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柴油发电机增压器的结构与坏了的故障现象 |
摘要：随着现代用户发电需求逐渐向大功率、自动化、智能化方向发展，势必要求柴油机具有较大的功率以提供足够的动力需求。而增压则是提高柴油机功率的最主要途径，柴油机功率增加随增压压力的增加而成比例的增加。涡轮增压器工作的优劣与否直接影响着柴油机性能及其可靠性，而若出现增压器故障将直接影响着柴油机主机的整体性能。因此，康明斯公司在本文中对出现增压器易发故障的原因进行分析了解，以便能在故障发生时迅速做出正确处理，避免不必要的损失。
一、增压器的原理和结构
柴油机排出的废气经过涡轮壳进入喷嘴，将废气的热能及静压能转变为动能，并以一定的方向流经涡轮叶片，推动其高速旋转，带动同轴上的压气机叶轮旋转而产生虹吸作用，新鲜空气经过空气滤清器后被吸入压气机，经过扩压器使气流的速度和密度增加，压力提高，然后进入柴油机进气管，以实现气缸充气增加，进而可以喷入更多的燃油，达到提高柴油机功率的目的。工作原理和压力控制示意图分别如图1、图2所示。
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图1 柴油机涡轮增压器原理图 |
图2 柴油机增压器压力控制示意图 |
涡轮增压器主要由压气机和涡轮两部分组成，其结构外观如图3、图4所示。
1、压气机部分
主要包括单级离心式压气机叶轮、扩压器和压气机壳等。
2、涡轮部分
主要包括涡轮壳、单级径流式涡轮机叶轮等。涡轮轴与涡轮采用摩擦焊焊接成一体。
（1）压气机叶轮以间隙配合装在涡轮轴上，并用螺母紧固。
（2）涡轮及涡轮轴总成与压气机叶轮组合后，必须经过精确的动平衡试验，以保证高速旋转下能正常工作。
（3）增压器的转子支撑采用内支撑形式，全浮动式浮动轴承位于两叶轮之间的中间体内，转子的轴向推力靠直推环端面来承受。
（4）涡轮端和压气机端均设有密封环装置，压气机端还有挡油环，以防止机油泄漏。
压气机壳、涡轮壳、中间体是主要固定件，涡轮壳和中间体、压气机壳与中间体均采用螺栓、压板连接；压气机壳可以绕轴线任意角度进行安装。
3、增压器轴承
增压器轴承的结构是车用涡轮增压器可靠性的关键之一。现代车用涡轮增压器都采用浮动轴承。浮动轴承实际上是套在轴上的圆环。圆环与轴以及圆环与轴承座之间都有间隙，形成双层油膜。圆环浮在轴与轴承座之间。一般内层间隙为0.05mm左右，外层间隙大约为0.1mm。轴承壁厚约3~4.5mm，用锡铅青铜合金制造，轴承表面镀一层厚度约为0.005~0.008mm的铅锡合金或金属铟。在增压器工作时，轴承在轴与轴承座中间转动。
4、增压器的润滑
采用压力润滑，润滑油来自柴油机的主油道，然后经回油管回流柴油机油底壳。
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图3 涡轮增压器正视图 |
图4 涡轮增压器上下二等角轴测图 |
二、常见的故障及处理方法
1、机油消耗量大，但排气烟色正常，动力不降低
（1）原因
这种情况一般是由于机油渗漏造成的。
（2）处理方法
① 首先应检查发动机润滑系外部油管（包括增压器进、回油管）是否漏油；
② 检查增压器废气排出口是否有机油。如有机油，可判定涡轮一端密封环损坏，应更换此密封环。
2、机油消耗量大，排气冒蓝烟，但动力不下降
（1）原因：
由于增压器压器端漏油，机油通过发动机进气管进入燃烧室被烧掉所造成的，有以下几种可能：
① 增压器回油管不畅通，机油在转子总成的中间支承处积留过多，沿转子轴流入压气叶轮。
② 靠近压气叶轮一端的密封环或甩油环损坏后，机油由此进入叶轮室，然后随室内增压后的空气一同经进所管进入燃烧室，如图5所示。
（2）处理方法：
① 打开压气机的出气口或发动机进气直管（橡胶软管），看管口、管壁是否粘附机油。如有，请检查增压器回油管是否畅通。如不畅通则是由于中间支承处积油过多引起，应将回油管疏通后装复。
② 如畅通，则是由于叶轮一端密封环或甩油环损坏所造成，应解体增压器进行修复。
3、机油消耗量大，排气冒蓝烟或黑烟，且动力下降
（1）原因：
① 活塞与汽缸之间的间隙磨损过大，机油窜入燃烧室而被烧掉。
② 空气在被增压器吸入的过程中，空气流遇较大阻力（如空滤芯堵塞，进气胶管被吸变形或压扁等），压气机进气口处的压力较低，造成机油渗漏进入压气机内，随压缩空气一起进入燃烧室内烧掉，如图6所示。
（2）处理方法：
① 检查进气直软管壁内有无机油、是否被压扁，使气流受阻或空滤芯有堵塞现象。
② 如管口和管壁有机油，应清洗或更换空气滤芯。
4、排气冒黑烟，功率下降，且增压器有异响
（1）原因：
① 如有金属摩擦声，是增压器转子轴承或止推轴承磨损过多，叶轮与增压器壳摩擦而产生。
② 如不是金属摩擦声，而是气流声，则是由于增压器转子高速旋转，产生的旋转声音，或是进、排气接口处由于连接不好产生的漏气现象。
（2）处理方法：
① 前者应视磨损情况更换损坏的备件进行修复。
② 后者应认真区分，有针对性的解决。
5、 增压器轴承损坏，发动机功率下降，机油消耗高，冒黑烟
（1）原因：
① 增压器轴颈和止推轴承的润滑油供应不足；
② 使转子轴颈和轴承间保持浮动的润滑油不足；
③ 增压器已高速运转，而润滑油未及时供给。
④ 柴机油过热，从活塞与缸壁间窜过的燃气过多；
⑤ 冷却水漏入机油中；
⑥ 机油选用不当，以及没有按规定定期更换机油。
（2）处理方法：
① 检查润滑油压力是否正常，机油量是否符合要求。
② 按规定要求，定期更换润滑油，并保证润滑油清洁。
③ 严格按规定要求，使用润滑油，不得混用。
④ 应避免发动机在高温情况下工作，保持发动机的正常工作温度。
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图5 增压器烧机油 |
图6 增压器机油消耗大 |
三、增压器故障的预防措施
1、减少测量误差
避免因测量不准而造成迷宫式油封中的间隙值及螺旋式油封中的间隙值偏大。
2、提高检修质量
组装时，选配轴承和油封，保证配合的间隙值适中，切忌数值在极限边缘。对关键尺寸进一步细化，轴向间隙控制在中下限0.23 mm-0.25mm（工艺要求0.23 mm -0.28 mm）。油封间隙控制在适中位置0.20mm-0.22mm（工艺要求0.18 mm-0.24 mm）,前后间隙在保证增压压力的情况下控制在上限，避免转子扫膛情况发生。
保证或提高油封零件的质量，对气封圈、油封盖、油封检修时一律更新。转子主轴磨耗超限一律更换新轴。针对轴承座处的安装体扣坏，导致密封垫渗油积炭、固死这一情况，采用扩眼镶套，从根本上解决由于体扣坏而造成的密封垫不严导致增压器固死现象再次发生。
3、保证或提高各式油封零件的质量
（1）密封垫及密封圈拆检后，一定要更新，密封垫应使用耐油石棉橡胶垫，O型密封圈应使用氟橡胶或硅橡胶。
（2）第二清洗后的迷宫式或螺旋式气封和油封的各个环槽均无损伤变形及磨损，油封槽室的长度、宽度及其配合间隙要符合原设计要求。
（3）减少人为因素，认真落实三检制，做好自控、互控、它控，加强检修人员质量意识和业务能力的教育。
（4）加强关键设备的使用、维护和保养。转子动平衡机作为增压器检修作业的关键设备之一，其性能好坏将直接影响到增压器的整体质量，需加强转子动平衡机的维护。
（5）加强关键部件转子检修工艺的落实。转子主轴的跳动量严格控制在0.02mm以内。提高转子动平衡试验的精度要求（工艺要求转子动平衡为1.5gcm）,而我们所做的转子动平衡要求必须保证在1.0gcm以下。
4、防止柴油机或增压器其它部件工作状态不良的措施
（1）严格执行柴油机检修工艺，提高喷嘴、气门等有关部件质量。
（2）注意检查增压器油压变化情况，每次大修需清洗增压器。
（3）测量涡轮气封圈与涡轮轮盘的径向配合间隙，间隙值为0.44mm~0.60mm（设计值）。
四、增压器的使用注意事项
增压器的使用寿命取决于设计结构、配合精度以及制造质量。但是，如果使用不当也会大大降低其使用寿命。除了要严格按照检修规程认真做好中、小、辅修的规定检查外，还需要把握好两大环节。
1、安装环节
安装时一定要调整好与柴油发动机相配合的各部位，绝不允许产生安装应力，尤其支架锁紧后，必要时修整连接孔。
2、定期的日常维护与保养
一定要经常检查润滑油质量，定期更换滤芯，及时清理壳腔、流道内积碳及异物，避免柴油机骤起骤降，及时锁紧松动部位等。在日常维护和保养环节上，需要注意以下三点：
（1）滑动轴承的使用寿命与润滑油质量以及滤清效果有很大关系，一定要经常对柴油机润滑系统进行检查，机油滤清器必须装用滤清度不大于20μm的滤芯，对不小于20μm的杂质分离率应达到99%以上。
（2）润滑油更换间隔虽然在柴油机规范中有规定，但应注意的是，增压器前面的滤清器要保持干净，滤芯要定期清洗。
（3）增压器的冷却水只允许使用经软化的淡水，冷却水的进口温度要低于50℃,出口温度不得超过95℃。
总结：
综上所述，增压器作为一个关键的配件，虽然结构简单，但其工作条件恶劣，并且涉及到运用保养柴油机状况等诸多方面，因此，首先要提高柴油发电机检修人员的质量意识和业务素质，充分运用现有的增压器检测设备保证质量合格的增压器供给，同时也要加强对操作人员的教育培训，在柴油发电机组操作和维护保养方面提出更高要求，为增压器尽可能创造良好的工作条件，进一步提高增压器的运用质量。
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