船機(jī)故障心莫慌，遇事不決船機(jī)幫
導(dǎo)讀
廢氣渦輪增壓技術(shù)因其在提高其功率( 柴油機(jī)功率增加隨增壓壓力的增加而成比例的增加)及經(jīng)濟(jì)性能(柴油機(jī)排出廢氣所含的熱量約占燃油燃燒放出熱量的30%一37％，其中排氣的可用能約占排氣總能量的60％，尤其在大功率船用柴油機(jī)中這部分能量的利用猶顯重要) 和改善柴油機(jī)的排放等全面提高躬由機(jī)性能方面的表現(xiàn)優(yōu)異而廣泛應(yīng)用于絕大部分船用主機(jī)和副機(jī)，所以增壓系統(tǒng)工作的優(yōu)劣與否直接影口向著柴油機(jī)性能及其可靠性。
而作為增壓器故障之一的增壓器喘振直接影響著柴油機(jī)的整體性能。
對(duì)于通常情況下增壓器的故障應(yīng)該說(shuō)并不難排除。
然而有些故障，既非常規(guī)性故障排除起來(lái)則頗費(fèi)周折。
本文是基于某輪副機(jī)頻繁發(fā)生增壓器喘振故障為切入點(diǎn)，著重介紹輪機(jī)部人員對(duì)增壓器的喘振故障常規(guī)定位思路及此次非常規(guī)故障根源。
希望本文能為讀者在以后的工作中起到啟發(fā)和借鑒作用，采用純廢氣渦輪增壓，渦輪增壓器型號(hào)為ABB VTR160。
一
渦輪增壓器的喘振現(xiàn)象機(jī)理
壓氣機(jī)與渦輪機(jī)同軸相連，構(gòu)成渦輪增壓器。
渦輪機(jī)在排氣能量的推動(dòng)下，帶動(dòng)壓氣機(jī)工作，實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣的增壓。
在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，如果壓氣機(jī)處于嚴(yán)重的不穩(wěn)定狀態(tài)，空氣流量忽大忽小，壓力值劇烈波 動(dòng)，甚至出現(xiàn)氣體倒流，同時(shí)伴隨著壓氣機(jī)葉輪產(chǎn)生劇烈振動(dòng)，并發(fā)出沉重的喘息聲或吼叫聲，這種現(xiàn)象稱為壓氣機(jī)的喘振。
VTR系列增壓器剖視圖
當(dāng)壓氣機(jī)的流量小到一定值后，氣體進(jìn)入工作葉輪和擴(kuò)壓器的方向偏離設(shè)計(jì)工況，造成氣流從葉片或擴(kuò)壓器上強(qiáng)烈分離，同時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的脈動(dòng)，并有氣體倒流，引起壓氣機(jī)工作不穩(wěn)定并有異常的響聲。
這種現(xiàn)象為壓氣機(jī)喘振。
原因是當(dāng)流量小于謝十值很多時(shí)，在葉輪進(jìn)口和擴(kuò)壓器葉片內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)烈的氣流分離。
圖1和圖2為壓氣機(jī)流量變化時(shí)在葉輪前緣和擴(kuò)壓器中的流動(dòng)狀況。
在設(shè)計(jì)流量下，如兩圖的(a) 中所示，氣流平順地流進(jìn)葉片前緣和擴(kuò)壓器，氣流與葉輪葉片、擴(kuò)壓器葉片既不發(fā)生撞擊，也不產(chǎn)生分離。
當(dāng)流量大于實(shí)際流量時(shí)，如兩圖的(b)中所示，氣流在葉輪葉片前緣沖向葉片的凸面，與葉片的凹面發(fā)生分離：
在擴(kuò)壓器中氣流沖向葉片的凹面，與葉片的凸面發(fā)生分離。
但是，由于葉輪葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)壓向氣流分離區(qū)，擴(kuò)壓器中氣流的圓周向流動(dòng)壓向分離區(qū)，氣流的分離區(qū)受到限制，不致隨流量的增加而過(guò)分地?cái)U(kuò)大。
當(dāng)流量小于設(shè)計(jì)流量時(shí)如兩圖的(c) 所示，氣流在葉輪葉片前緣沖向葉片的凹面，與葉片的凸面發(fā)生分離：
在擴(kuò)壓區(qū)，擴(kuò)壓器中氣流的圓周向流動(dòng)也使氣流離開(kāi)氣流分離區(qū)，氣流分離區(qū)有擴(kuò)展的趨勢(shì)。
隨著流量的減少，氣流分離區(qū)會(huì)越來(lái)越大，以致在葉輪和擴(kuò)壓器中造成氣體倒流，發(fā)生不穩(wěn)定流動(dòng)，最終導(dǎo)致喘振的產(chǎn)生。
二
故障實(shí)例
某輪共設(shè)有三臺(tái)發(fā)電機(jī)組，原動(dòng)機(jī)為瑞士蘇爾壽公司生產(chǎn)的6AL20，24型柴油機(jī)。
匹配VTR一160增壓器一臺(tái)，本航次起航不久當(dāng)班輪機(jī)員發(fā)現(xiàn)3樣副機(jī)就出現(xiàn)了增壓器劇烈振動(dòng)發(fā)出沉悶吼叫聲，且越來(lái)越響。
排溫急劇升高至450攝氏度，功率大幅下降，最后因無(wú)法負(fù)載運(yùn)行而被迫停車。
輪機(jī)長(zhǎng)擬定了故障排除檢查程序，逐一核查，消除了故障。
但是機(jī)器重新運(yùn)轉(zhuǎn)不久后，相同原因又出現(xiàn)了喘振現(xiàn)象，這就要求我們把造成喘振的根源進(jìn)—步查清。
在輪機(jī)長(zhǎng)的帶領(lǐng)下，輪機(jī)部人員系統(tǒng)分析，查清其根源，并予以排除。
三
故障的查找與排除
了解了增壓器喘振的原因后可以從以下方向上考慮增壓器喘振的原因：
(1) 環(huán)境溫度的變化；
(2)在運(yùn)轉(zhuǎn)中柴油機(jī)工況變化引起的喘振；
(3) 突卸或突增負(fù)荷；
(4) 氣流通道堵塞；
(5)增壓器運(yùn)轉(zhuǎn)失衡等基于實(shí)際情況。
(4)、(5)兩項(xiàng)可能的故障無(wú)法排除，基于此，輪機(jī)長(zhǎng)特?cái)M定了故障排除檢查順序。
具體過(guò)程如下：
1) 檢查機(jī)艙頂部煙囪，未見(jiàn)有異常遮擋；
2) 檢查增壓器壓氣端進(jìn)氣濾網(wǎng)，亦未見(jiàn)有嚴(yán)重臟堵；
3) 拆檢增壓器，解體后發(fā)現(xiàn)廢氣渦輪端積炭嚴(yán)重，渦輪噴嘴有堵塞現(xiàn)象這是造成增壓器喘振直接原因，需清除積炭。
由于對(duì)渦輪機(jī)清洗和壓氣機(jī)的清洗要求不同，在大管輪的帶領(lǐng)下，我們對(duì)渦輪機(jī)和壓氣機(jī)逐—進(jìn)行了清洗。
同時(shí)檢查渦輪與壓氣端軸承、噴嘴、葉片、葉輪以及氣、油封等部件，均尚屬正常；
4)分析積炭原因，首先檢查燃油系統(tǒng)。
將各缸所有油頭拆下，校驗(yàn)各噴油器的起噴壓力和霧化情況，發(fā)現(xiàn)其中三只油頭有滴油現(xiàn)象，雖并不十分嚴(yán)重，但予以換新；
5) 其次檢查配氣系統(tǒng)。
折檢空氣冷卻器并清潔氣、水道和掃氣箱；
檢查進(jìn)，排氣口時(shí)發(fā)現(xiàn)排氣口及排氣管有較多積炭，為此將各處積炭清除干凈，對(duì)進(jìn)排氣門進(jìn)行研磨后裝復(fù)，并正確調(diào)整好進(jìn)排氣門間隙。
經(jīng)以上排查后，再次起動(dòng)3號(hào)副機(jī)進(jìn)行試運(yùn)行，但工作不久后又出現(xiàn)了增壓器喘振故障，停機(jī)重新檢查發(fā)現(xiàn)增壓器又出現(xiàn)渦輪端積炭嚴(yán)重和渦輪噴嘴有堵塞現(xiàn)象。
于是輪機(jī)長(zhǎng)提出了一些新檢查內(nèi)容，即檢查各缸高壓油泵及出油閥、噴油定時(shí)和進(jìn)排氣定時(shí)等，但依然未能找到真正原因。
后經(jīng)實(shí)機(jī)調(diào)查，得知四個(gè)月前該機(jī)吊過(guò)缸，但吊缸后運(yùn)行—切正常，由此又排除了活塞刮油環(huán)裝反的可能性。
故障排除似乎陷入僵局，接下來(lái)從輪機(jī)日志記載中發(fā)現(xiàn)“3號(hào)副機(jī)換新自帶滑油泵一只”，并有跡象表明3號(hào)副機(jī)更換滑油泵后未按規(guī)定試車，當(dāng)然在—般情況下，滑油泵與增壓器似乎沒(méi)有什么直接聯(lián)系，因而被疏忽，直到增壓器喘振故障一直排除不了，才引起注意。
經(jīng)對(duì)所有進(jìn)，排氣門門桿導(dǎo)套予以換新后，柴油機(jī)增壓器喘振現(xiàn)象才消失，3號(hào)副機(jī)恢復(fù)了正常運(yùn)行。
四
非常規(guī)故障原因分析
從表面看，似乎是機(jī)油泵的更換引起了這一故障的發(fā)生，其實(shí)則不然，故障的根本原因是進(jìn)、排氣門門桿與導(dǎo)套之間(尤其是排氣門桿與其導(dǎo)套之間) 間隙過(guò)大，導(dǎo)致過(guò)量機(jī)油通過(guò)氣門桿與導(dǎo)套之間的間隙漏入排氣口，并與柴油機(jī)排出的高溫廢氣在排氣口、排煙管 乃至渦輪等處發(fā)生不完全燃燒而形成積炭，從而造成渦輪噴嘴積炭堵塞，致使增壓器背壓升高，氣流量減少而喘振。
分析3號(hào)副機(jī)，機(jī)油泵更換前機(jī)油壓力為0.2MPa(偏低) ，與現(xiàn)在運(yùn)行由壓0.4MPa (正常) 進(jìn)行比較不難悟出，3號(hào)副機(jī)機(jī)油泵換新前之所以未發(fā)生增壓器明顯喘振，也正是因?yàn)闄C(jī)油壓力偏低,相對(duì)來(lái)說(shuō)通過(guò)排氣門桿漏入排氣口的機(jī)油也就較少，故而不至于很快引起增壓器堵塞而喘振。
然而更換機(jī)油泵后，機(jī)油壓力提高至正常水平，這本應(yīng)有利于機(jī)器的正常運(yùn)行，但由于該機(jī)長(zhǎng)期處于機(jī)油壓力偏低，潤(rùn)滑不良的情況下運(yùn)行，致使氣門桿與導(dǎo)套之間的磨損加劇，間隙過(guò)大。
當(dāng)機(jī)油壓力正常后，便出現(xiàn)了上述間隙大使機(jī)油過(guò)量漏入排氣口并與柴油機(jī)高溫排氣發(fā)生不完全燃燒而造成積炭，導(dǎo)致渦輪噴嘴堵塞而喘振的不正?，F(xiàn)象。
針對(duì)閥桿與導(dǎo)套容易發(fā)生磨損、燒蝕、粘著的事故，所以在日常管理中應(yīng)注重以下方面的工作：
1.經(jīng)常檢查搖臂氣門的潤(rùn)滑情況，特別應(yīng)防止因油路堵塞而使機(jī)油中斷，確保良好潤(rùn)滑。
2.定期檢查噴油器工作情況，確保霧化良好，燃燒充分。
3.定期檢查保養(yǎng)進(jìn)，排氣門，同時(shí)注意測(cè)量氣門桿與導(dǎo)套之間的磨損間隙，發(fā)現(xiàn)超標(biāo)應(yīng)及時(shí)更換，安裝氣門時(shí)，注意各螺帽松緊一致且預(yù)緊適度。
4.定期檢查保養(yǎng)增壓器、中冷器，保持整個(gè)配氣系統(tǒng)暢通正常。
本文原創(chuàng)作者系：
江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院輪機(jī)系 孫祖鋒 黃云頭
END
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