康明斯动力设备（深圳）有限公司

 

故障检修与技术维护

柴油发电机增压器的故障现象及原因

 

摘要：废气涡轮增压器是安装在柴油发电机上辅助增加进气压力的一个涡轮装置，它利用柴油机排出的废气能量驱动涡轮转动，带动同轴的压气机一起高速旋转，将新鲜空气加压后经进气管进入气缸，这样增加了气缸充气量，从而可以向气缸内喷入更多的柴油。由于废气涡轮增压器安装在排气管上，处在高温、高压和高速运转的工况下，其工作环境非常恶劣，工作要求也比较苛刻。如果使用维护不当极易造成增压器发生故障，引起柴油发电机组运转不稳、功率下降、油耗增大和排气管冒黑烟或蓝烟等症状。

 

一、增压压力低的主要原因

 

      该故障表现为增压器转子轴转速上不去，测试方法如图1所示。一般来说，柴油机在额定转速工作时，增压器转子轴转速可达60000r/min至240000r/min，流量特性曲线图如图2所示。在这一转速下，方可使增压压力达到要求。其主要原因如下：

1、压气机的滤清器脏污。

2、叶轮、叶片扩压器脏污。

3、增压器涡轮内存有较多积炭，使旋转阻力增加。

4、中冷器脏污，增加了进气阻力。

5、涡轮排气不畅通，这是由于排气管堵塞、变形等引起转子转速升不高。

6、增压器出口压力突然下降，一般由于轴承损坏引起。

 

图1  涡轮增压器转速测试

图2  增压器流量特性曲线

 

二、压气机喘振的主要原因

 

      增压器外观如图3所示。涡轮机在排气能量的推动下，带动压气机工作，实现进气的增压。在运转过程中，如果压气机处于严重的不稳定状态，空气流量忽大忽小，压力值剧烈波动，甚至出现气体倒流，同时伴随着压气机叶轮产生剧烈振动，并发出沉重的喘息声或吼叫声，这种现象称为压气机的喘振。

      喘振现象产生主要由于进气系统产生堵塞，进气不畅，通过增压器输送的空气流量达不到柴油机的要求，造成进气不稳定，从而使进气管内增压后的空气压力产生波动或大幅下降，故在压气机端发出如气喘的异响，并伴随着发动机工作不稳，动力下降，排气管冒黑烟。

1、增压系统流道阻塞因素的影响

      图4中μ1为叶轮剖分处的圆周速度，c1为空气进入压气机前缘时的绝对速度，ω1表示气流进入压气机叶片时相对速度。

流量Q=c×S，S为通流面积。当S不变时，Q与c成正比

      增压器流道阻塞的直接后果之一就是会增加气流在系统中的阻力。柴油机运行时，增压系统的气体流动路线是：压气机进口滤器和消音器→压气机叶轮→压气机扩压器→空气冷却器→扫气箱→柴油机扫气口→排气阀→排气管→废气涡轮喷嘴环→废气涡轮叶轮→废气锅炉→烟囱。其中各组成部分的流通面积都是固定的。

      若上述流动路线中任一环节发生堵塞，如脏污、结碳、变形等，都会因流阻增大使压气机背压升高，流量减少，引起喘振。其中容易脏污的部件是压气机进口滤器、压气机叶轮和扩压器、空气冷却器、柴油机扫气口和排气阀、废气涡轮喷嘴环、废气涡轮叶轮。通常情况下，涡轮增压器气流通道的阻塞是造成其喘振的主要原因。

2、造成压气机喘振的主要原因

（1）柴油发电机紧急熄火或突然卸载。

（2）大气温度变化引起喘振。在夏季对增压器进行配合试验，在冬季有可能发生喘振，这是因为气温变化使工作点发生变化引起的。

（3）压气机脏污，特别是叶片扩压器脏污。

（4）一台发动机装置两台增压器，共用一根进气总管，当一缸不工作时，即可引起压气机喘振。

 

图3 涡轮增压器等轴视图

图4  增压器压气机流量变化时空气在叶轮前缘流动情况

 

三、增压压力过高的主要原因

 

      一般来说，进气压力过高不是增压器本身的问题，而是由发动机引起的，其主要原因有：

1、排气阀漏气，图5和图6示意了涡轮增压器排气泄压阀关闭和打开的情况。

2、由于发动机喷油正时不当或其他原因造成补燃期过长，使驱动涡轮的热能增加，转速上升，进气压力提高。

3、涡轮增压器使用时间较长，清理积碳不及时或增压柴油机燃烧不良，积碳严重，使喷嘴、涡轮通道阻塞，因此增压器转速升高。

4、增压柴油机喷油泵调速器失灵，或者排气阀密封不严排气泄漏，均会引起涡轮增压器转速增高，增压压力提高。

5、增压柴油机超速、超负荷，供油量增大，也会使涡轮增压器转速增高。

 

图5 涡轮增压器排气泄压阀打开

图6 涡轮增压器排气泄压阀关闭

 

 

四、异响的主要原因

 

      这种故障多数是由于转子与壳体发生碰撞而产生的。由于转子与壳体装配间隙较小，如果安装调整不当或轴承严重损坏，或转子叶片变形，均可能发生碰擦。

1、涡轮增压器损坏，金属摩擦产生的异响；

2、进、排气管漏气，或者中冷器有裂缝，带压气体泄露；

3、旁通阀皮膜破裂，气体泄露；

4、壳体内壁有毛刺或凸瘤，高速气流流经产生的异响；

5、涡轮增压器扩压段积污；

6、叶轮表面积污，气流流通不畅。

 

五、润滑油回油温度过高（超过105℃）的主要原因

 

      增压器机油回油温度一般应低于90～120℃（因机型不同而异），温度过高的原因有

1、机油量减少，油压太低低于200kPa；

2、润滑系中有漏油现象，使轴承机油量减少；

3、回油管路阻塞，使回油不畅通；

4、机油散热不良，涡轮端密封装置失效，高温燃气进入机油腔，导致涡轮增压器温度过高。

5、轴承损坏。

 

六、漏油的主要原因

 

      废气涡轮增压器采用强制润滑方式，为了不使机油泄漏，在浮动轴承两端设置有活塞环式密封环。因压气机密封装置靠近叶轮边是低压区，容易产生漏油故障，其主要原因有：

1、空气过滤器太脏或堵塞

      当空气滤清器因灰尘过多或其他原因供气不良时，压缩机进气口的负压会过高，使压缩机一端的内部压力高于外部压力，油在压差的作用下从进气管流出。一端流出。

2、浮动轴承磨损

      如果长时间不换油或空气滤清器失效，过多的灰尘会进入增压器，浮动轴承磨损严重，导致轴承间隙过大，油膜不稳定。在高速行驶时，增压器很快就会变得不平衡。转子轴系振动加剧，破坏两端密封，造成润滑油泄漏。

3、长期低负荷造成增压器漏油

      当发动机长时间低负荷时，涡轮增压器涡轮和压气机叶轮后面会产生负压，使流出浮动轴承的油在压差的作用下漏出。

4、回油不良

      当机油流出增压器浮动轴承时，靠自身重力流回油底壳。但当回油管变形或堵塞，或曲轴箱内排气压力过大导致回油管有压力时，从浮动轴承流出的油不会顺利流回油底壳，并且将从转子轴沿转子轴流出。两端密封圈流出，造成漏油。

 

七、增压器突然停止运转

 

      产生此故障的主要原因有：

（1）浮动轴承因缺油润滑不良被烧蚀抱死，使转子轴不能旋转；

（2）有异物进入增压器壳体内，将涡轮或压气机叶轮的叶片打坏，致使叶片被卡死在壳体内。此时，须更换增压器。

（3）涡轮本体寿命到期。

（4）冷却系统出现故障，导致涡轮温度过高，损坏涡轮本体。需要对涡轮增压器进行更换。

（5）发动机缸体出现破损，导致烧机油，影响涡轮。

 

八、发动机下排气（废气大）

 

      产生废气大故障的主要原因是操作方法不当，使柴油发动机突然熄火。此刻机油泵立即停止工作，机油停止流动，而增压器的转子轴因惯性仍然继续高速旋转，转子轴与浮动轴承处于半干摩擦状态，残留在机油管的机油温度升高，油膜变薄和烧焦，使浮动轴承和密封环过快磨损，导致发动机排出的废气经涡轮增压器润滑油道进入发动机油底壳，通过呼吸帽的排气管排出，即柴油机下排气。发动机负荷越大，下排气越重，此时应拆检或更换增压器。

 

总结：

      为了确保增压器稳定工作，日常应保持合适的油面高度，定期清洗集滤器和机油滤清器。金属绕线式滤清器清洗后，检查滤芯上的铜丝有无松动或破损，若有损坏可用锡焊补好，但修补面不得超过5c耐。若油路进入空气，油压表指针会左右摆动，此时拆开油路接头检查，会发现有气泡冒出，要更换有关密封垫，排除漏气、漏油故障。 若油底壳内的机油量增多时，除查明漏水、漏柴油的原因加以排除外，还应及时更换机油。

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