【船机帮】船用副机增压器故障分析及处理

船机故障心莫慌，遇事不决船机帮

导读

废气涡轮增压器是增压柴油机的重要设备，其结构复杂，装配精密度高，直接影响柴油机的可靠性和经济性，而柴油机的工作状况也影响增压器的正常运转。

目前，副机大多采用脉冲增压系统，该系统除利用废气中的定压能外，还利用部分脉冲动能。

影响脉冲动能利用率的因素较多，在排查故障时，不仅要考虑与柴油机的匹配关系，还要考虑各部件之间的精密配合关系 。

一

故障现象 

某船船龄3年，副机为DAIHATSU5DK20（日本大发），副机增压器为MITSUBISHIMET18SRC（日本三菱），No.3副机的排气温度一直比另2台副机偏高 10～20℃。

该船正常航行时负荷300kW，空压机运转时负荷340kW。

某日航行中，空压机启动时，值班轮机员听见增压器喘振，遂停止空压机，喘振消失。

随后只要启动空压机，就会出现喘振现象 ，可能原因如下：

(1)气体流道堵塞；

(2)增压系统与柴油机配合工作失调；

(3) 柴油机在低转速、高负荷下运行；

(4)脉冲增压系统单缸熄火或各缸负荷严重不均；

(5)运行中暂时失配；

(6)环境温度的变化。

经过仔细排查，决定解体检修增压器。

解体增压器后发现涡轮侧很脏，特别是气封附近，几乎全部堵死。

测量各间隙均在说明书指导范围内，因此没有更换任何备件，只是将涡轮、喷嘴环、 压气机、气封彻底清洁。

严格按照说明书指导装复，试运转，在负荷300kW时启动空压机未出现喘振现象，但扫气压力由以前的0.11MPa降至0.07MPa， 各缸排气温度比其他柴油机高 20~30℃。

负荷330kW时测试柴油机并记录数据，与出厂参数进行对比 (见表1)。

由表1可知，该柴油机的性能明显下降：

扫气压力低、排气温度高、油门增大、爆压偏低。

柴油机的扫气压力下降必然导致新鲜空气供应不足，从而引起燃烧恶化、排气温度升高、爆压下降，而为保证功率的输出，必然要加大油门。

因此，故障的根本原因应是扫气压力下降。

二

扫气压力下降的原因

MET18SRC增压器采用单管脉冲增压，扫气压力下降可分为2种情况：

增压器转速正常情况下扫气压力下降和增压器转速下降导致扫气压力下降。

由于副机增压器无转速表，只能逐一排除。

1.增压器转速正常情况下扫气压力下降

(1)进气通道脏污或堵塞

柴油机整个进气通道可能脏污或堵塞的地方有进气滤网、消声器、空气冷却器和增压器的压气侧， 逐一排查后排除此可能性。

如果某缸的进气口脏污或堵塞，应该会导致排气温度升高、扫气压力升高， 而不会导致扫气压力下降。

(2)机舱内负压或扫气箱漏气

如果机舱的通风机都改为抽风，那么机舱会出现负压，从而使增压器的进气压力降低，进而导致扫气压力偏低。

但该船在航行中，2台风机都是供风模式，因此排除该可能性；检查扫气箱，排除漏气的可能性。

(3)压气机叶片受损

增压器在剧烈的喘振下，压气机的叶片特别是叶梢处可能与壳体碰撞，导致叶片变形。

如果压气机叶轮损坏、变形，使压气效率降低，将导致流经压气机的空气流量减少，从而导致扫气压力下降，严重时增压器会发生喘振。

但是这个变形无法用肉眼识别，只有通过测量图1中的间隙和来检查压气机的变形情况。

测量结果均在说明书范围内，因此排除压气机叶片损坏的可能性。

图1 增压器结构示意

2.增压器转速下降导致扫气压力下降

增压器转速下降的原因一般是废气能量不足。

该柴油机共5个缸，采用单管 (模件式 )脉冲转换增压系统，利用的废气能量主要是定压能和部分脉冲动能。

（1）废气通道脏污或堵塞

由于采用脉冲涡轮增压，柴油机对各气口的清洁度很敏感，某缸的排气出口、增压器废气进口、喷嘴环、增压器的涡轮侧及废气出口任一部分脏污或堵塞，均会导致涡轮能量不足、转速下降、扫气压力下降。

逐一排查后排除此可能性。

（2）柴油机工况的影响

柴油机工况对脉冲涡轮增压系统的影响主要有以下4个方面。

①气阀定时。

柴油机中某缸气阀定时不正确必然会导致各缸排气互相干扰，降低废气的脉冲动能。

检查柴油机的气阀定时，显示均正确。

②气阀泄漏。

若部分气阀泄漏，干扰其他缸的排气，则势必影响脉冲动能。

检查发现各缸气阀间隙都很小，其中2个缸几乎没有间隙，因此怀疑气阀间隙过小导致气阀烧蚀，从而关闭不严，其泄漏的气体干扰其他缸的排气。

为排除这个疑惑，拆卸柴油机的各缸头，发现气阀间隙过小的气缸气阀确有烧蚀现象 ，故更换烧蚀的气阀，并研磨其他气阀。

③喷油定时。

喷油太早会导致扫气压力下降，因此应检查喷油定时。

④喷油器工况。

检查喷油器，发现5个喷油器均雾化不良，更换备用喷油器后装复。

再次测试，在负荷300kW时，扫气压力升至 0.075MPa，仍然很低，排气温度较高 ，故障现象依然存在。

(3)涡轮机叶片受损

增压器在剧烈的喘振下，涡轮机的叶片特别是叶梢处可能会与壳体碰撞，导致叶片变形。

如果涡轮机叶片损坏，将引起涡轮效率下降，导致增压器转速降低、扫气压力下降。

但是该变形无法用肉眼识别，只有通过测量图1中的间隙和来检查涡轮机叶片的变形情况。

经测量，间隙均在说明书范围内，因此排除涡轮机叶片损坏的可能性。

(4) 喷嘴环的影响

喷嘴环的作用是引导废气进入涡轮机叶片 ，其角度非常关键。

之前拆检增压器时未注意检查喷嘴环，因此再次解体增压器，取下喷嘴环，将喷嘴环放 在研磨平台上，发现喷嘴环有变形现象，左 右各有3～4个喷嘴叶片无法良好接触平 台，最大间隙在叶梢处，约 0.5mm。

分析可能是此间隙导致进入涡轮机叶片的废气泄漏，从而使增压器转速降低、扫气压 力下降。

三

喷嘴环的修理

由于无新的喷嘴环可供更换，决定对喷嘴环进行维修。

首先在平台上研磨喷嘴环，消除挠曲现象 ，然后将其装回，并在图1中的z点压铅丝 ，测得其间隙为0.5mm，为消除该间隙，在图1中的y处加 0.5mm 的铜垫。

处理后装复测试，实测参数见表2。

比较表1与表2可知，柴油机在性能上已接近出厂的技术参数，问题得到解决。

在常用负荷300kW下，启动空压机未出现喘振现象，证明导致增压器扫气压力下降的根本原因是喷嘴环漏气。

加铜垫属临时性修理，换新喷嘴环后，副机正常运行。

四

故障总结

1.设备管理不到位

柴油机平时保养不到位，气阀间隙太小，导致气阀烧蚀，加上喷油器雾化不良，后燃严重，因此该柴油机平均排气温度比其他柴油机排气温度高10~20℃。

由于排气温度升高，其废气能量高，使增压器转速升高，而发电柴油机转速恒定，使得压气机背压升高，加上燃烧不良导致增压器脏污，启动空压机时在冲击负荷下油门突然加大，排气能量也突然加大，导致增压器转速进一步升高，同时压气机背压升高，从而发生喘振。

由于长期排气温度高、燃烧不良没有引起重视，涡轮增压器脏污严重，进一步使排气温度升高，最终导致涡轮增压器的喷嘴环在高温下存在应力。

在解体增压器后，增压器的积碳被清除，喷嘴环的应力得到释放，喷嘴环产生细微变形，特别是喷嘴叶梢处变形较严重，使得进入涡轮机的燃气角度改变，进入涡轮的能量降低，因而增压器的转速降低，导致扫气压力下降。

在对喷嘴环修整后，废气泄漏消除，加上柴 油机的气阀间隙、气阀泄漏、喷油器雾化等问题得到解决，整个柴油机工作状况恢复正常。

从增压器的脏污情况可看出，增压器的保养不到位。

根据说明书要求，增压器应每隔100h干洗涡轮侧，运行中发现进气口较脏污时应水洗压气侧，而该船增压器涡轮侧一直未干洗，压气侧也未水洗过。

2.预防措施

(1)根据说明书要求正确保养柴油机，按时检查和调整气阀间隙；

(2)监控柴油机的燃油雾化情况，加强喷油器的保养；

(3)按照说明书要求定期清洗增压器涡轮侧和压气侧及进气滤网；

(4)定时检查空冷器的脏污情况，发现脏污应及时清洗；

(5)在拆检增压器时，除注意各间隙的测量外，还须注意喷嘴环的状况；

(6)防止突加负荷和突降负荷，确保空压机卸载阀的正确工作；

(7)加强柴油机的各参数监控，发现异常应及时解决。

五

结束语

正确保养柴油机、检查和调整气阀间隙及保持喷油器良好的雾化状况对柴油机的正常运转极其重要。

此次增压器出现故障正是因为排气温度比其他柴油机排气温度高10～20℃未引起重视，进而影响柴油机的正常运行。

因此，平时应加强对柴油机和增压器的日常管理，发现异常及时解决，这对副机的正常运行和船舶的安全运营至关重要。

本文原创作者系：

重庆交通大学   何宏康（高级轮机长）

END

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