“育鯤”輪主機(jī)廢氣渦輪增壓器簡介及常見故障原因分析和處理措施【輪機(jī)工程畢業(yè)論文】

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　“育鯤”輪主機(jī)廢氣渦輪增壓器簡介及常見故障原因分析和處理措施</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本文圍繞“育鯤”輪主機(jī)廢氣渦輪

2、增壓器NA40/S進(jìn)行了一些介紹。首先介紹了增壓的基本知識，然后對廢氣渦輪增壓器NA40/S的基本結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)進(jìn)行了功能介紹，并對壓氣機(jī)和渦輪機(jī)的工作原理進(jìn)行分析。最后針對增壓器常見的故障喘振和振動(dòng)進(jìn)行了分析，分析了引起喘振和振動(dòng)的主要原因，并提出相應(yīng)的解決辦法。還介紹了增壓器損壞的應(yīng)急處理措施。</p><p>　　關(guān)鍵詞: 廢氣渦輪增壓器；喘振； 振動(dòng)</p><p><b>

3、　　Abstract</b></p><p>　　This paper makes some introduction around the exhaust gas turbocharger NA40/S of “YUKUN” vessel. Firstly introduce the basic knowledge of turbocharging. Then, make some function

4、al introduction of the exhaust gas turbocharger NA40/S’s basic structure and system, and analyze the working principle of compressor and turbine. Finally, make some analyses on the common fault of turbocharger, surge and

5、 vibration. Analyze the main reason of surge and vibration, and propose corresponding solutions. Moreov</p><p>　　Keywords: exhaust gas turbocharger, surge, vibration</p><p><b>　　目錄</b&g

6、t;</p><p>　　1 廢氣渦輪增壓簡介6</p><p>　　2 “育鯤”輪主機(jī)NA40/S廢氣渦輪增壓器簡介6</p><p>　　2.1 “育鯤”輪主機(jī)增壓系統(tǒng)6</p><p>　　2.2 NA40/S型廢氣渦輪增壓器組成7</p><p>　　2.3 滑油系統(tǒng)9</p><

7、;p>　　2.4 密封空氣系統(tǒng)9</p><p>　　2.5 輔助噴射加速系統(tǒng)10</p><p>　　3 廢氣渦輪增壓器工作原理11</p><p>　　3.1 單級軸流式渦輪機(jī)的基本工作原理11</p><p>　　3.2 離心式壓氣機(jī)的基本工作原理12</p><p>　　4 增壓器常見故障13

8、</p><p>　　4.1 增壓器喘振13</p><p>　　4.1.1 增壓器的運(yùn)行特點(diǎn)13</p><p>　　4.1.2 增壓器喘振原因及解決辦法13</p><p>　　4.2增壓器振動(dòng)檢修16</p><p>　　5 增壓器損壞后的應(yīng)急措施19</p><p><b

9、>　　6 總結(jié)20</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)21</b></p><p>　　“育鯤”輪主機(jī)廢氣渦輪增壓器簡介及常見故障原因分析和處理措施</p><p>　　1 廢氣渦輪增壓簡介</p><p>　　增壓的概念：用提高氣缸進(jìn)氣壓力的方法，使進(jìn)入氣缸的空氣密度增加，從而可以增加噴

10、入氣缸的燃油量，以提高柴油機(jī)的平均有效壓力和功率。</p><p>　　柴油機(jī)所能發(fā)出的最大功率受到氣缸內(nèi)所燃燒的燃料的限制，而燃料量又受到每個(gè)循環(huán)內(nèi)氣缸所能吸入空氣量的限制。如果空氣在進(jìn)入氣缸前能夠進(jìn)一步壓縮，從而使其密度增大，則同樣的氣缸容積可以容納更多的新鮮空氣，從而就可以增加燃料量，使柴油機(jī)輸出功率顯著提高。這就是增壓的基本目的。</p><p>　　根據(jù)驅(qū)動(dòng)增壓器所需的能量不同，

11、柴油機(jī)主要有機(jī)械增壓，廢氣渦輪增壓，復(fù)合增壓三種方式。目前大型軸流式廢氣渦輪增壓器效率已達(dá)75%，而且其他兩種增壓方式需要額外消耗軸功率。因此，機(jī)械增壓和復(fù)合增壓已經(jīng)很少使用。</p><p>　　所謂廢氣渦輪增壓，是壓氣機(jī)與渦輪同軸相連，構(gòu)成渦輪增壓器。渦輪機(jī)在排氣能量的推動(dòng)下，帶動(dòng)壓氣機(jī)工作，實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣增壓。顯然，這種增壓形式可以從廢氣中回收部分能量，而且不需要額外消耗軸功率，不僅提高了柴油機(jī)的功率，還提高了動(dòng)

12、力裝置的經(jīng)濟(jì)性，因而獲得廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　根據(jù)廢氣能量利用方式不同，廢氣渦輪增壓可以分為定壓渦輪增壓和脈沖渦輪增壓兩種基本形式，“育鯤”輪上采用的時(shí)定壓渦輪增壓方式。定壓渦輪增壓的特點(diǎn)是進(jìn)入廢氣渦輪增壓器的廢氣壓力基本上是穩(wěn)定狀態(tài)。柴油機(jī)各缸的排氣管連接到一根共用的容積足夠大的排氣總管上，渦輪就裝在排氣總管后面。由于排氣管容積足夠大，各缸排出的廢氣進(jìn)入其中后迅速膨脹、擴(kuò)散并很快穩(wěn)定下來，只引起微小

13、的壓力波動(dòng)。排氣總管實(shí)際上成了一個(gè)集氣箱，具有穩(wěn)壓作用。正因?yàn)閺U氣以基本不變的速度和壓力進(jìn)入渦輪，所以這種增壓方式渦輪工作穩(wěn)定，效率高。但應(yīng)當(dāng)值得特別關(guān)注的一點(diǎn)是：當(dāng)柴油機(jī)在低負(fù)荷啟動(dòng)時(shí)，因排氣管壓力低，廢氣的能量少，使渦輪發(fā)出的功率滿足不了壓氣機(jī)所需的功率，因此船舶柴油機(jī)必需另設(shè)輔助鼓風(fēng)機(jī)來滿足低負(fù)荷時(shí)的掃氣需要。</p><p>　　2 “育鯤”輪主機(jī)NA40/S廢氣渦輪增壓器簡介</p>&l

14、t;p>　　2.1 “育鯤”輪主機(jī)增壓系統(tǒng)</p><p>　　圖1為6S35MC型柴油機(jī)增壓系統(tǒng)圖，“育鯤”輪主機(jī)廢氣渦輪增壓系統(tǒng)由排氣閥、排煙總管、廢氣渦輪增壓器、空氣冷卻器、輔助鼓風(fēng)機(jī)、掃氣箱、氣缸等組成。該系統(tǒng)采用單獨(dú)增壓系統(tǒng)，即主機(jī)只用廢氣渦輪增壓器來實(shí)現(xiàn)增壓。它可以滿足主機(jī)的工作需要而不消耗主機(jī)的輸出功。因此，它能夠最有效地提高主機(jī)的功率，同時(shí)還能改善主機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。</p><

15、;p>　　2.2 NA40/S型廢氣渦輪增壓器組成</p><p>　　表1 廢氣渦輪增壓器主要參數(shù)</p><p>　　表2 增壓器與主機(jī)的匹配</p><p>　　表1和表2分別給出了“育鯤”輪廢氣渦輪增壓器NA40/S的主要參數(shù)和廢氣渦輪增壓器與主機(jī)相匹配的主要參數(shù)。主機(jī)只設(shè)一臺NA40/S增壓器。</p><p>　　“育鯤”

16、輪主機(jī)增壓器的型號是NA40/S，它是定壓廢氣渦輪增壓器。圖2是它的結(jié)構(gòu)簡圖，如圖所示，它由一個(gè)軸流式的渦輪端和一個(gè)徑流式的壓氣機(jī)端組成。渦輪端主要由渦輪機(jī)進(jìn)氣殼（1）、渦輪噴嘴環(huán)（2）、渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子（3）、廢氣擴(kuò)散器（4）和渦輪機(jī)排氣殼（5）組成。壓氣機(jī)端主要由壓氣機(jī)進(jìn)氣殼（6.1）、消音器（6.2）、插板（7）、壓氣機(jī)葉輪（8）、擴(kuò)壓器（9）和渦輪機(jī)排氣蝸殼（10）組成。轉(zhuǎn)子由兩個(gè)內(nèi)支撐式的滑動(dòng)軸承支撐，壓氣機(jī)側(cè)的滑動(dòng)軸承是止推軸承，

17、渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子和軸是一體的，壓氣機(jī)葉輪是安裝在軸上的。軸承的潤滑和主機(jī)滑油循環(huán)是一體的。增壓器沒有水冷卻，渦輪側(cè)殼體溫度較高，設(shè)有隔熱層。</p><p>　　基本功能：在工作中，通過主機(jī)排煙轉(zhuǎn)換得到的能量來驅(qū)動(dòng)增壓器轉(zhuǎn)子。廢氣由主機(jī)排煙總管流過增壓器，依次通過渦輪機(jī)進(jìn)氣殼、渦輪噴嘴環(huán)、渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子、廢氣擴(kuò)散器和渦輪機(jī)排氣殼排出。與此同時(shí)，新鮮空氣通過壓氣機(jī)進(jìn)氣殼或消音器和插板被吸入，通過壓氣機(jī)葉輪、擴(kuò)壓器和壓氣機(jī)排氣

18、蝸殼被壓縮。壓縮后的空氣通過空氣冷卻器和掃氣總管被壓入氣缸內(nèi)，為主機(jī)提供燃燒所需的空氣。</p><p>　　增壓器轉(zhuǎn)子的徑向定位通過布置在軸承箱內(nèi)的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子和壓氣機(jī)葉輪之間的兩個(gè)滑動(dòng)軸承來實(shí)現(xiàn)，壓氣機(jī)端的軸承是推力軸承，它還起到軸向定位和承受軸向推力的作用。</p><p>　　壓氣機(jī)端的止推軸承和渦輪端的滑動(dòng)軸承由主機(jī)滑油循環(huán)中的兩個(gè)獨(dú)立的供油管提供的滑油來潤滑，此外，滑油還有冷卻作

19、用。</p><p><b>　　2.3 滑油系統(tǒng)</b></p><p>　　圖3是增壓器滑油系統(tǒng)圖。滑油從主機(jī)供油管1流經(jīng)節(jié)流孔2.2，分兩路由增壓器供油管3供給增壓器軸承5.1和5.2。兩路滑油在進(jìn)入軸承前都會(huì)流過一個(gè)止回閥4，防止滑油回流。在滑油壓力不足或者主機(jī)停機(jī)的情況下，重力油柜7為軸承提供滑油，以保持滑油壓力，防止增壓器軸承干摩擦。同樣滑油分兩路供到兩個(gè)

20、軸承，供到軸承前會(huì)經(jīng)過帶旁通的止回閥6，重力油柜上方有溢流管8，油氣或者溢油會(huì)由此進(jìn)入放氣箱10，放氣箱內(nèi)可經(jīng)過放氣管12放氣，經(jīng)過泄放管9返回滑油柜或者曲軸箱11。</p><p>　　2.4 密封空氣系統(tǒng)</p><p>　　圖4是密封空氣系統(tǒng)的系統(tǒng)圖，NA40/S型廢氣渦輪增壓器由空氣來實(shí)現(xiàn)迷宮式密封。它的主要作用有三個(gè)：一是阻止廢氣進(jìn)入滑油空間，以免污染滑油；二是阻止滑油滲入到渦輪

21、中，造成滑油浪費(fèi)，影響渦輪工作；三是可以減小作用在止推軸承的軸向推力。</p><p>　　密封空氣系統(tǒng)原理：密封空氣通過密封空氣管4和在軸承箱里的密封空氣空進(jìn)入到渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的徑向和軸向迷宮之間。這些空氣來自于下游的空氣冷卻器2或者輔助鼓風(fēng)機(jī)出口。密封空氣管4接頭必須能阻止凝水和灰塵的進(jìn)入，因此，接頭應(yīng)當(dāng)位于掃氣空氣管3的上方，密封空氣管應(yīng)當(dāng)伸入大約100mm到掃氣空氣管中為了避免吹落在管壁上的污垢和水分進(jìn)入。密

22、封空氣通過密封空氣管進(jìn)入增壓器中，并且依據(jù)增壓器的尺寸大小，在密封空氣進(jìn)入到軸承箱之前，由傳送管上的節(jié)流孔5來調(diào)節(jié)減小到需要的值。</p><p>　　2.5 輔助噴射加速系統(tǒng)</p><p>　　功能描述：“育鯤”輪NA40/S廢氣渦輪增壓器采用了輔助噴射增壓加速系統(tǒng)，該加速系統(tǒng)在特殊情況下使用，有助于實(shí)現(xiàn)主機(jī)迅速的并且無煙的加速，和主機(jī)負(fù)荷的應(yīng)用。</p><p&g

23、t;　　機(jī)器控制2位2通電磁閥B導(dǎo)通，電磁閥工作在上位，這時(shí)30bar的壓縮空氣從起動(dòng)空氣瓶A流到節(jié)流孔C處，在那里空氣壓力下降到最高不超過4bar。壓縮空氣通過隔板D上的環(huán)形導(dǎo)管和傾斜的孔吹向壓氣機(jī)葉輪上的葉片。</p><p>　　一方面，這為壓氣機(jī)提供了額外的空氣；同時(shí)另一方面，壓氣機(jī)葉輪被加速。因此可以增加主機(jī)的掃氣空氣壓力，使主機(jī)油門突增的燃油可以充分燃燒，實(shí)現(xiàn)主機(jī)迅速的無煙的加速。</p>

24、<p>　　3 廢氣渦輪增壓器工作原理</p><p>　　3.1 單級軸流式渦輪機(jī)的基本工作原理</p><p>　　單級軸流式渦輪機(jī)的基本工作原理由右圖6所示。它的主要元件是固定的噴嘴環(huán)和旋轉(zhuǎn)的工作葉輪。一列噴嘴環(huán)和其后的一組工作葉片構(gòu)成了渦輪的一個(gè)級。噴嘴環(huán)和葉輪之間構(gòu)成了廢氣通道。廢氣流經(jīng)葉輪時(shí)，其參數(shù)（壓力P、溫度T、流速C）沿流道的變化情況如圖中下部所示。<

25、/p><p>　　具有一定壓力P0和溫度T0的廢氣以速度C0流入噴嘴環(huán)。在噴嘴環(huán)收縮形的流道中膨脹加速，其壓力和溫度降低到P1和T1，而流速升高到C1，部分壓力能轉(zhuǎn)換為速度能。從噴嘴環(huán)出來的高速氣流進(jìn)入葉輪葉片間的流道時(shí)，氣流被迫轉(zhuǎn)彎。由于離心力的作用，迫使氣流壓向葉輪凹面而企圖離開葉輪凸面，使葉輪的凹凸兩面間產(chǎn)生壓力差，此壓力差的合力即為作用在葉片上的沖動(dòng)力。作用在所有葉片上的沖動(dòng)力對轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生一個(gè)沖動(dòng)力矩。此外，葉

26、輪葉片的通道也是收縮的，廢氣在其中繼續(xù)膨脹加速，其流出葉輪的相對速度大于流入葉輪的相對速度。當(dāng)氣流在旋轉(zhuǎn)的葉輪中流動(dòng)時(shí)，因膨脹加速而給葉輪以反作用力，使得渦輪又得到一個(gè)反動(dòng)力矩。沖動(dòng)力矩和反動(dòng)力矩方向是相同的，葉輪就在這兩個(gè)力矩的共同作用下回轉(zhuǎn)。由于工作葉輪在高速氣流的作用下旋轉(zhuǎn)并作機(jī)械功，故氣流的壓力、溫度和絕對速度在工作葉片中從進(jìn)口的P1、T1、C1下降到出口的P2、T2、C2。</p><p>　　3.2

27、離心式壓氣機(jī)的基本工作原理</p><p>　　離心式壓氣機(jī)工作原理如右圖7所示，它由進(jìn)氣道、壓氣機(jī)葉輪、擴(kuò)壓器和排氣蝸殼組成。1—1、2—2、3—3、4—4分別為上述部件的交界面。當(dāng)壓氣機(jī)工作時(shí)，新鮮空氣經(jīng)進(jìn)氣道徑向進(jìn)入壓氣機(jī)葉輪。進(jìn)氣道是漸縮流道，在進(jìn)氣道中，壓力、溫度略有降低，流速提高。正是因?yàn)閴毫档?，空氣才被吸入葉輪?？諝膺M(jìn)入壓氣機(jī)葉輪后，隨葉輪高速回轉(zhuǎn)，因而產(chǎn)生離心力。這樣，空氣在葉輪葉片間隨葉輪做圓

28、周運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，在離心力的作用下向葉輪外緣流動(dòng)并被壓縮。在葉輪中氣體的流速、壓力、溫度都提高了，其中流速提高了很多。這是由于葉輪對氣體做功，把葉輪的機(jī)械能變成了氣體的動(dòng)能和壓力能。氣體被壓縮時(shí)也提高了溫度。在擴(kuò)壓器中，由于流道逐漸擴(kuò)大，使空氣的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為壓力能，流速降低，壓力升高。排氣蝸殼中的流道也是漸擴(kuò)的，因而空氣流過時(shí)繼續(xù)將動(dòng)能轉(zhuǎn)換為壓力能。</p><p><b>　　4 增壓器常見故障</b

29、></p><p><b>　　4.1 增壓器喘振</b></p><p>　　所謂增壓器喘振，是指壓氣機(jī)工作在喘振區(qū)時(shí)，氣體進(jìn)入工作葉輪和擴(kuò)壓器的方向偏離設(shè)計(jì)工況，造成氣流從葉片或擴(kuò)壓器上強(qiáng)烈分離，同時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈脈動(dòng)，并有氣體倒流，引起壓氣機(jī)工作不穩(wěn)定，導(dǎo)致壓氣機(jī)振動(dòng)，并發(fā)出沉重的喘息聲或吼叫聲。</p><p>　　4.1.1 增壓器的

30、運(yùn)行特點(diǎn)</p><p>　　柴油機(jī)在各種負(fù)荷下，所需要的增壓空氣流量Q與增壓壓力P之間的關(guān)系稱為柴油機(jī)進(jìn)氣特性曲線。當(dāng)柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋槳按推進(jìn)特性工作時(shí)，其工作特性線如右圖8中C所示，其中B是喘振線，它的左部是喘振區(qū)。C是一條上部離喘振線較遠(yuǎn)，下部離喘振區(qū)較近的曲線。在運(yùn)行條件的全部變化范圍內(nèi)，增壓器的工作特性曲線不會(huì)進(jìn)入喘振區(qū)。因此，只要增壓器與柴油機(jī)選配合適，正常情況下不會(huì)發(fā)生增壓器喘振。當(dāng)流道阻塞時(shí)，增壓器

31、背壓升高，使空氣流量減小，故工作曲線左移，如圖中曲線C′所示，這時(shí)工作曲線的下部進(jìn)入喘振區(qū)。會(huì)在低負(fù)荷時(shí)發(fā)生增壓器喘振。</p><p>　　4.1.2 增壓器喘振原因及解決辦法</p><p><b>　?。?）氣流通道堵塞</b></p><p>　　氣流通道堵塞是引起增壓器喘振的最常見原因。柴油機(jī)運(yùn)行時(shí),增壓系統(tǒng)的氣體流動(dòng)線路是:壓氣機(jī)進(jìn)

32、口濾器—消音器—壓氣機(jī)葉輪—壓氣機(jī)擴(kuò)壓器—空氣冷卻器—掃氣箱—掃氣口—排氣閥—排氣管—廢氣渦輪噴嘴環(huán)—廢氣渦輪葉輪—廢氣鍋爐—煙囪。正常情況下，各部件的流通面積是固定的，只有各缸掃氣口和排氣閥交替啟閉，但在任何時(shí)刻，至少有一兩缸進(jìn)氣口和排氣閥是相通的。上述流動(dòng)路線中的任一環(huán)節(jié)發(fā)生阻塞,都會(huì)因流阻增大而使壓氣機(jī)流量減小,背壓升高，導(dǎo)致增壓器與柴油機(jī)配合運(yùn)行線向左移，靠近喘振線使喘振余量減少，容易造成增壓器喘振；同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致增壓器效率下降，

33、使增壓器轉(zhuǎn)速下降、增壓壓力降低而排氣溫度升高，配合線左移喘振余量減少，增加發(fā)生喘振的可能性；并可能造成柴油機(jī)額定功率不足或耗油率升高等一系列并發(fā)癥。其阻塞的原因有:臟污、結(jié)碳、變形等。其中在進(jìn)口濾器、壓氣機(jī)葉輪和擴(kuò)壓器、空氣冷卻器、氣缸的掃氣口、渦輪的噴嘴環(huán)和葉輪部位容易堵塞，渦輪的噴嘴環(huán)因接觸高溫廢氣容易發(fā)生變形。因此在管理中應(yīng)注意定期檢查上述部件的污損并按說明書給定時(shí)間間隔進(jìn)行清洗工作。這樣可以有效的防止和排除因氣流通道阻塞而引起喘

34、振。</p><p>　?。?） 增壓器和柴油機(jī)運(yùn)行失配</p><p><b>　　①應(yīng)急操車操作</b></p><p>　　A應(yīng)急停車：當(dāng)遇到緊急情況需要應(yīng)急停車時(shí)，需將操縱桿拉到停油位置，這時(shí)因?yàn)榇倩静蛔?，船體的阻力較大，螺旋槳特性曲線基本不變。主機(jī)在較大的阻力下很快停止轉(zhuǎn)動(dòng)。但增壓器因轉(zhuǎn)速較高，轉(zhuǎn)動(dòng)能量很大，想要停轉(zhuǎn)需要很長時(shí)間，

35、它所提供的空氣不能被柴油機(jī)消耗，增壓器和柴油機(jī)暫時(shí)失配，致使壓氣機(jī)背壓過高產(chǎn)生瞬時(shí)喘振，待增壓器轉(zhuǎn)速下降后，喘振會(huì)自行消失。</p><p>　　B加速過快：主機(jī)加速過快時(shí)，主機(jī)運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量較大，轉(zhuǎn)動(dòng)阻力大，轉(zhuǎn)速上升較慢；而增壓器轉(zhuǎn)動(dòng)部件質(zhì)量小，加之噴油量增加多，廢氣能量迅速增加使轉(zhuǎn)速增加快。因壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速與渦輪機(jī)一致，所以轉(zhuǎn)速也很快，而柴油機(jī)因轉(zhuǎn)速慢需要的空氣較少，以致壓氣機(jī)背壓很高，會(huì)出現(xiàn)暫時(shí)喘振現(xiàn)象。等柴油機(jī)

36、轉(zhuǎn)速上升并穩(wěn)定后，增壓器和柴油機(jī)重新匹配，喘振現(xiàn)象自行消失。</p><p>　　應(yīng)急操車情況下的增壓器喘振都是暫時(shí)的，等條件穩(wěn)定后會(huì)自行消失。但是，由于輪機(jī)員誤操作導(dǎo)致柴油機(jī)負(fù)荷突變也會(huì)引起增壓器喘振，應(yīng)當(dāng)避免。“育鯤”輪主機(jī)增壓器就曾在快速改變主機(jī)負(fù)荷時(shí)出現(xiàn)過喘振現(xiàn)象。因此除非緊急情況不得已，嚴(yán)禁主機(jī)急速增減負(fù)荷。</p><p><b>　?、谀骘L(fēng)行駛和污底</b&g

37、t;</p><p>　　船舶逆風(fēng)行駛或者船舶污底較重時(shí)，船體阻力會(huì)增加，如右圖9所示。圖中橫坐標(biāo)n表示螺旋槳轉(zhuǎn)速，在“育鯤“輪上也是主機(jī)轉(zhuǎn)速，縱坐標(biāo)P表示柴油機(jī)功率，曲線1表示主機(jī)部分負(fù)荷速度特性線，曲線Ⅰ表示正常情況下的螺旋槳特性線，曲線Ⅱ表示逆風(fēng)或者污底時(shí)螺旋槳特性線。正常情況下船舶工況點(diǎn)是a，但由于逆風(fēng)或者污底原因，船體阻力增加，相應(yīng)螺旋槳阻力增加，工況點(diǎn)變?yōu)閎，b點(diǎn)比a點(diǎn)喘振余量小，更靠近喘振線，更容易

38、發(fā)生喘振。如果保持原來的功率不變，則需加大油門，主機(jī)負(fù)荷線變?yōu)?，工況點(diǎn)變?yōu)閏點(diǎn)，相對于a點(diǎn)，c點(diǎn)柴油機(jī)負(fù)荷大，增壓器轉(zhuǎn)速上升，增壓壓力升高。但此時(shí)由于柴油機(jī)轉(zhuǎn)速降低，空氣流量減小，使得增壓器更容易進(jìn)入喘振區(qū)。</p><p>　　此時(shí)消除喘振的方法，是降低油門，以大幅降低廢氣能量。對于污底來說應(yīng)當(dāng)盡快清潔船體，以解決根本問題。</p><p><b>　　③大風(fēng)浪航行</

39、b></p><p>　　在大風(fēng)浪天航行時(shí)，如果螺旋槳露出水面，柴油機(jī)發(fā)生飛車，此時(shí)，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速很高，而調(diào)速器自動(dòng)切斷燃油供給，廢氣能量很少，增壓器轉(zhuǎn)速下降，壓氣機(jī)流量減小，背壓升高，易發(fā)生喘振。</p><p>　　此時(shí)要嚴(yán)格限制柴油機(jī)負(fù)荷，防止主機(jī)超速?？梢苑乐乖鰤浩鞔?。</p><p>　?。?）柴油機(jī)或增壓器故障</p><p&g

40、t;<b>　?、賴娪拖到y(tǒng)故障</b></p><p>　　當(dāng)噴油系統(tǒng)發(fā)生故障或燃用劣質(zhì)油料，后燃加劇使排氣溫度偏高。無論是全負(fù)荷或部分負(fù)荷，無論后燃有多嚴(yán)重，其配合運(yùn)行點(diǎn)均在正常配合運(yùn)行線上。隨著燃燒終點(diǎn)延后，排氣溫度升高，增壓器轉(zhuǎn)速升高，壓氣機(jī)流量增大，壓比升高，配合運(yùn)行點(diǎn)往該曲線高處移動(dòng)，喘振余量減小。</p><p>　?、趬簹鈾C(jī)或渦輪機(jī)葉片過度磨損或缺失&l

41、t;/p><p>　　壓氣機(jī)或渦輪機(jī)葉片脫落會(huì)影響增壓器效率，使得增壓器轉(zhuǎn)速下降，并且改變了流道中氣流的方向，容易造成增壓器工作不穩(wěn)定，發(fā)生喘振。</p><p>　?、劭諝饫鋮s器冷卻能力變差</p><p>　　空氣冷卻器冷卻能力變小，會(huì)使柴油機(jī)排氣溫度升高，增壓器轉(zhuǎn)速升高，流量增大，壓比增大，配合運(yùn)行點(diǎn)移向高處，喘振余量減小。</p><p>

42、;<b>　　④掃氣箱著火</b></p><p>　　掃氣箱著火時(shí)，火勢越大排氣溫度越高，渦輪轉(zhuǎn)速越高，壓氣機(jī)流量越大，壓比越大，配合運(yùn)行點(diǎn)往該曲線高處移動(dòng)，喘振余量減小。</p><p>　　想要消除這些喘振，應(yīng)當(dāng)對發(fā)生故障的部位進(jìn)行修理。</p><p><b>　?。?）環(huán)境因素</b></p>&l

43、t;p>　　當(dāng)?shù)蜏貢r(shí)匹配的增壓器在高溫區(qū)域使用時(shí)，其空氣溫度較高，空氣密度相對低，吸入壓氣機(jī)空氣的量較少，盡管排氣溫度較高，排氣管壓力卻降低，廢氣渦輪獲得的能量反而少，進(jìn)而增壓器轉(zhuǎn)速下降，導(dǎo)致空氣流量進(jìn)一步減小，可能引起增壓器喘振。</p><p>　　解決的辦法是增加流經(jīng)空氣冷卻器冷卻水的流量，使空氣溫度降低到允許范圍內(nèi)。</p><p>　　下表3對喘振的原因和相應(yīng)解決辦法進(jìn)行了

44、簡單的總結(jié)，以供參考。</p><p>　　表3 增壓器喘振原因及其解決辦法</p><p>　　4.2增壓器振動(dòng)檢修</p><p>　　正常運(yùn)轉(zhuǎn)的增壓器由于轉(zhuǎn)速很高，“育鯤”輪主機(jī)增壓器額定轉(zhuǎn)速可達(dá)18000r/min，這么高的轉(zhuǎn)速即使增壓器平穩(wěn)工作時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)聲音也很大，如果增壓器出現(xiàn)故障振動(dòng)劇烈，那么聲響會(huì)更大，而且會(huì)加劇增壓器及周邊部件的磨損甚至損壞，危害巨大

45、，因此關(guān)于增壓器振動(dòng)的檢修顯得十分必要和重要。</p><p>　　如果廢氣渦輪增壓器運(yùn)轉(zhuǎn)中振動(dòng)劇烈，使得轉(zhuǎn)速下降，柴油機(jī)便不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。作高速回轉(zhuǎn)的精密動(dòng)力機(jī)械的廢氣渦輪增壓器，要保持平穩(wěn)、無振動(dòng)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)，必須同時(shí)滿足三個(gè)條件：第一是動(dòng)平衡精度符合要求，即轉(zhuǎn)子的重心在其回轉(zhuǎn)中心線上或者保持要求的偏心距；第二是增壓器的安裝精度要高，對中性要好，即回轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)子與固定件殼體的對中精度符合要求；第三是增壓器運(yùn)轉(zhuǎn)中良好的

46、管理與正確的操作。增壓器運(yùn)轉(zhuǎn)中由于種種不能同時(shí)滿足以上三個(gè)條件，是增壓器產(chǎn)生劇烈振動(dòng)的原因。</p><p>　　（1）增壓器振動(dòng)原因</p><p>　?、賶簹鈾C(jī)喘振引起強(qiáng)烈振動(dòng)</p><p>　　這種振動(dòng)包括徑向振動(dòng)和軸向振動(dòng)。喘振是由于壓氣機(jī)流通部分出現(xiàn)氣流與葉片強(qiáng)烈撞擊與脫流現(xiàn)象的結(jié)果。增壓系統(tǒng)流道阻塞是增壓器喘振的常見原因。管理中注意壓氣機(jī)進(jìn)氣濾器、葉輪

47、、擴(kuò)壓器、空氣冷卻器、進(jìn)氣口和排氣口、渦輪噴嘴環(huán)、葉片前等流通部分的清潔，就會(huì)防止和消除喘振，也就會(huì)使振動(dòng)消失。</p><p><b>　?、谳S承損壞引起振動(dòng)</b></p><p>　　軸承長時(shí)間使用后產(chǎn)生磨損、變形、裂紋或燒傷時(shí)，使摩擦力矩增大，轉(zhuǎn)速下降，振動(dòng)和噪聲大增。軸承中軸瓦的磨損、變形或斷裂等使轉(zhuǎn)子安裝位置發(fā)生變化，轉(zhuǎn)子對中不良產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)。</p

48、><p>　　為此應(yīng)按軸承規(guī)定的使用期按時(shí)更換軸承，發(fā)生損壞時(shí)應(yīng)即時(shí)更換軸承。</p><p>　?、坜D(zhuǎn)子彎曲變形引起振動(dòng)</p><p>　　增壓器轉(zhuǎn)子軸上安裝著壓氣機(jī)和渦輪的葉輪等部件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重量大。若船舶停泊時(shí)間較長，增壓器轉(zhuǎn)子就會(huì)由于長期不運(yùn)轉(zhuǎn)靠自重產(chǎn)生彎曲變形，破壞了轉(zhuǎn)子與殼體、氣封等的配合間隙，使轉(zhuǎn)子失中，氣封損壞。嚴(yán)重時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)困難，摩擦嚴(yán)重；運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)

49、生很大的離心力使增壓器產(chǎn)生劇烈振動(dòng)。</p><p>　　所以，船舶長時(shí)間停航，應(yīng)注意增壓器的管理，防止轉(zhuǎn)子變形。</p><p>　　④轉(zhuǎn)子不平衡引起振動(dòng)</p><p>　　增壓器經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)，由于渦輪葉片上嚴(yán)重積炭或葉片變形、折斷；壓氣機(jī)葉輪、葉片變形、臟污或損壞都會(huì)使轉(zhuǎn)子質(zhì)量分布發(fā)生變化，改變了轉(zhuǎn)子原有的重心位置，破壞了轉(zhuǎn)子原有的動(dòng)平衡精度，即偏心距e

50、值增大超過規(guī)范要求，造成轉(zhuǎn)子不平衡。當(dāng)增壓器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡破壞而產(chǎn)生劇烈振動(dòng)，工作不平穩(wěn)。</p><p>　?、菰鰤浩餮b配、修理質(zhì)量差</p><p>　　增壓器進(jìn)行自修或廠修時(shí)，如修理質(zhì)量差或修后裝配不良時(shí)，就會(huì)造成增壓器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子與殼體或氣封相碰，產(chǎn)生摩擦導(dǎo)致振動(dòng)。例如氣封、軸封安裝不正、軸承安裝不正確或者軸承間隙不符合要求、轉(zhuǎn)子軸線不對中等。特別是軸承安裝問題不容忽視。如果

51、軸承安裝位置不對，會(huì)造成轉(zhuǎn)子軸線對中不良，各配合間隙不符合標(biāo)準(zhǔn)，增壓器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。</p><p>　?。?）增壓器振動(dòng)檢修</p><p><b>　?、偾逑?lt;/b></p><p>　　利用增壓器上的噴水裝置清洗葉輪端和壓氣機(jī)端的葉片和流道，渦輪端也可采用干洗方式。清除附著在表面上的油漬、污垢、積炭等，即消除了引起增壓器喘振的因素，

52、又除去了不平衡質(zhì)量，從而減輕或者完全消除由此引起的振動(dòng)。</p><p><b>　?、趽Q新軸承</b></p><p>　　如果振動(dòng)時(shí)軸承已接近換新時(shí)間，則可能是因軸承損壞引起的振動(dòng)，故應(yīng)首選換新軸承的措施來消除增壓器的振動(dòng)。增壓器的軸承中，因渦輪端軸承溫度高、工作條件惡劣、并且與廢氣側(cè)相鄰，所以一般先損壞，更換軸承原則是先換渦輪端軸承，然后再換壓氣機(jī)端軸承。<

53、;/p><p>　?、蹤z查轉(zhuǎn)子的磨損和變形</p><p>　　增壓器階梯抽出轉(zhuǎn)子檢查壓氣機(jī)和渦輪的葉輪、氣封和工作軸頸外圓表面有無擦傷、彎曲變形和磨損。必要時(shí)吊入車間在平臺上檢測轉(zhuǎn)子軸線狀態(tài)，以判斷轉(zhuǎn)子的彎曲變形和變形程度。</p><p><b>　?、苻D(zhuǎn)子動(dòng)平衡試驗(yàn)</b></p><p>　　增壓器轉(zhuǎn)子不平衡運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)

54、產(chǎn)生不平衡的離心慣性力，它會(huì)使轉(zhuǎn)子振動(dòng)。要平衡轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的離心力，可以選渦輪機(jī)葉輪背面和壓氣機(jī)葉輪背面這兩個(gè)平面，將各不平衡質(zhì)量產(chǎn)生的慣性力分解到這兩個(gè)平面上，即在兩個(gè)平面內(nèi)分別加減適當(dāng)?shù)钠胶赓|(zhì)量，使兩個(gè)平面內(nèi)的慣性力的向量和均為零，轉(zhuǎn)子就可以達(dá)到動(dòng)平衡。</p><p>　　對于經(jīng)過平衡計(jì)算并且安裝了平衡質(zhì)量的增壓器轉(zhuǎn)子，理論上雖說慣性力完全得到平衡。但是由于計(jì)算、制造和安裝的誤差以及由于材料的不均勻等，使

55、轉(zhuǎn)子仍然可能存在不平衡。因此必須通過動(dòng)平衡試驗(yàn)來測定不平衡質(zhì)量的大小和方</p><p>　　位，然后再用加重或減重的方法予以平衡。</p><p>　　進(jìn)行轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡試驗(yàn)要用到動(dòng)平衡機(jī)，圖10是一種動(dòng)平衡機(jī)原理圖。它具有兩個(gè)對振動(dòng)感受非常靈敏的支承2，一般是用鋼絲懸掛起來的。轉(zhuǎn)子1的軸承就放在這樣的支承上。轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，不平衡的離心力促使軸和支承一起左右搖擺。由于支架的擺動(dòng)使線圈作切割磁

56、力線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電磁感應(yīng)，有毫伏級的交流信號輸出。交流信號經(jīng)過選頻放大器4，再到整流輸出指示電流表6，指示電流表6指出的最大讀數(shù)就是不平衡質(zhì)量的大小。然后再把開關(guān)閉合，電流經(jīng)過脈沖發(fā)生器5觸發(fā)閃光燈閃光。由于晶體管放大器在時(shí)間上反應(yīng)極快，所以閃光燈引燃的時(shí)間即為轉(zhuǎn)子振幅出現(xiàn)的相角位置。由于閃光頻率和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速相同，在閃光燈上可以看到一個(gè)相對靜止的轉(zhuǎn)子。如果事先在轉(zhuǎn)子可見部分的圓周上均勻?qū)懮咸柎a，那么閃光時(shí)所見到的號碼就表示轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)量所在

57、位置。</p><p>　　找出不平衡質(zhì)量的大小和位置后，就可以在葉輪背面進(jìn)行修理，然后再進(jìn)行試驗(yàn)，直到平衡精度達(dá)到規(guī)范要求為止。</p><p><b>　?、莅惭b間隙的檢查</b></p><p>　　增壓器的主要間隙有三個(gè)。間隙N：N為壓氣機(jī)端推力軸承與轉(zhuǎn)子軸斷面之間的軸向間隙，即轉(zhuǎn)子的軸向竄動(dòng)量。使在保持轉(zhuǎn)子軸向熱膨脹的情況下不會(huì)產(chǎn)生壓

58、氣機(jī)葉輪或氣封與增壓器殼體相碰。間隙L：L為壓氣機(jī)葉輪前方與殼體之間的間隙。間隙M：M為壓氣機(jī)葉輪背面與氣封板之間的軸向間隙。</p><p>　　安裝間隙反映了轉(zhuǎn)子與增壓器殼體的對中情況。進(jìn)行粗檢：手動(dòng)轉(zhuǎn)子使之回轉(zhuǎn)，聽聲判斷對中情況；精檢：測量L、M、N等配合間隙，精確判斷對中情況。當(dāng)各間隙值符合要求時(shí)說明增壓器轉(zhuǎn)子與殼體對中良好，否則應(yīng)查明原因，調(diào)整后再度測量。</p><p>　　下

59、表給出了振動(dòng)原因與相應(yīng)的檢修方法，以供簡單參考。</p><p>　　表 4 增壓器振動(dòng)原因及其檢修方法</p><p>　　5 增壓器損壞后的應(yīng)急措施</p><p>　　航行中，當(dāng)廢氣渦輪增壓器發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，既不能修理又無法繼續(xù)使用，這種情況下只有停止增壓器運(yùn)轉(zhuǎn)。但是廢氣渦輪增壓器與柴油機(jī)是聯(lián)合裝置，工作密切相關(guān)，增壓器停止工作后必須采取相應(yīng)措施保證柴油機(jī)的可

60、靠運(yùn)轉(zhuǎn)。一般原則如下：</p><p>　?。?）航行中主機(jī)增壓器損壞時(shí)的處置原則</p><p>　?、贋楸苊馐鹿世^續(xù)擴(kuò)大，在海況、海域等情況允許時(shí)應(yīng)立即停車進(jìn)行檢修；</p><p>　　②在海況及海域等情況惡劣時(shí)，如風(fēng)浪太大或航行在狹窄水道等不允許停車的特殊情況下，應(yīng)使主機(jī)轉(zhuǎn)速降至較低水平保持船舶航行。</p><p>　?。?）對損壞

61、增壓器的應(yīng)急處理</p><p>　?、僭试S短時(shí)間停車時(shí)，鎖住轉(zhuǎn)子。當(dāng)主機(jī)增壓器損壞停止工作時(shí)，主機(jī)仍要繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，以保證船舶繼續(xù)航行。為了防止廢氣沖擊轉(zhuǎn)子，應(yīng)將轉(zhuǎn)子鎖住?！坝H”輪廢氣渦輪增壓器損壞時(shí)，應(yīng)當(dāng)鎖住轉(zhuǎn)子的壓氣機(jī)端，鎖住后，依靠輔助鼓風(fēng)機(jī)來維持主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，對于“育鯤”輪配備的變距槳而言，此時(shí)主機(jī)負(fù)荷不得高于額定功率的20%。鎖住轉(zhuǎn)子后轉(zhuǎn)子還會(huì)受到高溫廢氣和自重作用，短時(shí)間尚可，長時(shí)間作用將會(huì)引起轉(zhuǎn)子變形。

62、</p><p>　?、谠试S長時(shí)間停車時(shí)，可拆除轉(zhuǎn)子。增壓器損壞后由于時(shí)間比較充裕，可采取拆除轉(zhuǎn)子和在增壓器兩端和中間安裝封閉蓋板的措施，此法不僅防止事態(tài)擴(kuò)大，而且轉(zhuǎn)子受到較好的保護(hù)。</p><p><b>　　6 總結(jié)</b></p><p>　　這篇文章結(jié)合主機(jī)廢氣渦輪增壓器NA40/S操作手冊，對增壓器的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)進(jìn)行了簡單的介紹。然后

63、分別對渦輪機(jī)和壓氣機(jī)的基本工作原理進(jìn)行了簡單說明。著重進(jìn)行了增壓器喘振的原因分析，關(guān)于增壓器喘振，結(jié)合了書本上的相關(guān)知識，自己畫圖進(jìn)行了一些工況分析，并提出了一些消除喘振的方法。可能有些地方有些不妥，甚至錯(cuò)誤的地方，實(shí)在是知識所限，還望多多見諒，批評指正。關(guān)于增壓器的振動(dòng)問題，提及了轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡試驗(yàn)，限于船上無法進(jìn)行此項(xiàng)試驗(yàn)，所以對轉(zhuǎn)子的不平衡度計(jì)算方法沒有提及，只是簡單的提到了不平衡質(zhì)量。最后介紹了增壓器損壞的應(yīng)急處理措施。</p

64、><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] Technical Documentation Exhaust Gas Turbocharger</p><p>　　[2] 李斌. 船舶柴油機(jī). 大連: 大連海事出版社, 2008.4</p><p>　　[3] 滿一新. 船機(jī)維修技術(shù). 大連: 大連海