船舶主機廢氣渦輪增壓器喘振分析

1、目 錄1離心式壓氣機的工作原理及工作特性.1 2增壓器喘振機理 .3 3 增壓器喘振原因分析53.1 增壓系統(tǒng)流道阻塞因素的影響. .63.2增壓器或柴油機本身的故障，柴油機運行工況不良. 63.3運轉(zhuǎn)中的增壓器和柴油機暫時失配和船體阻力增大. .73.4喘振處理方法. .8 4 實例分析. . .104. 1案例1. 104. 2案例2. 124. 3案例3. . . .124. 4 案例總結(jié). 13 5 管理措施. 13船舶主機廢氣渦輪增壓器喘振分析引言現(xiàn)代船舶大型低速柴油機, 大多采用增壓的方式來提高經(jīng)濟性, 降低燃油消耗率. 柴油機實現(xiàn)增壓, 可以在氣缸工作容積和柴油機轉(zhuǎn)速不變的情況,

2、 使柴油機功率增加百分幾十, 甚至成倍增加。若柴油機采用機械增壓方式, 則消耗柴油機的功率。因此, 大功率柴油機一般采用廢氣渦輪增壓器. 柴油機功率增加隨增壓壓力的增加而成比例的增加。增壓系統(tǒng)工作的優(yōu)劣與否直接影響著柴油機性能及其可靠性。近些年來，船舶柴油機上的渦輪增壓器故障越來越令人關(guān)注。在廢氣渦輪增壓器故障中，又以壓氣機的喘振最容易發(fā)生, 也最為常見。作為增壓器故障之一的增壓器喘振直接影響著主機的整體性能。因此, 對出現(xiàn)喘振的原因進行分析了解, 以便能在故障發(fā)生時迅速做出正確處理, 避免不必要的損失。根據(jù)船舶主機廢氣渦輪增壓器的工作原理及喘振機理，有必要提出了一套專門用于分析喘振原因的方法

3、，以減少盲目查找所帶來的不必要的工作，從而迅速解決故障。 1離心式壓氣機的工作原理及工作特性從柴油機氣缸排出的廢氣具有很高的溫度(約400500°C 和一定壓力(約0. 20. 4MPa 及較高的流速, 它所含熱量約占燃油燃燒所放出熱量的23%40%。因此將廢氣通入渦輪機, 使渦輪機高速旋轉(zhuǎn)來帶動離心式壓氣機, 由此實現(xiàn)柴油機增壓, 這種增壓形式稱為廢氣渦輪增壓。廢氣渦輪增壓器的壓氣機一般都采用單級離心式壓氣機. 它由進氣道、工作輪、擴壓器和排氣蝸殼組成. 當(dāng)壓氣機工作時, 新鮮空氣經(jīng)過進氣道軸向進入壓氣機葉輪. 由于壓氣機葉輪的旋轉(zhuǎn), 空氣經(jīng)過空氣濾器消聲器被吸入壓氣機葉輪。由于通

4、道的導(dǎo)流作用, 氣流能在最小的損失下均勻進入壓氣機葉輪. 進氣道是漸縮流道, 在進氣道中, 壓力、溫度略有降低, 流速提高. 正是因為壓力降低, 空氣才被吸入工作葉輪. 空氣進入壓氣機葉輪后, 隨著葉輪高速回轉(zhuǎn), 因而產(chǎn)生離心力. 在離心力的作用下, 空氣向葉輪外緣流動并被壓縮, 其壓力、溫度和速度迅速增加, 其中流速提高最大. 這是因為葉輪對氣體作功, 不葉輪的機械能變成了氣體的動能和壓力能. 然后氣體進入擴壓器, 在擴壓器中由于流道是逐漸擴大, 使空氣的動能轉(zhuǎn)化為壓力能, 流速降低, 壓力升高。蝸殼中的通道也是漸擴的, 因而空氣流過時繼續(xù)將動能轉(zhuǎn)化為壓力能.離心式壓氣機在各種不同工況工作時

5、，它的各主要參數(shù)會隨之變化。在不同轉(zhuǎn)速下壓氣機的排出壓力和效率隨空氣流量的變化規(guī)律，稱為離心式壓氣機的特性。表示這種特性的曲線稱為壓氣機的特性曲線，圖1為現(xiàn)代壓氣機的特性曲線。壓氣機特性曲線上的等轉(zhuǎn)速運行線, 通常稱為增壓特性線。它的變化特點是:隨著空氣流量V 的增加, 增壓比c 開始是增加的。當(dāng)流量V 增加至某一值時, c 值達到最高。然后, 進一步增加流量V ,增壓比 c反而降低。這樣, 增壓特性線如似馬鞍形狀。這種變化特點是由于壓氣機中氣體流動特點引起的。我們可以通過圖2來解釋這種現(xiàn)象。從理論上講, 一只帶后彎式葉片的壓氣機, 在沒有流動損失的理想情況下, 轉(zhuǎn)速為常數(shù)時, 增壓比c 與空

6、氣流量的關(guān)系是呈線性下降趨勢的, 如圖2中的a 線。但壓氣機中的實際流動是有損失的。可以把壓氣機中的流動損失分為兩類, 即摩擦損失和撞擊損失。摩擦損失包括空氣與壁面的摩擦、空氣流內(nèi)部的相互摩擦以及可能產(chǎn)生的波阻損失。這些損失都隨流過壓氣機的氣流速度而變化, 也就是隨空氣流量而變化, 且隨流量的增加而增大。如果沒有撞擊損失, 壓氣機消耗的功用來壓縮空氣和克服摩擦損失。因此, 隨著流量的增加, 摩擦損失增加, 而增壓比 c總是減小的, 如圖2中的b 線。壓氣機中的撞擊損失是由于非設(shè)計狀態(tài)下, 壓氣機葉輪進口和葉片擴壓器進口處, 氣流方向的葉片構(gòu)造角不一致, 即產(chǎn)生一定的沖角, 使氣流撞擊葉片邊緣而

7、引起損失。顯然, 偏離設(shè)計流量愈大, 撞擊損失也愈大。因此, 考慮了壓氣機的全部流動損失后, 在轉(zhuǎn)速為常數(shù)時, 增壓比c 隨流量V 而變化的關(guān)系曲線, 就如圖2中的c 曲線, 這正是增壓特性線似馬鞍形的變化特點。在b 曲線和c 曲線之間陰影部分就是表示空氣在壓 氣機中流動的撞擊損失。 圖 1 壓氣機的特性曲線2增壓器喘振機理增壓系統(tǒng)中增壓器的運行特點: 柴油機在各種負荷下，所需要的增壓空氣流量與增壓壓力之間的關(guān)系，稱為柴油機進氣特性曲線。對單獨增壓系統(tǒng)，柴油機驅(qū)動螺旋槳按推進特性工作時的工作特性曲線如圖 3所示。由圖可見，增壓器的工作線是一條上部離喘振線較遠、下部離喘振線較近的曲線。在運行條件

8、的全部變化范圍內(nèi)，增壓器的工作特性曲線不會進入喘振區(qū)。因此，只要設(shè)計柴油機時選配的增壓器合適，在正常情況下是不會發(fā)生增壓器喘振的。當(dāng)流道堵塞時，背壓升高，流量減少，故工作特性曲線左移，如圖線 C 所示。這時工作特性曲線的下部進入喘振區(qū)，會在低負荷時發(fā)生增壓器喘振。 圖3柴油機進氣特性曲線壓氣機與渦輪機同軸相連, 構(gòu)成渦輪增壓器。渦輪機在排氣能量的推動下, 帶動壓氣機工作, 實現(xiàn)進氣的增壓。在運轉(zhuǎn)過程中, 當(dāng)壓氣機的流量減小到一定值時，氣體進入工作葉輪和擴壓器的方向偏離設(shè)計工況，造成氣流從葉片或擴壓器上強烈分流，同時產(chǎn)生強烈脈動，并有氣體倒流，引起壓氣機工作不穩(wěn)定，導(dǎo)致壓氣機振動，并發(fā)出沉重的喘

9、息聲或吼叫聲, 這種現(xiàn)象稱為壓氣機的喘振。 圖4 空氣在工作葉輪前緣附近的流動情況壓氣機喘振的機理是當(dāng)流量小于設(shè)計值很多時, 氣體進入壓氣機和擴壓器的方向偏離設(shè)計工況，葉輪進口和擴壓器葉片內(nèi)產(chǎn)生強烈的氣流分離造成的。圖3為壓氣機流量變化時空氣在葉輪前緣的流動情況。圖中1 為葉輪剖分處的圓周速度,c1 為空氣進入壓氣機前緣時的絕對速度, 1 表示氣流進入壓氣機葉片時相對速度。流量Q = c ×S,S 為通流面積。當(dāng)S 不變時, Q 與c 成正比。當(dāng)轉(zhuǎn)速不變時, 在設(shè)計流量下, 如圖4a 所示, 氣流平順地流進壓氣機葉輪, 氣流與葉輪葉片既不發(fā)生撞擊, 也不產(chǎn)生分離。當(dāng)流量大于設(shè)計流量時

10、, 如圖4b 所示, 氣流在葉輪前緣沖向葉片的凸面, 與葉片的凹面發(fā)生氣流分離現(xiàn)象。但由于葉片向前轉(zhuǎn)動, 其凹面壓向氣流, 使分離現(xiàn)象減弱, 因而除了壓氣機效率降低外, 不會在壓氣機中產(chǎn)生較大的氣流分離現(xiàn)象。當(dāng)流量小于設(shè)計流量時, 如圖4c 所示, 氣流沖擊葉輪前緣葉片的凹面, 而在葉片的凸面發(fā)生氣流分離現(xiàn)象, 由于葉片向前轉(zhuǎn)動進一步擴大了這種分離現(xiàn)象, 導(dǎo)致進入壓氣機的氣流嚴重撞擊葉片的凹面, 而在凸面產(chǎn)生氣流的旋渦和分離。在擴壓器中, 如圖5c 所示,氣流沖向葉片的凸面, 與葉片的凹面發(fā)生分離, 擴壓器中氣流的圓周向流動也使氣流離開氣流分離區(qū), 從而加劇了氣流分離的擴展趨勢。這種擴展使流道

11、變窄, 氣流流動受阻, 導(dǎo)致擴壓器前空氣堆積, 壓力升高, 出壓力下降, 流量減少。當(dāng)擴壓器前后壓差達到一定值時, 旋渦阻力被沖破, 大量堆積的空氣得以排出, 但卻引起了增壓器強烈振動, 使排出壓力和流量大幅度波動。由于流量過小這一根本原因未改變, 在擴壓器葉片中又出現(xiàn)氣流分離現(xiàn)象，周而復(fù)始，形成了壓氣機的喘振。 。圖 5空氣在擴壓器前緣附近的流動情況3 增壓器喘振原因分析通過以上分析可以知道導(dǎo)致壓氣機喘振的根本原因是由于壓氣機的實際流量小于該轉(zhuǎn)速下引起喘振的限制流量，造成氣流與葉片的強烈撞擊與脫流。根據(jù)公式Q = c ×S , 空氣進入壓氣機的速度降低, 或增壓系統(tǒng)流道堵塞, 都會

12、引起流量的減少。而柴油機用氣量減少, 增壓器轉(zhuǎn)速高, 或壓氣機后的氣流通道堵塞, 則會使壓氣機背壓升高。由于設(shè)計時已將壓氣機與柴油機的配合工作特性線選擇在遠離喘振線, 故正常情況下不會發(fā)生喘振。但是當(dāng)工作情況發(fā)生變化后, 壓氣機配合工作特性線會發(fā)生移動, 若部分或全部進入喘振區(qū), 則會發(fā)生喘振。增壓器與柴油機是需匹配工作的，壓氣機轉(zhuǎn)速愈高，吸氣量愈大，而柴油機發(fā)出的功率愈大，所需的空氣量也愈多。當(dāng)柴油機降轉(zhuǎn)速、卸負載時，氣缸內(nèi)所需的空氣量也急劇減少，而增壓器轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速卻一時無法同步下降，使增壓器壓氣機吸氣量與柴油機氣缸所需要的相比顯得過多，反而使部分多余的空氣堵塞在壓氣機進口處而發(fā)生喘振，只有

13、增壓器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降到與柴油機基本匹配時才會趨于正常。對于廢氣渦輪增壓二沖程柴油機機增壓器喘振, 其發(fā)生機理可分為流道阻塞和非流道阻塞。任何新造的增壓柴油機，只要渦輪增壓器與柴油機匹配良好，使用初期增壓器都不會發(fā)生喘振?？墒请S著運轉(zhuǎn)時間的增長，增壓系統(tǒng)中各部件就會污損或出現(xiàn)故障，柴油機本身某些部件也會產(chǎn)生故障，致使兩者的性能惡化，導(dǎo)致匹配不良，引起喘振。另外運行中某些暫時的匹配不良也可能發(fā)喘振。3.1 增壓系統(tǒng)流道阻塞因素的影響增壓器流道阻塞的直接后果之一就是會增加氣流在系統(tǒng)中的阻力。柴油機運行時, 增壓系統(tǒng)的氣體流動路線是: 壓氣機進口濾器和消音器壓氣機葉輪壓氣機擴壓器空氣冷卻器掃氣箱柴油機掃

14、氣口排氣閥排氣管廢氣渦輪噴嘴環(huán)廢氣渦輪葉輪廢氣鍋爐煙囪。其中各組成部分的流通面積都是固定的。若上述流動路線中任一環(huán)節(jié)發(fā)生堵塞, 如臟污、結(jié)碳、變形等, 都會因流阻增大使壓氣機背壓升高, 流量減少, 引起喘振。其中容易臟污的部件是壓氣機進口濾器、壓氣機葉輪和擴壓器、空氣冷卻器、柴油機掃氣口和排氣閥、廢氣渦輪噴嘴環(huán)、廢氣渦輪葉輪，此外渦輪機的噴嘴環(huán)容易發(fā)生變形。通常情況下, 渦輪增壓器氣流通道的阻塞是造成其喘振的主要原因。(1增壓器渦輪機噴嘴環(huán)積炭，或噴嘴環(huán)截面積過小，都使渦輪機效率降低, 壓氣機進氣流量減小, 發(fā)生喘振。(2空氣濾清器太臟、進氣道變形等原因使進氣阻力過大，造成壓氣機吸氣量不足，增

15、壓器喘振。(3中冷器冷卻水溫過高或中冷器冷卻水管因泄漏而堵焊過多，造成中冷器的冷卻能力下降，增壓后的空氣因冷卻不足而密度較小，滿足不了氣缸燃燒的需要，造成排溫升高?？绽淦鞫氯箟簹鈾C背壓過高, 流量減小, 造成增壓器喘振.3.2增壓器或柴油機本身的故障，柴油機運行工況不良（1）壓氣機葉輪損壞、變形或過量腐蝕，使壓氣能力減弱；渦輪葉片損壞，引起渦輪效率下降，導(dǎo)致流經(jīng)壓氣機的空氣流量減少，嚴重時增壓器發(fā)生喘振。（2）渦輪葉片和噴嘴環(huán)變形，渦輪葉片頂部及噴嘴環(huán)罩內(nèi)表面被腐蝕，使兩者之間配合間隙增大，都會引起渦輪效率下降，導(dǎo)致流經(jīng)壓氣機的空氣流量減少而發(fā)生喘振。（3）壓氣機端油封、氣封的密封圈嚴重老化

16、損壞。大家知道，在廢氣渦輪增壓器中，有壓氣機和廢氣渦輪兩個油池，用軸環(huán)飛濺或泵壓注油，潤滑油受到增壓器軸環(huán)或軸面每分鐘幾千到上萬次的沖擊，使?jié)櫥湍鄣挠椭槠扑槎捎挽F。在廢氣渦輪增壓器油池中的油霧，因受到壓氣機的氣體高速流動的影響，向油封和氣封運動，由于該密封環(huán)失去密封作用，使壓氣端漏油，漏出的透平油進入了壓氣的氣流混入掃氣，而后隨掃氣運動，與掃氣箱的碰撞，油霧分子結(jié)聚在一起，落在掃氣箱底部。另外，當(dāng)掃氣箱放殘閥進行放殘而無法放殘時，導(dǎo)致掃氣箱積聚大量可燃物。當(dāng)這些可燃物遇到高溫?zé)嵩磿r，會造成掃氣箱著火。而掃氣箱著火使氣缸內(nèi)溫度增加，廢氣能量增加，增壓器轉(zhuǎn)速增加，增壓壓力增加，配合運行點移

17、向喘振線的高處，喘振余量減小，使增壓器喘振。（4）柴油機本身原因。柴油機由于運行工況不良，各缸負荷嚴重不均，活塞環(huán)和缸套磨損漏氣、主機排氣閥泄漏、燃油霧化不良、噴油提前角太小、后燃嚴重等原因?qū)е屡艤馗?，使主機在一定轉(zhuǎn)速下，其排出的廢氣能量高，使增壓器轉(zhuǎn)速更高，壓氣機背壓升高而發(fā)生喘振. 為此要查明主機排煙溫度高的原因，并做相應(yīng)保養(yǎng)和調(diào)整，使主機在良好的工況下運行。(5氣門打不開或關(guān)不嚴。造成此種情況的原因較多，如進、排氣門的彈簧斷裂、氣門桿彎曲、氣門間隙調(diào)整過小、氣門閥盤裂紋或掉塊等均會造成氣門開關(guān)不嚴；橫臂跳轉(zhuǎn)、橫臂導(dǎo)桿折斷等均會造成氣門打不開。進氣門打不開，該缸就無法進入新鮮空氣，那么增壓

18、后的空氣量過剩，壓氣機背壓過高而影響到壓氣機前的空氣進入；而該缸在氣門重疊階段，廢氣總管中的廢氣會從排氣門倒流入氣缸內(nèi)。這樣該缸在噴入燃油后的燃燒狀態(tài)變得很差。進氣門關(guān)不嚴，該缸在壓縮過程中，部分新鮮空氣回流，一方面減少了增壓后的空氣消耗量，另一方面氣缸內(nèi)的新鮮空氣的減少，會惡化燃燒。排氣門打不開，在排氣過程中，廢氣不能順利進入排氣總管，而當(dāng)進氣門打開時，該缸本身不能順利地吸入新鮮空氣，反而使廢氣竄至掃氣箱，趁別的氣缸吸氣時乘機而入，從而惡化其它氣缸的燃燒過程。排氣門關(guān)不嚴，在該缸處于壓縮過程時會漏泄出缸內(nèi)的新鮮空氣量，使壓縮壓力減小，在吸氣過程時，排氣總管的廢氣會倒流入氣缸內(nèi)，凡此種種均造成

19、燃燒狀態(tài)惡化。無論進氣門還是排氣門打不開或關(guān)不嚴，其結(jié)果都是對增壓后的空氣需求量減少，而氣缸內(nèi)的燃燒惡化，造成排氣總管溫度的升高，增壓器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速提高而加大增壓能力，從而導(dǎo)致增壓器壓氣機后背壓過大而流量減小,最終引發(fā)喘振。（6）在脈沖增壓系統(tǒng)中, 往往將三個氣缸的排氣管與一臺增壓器的渦輪進口相連, 有時一臺持有機有二臺或二臺以上的增壓器并聯(lián)地向一根進氣總管供氣. 要是由于某種原因一缸熄火則與該缸相連的增壓器渦輪機得到的廢氣能量減少, 增壓器轉(zhuǎn)速迅速下降, 但壓氣機出口背壓未變化, 這對與與熄火缸相連的增壓器就顯示得過高, 使該壓氣機排量減少, 因而可能引起該壓氣機喘振. 當(dāng)各缸負荷嚴重不均時,

20、與負荷過低的氣缸相連的增壓器也會發(fā)生喘振.（7）長期低速運行的原因, 長期低速運行的后果是：使增壓壓力下降。節(jié)能減速運轉(zhuǎn)，柴油機往往在低于額定功率的50%（轉(zhuǎn)速約為額定的80%）以下運行，造成增壓空氣壓力降低。增壓空氣壓力過低，會使進入氣缸的空氣量較少，過量空氣系數(shù)減小，壓縮終點壓力溫度降低，導(dǎo)致燃燒不良，不良燃燒產(chǎn)生的煙垢積碳、油垢等污染、臟堵排氣通道（透平噴嘴環(huán)和葉片、廢氣鍋爐煙道等）和掃氣通道（空冷器、掃氣箱、掃氣口等），嚴重時將引起增壓器喘振。使噴油霧化不良。由于每循環(huán)噴油量減少及柱塞運動速度減小，噴射系統(tǒng)難于適應(yīng)大幅度供油量變化，噴油壓力下降，燃油霧化變差，霧化形狀、油霧在燃燒室的分

21、布不均勻。增壓壓力下降，壓縮終點壓力變低，也會使燃油霧化變差，使混合氣混合質(zhì)量變差，造成燃油燃燒緩慢，燃燒不充分，后燃加劇，容易形成結(jié)碳。使氣缸油量過多。由于MAN BW 型柴油機氣缸注油量是隨轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)，假設(shè)柴油機在標(biāo)定轉(zhuǎn)速nb 下工作，發(fā)出標(biāo)定功率為Pb ，而當(dāng)轉(zhuǎn)速為0.8nb 時，其功率降為0.83 Pb=0.512 Pb 。這樣當(dāng)柴油機在低負荷運行時，由于它的功率大為減少，注油量就變得相對過大，容易形成結(jié)碳和粘環(huán)。使劣質(zhì)燃油燃燒不良。由于每循環(huán)噴油量減少及單位時間內(nèi)燃燒次數(shù)減少，氣缸熱狀態(tài)變差，壓縮終點壓力和溫度進一步降低，會導(dǎo)致燃油著火困難并阻礙燃燒的進行。這對劣質(zhì)燃油影響更嚴重，

22、滯燃時間加長并更易導(dǎo)致燃燒不完全。燃用的燃油品質(zhì)越低劣，低負荷運行能力就越差，氣缸溫度越低, 劣質(zhì)燃油的差別就越大，進一步導(dǎo)致燃燒緩慢，燃燒不充分，后燃加劇，容易形成結(jié)碳。因此，主柴油機長期在低負荷慢車運行是相當(dāng)有害的。低負荷時，柴油機的工況遠離設(shè)計工況，從而燃燒不良，燃燒緩慢，燃燒不充分，后燃加劇，容易形成結(jié)碳。氣缸內(nèi)結(jié)碳增加使活塞環(huán)粘環(huán)。引起活塞異常磨損，造成廢氣能量增加，增壓器轉(zhuǎn)速增加，增壓壓力增加，而柴油機對空氣的需求量不變，造成壓氣機背壓越變越大，壓氣機流量減小，使增壓器喘振。3.3運轉(zhuǎn)中的增壓器和柴油機暫時失配和船體阻力增大（1）船舶在滿載、大風(fēng)浪情況下，螺旋槳時而露出水面，時而下

23、沉?xí)r，柴油機轉(zhuǎn)速和負荷發(fā)生突變，或在頂風(fēng)、頂浪時，此時主機油門大而轉(zhuǎn)速低，油門大廢氣能量就大，透平轉(zhuǎn)速升高，壓氣機產(chǎn)生的掃氣量就多，而此時柴油機的轉(zhuǎn)速低，氣缸耗氣量少，從而使壓氣機在高背壓小流量狀況下工作，嚴重時增壓器發(fā)生喘振。這時要適當(dāng)壓載或減低轉(zhuǎn)速，防止柴油機發(fā)生飛車。（2）在柴油機操作過程中，如果加速或減速過快，柴油機突降轉(zhuǎn)速或突卸負載時或載荷出現(xiàn)較大波動，由于增壓器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不能很快地跟隨柴油機轉(zhuǎn)速的下降而下降，引起柴油機和增壓器暫時的失配而發(fā)生喘振，當(dāng)正常運轉(zhuǎn)時，又恢復(fù)匹配關(guān)系，喘振現(xiàn)象自動消失，所以在非緊急情況下，輪機員或駕駛員操作時要避免緊急停車、加速或減速過快。（3）水下船體外表

24、面附生物太多，使船體阻力增大，相當(dāng)于主機運行在高負荷、低轉(zhuǎn)速下，主機油門大而轉(zhuǎn)速低，因進氣壓力的增加而流量變化不大，此時運行線有可能進入喘振區(qū)而發(fā)生喘振。此時應(yīng)進塢清除附生物并重新油漆。(4增壓器的喘振裕度偏小。喘振裕度是指增壓器在與柴油機配套工作時，增壓器的每一個轉(zhuǎn)速下都對應(yīng)有一個實際的空氣流量值和一個發(fā)生喘振的最小空氣流量極限值。該轉(zhuǎn)速下的實際空氣流量與最小空氣流量極限的差值除以最小空氣流量的極限值，即為增壓器在這個轉(zhuǎn)速下的喘振裕度。增壓器在與柴油機匹配工作中，每一個轉(zhuǎn)速下的喘振裕度是不同的，如果喘振裕度太小，再加上由于其他促使增壓器喘振的因素，增壓器就較易喘振。此外外界氣溫過低、空氣稀薄

25、。氣溫過低時，空氣密度過大，氣缸內(nèi)容納不了過多質(zhì)量的新鮮空氣，而使增壓器背壓高而流量小發(fā)生喘振。海拔高、空氣稀薄，使空氣密度下降，壓氣機吸氣時是按容積吸入的，實際吸入的空氣質(zhì)量卻較少，滿足不了氣缸的需要，使燃燒狀態(tài)變差，排溫變大，易引發(fā)喘振。3.4喘振處理方法根據(jù)以上分析，由于喘振可能有多種原因，當(dāng)柴油機發(fā)生喘振時，多數(shù)輪機員只是根據(jù)經(jīng)驗來進行判斷，這種盲目查找將會帶來不必要的工作量，因此，作者結(jié)合所學(xué)的專業(yè)知識，參考相關(guān)資料，總結(jié)出如下處理方法，如流程圖6所示，希望可以在盡可能少拆零件的情況下找出喘振的原因并解決。 圖6 增壓器喘振處理方法流程圖當(dāng)增壓器發(fā)生喘振的時候，如圖6所示應(yīng)當(dāng)首先檢查

26、排氣溫度，掃氣壓力，增壓器轉(zhuǎn)速。 由于增壓器喘振的原因有兩個大方面：一個是海況和主機工況不良，另一個是增壓器流道阻塞。當(dāng)增壓器發(fā)生喘振時，首先應(yīng)判斷增壓器喘振的是由柴油機故障導(dǎo)致的柴油機與增壓器匹配不良引起的還是因為增壓器流道阻塞引起的。通過排氣溫度，掃氣壓力，增壓器轉(zhuǎn)速來判斷是引起喘振的原因是來自柴油機還是增壓器，從而決定下一步的檢查方向。若柴油機排煙溫度偏高，而增壓器的轉(zhuǎn)速也過快，柴油機的掃氣壓力偏高。則極有可能是因為柴油機本身出現(xiàn)故障，從而引起柴油機與增壓器匹配不良，廢氣能量大，增壓器轉(zhuǎn)速高，增壓能力提高而柴油機掃氣量并沒有太大的變化而導(dǎo)致增壓器處于高背壓小流量的工作狀態(tài)下，引發(fā)喘振。這

27、時應(yīng)按照圖示若是柴油機方面的原因則按上半部分的流程接著檢查。反之則應(yīng)按照圖6下半部分進行檢查。當(dāng)增壓器喘振是由柴油機故障引起的時候檢查順序為：1、檢查排氣閥是否正常，掃氣口是否臟堵，若排氣閥泄漏應(yīng)研磨或換新，掃氣口臟堵應(yīng) 清除污垢。因為排氣閥泄漏會引起排氣溫度過高，廢氣能量過大而引起喘振。掃氣口臟堵容易造成增壓器背壓過大而引起喘振。2、查看示功圖，判斷柴油機燃燒狀況。燃油霧化不良，滯燃期過長，后燃嚴重等都會引起柴油機排溫過高。判斷是否因燃燒質(zhì)量差導(dǎo)致的排溫過高。若是則應(yīng)檢查是否噴油定時不正或噴油器故障等再作出相應(yīng)調(diào)整。3、檢查主機負荷和轉(zhuǎn)速，檢查海況船況。根據(jù)海況船況判斷主機負荷。柴油機高負荷

28、低轉(zhuǎn)速運行，船舶超載航行, 頂風(fēng)航行或船體污底嚴重等, 其航行阻力增大, 這時柴油機超負荷運轉(zhuǎn), 供油量加大, 引起排溫升高，廢氣能量大，而使主機與增壓器匹配不良引起喘振。這時可采用暫時降速（減小油門）處理。當(dāng)增壓器喘振是由增壓器的故障引起的時候檢查順序為：1、檢查渦輪機噴嘴環(huán)和葉輪，渦輪機前后溫度。由于渦輪機是廢氣流道，柴油機廢氣中含有大量雜質(zhì)，所以廢氣流道最容易阻塞。若渦輪機阻塞應(yīng)徹底清洗，若葉片嚴重變形則應(yīng)換新。檢查廢氣鍋爐煙道，廢氣鍋爐煙道若有阻塞會使增壓器增壓器排出受阻，背壓太大，轉(zhuǎn)速上不去，應(yīng)及時清除。2、檢查空冷器前后壓降，若壓力降過大則可能是空氣冷卻器內(nèi)部過臟，引起堵塞。應(yīng)將空

29、氣冷卻器拆下檢查并徹底清洗。檢查空冷器前后溫差及冷卻水溫度，進而判斷冷卻效果，若冷卻不佳則會導(dǎo)致增壓器背壓變大，流量減小而引起喘振。3、檢查壓氣機進口濾器是否臟堵，若濾器內(nèi)部過臟，會使氣流流動阻力增大而使空氣流量減小，進而引起喘振。應(yīng)將濾器拆下檢查并徹底清洗。4、檢查壓氣機葉輪和擴壓器，若葉輪和擴壓器臟污會使增壓器排氣壓力增大，而導(dǎo)致空氣流量減小引起喘振。應(yīng)徹底清洗葉輪和擴壓器，若葉片嚴重變形應(yīng)換新。此外，掃氣箱著火等特殊情況也可能引起增壓器喘振，這是只要解決了掃氣箱著火，增壓器喘振也就相應(yīng)的解決的。另外柴油機排氣能量不足會引起增壓器效率低，而使壓氣機不能吸入足夠空氣流量也會發(fā)生喘振。發(fā)生這種

30、故障時的一般表現(xiàn)是增壓器的轉(zhuǎn)速低，掃氣壓力低。以上是總結(jié)增壓器發(fā)生喘振時的一般處理方法，具體到實船發(fā)生喘振時，應(yīng)根據(jù)船舶具體情況，按照船舶的具體情況和日常的維護記錄，初步判斷可能的故障原因。然后再按照由易到難的原則逐一檢查：判斷可能的原因。以下利用該方法對事例進行分析驗證。4 實例分析4.1案例1“TA I PLENTY ”輪是中國臺灣航業(yè)有限公司所屬的一艘環(huán)球航線的散貨船, 船舶主機型號為SULZER 7RTA48 - TB, 缸徑480 mm, 軸功率為10185 kW, 工作轉(zhuǎn)速127 r /min, 一般航行轉(zhuǎn)速為118 r /min。主機設(shè)計和常用燃油的規(guī)格為在50 時380 cSt

31、的HFO (重油 , 于2000年6月在日本下水。T/C (廢氣渦輪增壓器 型號是VTR 564D- 32, 配備一臺, 且配備有兩臺電動輔助鼓風(fēng)機, 其功率均為30 kW, 該主機系統(tǒng)為直流掃氣定壓增壓系統(tǒng), 兩臺電動鼓風(fēng)機在主機啟動和低負荷時運行, 當(dāng)掃氣箱壓力達到某一設(shè)定值( 0. 05 MPa 時, 壓力開關(guān)動作, 風(fēng)機停用, 來自空氣冷卻器處的新鮮空氣通過單向閥片組直接進入掃氣箱, 供主機燃用。該柴油機在營運中曾發(fā)生兩次增壓器喘振故障，具體如下：（1）故障介紹第一次是2006年6月該輪從臺灣某港開航去澳洲港口裝礦砂, 航行途中主機狀況一直良好, 后因遇到大風(fēng)浪天, 可能是螺旋槳葉經(jīng)常

32、會出水打空, 但當(dāng)時主機運轉(zhuǎn)參數(shù)基本正常, 而船舶主機增壓器連續(xù)多次發(fā)生喘振, 掃氣壓力從正常0. 16 MPa突然降至0. 06MPa, 主機排溫均異常偏高, 同時排煙溫度由原來400 左右逐漸升到440 左右, 排氣呈黃白色。第二次是在第一次故障后，船舶抵達菲律賓港口卸貨后機艙又對空冷器用熱水稀釋ACC - 9進行高壓水槍循環(huán)沖洗10h, 并對進氣端濾網(wǎng)進行清洗。開航后(菲律賓到印度, 空載 的開始幾天主機增壓器運行良好, 而就在到達印度港的前幾天, 船舶在風(fēng)浪天航行增壓器又突然發(fā)生喘振, 主機運轉(zhuǎn)參數(shù)也基本正常, 掃氣壓力從正常0. 16MPa 突然降至0. 07 MPa, 主機各缸排溫

33、均異常偏高。（2） 故障排除因在此航次開航前已經(jīng)更換了7只汽缸所有的噴油器, 所以排除了由于噴油器霧化不好使燃燒惡化的原因。本船于2005年7月在大連造船廠進行了5年一次的塢修工程, 塢修時對增壓器的進氣濾網(wǎng)和消音器進行過徹底清潔保養(yǎng), 轉(zhuǎn)子做動平衡檢驗, 更換所有軸承組和油泵; 活塞頭全部翻新, 更換全部活塞環(huán), 經(jīng)檢查, 與喘振有關(guān)的結(jié)構(gòu)都進行了檢修、調(diào)整和清潔保養(yǎng), 排除了流道阻塞因素。平時渦輪側(cè)的顆粒沖洗和壓氣端水洗都按正常周期進行。因為此次航行海面風(fēng)浪大且船舶空載, 船舶搖晃得厲害, 螺旋槳葉經(jīng)常會出水打空。主機渦輪增壓器喘振的頻率越來越高, 主機運轉(zhuǎn)參數(shù)基本正常, 僅各缸排溫平均就

34、偏高18 左右, 因此, 懷疑喘振是風(fēng)浪所致。將主機控制部位從集控室切換到機旁, 但故障依然存在。因當(dāng)時在航行當(dāng)中且風(fēng)浪較大, 無法停主機進行系統(tǒng)詳盡的檢查維護, 所以采取了降速的處理辦法, 但是偶爾還是會出現(xiàn)喘振征兆, 當(dāng)喘振連續(xù)且掃氣壓力一直未達到最低值0. 05MPa (即輔助鼓風(fēng)機不能自動啟動 , 輪機長將兩臺輔助鼓風(fēng)機改為手動并且啟動鼓風(fēng)機, 喘振現(xiàn)象消失, 但不久又重復(fù)出現(xiàn)。船舶抵達澳洲港口后, 輪機部人員依次打開空冷器, 拆除進氣濾網(wǎng)及卸下消音器, 發(fā)現(xiàn)空冷器熱交換片極臟, 因此懷疑可能是修船時沒有清理或清理不認真, 于是用熱水稀釋ACC - 9, 用高壓水槍循環(huán)沖洗近10h,

35、熱交換片基本沖洗干凈。另外對于拆下的進氣濾網(wǎng)進行清洗, 并用壓縮空氣對消音器進行氣洗(空氣吹洗 開航后(澳洲到菲律賓 一切正常。因在澳洲港口及菲律賓港口對影響增壓器的一些機器因素都一一做了排除, 且兩次喘振都是發(fā)生在船舶空載的航行狀況下。第一次發(fā)生喘振很可能是由于空氣冷卻器臟堵造成空氣流道阻塞, 使其阻力增大, 進氣量減小, 進而發(fā)生喘振。而第二次則完全排除機艙機器因素,極有可能是風(fēng)浪天螺旋槳葉經(jīng)常出水打空所導(dǎo)致。經(jīng)輪機長問駕駛臺得知, 因航線較短, 這兩個航次空載時大副并沒有對船舶壓載艙進行壓水。隨后往壓載艙打入壓載水, 喘振現(xiàn)象消失。至此, 增壓器喘振原因已基本查明: 起初增壓器喘振是因增

36、壓器空氣流道阻塞所致, 而后來喘振的發(fā)生則完全是因壓載艙未打入壓載水而導(dǎo)致船舶吃水較淺, 使螺旋槳經(jīng)常出水打空所致。分析：按照以上總結(jié)的方法分析，當(dāng)增壓器發(fā)生喘振時，首先判斷增壓器喘振的原因是匹配不良引起的還是增壓器流道阻塞引起的。套用流程圖的格式，首先檢查排氣溫度、增壓器轉(zhuǎn)速、掃氣壓力。此增壓器發(fā)生喘振時，三參數(shù)為：排氣溫度過大，但增壓器轉(zhuǎn)速并沒有過大，而掃氣壓力反而下降?？沙醪脚袛嗖⒎鞘且虿裼蜋C故障引起的，而可能是因為增壓器流道阻塞引起的。應(yīng)首先檢查增壓器流道。首先應(yīng)檢查渦輪機噴嘴環(huán)和葉輪，渦輪機前后溫度，由于渦輪側(cè)的顆粒沖洗和壓氣端水洗都按正常周期進行，渦輪機基本正常。接著應(yīng)檢查空冷器前

37、后壓差，然后檢查進氣濾器前后壓差。進而判斷需拆檢的部件。此增壓器喘振時空冷器前后壓力降明顯過大，因此極有可能是空冷器內(nèi)部臟污，發(fā)生堵塞引起的。可先拆檢空冷器。發(fā)現(xiàn)空冷器熱交換片極臟，將空冷器清洗后安裝在觀察增壓器運行狀態(tài)。第二次發(fā)生故障時，柴油機的排氣溫度偏高，轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，掃氣壓力降低，且增壓器轉(zhuǎn)速稍低，而增壓器上次發(fā)生喘振時，對增壓器流道都做了詳細檢查，各壓力參數(shù)也正常，結(jié)合具體船況（空載航行）?？赡苁锹菪龢獣r而出水時而入水，導(dǎo)致主機轉(zhuǎn)速不穩(wěn)，油門忽大忽小，排氣不穩(wěn)定，廢氣能量不足，增壓器效率低引起的。在一些特殊的情況下，如大風(fēng)浪，輕載等會導(dǎo)致柴油機和增壓器匹配不良，當(dāng)在這些特殊航行時，除了

38、正常的檢測外，也需結(jié)合具體的海況，船況做出判斷。原資料中，因該船舶是在大風(fēng)浪天氣中航行，當(dāng)增壓器發(fā)生喘振時僅根據(jù)排溫過高一點即憑直覺判斷發(fā)生喘振的原因為海況不良（大風(fēng)浪）引起的，這種判斷明顯有些偏頗。因為如果是柴油機與增壓器匹配不良引發(fā)的喘振，有三個故障現(xiàn)象：排氣溫度過高，增壓器轉(zhuǎn)速過快，且掃氣壓力大。資料中，只測了排溫而忽視了增壓器的轉(zhuǎn)速和掃氣壓力的因素，是開始時造成誤判的主要原因。當(dāng)增壓器發(fā)生喘振時，首先應(yīng)準(zhǔn)確判斷引起故障的大方面（是增壓器的故障還是柴油機的），然后把可能的喘振原因細化，這樣才能節(jié)省時間，避免誤操作，及時處理喘振故障。4.2 案例2隨后，高強輪利用在新加坡加油的機會對該增壓

39、系統(tǒng)流道各環(huán)節(jié)用先易后難的方法進行了檢查，采取了以下措施：(1用增壓器自帶的沖洗裝置對廢氣渦輪葉輪進行了沖洗；(2用空氣冷卻器噴淋裝置對空氣冷卻器進行化學(xué)沖洗，并清洗壓氣機進氣濾網(wǎng)；(3打開空氣冷卻器上側(cè)道門檢查，未發(fā)現(xiàn)異常；(4檢查廢氣鍋爐煙道煙管，未發(fā)現(xiàn)異常；(5打開掃氣箱道門，對各缸進氣口及掃氣箱內(nèi)部進行了檢查，并徹底清潔掃氣箱和各缸進氣口；(6排氣總管及各缸排氣口及進透平的保護柵欄檢查，未發(fā)現(xiàn)異常；(7拆除增壓器廢氣端進氣管，對噴嘴、渦輪葉片進行了檢查，渦輪葉輪檢查未發(fā)現(xiàn)異常，發(fā)現(xiàn)噴嘴環(huán)有結(jié)碳、臟堵。于是對噴嘴環(huán)進行徹底清潔，裝復(fù)后試車。當(dāng)主機轉(zhuǎn)速至104.8r/min時，主機透平未出

40、現(xiàn)喘振，主機轉(zhuǎn)速穩(wěn)步升至113.8r/min，透平轉(zhuǎn)速為13800r/min，掃氣壓力升至0.16Mpa, 各缸排氣溫度分別為350、350、355、355、355、360，透平前溫度為420，透平后溫度為310，主機工況恢復(fù)正常。至此，增壓器喘振故障排除。主機各缸排氣溫度比原來溫度均降低15-20，透平前后溫度比原來溫度均降低30-40，達到主機正常排氣溫度。分析：此增壓器發(fā)生喘振時，根據(jù)流程圖6，首先應(yīng)檢查柴油機排氣溫度，掃氣壓力，增壓器轉(zhuǎn)速。該柴油機排溫升高，掃氣壓力低，增壓器轉(zhuǎn)速低，渦輪機前后溫度升高?？梢猿醪脚懦鰤浩鞅硥捍笫沽髁繙p小而引發(fā)喘振。很可能因為增壓器流道阻塞引起的。應(yīng)首先

41、檢查渦輪機前后溫度，廢氣鍋爐煙道。該增壓器渦輪機前后溫度偏高，則問題很可能是出在渦輪機上。由于開始主機運行參數(shù)基本正常，當(dāng)發(fā)生喘振時排溫上升，初步判斷可能是由喘振引起的排溫偏高。排氣溫度偏高廢氣能量大，而增壓器轉(zhuǎn)速反而降低，掃氣壓力降低，很可能是渦輪機流道阻塞引起的。這時應(yīng)細心檢查渦輪端流道，在船上可以先檢查渦輪機前的排氣膨脹接頭是否漏泄，廢氣鍋爐煙道是否堵塞。綜合所知情況，排氣溫度偏大，渦輪機前后溫度偏大而增壓器轉(zhuǎn)速反而稍低，而廢氣鍋爐煙道也未見異常，則很可能是渦輪機噴嘴環(huán)或葉片臟污或變形而導(dǎo)致渦輪機流道通流面積改變而使增壓器效率低，空氣流量減小而引起喘振。在航行期間拆卸渦輪機無法實現(xiàn)，可適

42、當(dāng)清洗然后采取暫時降速處理，待靠港后在進行徹底拆卸修理。柴油機排氣溫度高，廢氣能量大會引起增壓器轉(zhuǎn)速升高，背壓大流量小而喘振。而增壓器喘振也會使柴油機發(fā)生故障。所以柴油機和增壓器是相互作用的，是一個整體，只有二者都處在良好的工況下，才能使船舶正常的運行，以確保航行的安全。4.3案例3某輪主機為6ESDZ75160B 型，匹配二臺增壓器。某日開航出港后，正航約10分鐘，#2增壓器隨后發(fā)出喘振聲。當(dāng)值輪機員馬上拉小油門慢速運轉(zhuǎn)，喘振即無，無異常之處，于是再加大油門，不一會看到第5缸排氣管處有黑煙冒出。各缸排溫由260升高到300左右，緊接著#2增壓器就喘振起來，再拉小油門，喘振聲即消除。輪機長回想

43、在港內(nèi)航行是低負荷，增壓器運轉(zhuǎn)正常，出港后剛開始進入高負荷，主機各缸排溫就高起來，且冒黑煙，這種突然現(xiàn)象與出口時動用了何設(shè)備有關(guān)呢? 再一想是否與換用廢氣鍋爐時的轉(zhuǎn)換煙道擋板有關(guān)，于是直奔機艙高層煙囪處檢查，立即發(fā)現(xiàn)擋板上的手動調(diào)節(jié)柄與軸連接處的一個定位螺釘已脫落，擋板自動倒在關(guān)閉的位置上，并隨著排氣上升的氣流在輕微地搖擺著。當(dāng)即將螺釘旋緊，并把手柄放到全開位置，以后再開快車，均正常了。分析：此增壓器發(fā)生喘振時排氣溫度高而增壓器轉(zhuǎn)速低，根據(jù)流程圖6可直接排除廢氣能量大，導(dǎo)致渦輪機轉(zhuǎn)速高，增壓器背壓高流量小的原因。由此判斷此增壓器的喘振很可能是有增壓器流道阻塞引起的。增壓器流道又分為渦輪機側(cè)流道

44、和壓氣機側(cè)流道，按流程圖6應(yīng)首先檢查渦輪機前后溫度，廢氣鍋爐煙道。然后檢查空冷器前后壓力降。再檢查濾器。最后檢查壓氣機葉輪和擴壓器，最終也能順利解決故障。此次喘振發(fā)生在當(dāng)由地負荷轉(zhuǎn)換成高負荷時，該輪機長憑經(jīng)驗根據(jù)轉(zhuǎn)負荷時啟用廢氣鍋爐，鍋爐煙道可能堵塞，從而發(fā)現(xiàn)問題，排除故障。當(dāng)增壓器渦輪機側(cè)流道部分阻塞時，在低負荷時柴油機排氣量少，對增壓器無明顯影響，高負荷時排氣量大，而流道發(fā)生阻塞使流道通流面積減小，從而廢氣不能順利流過渦輪機，而使渦輪機背壓太大而轉(zhuǎn)速上不去，使增壓器不能與柴油機工況相匹配，最終引起增壓器喘振。此柴油機低負荷時煙道擋板雖然關(guān)閉，但是尚有余隙可以讓小流量的排氣流出，故對主機影響

45、不大，但在柴油機轉(zhuǎn)為高負荷時，排氣量增大，渦輪機排出受阻，背壓太大，故轉(zhuǎn)速上不去，這樣掃氣壓力相對柴油機高負荷下也稍有不足，燃燒工況惡化后，排溫升高冒黑煙等情況也就出現(xiàn)了，增壓器匹配不良，終于產(chǎn)生喘振。這是一起增壓器先發(fā)生故障，然后導(dǎo)致柴油機燃燒惡化，進而導(dǎo)致排溫升高的事故?？梢姡鰤浩鞯牧己眠\行對柴油機的整體性能具有重要意義。煙道擋板螺釘脫落是因為日常工作不到位，粗心所致。在工作中要細心，嚴格按程序做事，作好細節(jié)。4.4案例總結(jié)通過以上幾個例子分析，可見引起增壓器喘振的多數(shù)情況是增壓器流道阻塞，有壓氣機流道阻塞也有渦輪機流道阻塞。常見的容易臟堵的部件有進氣濾器，空冷器，渦輪機噴嘴環(huán)和葉輪壓氣

46、機葉輪和擴壓器，平時工作中應(yīng)加強這些部件的監(jiān)測與清洗。本文總結(jié)的喘振處理方法是為了能更直接更明確的找出增壓器喘振的原因，當(dāng)增壓器發(fā)生喘振時，根據(jù)檢查得到的一級參數(shù)首先確定故障原因的種類，縮小檢查的范圍，從而達到節(jié)省檢測時間，避免不必要的工作量的目的。首先是根據(jù)排氣溫度，掃氣壓力，增壓器轉(zhuǎn)速這三個參數(shù)判斷引起喘振的原因是柴油機方面的還是增壓器方面的。相對盲目檢查這樣可以節(jié)省一半的檢查量。先在大的方面對增壓器喘振的原因有一個方向，以確定下一步優(yōu)先檢查的部件。確定了引起增壓器喘振原因的種類是柴油機故障還是增壓器流道阻塞后，再繼續(xù)檢查。若是柴油機方面的故障，一般是排氣溫度高引起的，接著再查找排氣溫度過

47、高的原因。排氣溫度過高又可能有很多原因，如排氣閥漏氣，柴油機高負荷，燃燒質(zhì)量差。再進一步分類，按照由易到難的原則一步一步檢查?？上葯z查排氣閥是否漏泄，檢查海況船況。根據(jù)示功圖判斷燃燒狀況，再檢查柴油機負荷。找出排氣溫度過高的原因，作出適當(dāng)調(diào)整。若是因增壓器流道阻塞引起的，則應(yīng)系統(tǒng)的檢查增壓器流道各部件。因為壓氣機進氣濾器和空氣冷卻器是最容易臟堵的，所以應(yīng)先檢查這兩個部件。檢查進氣濾器和空冷器的前后壓降，若壓降過大則可能是它們內(nèi)部過臟，喘振的原因可能就在這里。若濾器和空冷器都正常，檢查增壓器轉(zhuǎn)速，若轉(zhuǎn)速不足則很可能是渦輪機流道阻塞，導(dǎo)致增壓器效率過低引起的。應(yīng)先檢查渦輪機前膨脹接頭，廢氣鍋爐煙道，然后