(shí)的誘發(fā)因素只要還存在，就會(huì)再次發(fā)生分離.如此反復(fù)，并同時(shí)出現(xiàn)呼嚕呼嚕的聲音，由此可見增壓器喘振的發(fā)生不但是增壓器本身有關(guān)，還與整個(gè)柴油機(jī)的匹配有很大關(guān)系，下面就本人曾在船多年的管理主機(jī)經(jīng)驗(yàn)及其增壓器工作實(shí)際，來談一下自己解決此問題的思路。

2.1增壓系統(tǒng)流道阻塞因素的影響

增壓器流道阻塞直接后果之一，就是會(huì)增加氣流在系統(tǒng)中的阻力，柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)，增壓系統(tǒng)氣體流動(dòng)路線：壓氣機(jī)進(jìn)口濾器和消音器→壓氣機(jī)葉輪→擴(kuò)壓器→空冷器→掃氣箱→掃氣口→排氣閥→排氣管→廢氣渦輪增壓器的噴嘴環(huán)→廢氣渦輪葉輪→排煙管。若其中的任一環(huán)節(jié)臟堵都會(huì)引起被壓升高流量減小，引起喘振。其中容易臟堵的部件是壓氣機(jī)進(jìn)氣濾器，壓氣機(jī)葉輪，擴(kuò)壓器，空氣冷卻器，噴嘴環(huán)，葉輪.通常渦輪增壓器的氣流通道阻塞是造成喘震的主要原因。

2.1.1空氣濾器太臟進(jìn)氣道臟污造成壓氣機(jī)吸氣量不足.

2.1.2空冷器的水腔，氣腔臟堵。

2.1.3增壓器渦輪噴嘴環(huán)積炭或噴嘴環(huán)截面積過小都會(huì)使渦輪機(jī)效率降低，壓氣機(jī)進(jìn)氣量減少引起喘振。

2.2柴油機(jī)方面的原因

2.2.1檢查，進(jìn)排氣閥是否正常，掃氣口是否有臟堵，因?yàn)榕艢忾y泄漏，能引起排溫高廢棄能量過大而引起喘震。

2.2.2測爆壓、看排溫、檢測噴油正時(shí)，看燃燒情況是否況良好。

3.故障的解決

根據(jù)上述造成增壓器喘振的原因，我們采取了由易到難的解決方案。

對(duì)于2.1.1的原因我們清洗了空氣濾網(wǎng)，進(jìn)氣道發(fā)現(xiàn)均比較干凈，排除此原因。

對(duì)于2.1.2涉及到空冷器的原因我們基本上可以一下子排除，因?yàn)榇丝绽淦魑覀儎偳逑催^。

對(duì)于2.1.3增壓器的原因請(qǐng)來了服務(wù)商發(fā)現(xiàn)了增壓器的噴嘴環(huán)，葉輪均比較干凈因此也排除這個(gè)原因。

對(duì)于柴油機(jī)方面的原因，為了保證一次解決問題我們對(duì)八個(gè)缸的噴油器全部抽出進(jìn)行了霧化試驗(yàn)，全部正常，進(jìn)排氣閥的正時(shí)也正常，高壓油泵的噴油定時(shí)也正常，因此柴油機(jī)方面原因也可排除。

事已到此，引起增壓器喘振的原因基本都排除了，可是問題仍然沒解.思路到這已經(jīng)陷于僵局.經(jīng)過重新思考后，我們決定對(duì)每個(gè)環(huán)節(jié)重新進(jìn)行檢查，特別是對(duì)剛出艙清洗過的空氣冷卻器.對(duì)每一個(gè)細(xì)節(jié)，也不能放過.拆掉增壓器到空冷器的進(jìn)氣管路，用手電照空冷器的氣腔，發(fā)現(xiàn)氣腔稍微有點(diǎn)臟，為了確定氣腔內(nèi)部臟堵程度，先采用了過水試驗(yàn)法，即在上邊用水管往氣腔加水，看水的通暢程度，就能大體確定氣腔的臟堵程度了。水剛注入時(shí)，下的很快可幾秒鐘后，水就基本上不下了，也就是說氣腔臟堵嚴(yán)重，為了更加驗(yàn)證氣腔的臟污程度我們用一個(gè)軸流式鼓風(fēng)機(jī)，這樣就更能看出有多少氣體通過空冷器進(jìn)入掃氣箱了。此時(shí)只要一開軸流風(fēng)機(jī)熱繼電器就起到保護(hù)作用，后來經(jīng)過檢查確認(rèn)軸流風(fēng)機(jī)機(jī)械部分沒有問題，于是，調(diào)大熱繼電器的保護(hù)電流后，繼續(xù)讓風(fēng)機(jī)才工作。可此時(shí)通過空冷器氣腔進(jìn)入掃氣箱的氣體只有很少的一部分，很大的一部分可能因?yàn)楸粔禾咭恢贝┎煌笟馇弧＿@時(shí)我們才明白剛才軸流風(fēng)機(jī)一直熱保護(hù)，是因?yàn)楸粔禾叨斐傻摹Ｊ虑榈搅诉@一步，可以肯定的確定空氣冷卻器的氣腔臟堵的非常厲害了，這可能就是渦輪增壓器喘震的主要原因吧！此時(shí)，將空冷器重新出艙，在機(jī)務(wù)部門現(xiàn)場監(jiān)督下，重新進(jìn)行超聲波清洗，經(jīng)過16小時(shí)的連續(xù)不斷的清洗，裝復(fù)。在試航期間該主機(jī)的負(fù)荷達(dá)到95%時(shí)，且持續(xù)3小時(shí)，該主機(jī)仍沒有發(fā)生喘振，并且各缸的排氣溫度，爆壓都在正常范圍之內(nèi)。可是，為什么我們剛清潔不到兩個(gè)月的空冷器，就一下子變臟了呢？為了探究此事，筆者特意向上次清潔空冷器的服務(wù)商，打電話詢問此事，此事他說了實(shí)話，因?yàn)樗?dāng)時(shí)的清洗設(shè)備有點(diǎn)問題，再一個(gè)他看到我們空冷器的氣腔表面也不是太臟，也沒有把空冷器給徹底的給解體（此空冷器是有螺栓將三部分完整的連接在一起的），就用高壓水槍給循環(huán)的沖洗了一段時(shí)間，這樣做的后果就是表面的污物是給沖掉了，而處在中間那部分的贓物卻越發(fā)的結(jié)實(shí)了。

事已至此，增壓器喘振的原因，經(jīng)過大家的努力，終于解決了。但是回過頭來，再看我們解決問題的思路，思路雖然比較清晰，但是有時(shí)我們會(huì)想當(dāng)然的認(rèn)為：“什么東西剛剛修過”，我們就以為他是正常的，也正是我們的這種慣性思維，導(dǎo)致了我們今天走了許多的彎路。

4.結(jié)束語

喘振是壓氣機(jī)的固有特性，是沒有辦法從根本避免的。其實(shí)我們只要牢牢的把握一下幾大環(huán)節(jié)：空氣濾網(wǎng)，壓氣機(jī)，空氣冷卻器，掃氣箱，進(jìn)氣閥，排氣閥，渦輪端，煙囪等。只要任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都可能導(dǎo)致增壓器喘振。因此為了避免喘振現(xiàn)象的發(fā)生，我們不光要加強(qiáng)增壓器的維護(hù)和保養(yǎng)，還要對(duì)柴油機(jī)的工況進(jìn)行及時(shí)的檢測。

本文詳盡地介紹了增壓器喘振的機(jī)理和原因，基于盡可能小拆部件的原則，總結(jié)出這套發(fā)生喘振時(shí)的處理方法。希望能根據(jù)此法，減小輪機(jī)員的工作量，為船舶的安全航行提供幫助。同時(shí)也提醒我們的輪機(jī)管理人員，平時(shí)要多注重柴油機(jī)相關(guān)理論的學(xué)習(xí)，養(yǎng)成一絲不茍，嚴(yán)肅認(rèn)真，做到精通理論，技藝熟練，觀察敏銳，善于在錯(cuò)綜復(fù)雜的故障現(xiàn)象中，抓住主要矛盾，由表及里，去偽存真，不受表面現(xiàn)象的迷惑，找出真正的原因，給于正確的處置。同時(shí)也奉勸我們的輪機(jī)管理人員，在進(jìn)行一些關(guān)鍵性部件的修理時(shí)，一定要親身親歷，加強(qiáng)責(zé)任心，做好修理的監(jiān)控工作，以防一些服務(wù)商的不作為，而給船舶的安全留下隱患！

參考文獻(xiàn)：

[1] WartsiLa主機(jī)說明書.

[2]杜榮銘.船舶柴油機(jī).大連海事大學(xué)出版社.