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故障检查与技术维护 |
康明斯柴油发电机组增压器分类和失效原因 |
摘要：通过对康明斯柴油发电机组运用中发生的增压器故障情况进行了比较系统地分析，阐述了常见增压器故障的原因及增压器故障的种类、分布和可能引发的多种原因，并以此为依据提出了一些排除和改善目前这种情况的办法，为今后柴油发电机组增压器的维修、更换和管理起到借鉴作用。
一、增压器类型和特点
1、按脉冲能量分类
废气涡轮增压器按是否利用柴油发动机排气管内废气的脉冲能量，可分为恒压式和脉冲式两种增压器。
（1）恒压式废气涡轮增压器
如图1所示，是将多缸柴油机全部汽缸的排气歧管接到一根排气总管内，再与增压器涡轮壳相连接，而废气以某一平均压力顺着一个单一的涡轮壳进气道通向整个喷嘴环，这种增压器常用于大功率高增压柴油机中。
（2）脉冲式废气涡轮增压器
如图2所示，排气系统以六缸柴油发动机为例来说明，其发火次序为1一5一3一6一2一4，通常将1、2、3缸的排气道连接到一根排气歧管上，沿涡轮壳上的一条进气道通向半圈喷嘴环；而将4、5、6缸的排气道连接到另一根排气歧管，沿涡轮壳上的另一条进气道，通向另半圈喷嘴环，这样各缸排气互不干扰，这种结构可以充分利用废气的脉冲能量，并能利用压力高峰后的瞬间真空扫气，防止某缸排气压力波高峰倒流到正在吸气的另一缸中，因此，在同一根排气歧管的各汽缸发火间隔应大于180°曲轴转角。目前，中型柴油机废气涡轮增压均采用脉冲式增压器。
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图1 柴油机恒压增压系统 |
图2 柴油机脉冲增压系统 |
2、按压比分类
（1）废气涡轮增压器的主要性能指标是空气压力升高比，简称压比，用πk表示，它是压气机出口空气压力pk和压气机进口空气压力p1的比值。
（2）压气机出口空气压力力k值越大，进入汽缸的空气密度也越大。涡轮增压器按压比大小可分为低、中、高增压三种：
一般πk>1.8的中增压，就要采用中冷器，以降低压气机出口空气温度，使进入汽缸的空气密度增大。目前，柴油发动机上普遍采用低和中增压径流脉冲式废气涡轮增压器，但是高增压柴油机已成为发展趋势。
二、增压器故障初步判断方法
1、检查增压器轴向游动量和径向间隙（如图3所示）
（1）如果轴向游动量大于 0.15mm，单边径向间隙小于0.10mm，则增压器需要拆开进行检查。
（2）如果叶片与壳体间最小间隙(径向间隙)<0.10mm，则增压器必须维修。
2、检查浮动轴承-中间壳间距（如图4所示）
（1）浮动轴承：0.07-0.08mm
（2）主轴：0.03-0.04mm
3、检查增压器外观
（1）检查压气机端吸气口，看压叶轮是否被异物打坏
（2）检查涡轮壳进气口是否有异物打坏的痕迹
注意：除非很严重的情况，即使涡轮已经被异物打坏，也很少在涡壳进气口上留下痕迹。
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图3 增压器轴向检查示意图 |
图4 增压器浮动轴承 |
三、增压器失效最常见的原因
1、供油滞后
（1）现象
• 浮动轴承外圆，内孔，有时端部擦亮或高温发蓝。
• 止推轴承配合面擦亮和磨损
（2）原因 :
• 进油管受阻(或太小)
• 机油不符合发动机厂家要求或机油污染
• 机油泵故障
• 机油过滤器阻塞
• 增压器长时间未使用
• 安装增压器时未预润滑
2、缺油
（1）现象
• 涡轮部件高温变色
• 止推轴承高温变色
（2）原因
• 进油管受阻或破裂
• 发动机缺油或机油压力太低
• 机油泵故障
• 机油过滤器阻塞
• 安装机滤前未加注机油
• 中间壳进油口阻塞
3、 异物打坏
（1）现象
• 异物来自空滤器/进气管
（2）原因
• 空滤破损或空滤与增压器进气口连接处破损
• 维护保养时脏物进入进排气管
• 发动机零件异常损坏
• 使用劣质假冒空气滤清器
4、机油脏
（1）现象
• 主轴机油脏包括两层含义：机油内混入直径较大 的颗粒杂质；机油内混入燃油、水、 冷却剂等物质。
• 导致浮动轴承内圆和外圆划伤(颗粒杂质导致)
• 导致中间壳内孔严重划伤，可能阻塞进油孔(颗粒杂质导致)。
• 检查浮动轴承颜色，因使用而自然带暗的颜色可以接受。如果表面阴暗并带粉末状，则可能机油中混有冷冻剂(水等)止 推轴承情况也是如此。此时虽然轴承表面没有划伤痕迹，但是轴承可能已经磨损。
浮动轴承间隙C=Max0.084mm；C= ES0.042mm.
（2）原因
• 机油滤清器没按要求定期更换
• 维护保养时脏物进入进油管
• 使用劣质/假冒机油滤清器
• 使用劣质机油
• 机油高温变质产生积碳等固体颗粒
• 使用劣质假冒增压器备件(毛刺去不干净)
5、过热发红 / 热停车
（1）现象
涡轮部件积碳
浮动轴承内孔外圆积碳
（2）原因
• 排气温度过高
• 机油温度过高
• 重复热停车(停车前未怠速3-5分钟)
• 空滤器阻塞
• 劣质机油
• 其它导致增压器不能正常工作的情况
四、增压器漏油的原因
1、假性漏油
增压器漏油绝大部分是假性漏油，即并非因增压器损坏而漏油。通常的压端漏油不会损坏增压器除非止推轴承损坏， 典型的原因是空滤器堵塞或进气管损坏。长期的涡轮端漏油会产生积碳而损坏增压器。假如不是假性漏油，通常是因为积碳、机油脏、缺油、异 物打坏压叶轮或涡轮导致叶轮擦壳等损坏密封环后造成漏油。这种情况通常是由于增压器同时存在其他故障，而非简单的只是漏油。
2、增压器密封系统失效
密封环的作用是有效密封以免废气和空气进入中间壳及防止漏油；密封环的原理与内燃机活塞环相似，靠的是环两侧的压力差来密封；机油进油压力在2-4bar/cm2 ， 但是机油通过浮动轴承后，由于沿程损失，其能量已消耗殆尽，密封环附近机油压力非常小 (密封环靠近中间壳一侧压力约等于曲轴箱压力值)。
3、压端漏油
仅仅压端漏油绝大部分是假性漏油，通常的原因是进气压力不 足，常见原因包括：
（1）空滤器堵塞导致进气受阻
（2）进气管变形
（3）进气系统漏气(进气歧管，中冷器及发动机其余进气管道)
4、涡端漏油
（1）仅仅涡端漏油绝大部分是由于涡端积碳磨损密封环，导致密封环损坏漏 油，至于积碳的原因需要进一步分析。
（2）如果在涡壳进气流道中发现油迹，请仔细辨别是否为柴油，如果是柴油， 请检查发动机燃油系统和气门正时。
5、两端漏油
增压器回油完全靠机油自身重力，回油不畅将导致增压器涡端和压气机端漏油。如果增压器两端同时漏油，可能回油不畅。发动机长时间怠速运转(超过20min)导致涡压两端气压不足，导致两端漏油。
两端漏油常见原因：
• 回油管堵塞或撞弯/回油法兰垫片开口太小
• 发动机下排气大(发动机活塞环或衬套磨损，进、排气门或活塞结焦)
• 发动机曲轴箱中气压过高(检查曲轴箱通风系统)
• 中间壳油腔积碳使油腔变窄
• 发动机油底壳油面太高(增压器回油管机油出口高度应高于油底壳最高液面)
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图5 增压器油封密封性失效 |
图6 回油管堵塞示意图 |
● 错误的漏油检测
将增压器压壳出气口与中冷器连接端断开，启动发动机去检测增压器是否漏油。实际上该方法回导致压端100%的漏油， 因为压壳出气口短开连接，压气机叶轮背压无法建立， 由于进油压力的作用，将导致润滑油从压端渗出。
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