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故障与技术检查 |
康明斯柴油发电机增压器过热原因分析 |
摘要：增压器的好坏直接影响到柴油发电机的动力性和经济性，是柴油发电机十分重要的部件。根据使用单位反映， 康明斯柴油发电机的增压器在使用过程中，常出现过热， 甚至烧红的严重故障。由于此故障形成的机理比较复杂，常常是二次故障或多重故障导致的后果，且各因素相互交叉影响，给故障的分析、排除带来较大的困难。增压器过热的故障就其本质上来说，主要是由废气能量与冷却强度不平衡引起。因此，分析和查找故障原因时可从这两方面入手，通过对故障特征的分析和关键点检查，可以从繁杂的影响因素中摆脱出来，迅速有效地找到故障部位。
一、增压器发红现象
所谓增压器发红，一般指可见度良好的情况下，能见到增压器裸露处呈暗红色，或者可见度较差的情况下能看到增压器裸露处呈发亮的红色。某型柴油机运用过程中出现增压器发红问题，本文通过系统排查分析故障、明确原因并制定预防措施。
举例，某型康明斯柴油机运用过程中出现增压器发红问题，此型柴油机运行时，没有仪器来显示气缸的排气温度，经在排气总管外接热电偶的情况下，检测到排气总管温度为609℃，超过了技术标准要求的小于600℃。排气温度太高，会使零部件的热负荷增大，将影响燃烧室零部件和增压器的使用寿命和可靠性。因此当发现有增压器发红现象时，应认真查找原因和处理。
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增压器过热导致发红现象 |
柴油机增压器工作状态 |
二、增压器过热的主要原因
康明斯柴油发电机增压器为定压式废气涡轮增压器，其冷却介质为从柴油发电机机油冷却器出来的机油。增压器过热，轻者使增压器零部件温度过高，降低工作寿命，影响进气系统正常工作，降低柴油发电机功率、增大燃油消耗；重者严重降低增压器工作寿命，甚至发生机毁人亡的严重事故。这种故障的根本原因是吸收的废气能量和冷却强度不平衡，增压器获得(产生)的能量过大，超过冷却强度，使零部件的温度过高而形成过热。其主要是由废气能量过高、冷却质量较差和操作管理不当三方面的原因所致。
1、废气能量过高
废气能量过高是引起增压器过热的主要原因。康明斯柴油发电机工作过程中，当废气涡轮内的废气能量过高，超过了冷却强度时，必将导致增压器过热，甚至烧红。引起废气能量过高的主要因素有：燃油泄漏至气缸内、增压器冷却机油泄漏至涡轮机内参与燃烧、气缸密封性下降、喷油定时过晚以及充入缸内的新气量不足等。
当构成燃油喷射系统的相关零、部件，在工作中因磨损、腐蚀、变形、裂纹等损伤，燃油泄漏至缸内，导致参与燃烧的燃油过多，且雾化质量较差，使部分燃油进入排烟总管或涡轮机内燃烧，使废气能量过大。如，/)喷油器柱塞与柱塞套密封面磨损，燃油泄漏至量杯的油量过多；喷油器量杯裂纹或严重变形；喷油器外侧与气缸盖安装孔的密封圈失效，燃油从喷油器铜套泄漏至缸内；气缸盖有裂纹，燃油直接从进、回油道泄漏至气缸内等等。
故障的特征是冷却水、机油温度偏高，排气冒黑烟，严重时排烟管内有明显柴油痕迹。
（2）大量机油参与燃烧
机油参与燃烧，通常有两个方面：一是增压器转子轴封装置因磨损、划伤、装配不当等原因失效，机油泄漏至涡轮机参与燃烧；二是气缸内机油过多，这可能是活塞油环折断，由气缸套下的冷却喷嘴喷出的机油大量进入气缸内造成；也可能是气缸盖裂纹，压力油从润滑油道泄漏至气缸内。严重时，会急剧增加涡轮机的温度而形成过热，甚至烧红。
故障特征是增压器外壳、机油温度超过正常温度、排气为蓝烟，严重时排烟管内有明显的机油痕迹。
（3）气缸密封性下降
气缸密封性能下降，主要有：活塞环折断或磨损严重，缸套内表面磨损、拉伤等。故障出现时常伴有活塞敲击声；气缸套与气缸盖密封垫失效。可从气缸盖与机体的结合部位观察到泄漏情况；气门关闭不严。此故障造成气缸压缩终点可燃混合气的压缩压力不足，温度较低，影响混合可燃混合气的物理和化学准备过程，使燃烧不良，后燃严重，废气能量增加。
故障的特征是柴油发电机功率下降，排气冒黑烟，曲轴箱有黑烟冒出并伴有呛人的刺激性味道。有时缸内有较沉闷的敲击声。
（4）喷油定时过晚
喷油器喷油定时过晚，将引起燃烧进程的推迟，缸内爆炸压力下降，指示热效率降低，废气能量增大。故障常由喷油器驱动机构的零部件磨损，以及喷油定时调整不当造成。康明斯燃油泵有多种供油代码，调整时若代码弄错，必然调整不准确。
故障的特征是功率下降，排烟较黑，甚至有火星冒出。
（5）进气不足
进入气缸内的新气量不足，将致使燃油燃烧不完善，其常见的故障为空气滤清器堵塞、气门间隙过大或气门开启不正确。
其特征是柴油发电机工作无力，冒黑烟。
2、冷却质量较差
冷却质量较差也是引起增压器过热的主要原因。康明斯型柴油发电机增压器的冷却介质为机油，机油的热量通过热交换器传给淡水，再由海水(或空气)冷却淡水。因此，进入增压器的机油流量的大小和温度的高低是评价增压器冷却质量的主要指标。造成机油冷却不良的主要因素有：机油压力偏低、冷却水温度过高等。
（1）机油压力偏低
工作时增压器转子的转速较高，且位置较高，机油压力不足，极易使高速转动的轴承过热，加速轴承的磨损，并引起轴封装置失效、转子振动加剧等二次故障，危害极大。
常见的原因有：
► 机油泵供油压力不足。
如齿轮及泵壳内表面磨损；调压阀密封不严或调压弹簧刚度降低等。一般此故障可从机油压力表读数观察出来；
► 管路堵塞或泄漏。
柴油发电机润滑系统出现堵塞或泄漏，特别是机油冷却器通向增压器的出口处堵塞，进出增压器的机油流量不足，增压器温度升高形成过热。严重时增压器温度升高较快，轴承急剧磨损，振动加剧，甚至危及安全。此外，增压器密封圈失效也是冷却质量较差的原因。
（2）冷却水温度过高
冷却水温度过高常常是由于冷却水泵损伤、节温器开度不足、管路泄漏或堵塞所造成。
3、操作管理不当
操作管理不当是引起增压器过热的不容忽视的重要原因。常见的有：
（1）长时间超负荷下工作
柴油发电机长时间超负荷工作，会引起供油过大，燃烧不完善，后燃严重，排气温度过高，油水温度相应升高，形成增压器等部件过热。其特征是柴油发电机声响较沉闷、油水温度高、排气冒黑烟。
（2）机油压力过低未能及时调整或修理
康明斯柴油发电机增压器位置较高，机油压力过低，一方面造成增压器摩擦副表面润滑不足，磨损加快、轴承间隙增大，润滑更加不良；另一方面增压器冷却不足，加快油温升高速度，同时也会使机油粘度降低，进一步恶化轴承的润滑。因此，在管理柴油发电机过程中，应及时调整机油压力，必要时应进行修理。
此外，机油变质未能及时更换、机油牌号不对、冷却水温度、调整不当等也是造成增压器过热的原因。需要指出的是，增压器过热的故障原因，可能是单一故障引起，也可能是由多重故障综合影响的结果，不能简单化。同样，上述的故障原因分析也仅是常见的，并不是全部。
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图3 柴油机增压器原理示意图 |
图4 增压器检查方法 |
三、查找增压器过热原因的方法
从上述分析可知，影响增压器过热的因素较多，常常是多重故障引起。要迅速、准确地判断故障的产生原因和所在部位，并迅速采取有效的处理，需建立在对柴油发电机的结构、连接关系和工作原理比较清楚的基础上，并具备一定管理柴油发电机的工作经验。根据上述分析，查找柴油发电机故障，可首先从收集表征柴油发电机工作状态的工作参数(如，柴油发电机的转速、燃油消耗量、油水温度和压力、排烟温度等)，以及振动、声响、排烟颜色、气味等开始，对故障征兆进行综合分析、判断，按照可能的原因、故障的部位，由简单到复杂，由外到里的顺序进行逐步分析排查，最终将故障隔离到零部件。
如柴油发电机正常运行，主机油水温度逐步上升，机油压力下降。机电人员未引起注意。不久在舱外发现柴油发电机冒黑烟且逐渐加深，此时发现增压器已经烧红。停车检查时，初疑为增压器机油压力过低，冷却不足造成故障，随之调高润滑系统压力。重新开机工作，故障再次出现，增压器严重损坏。
从上述机电人员的检查、调整可看出，对康明斯柴油发电机结构及工作原理不十分清楚，检查不仔细，调整也较为盲目。如前所述，增压器烧红属废气能量特别高的情况，其常见的原因是燃油过多和大量机油进入涡轮机参与燃烧。正确的方法是首先将增压器总成拆下，观察排烟总管和增压器进出口位置。
第一种情形：有较多的机油。若仅在增压器出口有机油，则说明机油来自增压器；若在增压进口和排烟总管出口都有较多的机油，则说明机油来自气缸。前者可检查增压器的轴封状况以及相关部件是否有裂纹等，确定故障部位及零件；后者尚需进一步拆卸排烟总管，判明具体气缸并拆卸气缸盖，确认机油是从气缸套上窜，还是由于气缸盖裂纹进入燃烧室。机油从气缸套上窜，通常是由于活塞环折断、缸套严重拉伤，常在气缸盖上呼吸器进出口处冒出呛人黑烟。
第二种情形：有较多的柴油。若有柴油痕迹，此时检查的重点应是喷油器及与之相关零部件。拆卸排烟总管，确定具体气缸并卸下这缸的喷油器，检查有无裂纹、变形，密封圈是否失效等；若无问题，则进一步拆卸气缸盖，检查喷油器孔有无裂纹、缺损、划伤等。根据事后的检查，该船柴油发电机是由安装喷油器的量杯严重变形，燃油从量杯与喷油器接合处大量渗入气缸所致。
1、诊断要点
因此，查找增压器过热的原因，应注意以下几个关键点：
（1）增压器排气出口此处可初步判断出过高废气能量的来源及性质；
（2）增压器入口处，亦即柴油发电机排烟总管出口处此处可明确废气能量的来源，为下步检查指出方向；
（3）排烟总管此处可确定故障的具体气缸；
（4）增压器涡轮机轴封处可确定机油是否由此处泄漏参与燃烧；
（5）喷油器及安装部位可大致判断出参与燃烧的油料种类。
2、使用管理中应注意的问题
为防止增压器出现严重故障，使用管理过程中应注意以下问题：
（1）严格遵守操作规程，及时检查柴油发电机工作状态(如，运行参数、振动声响、排气颜色、油水泄漏情况等)，以便准确判断柴油发电机的工作状态，并查找故障提供线索；
（2）按照维修保养计划，及时做好维护保养工作；
（3）掌握各种故障的特征及危害，以及相应的处置方法，避免发生严重的事故；
（4）发现问题及时处理，在未确定解决之前不可盲目启动柴油发电机，以避免发生进一步的损坏。
总结：
以上就是解决增压器烧红问题方法。但是需要注意的是，在尝试解决增压器烧红问题时，应该由专业人员进行检修和维修。如果不是专业人员，最好不要自行动手，以免造成不必要的安全隐患。此外，在平时的生产过程中，应该加强设备的日常维护和保养。定期检查增压器的各项参数和工作状态，及时清洗和更换散热器的滤网等，可以有效减少增压器烧红的发生。 总之，要解决增压器烧红问题，需要综合考虑多方面的因素，并且需要进行有序的排查和处理。只有做好设备的维护和保养工作，才能保证设备的安全运行，提高生产效率和质量。
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