淺析增壓器喘振及管理

李書霖

摘 要：渦輪增壓器是現(xiàn)代大型柴油機提高功率的主要方式，隨著科技的不斷發(fā)展，高增壓技術(shù)在現(xiàn)代船舶中應(yīng)用越來越廣泛，而喘震是船舶主機增壓器常見故障之一。因此渦輪增壓器在船舶機械中的地位越來越重要，其工況的好壞直接影響柴油機的正常工作。增壓器的喘振不僅使壓氣機達不到預(yù)期的增壓比，而且還有可能因為喘震，而造成轉(zhuǎn)子、葉片及軸承的損壞。因此，了解船舶柴油機增壓器喘振的原因，在操作中盡量消除喘振是我們輪機工作的重要內(nèi)容。本文結(jié)合筆者曾經(jīng)工作的“德翔輪”出現(xiàn)的喘振現(xiàn)象，對喘振的原因作出分析，并提出了日后維護和管理中應(yīng)對的防措施。

關(guān)鍵詞：增壓器 喘振 措施

1.引言

筆者所在的“德翔輪”是交通部九五期間建造的最大的遠洋救助拖輪，其配備兩臺，WartsiLa 8L38 主機，持續(xù)最大功率為14361BHP，額定轉(zhuǎn)速為600rpm，增壓器型號為：VTR454P11，增壓器采用等壓增壓。某次在進行大行拖航時，當主機負荷加到90%時，右主機突然出現(xiàn)劇烈喘振現(xiàn)象。本文根據(jù)故障的實際情況，對右主機增壓器故障進行了全方面的分析，較好地解決了這個問題。

故障現(xiàn)象：一次在進行大型拖航時，雙車負荷加到90%時，突然右車增壓器發(fā)生劇烈的喘振，此時右車排溫明顯的比左車要高50°C左右，且增壓器轉(zhuǎn)速也明顯的要比左車高1000RPM左右，此時，為了保證船舶的正常航行，只好將右車的負荷降到85%左右，此時喘震現(xiàn)象消失，排溫有所下降，拖行到目的地，再具體解決問題。

2.喘振原因分析

壓氣機與渦輪機同軸相連構(gòu)成廢氣渦輪增壓器，其基本原理是利用柴油機排出的廢氣的能量，帶動增壓器渦輪葉輪旋轉(zhuǎn)。渦輪葉輪帶動壓氣機葉輪旋轉(zhuǎn)，對進入的氣體進行壓縮，提高其壓力，從而提高了空氣密度，增加了空氣量，這樣就可以燃燒更多的燃料，使平均有效壓力提高，進而提高了柴油機的功率。

壓氣機在工作中，由于種種原因使進入壓氣機的空氣流量減少，導致氣流在擴壓器中發(fā)生漩渦分離，從而產(chǎn)生壓力波動.因而引起渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)震動，并發(fā)出嚎叫聲.這種喘振現(xiàn)象產(chǎn)生的根本原因是在壓氣機出口產(chǎn)生了較高的背壓，由于流量小于設(shè)計值很多時，葉輪進口和擴壓器葉片內(nèi)，產(chǎn)生了劇烈的氣流分離引起的宏觀現(xiàn)象.當分離現(xiàn)象較輕時，分離區(qū)域內(nèi)氣壓與排量雖有波動，但對整個壓氣機來說，氣壓與排量基本上還是穩(wěn)定的.但嚴重時，分離現(xiàn)象可以擴展到所有葉片及全部通道，甚此時出口壓力急劇下降，甚至發(fā)生倒流，隨著分離和倒流的發(fā)生，出口壓力也隨之上升，但只要此時的誘發(fā)因素只要還存在，就會再次發(fā)生分離.如此反復，并同時出現(xiàn)呼嚕呼嚕的聲音，由此可見增壓器喘振的發(fā)生不但是增壓器本身有關(guān)，還與整個柴油機的匹配有很大關(guān)系，下面就本人曾在船多年的管理主機經(jīng)驗及其增壓器工作實際，來談一下自己解決此問題的思路。

2.1增壓系統(tǒng)流道阻塞因素的影響

增壓器流道阻塞直接后果之一，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)氣體流動路線：壓氣機進口濾器和消音器→壓氣機葉輪→擴壓器→空冷器→掃氣箱→掃氣口→排氣閥→排氣管→廢氣渦輪增壓器的噴嘴環(huán)→廢氣渦輪葉輪→排煙管。若其中的任一環(huán)節(jié)臟堵都會引起被壓升高流量減小，引起喘振。其中容易臟堵的部件是壓氣機進氣濾器，壓氣機葉輪，擴壓器，空氣冷卻器，噴嘴環(huán)，葉輪.通常渦輪增壓器的氣流通道阻塞是造成喘震的主要原因。

2.1.1空氣濾器太臟進氣道臟污造成壓氣機吸氣量不足.

2.1.2空冷器的水腔，氣腔臟堵。

2.1.3增壓器渦輪噴嘴環(huán)積炭或噴嘴環(huán)截面積過小都會使渦輪機效率降低，壓氣機進氣量減少引起喘振。

2.2柴油機方面的原因

2.2.1檢查，進排氣閥是否正常，掃氣口是否有臟堵，因為排氣閥泄漏，能引起排溫高廢棄能量過大而引起喘震。

2.2.2測爆壓、看排溫、檢測噴油正時，看燃燒情況是否況良好。

3.故障的解決

根據(jù)上述造成增壓器喘振的原因，我們采取了由易到難的解決方案。

對于2.1.1的原因我們清洗了空氣濾網(wǎng)，進氣道發(fā)現(xiàn)均比較干凈，排除此原因。

對于2.1.2涉及到空冷器的原因我們基本上可以一下子排除，因為此空冷器我們剛清洗過。

對于2.1.3增壓器的原因請來了服務(wù)商發(fā)現(xiàn)了增壓器的噴嘴環(huán)，葉輪均比較干凈因此也排除這個原因。

對于柴油機方面的原因，為了保證一次解決問題我們對八個缸的噴油器全部抽出進行了霧化試驗，全部正常，進排氣閥的正時也正常，高壓油泵的噴油定時也正常，因此柴油機方面原因也可排除。

事已到此，引起增壓器喘振的原因基本都排除了，可是問題仍然沒解.思路到這已經(jīng)陷于僵局.經(jīng)過重新思考后，我們決定對每個環(huán)節(jié)重新進行檢查，特別是對剛出艙清洗過的空氣冷卻器.對每一個細節(jié)，也不能放過.拆掉增壓器到空冷器的進氣管路，用手電照空冷器的氣腔，發(fā)現(xiàn)氣腔稍微有點臟，為了確定氣腔內(nèi)部臟堵程度，先采用了過水試驗法，即在上邊用水管往氣腔加水，看水的通暢程度，就能大體確定氣腔的臟堵程度了。水剛注入時，下的很快可幾秒鐘后，水就基本上不下了，也就是說氣腔臟堵嚴重，為了更加驗證氣腔的臟污程度我們用一個軸流式鼓風機，這樣就更能看出有多少氣體通過空冷器進入掃氣箱了。此時只要一開軸流風機熱繼電器就起到保護作用，后來經(jīng)過檢查確認軸流風機機械部分沒有問題，于是，調(diào)大熱繼電器的保護電流后，繼續(xù)讓風機才工作。可此時通過空冷器氣腔進入掃氣箱的氣體只有很少的一部分，很大的一部分可能因為被壓太高一直穿不透氣腔。這時我們才明白剛才軸流風機一直熱保護，是因為被壓太高而造成的。事情到了這一步，可以肯定的確定空氣冷卻器的氣腔臟堵的非常厲害了，這可能就是渦輪增壓器喘震的主要原因吧！此時，將空冷器重新出艙，在機務(wù)部門現(xiàn)場監(jiān)督下，重新進行超聲波清洗，經(jīng)過16小時的連續(xù)不斷的清洗，裝復。在試航期間該主機的負荷達到95%時，且持續(xù)3小時，該主機仍沒有發(fā)生喘振，并且各缸的排氣溫度，爆壓都在正常范圍之內(nèi)?？墒牵瑸槭裁次覀儎偳鍧嵅坏絻蓚€月的空冷器，就一下子變臟了呢？為了探究此事，筆者特意向上次清潔空冷器的服務(wù)商，打電話詢問此事，此事他說了實話，因為他當時的清洗設(shè)備有點問題，再一個他看到我們空冷器的氣腔表面也不是太臟，也沒有把空冷器給徹底的給解體（此空冷器是有螺栓將三部分完整的連接在一起的），就用高壓水槍給循環(huán)的沖洗了一段時間，這樣做的后果就是表面的污物是給沖掉了，而處在中間那部分的贓物卻越發(fā)的結(jié)實了。

事已至此，增壓器喘振的原因，經(jīng)過大家的努力，終于解決了。但是回過頭來，再看我們解決問題的思路，思路雖然比較清晰，但是有時我們會想當然的認為：“什么東西剛剛修過”，我們就以為他是正常的，也正是我們的這種慣性思維，導致了我們今天走了許多的彎路。

4.結(jié)束語

喘振是壓氣機的固有特性，是沒有辦法從根本避免的。其實我們只要牢牢的把握一下幾大環(huán)節(jié)：空氣濾網(wǎng)，壓氣機，空氣冷卻器，掃氣箱，進氣閥，排氣閥，渦輪端，煙囪等。只要任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都可能導致增壓器喘振。因此為了避免喘振現(xiàn)象的發(fā)生，我們不光要加強增壓器的維護和保養(yǎng)，還要對柴油機的工況進行及時的檢測。

本文詳盡地介紹了增壓器喘振的機理和原因，基于盡可能小拆部件的原則，總結(jié)出這套發(fā)生喘振時的處理方法。希望能根據(jù)此法，減小輪機員的工作量，為船舶的安全航行提供幫助。同時也提醒我們的輪機管理人員，平時要多注重柴油機相關(guān)理論的學習，養(yǎng)成一絲不茍，嚴肅認真，做到精通理論，技藝熟練，觀察敏銳，善于在錯綜復雜的故障現(xiàn)象中，抓住主要矛盾，由表及里，去偽存真，不受表面現(xiàn)象的迷惑，找出真正的原因，給于正確的處置。同時也奉勸我們的輪機管理人員，在進行一些關(guān)鍵性部件的修理時，一定要親身親歷，加強責任心，做好修理的監(jiān)控工作，以防一些服務(wù)商的不作為，而給船舶的安全留下隱患！

參考文獻：

[1] WartsiLa主機說明書.

[2]杜榮銘.船舶柴油機.大連海事大學出版社.