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技术维修与康明斯知识 |
涡轮增压器常见故障原因大全及预防措施 |
导读：柴油发电机组的增压器是进、排气系统中的一个重要元件，因此，涡轮增压器已成为柴油机实现节能减排必不可少的部件。很多进、排气系统故障与增压器有关，因此如何使用好增压器，减小增压器故障的发生，应该引起足够的重视。为了保证增压器的使用寿命，在设计上要保证对增压器浮动轴承的润滑和冷却。康明斯公司在本文中对柴油发电机的增压器使用和故障维修方法做出了简易说明，同时对涡轮增压器常见故障进行了分析并提出了具体的解决措施，希望可促使用户在日常维护中起到更加正确的使用目的。
一、增压器使用注意事项
由于增压器的额定工作转速在130000转/分钟以上，且处于排气歧管出口处，温度极高（800℃以上），进、排气压力也较大。高温、高压、高转速的工作条件，对增压器的润滑、冷却及密封要求比较高。
（1）柴油发电机起动后应怠速运转3～5分钟，不要立即加负荷，以保证增压器的良好润滑。这是因为增压器位于柴油发电机顶部，如果柴油发电机起动后增压器立即开始高速运转，则会导致在机油未能供给增压器的情况下，增压器高速运转，造成增压器缺油损坏，甚至烧坏整个增压器。
（2）怠速运转时间不宜过长，一般不超过10分钟，怠速运转时间过长，压气机侧始终处于低压状态，容易造成压气机端漏油。
（3）保证空气滤清器清洁，并按要求定期更换。进气不畅会导致增压机进气口负压过高，增压器容易渗油。
（4）定期更换机油和机油滤清器。变质和脏污的机油会导致增压器润滑不良。
（5）定期检查增压器轴的径向间隙、轴向间隙，如图1和图2所示，间隙过大要及时调整
（6）不要在柴油发电机高速运转时熄火，应怠速运转3～5分钟，以使增压器转速和排气系统的温度降下来，防止发生润滑不良、轴承烧损等故障。经常性的不正确使用会使增压器损坏。
（7）新换增压器的柴油发电机，使用前应在增压器的进油口处加注左右机油，以防因润滑不良而降低寿命或损坏增压器。
（8）定期检查各连接部位是否有松动、漏气、漏油现象，回油管是否通畅，发现异常及时处理。
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图1 增压器轴向间隙检 |
图2 增压器径向间隙检 |
二、易发故障与解决方法
1、涡轮增压器两端漏油
增压器两端或某一端漏油，是使用中最常见的故障之一。从理论上讲，以正常压力进入中间体的机油，在通过轴承工作面后，油压已变为零，只是靠重力自然向下流回柴油发电机的油底壳。而且在正常工作状态下增压器两端叶轮的轮背处都有一定的气体压力，因此机油是不会从低压力区向高压力区流动的。密封环的主要作用是封住压气机和涡轮壳内的气体向中间体油腔泄漏，只有在特殊情况下，才起密封机油的作用。虽然如此，如果使用不当，在下列情况下仍可造成增压器的两端漏油。
（1）柴油发电机长期愈速运转
柴油发电机长时间怠速运转，增压器涡轮及叶轮的轮背处会产生一定的负压，而导致中间体内的机油向外泄漏，这一点是专家多次在试验台上进行的专项试验得出的结果，因此应避免柴油发电机长时间急速运转。
（2）回油不畅
增压器润滑系统走向如图3所示，在使用中如因机油的回油管路发生变形或阻塞，致使机油回油不畅，中间体内机油压力过高，压缩机油沿着转子轴向两端流动挤出密封环造成漏油。因此要经常检查回油管路是否畅通，保证机油能够正常地流回油底壳。
（3）柴油发电机曲轴箱压力过高
曲轴箱废气压力超过规定值，会使增压器回油管路内压力升高，回油不畅而造成密封环漏油。应经常检查曲轴箱的通风状态，以及下排气管路是否畅通。斯太尔柴油发电机应额外注意油气分离器是否正常工作，以防止曲轴箱内的混合气体顺排气管抽入压气机及气缸内，造成柴油发电机烧机油现象。
（4）空气滤清器阻塞
柴油发电机长期使用后，空气滤清器滤芯会因积尘过多而造成阻塞，从而导致压气机进气负压太高，叶轮的轮背处会出现因负压太高造成的密封环漏油，因此要定期检查保养空气滤清器，使滤芯不阻塞，不击穿，保持正常的供气状态。
（5）密封环磨损或失效
长期不更换机油，使机油中的杂质太多起研磨料的作用，致使密封环加剧磨损、变薄，逐步失去封气、封油作用而导致漏油，如图4所示。所谓杂质是指机油中有大于0.02mm的外来颗粒，这些杂质颗粒可随机油流入轴承与轴的油膜中及密封环处，严重研磨旋转零件，加重零件的磨损失效。
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图3 增压器润滑系统原理图 |
图4 增压器密封环失效导致漏油 |
2、浮动轴承的磨损
浮动轴承磨损是造成增压器漏油最常见的故障之一，它在增压器中所处位置如图5所示，结构如图6所示。发生此类故障后，轴承与轴之间间隙过大，油膜失稳，承载能力下降，转子轴系振动加剧，破坏了动平衡。过大的旋转半径使两端密封破坏，严重时可能使整台增压器毁坏。出现这种故障主要有以下原因∶
（1）未按说明书使用增压机油
柴油发电机增压后其热负荷和机械负荷大幅度增加，工作状态的温度非常高，从而使机油的温度升高，粘度下降，承载能力下降。而增压器的转速高于柴油发电机的转速近20倍，因此增压器轴承处的温度远远高于柴油发电机曲轴处的温度。这就要求机油具有较高的粘度，能承受高速转子的负荷和较高的温度，还要具有较好的分散性、抗氧化性和耐磨性，而普通机油是很难达到这一使用要求的。增压机油是在普通机油的基础上，加入了多种添加剂复合而成的一种多级油。具有优良的分散性、抗氧化性、抗腐蚀及耐磨性能，因此必须按说明书的指示正确使用增压机油。
（2）机油清洁度太差
如前所述，机油中含有太多的杂质会加速轴承和轴的磨损，在维修中经常发现柴油发电机油底壳中机油变黑、变稀，甚至成黑泥状，这样的机油如继续使用毫无疑问会使轴承在短时间内因磨损报废。
（3）缺油干磨
增压器的机油是来自柴油发电机机油泵的，若机油泵工作不正常，造成供油不足或油压过低，以及进油管路变形、阻塞，出现裂纹等现象导致机油供应量不足，均能使增压器轴承和轴因润滑不良而损坏。在维修中经常发现有的轴承及轴有明显的干摩擦痕迹，严重时会见到烧成蓝色的现象。所以应经常检查进油管路，出现问题及时排除。增压器机油进口压力应大于0.2MPa才能保证机油的供油量及轴承等旋转件的正常润滑。此外在检查增压器转子时，若轴向间隙过大，则表明止推轴承磨损过大。若径向间隙过大，则说明浮动轴承磨损过大。
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图5 增压器浮动轴承的位置图 |
图6 增压器浮动轴承结构图 |
3、涡轮或压气机叶轮损坏
（1）排气管中进入金属物
增压器在正常高速运转中，若柴油发电机排气管排出螺母、螺钉之类的金属物，必然造成涡轮叶片的损坏，严重时还能将涡轮壳击坏。同样压气机叶轮片碰到这种情况也会损坏。如果叶轮片损坏了，那么转子的动平衡立即被破坏，增压器转子轴系振动加剧，增压器材不能继续使用了，需立即送到维修部门或更换新的增压器。在使用中如听到异响应立即停车检查，以防止掉下的压气机叶片碎块进入柴油发电机的气缸中，造成严重事故。
（2）未按要求使用空气滤清器
在沙漠地区或作业环境恶劣的地区使用增压柴油发电机，细沙尘经空气滤清器或管路中的缝隙进入增压器，能导致增压器叶轮进气口处的叶片均匀磨损，使增压器的增压效果降低，严重时能破坏转子的平衡，因此应经常对空滤器进行检查和保养，及时更换滤芯，以减少此类故障的发生。
（3）未及时清除油泥
增压器长期使用后，空气中的粉尘会与油雾结成油泥，逐渐聚集在增压器壳进口的通道上，使叶轮与壳体无间隙，或叶片与增压器壳接触而产生摩擦，引起增压器转子轴系的振动，加剧轴系的磨损。故应经常检查及时清除油泥。
（4）排气温度过高
由于增压器柴油发电机燃油系统发生故障，如供油延迟，供油量过大，喷油嘴滴油或排气门漏气等现象，都能导致排气温度过高，进而使涡轮进口处的叶片烧损变形。排气温度过高还能使涡轮端密封处机油碳化，以及涡轮端轴承处局部过热（检查压气端轴承正常而涡轮端轴承处烧成蓝色或变黑）造成密封和轴承过早失效。
（5）螺母脱落
运转中螺母脱落，压气机叶轮从轴上滑出，打碎，使增压器损坏报废。这种故障一是螺母的扭紧力矩不够，二是螺母安装时没上螺纹胶所致。压气机叶轮与转子轴是采用间隙配合，螺母按一定的扭矩将其固定在一起，其扭矩有严格的规定，扭矩过大会使轴弯曲，导致转子轴平衡精度降低，增压器振动过大，扭矩过小或不上螺纹胶，则会使螺母在工作中松动甚至使叶轮滑脱损坏。
4、增压器工作噪声过大
（1）故障现象及原因
增压器在转动中噪声过大，有金属的撞击或摩擦声，严重时伴随强烈振动，主要原因如下：
① 柴油机到增压器间排气管路不密封。
② 叶轮变形、叶轮与壳体乱碰、工作中气体的运动变化使增压器强烈振动并产生高频噪声。
③ 浮动轴承润滑不良。
④ 转子轴严重磨损、浮动轴承间隙过大、涡轮叶片损坏、轴承损坏、涡轮转子积炭，使转子总成动平衡遭到破坏。
（2）故障排除
① 检查空气滤清器是否阻塞、压气机进气口管道，和机壳以及柴油机排气系统中是否有异物、柴油机进排气管到是否松动，根据情况进行清理或紧固。
② 若噪声是周期性异响可能是油泥灰尘沉积所致，应清理叶轮、涡轮壳中过厚的积炭。
③ 若异响明显表现出金属摩擦声，应检查增压器润滑是否良好、轴承是否松动，叶片是否变形、叶轮与壳体是否相摩擦、径向和轴向间隙是否超限，必要时分解检查，更换损坏的机件。
④ 若增压器针振动强烈，则是由于转子轴总成不平衡或浮动轴承损坏所致，应分解增压器，检查器内部机件是否存有异物或被损伤，并视情况更换损坏的零件。
三、增压器故障的预防措施
柴油发电机配置的涡轮增压器结构一般如图7所示，工作原理如图8所示。
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1.5g,cm）,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，每次修程需清洗增压器滤芯，对于一次性滤芯每10万km应更换。
（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）。
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图7 涡轮增压器结构示意图 |
图8 增压器工作原理图 |
总结：
柴油机涡轮增压器是一种利用柴油机排气中的剩余能量来工作的空气泵，一些人员对柴油机废气涡轮增压器不是很了解，在使用上还存在着许多问题，造成了涡轮增压器的早期损坏，影响了其性能的发挥，文中对柴油机废气涡轮增压器的常见故障和正确使用作一简要介绍。涡轮增压器如果出现故障会引起柴油机动力下降，油耗增加、冒黑烟、漏油工作不稳定以及产生异响等，应及时予以诊断排除。
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