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技术与安全知识 |
康明斯发动机涡轮增压器的检修方法 |
摘要：霍尔塞特涡轮增压器在柴油发电机长期使用过程中，易产生的故障主要有增压压力下降或压力过高、增压器喘振、增压器漏机油和增压器转子固死等现象。康明斯公司在本文通过分析增压器常见故障的原因，提出实际工作中各种故障的判断方法和应采取的处理方法。
一、增压器喘振原因与检修
增压器与柴油机是需匹配工作的，压气机转速愈高，压气量愈大，而柴油机发出的功率愈大，所需的空气量也愈多，当空气量不够时便极为容易出现喘振现象。图1为增压器内部结构图。
1、增压器喘振的主要原因
（1）柴油机突然降转速或卸负载。
当柴油机降转速、卸负载时，柴油机所需的空气量急剧减少，而增压器转子的转速却无法同步下降，使增压器压气机排气量与柴油机的需要相比显得过多，部分多余的空气堵塞在压气机中形成涡旋、发生喘振，只有增压器转子转速下降到与柴油机基本匹配时才会趋于正常。
（2）柴油机过载或载荷波动较大。
此时，柴油机的燃烧状态变差，排气温度升高，排气总管的废气能量增加，使增压器转子的转速升高，造成压气机的吸气量大于出气量而发生喘振。
（3）联合调节器转速失控，从而造成柴油机功率的不稳定，增压器转子转速难以同步适应而喘振。
（4）增压器喷咀环积炭过多或喷咀环截面积过小。
这2种情况都使燃气流经缩小了的喷咀环流通截面时流速过高，促使转子转速上升，压气机进气量增大，使部分空气堵在压气机入口而发生喘振。
（5）进气道受阻
进气道连接管如图2所示，当其变形时，使得进气阻力增大，造成压气机吸气量不足，柴油机燃烧状态恶化，排气温度升高，废气能量增大，反过来促使增压器转子转速上升，压气机吸气量大，到吸气量发生过剩时，增压器出现喘振。
（6）外界气温过低或空气稀薄。
气温过低时，空气密度过大，气缸容纳不了过多质量的新鲜空气，而使增压器发生喘振。海拔高、空气稀薄，使空气密度下降，压气机吸气时是按容积吸入的，实际吸入的空气质量却较少，满足不了气缸的需要，使燃烧状态变差。
（7）喷油器的喷雾质量差。喷雾质量差，造成燃烧状态不好，排温升高。
（8）气门打不开或关不严造成燃烧状态恶化。
进气门打不开，该缸就无法进入新鲜空气，那么增压后的空气量过剩，而影响到压气机前的空气进入，而该缸在气门重叠阶段，废气总管中的废气会从排气门倒流入气缸内，这样该缸在喷入燃油后的燃烧状态变差。
进气门关不严，该缸在压缩过程中，部分新鲜空气回流到稳压箱，一方面减少了增压后的空气消耗量，另一方面气缸内的新鲜空气减少，恶化燃烧状态。
（9）装在同1台柴油机上的2台增压器性能相差较大。2台增压器所接受的废气能量是相等的，因为是连接在同1根排气总管的两端的。如2台增压器的喷咀环通流面积相差较大，就会转速有高低，转速高的那台增压器压气机吸气量较大，造成吸气量大的增压器压气机气流阻塞，引起喘振。
2、增压器的喘振判断及处理
（1）如因某种原因造成柴油机突然停机或因操纵降手柄过快造成的喘振，不必处理。
（2）严格控制中冷器冷却水的出口温度，对焊堵水管过多的冷却单节予以更换，清除中冷器中的积垢。
（3）保持喷油器的喷雾质量的良好状态，对进、排气门打不开或关不严的故障要及时处理。
（4）检修中对增压器喷咀环应加强清洗，去除积炭，特别是发生燃烧状态不良（表现为冒黑烟、排气总管红等）或喷机油的柴油机。
（5）装在同一台柴油机的2个增压器尽可能的选取性能接近的增压器，并当大气条件变化时，应按规定对柴油机进行功率修正。
（6）当增压器喘振时可以将压气机蜗壳上的2个测试堵卸下，或安装防喘阀，进行放气，以缓解喘振。
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图1 柴油机增压器内部结构透视图 |
图2 柴油机增压器管道连接图 |
二、增压器压力过低或过高的原因与检修
1、增压器压力过低或过高的主要原因
涡轮增压器在柴油发电机长期使用过程中易产生的故障主要有增压压力下降、压力过高故障危害及原因如下:
（1）增压器的增压压力下降
此故障会导致柴油发电机功率不足，柴油耗量增加，还会出现排气管冒黑烟等现象。这种故障一般是由于空气滤清器滤芯过脏、压气机气道和叶轮吸附杂物过多、增压器的涡轮叶片上或转轴与密封环之间积炭过多、增压器个别零件的损坏等所致。
（2）增压器的增压压力过高
此故障会使排气温度升高，转子的旋转速度超过额定转速。这种故障一般是由于排气门漏气或柴油发电机供油提前角过大所造成。
2、增压器压力过低或过高的检修方法
（1）涡轮增压器增压压力下降的检修方法
① 首先拆下空气滤清器滤芯，观察滤芯是否杂质较多。若杂质较多，要对滤芯进行清洗。
纸质滤芯吸附灰尘和杂质较多时，一般用手或木棒轻轻敲击其端面，使其吸附在滤芯上的灰尘和杂质脱落。湿式滤清器吸附灰尘和杂质较多时，一般是将滤芯放置在汽油中清洗并用压缩空气吹干。更换润滑油后，再把吹干后的滤芯装人滤清器中。
② 将涡轮增压器按技术要求进行解体，然后把拆下的零件放在汽油中清洗，待附在零件上的积炭软化后，再用木质刮刀进行清除。如涡轮叶片、涡轮壳、喷嘴环等均可用此方法。
③ 对压气机气道和叶轮吸附的杂物，用汽油进行清洗。在增压器装配前要对转子组进行动平衡试验，一般情况下，不平衡偏心距应小于O.0012mm。
（2）涡轮增压器增压压力过高的检修方法
① 用气缸压力表对气缸压力进行检查。
② 检查柴油发电机的供油提前角。
③ 若是排气门漏气量较多，应拆下气缸盖后，对排气门的质量和排气门与气门座的密封情况进行检查，当排气门质量较好而密封不严时，要用研磨砂对气门进行研磨。直到符合要求后，再进行装配。
三、增压器漏机油原因与检修
1、增压器漏机油的主要原因
（1）增压器油腔进油压力过高。
按规定ZN310型增压器的机油进口压力为250 kPa~350 kPa。为避免进入增压器的油压过高，在增压器机油进口管路上装有250 kPa的旁通保压阀。当进入增压器油腔的机油压力高于该保压阀的动作压力时，保压阀打开，部分机油通过保压阀回流曲轴箱，以保证进入增压器的油压不超高。当该保压阀动作压力调定过高，或阀芯固死打不开时，即会造成增压器机油进口油压过高。
(2) 增压器油腔回油受阻。
机油由增压器上部进入到增压器油腔，并通过油腔底部的回油管回流曲轴箱，以保证机油的进出基本平衡。如回油受阻，必定会增高油腔内的机油压力，造成油腔内的机油突破油封、气封，进入到压气机流道和涡轮端，发生漏机油现象。
(3) 油封失效。
为了防止机油从转子的轴承处漏出，在两端径向轴承外侧设有与主轴旋转方向相反的螺纹槽式油封。压气机叶轮背面还设有甩油盘，用以挡住漏泄的机油，并使溢出的机油甩向回油道。如果油封损坏或油封间隙调整不当，均会造成油封失效。
(4) 轴承损坏。
当转子轴与轴承发生不正常的磨损，造成轴承或转子轴颈表面损坏时，转子轴的轴心运动轨迹发生了变化，由此损坏了油封。在这种情况下出现的漏油现象是十分严重的。
2、增压器漏机油的判断方法
（1）压气端油封漏油可从以下几方面判断：
① 压气机蜗壳出口法兰处向外渗漏机油；
② 增压器压气机蜗壳与中冷器连结胶管处有机油渗漏；
③ 打开稳压箱排污阀有机油；
④ 打开增压器压气机蜗壳下方的工艺检查堵和中冷器工艺检查堵有机油渗出。
当增压器漏油严重时机油会从这个排污堵向外大量流出，若增压器轻微漏油时，可用小拇指伸入到螺堵孔内进行验证。
（2）涡轮端油封漏机油可从柴油机烟囱上可看到机油油迹。
四、增压器转子固死原因与检修
1、增压器转子固死的主要原因
（1）增压器涡轮端轴承油封漏油。
当涡轮端油封泄漏的机油在高温废气的作用下可能燃烧，但燃烧不充分，形成大量积碳，长时间运行就会使增压器转子固死。
(2) 增压器压气机空气流道堵塞。
由于增压器空气滤清器的破损或进气帆布的破损，使进入增压器压气机的空气不能得到很好的净化，大量的灰尘污垢进入压气机端并附着在压气机蜗壳内壁上和导风轮、叶轮叶片上，长时间就会造成导气轮与蜗壳间间隙过小，使转子卡滞固死。
（3）增压器在装配过程中动不平衡量过大，增压器在高速运转时就会破坏轴承的润滑和油封，造成转子固死。
（4）柴油机燃烧状态不良，导致喷咀环上的积炭过多，使增压器转子卡滞，转子转速降低，从而进一步使柴油机燃烧恶化，形成恶性循环，最终导致增压器转子固死。
2、增压器转子固死的判断方法
（1）如果是涡轮端轴承油封漏造成的增压器转子固死，还会发生增压器喷机油现象，在柴油机烟囱可看到机油油迹。
（2）如果是增压器压气机空气流道堵塞，增压器还会伴有喘振。
（3）如果是增压器动不平衡量过大，增压器在高速运转时就会产生很强的振动。
以上所有的数据均是基于柴油发电机组带燃油泵、水泵、机油泵、空滤器和消声器运转时获得的，但不带有充电机、空压机、风扇、选用设备和驱动件。
以上所有的数据都是基于ISO 3046标准参考的条件—海拔110m（361ft），大气压力100kPa（29.53inHg），进气温度25℃ (77°F)，相对湿度30%，使用标准No.2号柴油或符合ASTM D975的柴油。
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