礦用卡車(chē)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓器的故障分析與預(yù)防措施

李東煒

（內(nèi)蒙古大唐國(guó)際錫林浩特礦業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 錫林浩特 026000）

1 引言

渦輪增壓技術(shù)是當(dāng)前提高內(nèi)燃性機(jī)能指標(biāo)的有效方法，目前，此項(xiàng)技術(shù)在各種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)上得到了廣泛應(yīng)用，在礦用卡車(chē)、工程機(jī)械的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上也應(yīng)用較為普遍。

2 渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)工作的性能、特點(diǎn)以及工作環(huán)境

渦輪增壓器主要是利用發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣，利用廢氣產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力，帶動(dòng)氣泵輪等部件進(jìn)行工作，這樣做可以提高一定的進(jìn)氣量，同時(shí)可以增加氣缸中混合氣體的含量，一定程度上可以在氣缸容積一定的前提下，提高發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸壓縮比，提高相應(yīng)的轉(zhuǎn)速，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，增強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率。

礦用卡車(chē)長(zhǎng)期處于一些灰塵大，不容易冷下來(lái)的環(huán)境，同時(shí)工作周期長(zhǎng)，工作負(fù)荷大，工況復(fù)雜，長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)作業(yè)，會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的溫度很高，利用發(fā)動(dòng)廢氣的渦輪增壓器的工作溫度也會(huì)很高。

由于發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓器工作溫度很高，裝配的泵輪與殼體之間的徑向間隙就有一定的長(zhǎng)度限制，保證轉(zhuǎn)子與殼體之間的間隙在一定的范圍之內(nèi)，避免高溫工況下熱脹冷縮影響零部件裝配精度及渦輪正常工作。

3 故障原因及維修措施分析

3.1 故障原因分析

在礦山工作環(huán)境中，灰塵及高溫極容易造成空氣過(guò)濾器堵塞，使得管道產(chǎn)生變形以及截面變小等情況，造成泵輪的進(jìn)口阻力在一定程度上也變大。同時(shí)，渦輪的殼流道的特殊構(gòu)造等原因，使得發(fā)動(dòng)機(jī)由于長(zhǎng)時(shí)間在低負(fù)荷條件下工作造成發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒不良，渦輪的殼流道以及葉輪是在發(fā)動(dòng)機(jī)排出的高溫廢氣中進(jìn)行工作，這樣發(fā)動(dòng)機(jī)在燃燒不充分的情況下或者長(zhǎng)期低負(fù)荷條件下工作，使得發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪容易在渦輪段的葉輪道以及葉輪的背面產(chǎn)生一些嚴(yán)重積碳，渦輪的氣體流動(dòng)阻力增大，進(jìn)氣量產(chǎn)生一定損失，同時(shí)還會(huì)造成增壓器工作溫度進(jìn)一步升高，另一方面還會(huì)使得進(jìn)氣壓力下降，渦輪的效率也會(huì)有一定程度的降低，這是機(jī)器本身以及進(jìn)氣管系統(tǒng)本身的故障造成的，我們知道壓縮氣體的壓力降低，就會(huì)使得發(fā)動(dòng)機(jī)的功率在一定程度上發(fā)生變化，進(jìn)而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率，常見(jiàn)的故障表現(xiàn)為低馬力、動(dòng)力不足等[1]。

積碳影響進(jìn)氣壓力的同時(shí)，還會(huì)使得排氣門(mén)的密封性能受一定影響，使得排氣口附近產(chǎn)生關(guān)閉不嚴(yán)的情況，增加了排氣管內(nèi)部廢氣的壓力，進(jìn)一步使得渦輪溫度升高，同時(shí)還會(huì)造成氣缸內(nèi)部氣體減少。為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)有效的功率輸出，就需要加大燃油的供給，這樣就形成了惡性循環(huán)，排氣管內(nèi)部的廢氣溫度以及壓力進(jìn)一步升高等[2]。同時(shí)，如果燃油供給系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，會(huì)使得混合氣體在氣缸內(nèi)部產(chǎn)生燃燒不良等情況，因此，要及時(shí)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)及渦輪的積碳進(jìn)行處理，保證氣缸內(nèi)的混合氣體進(jìn)行充分燃燒，避免產(chǎn)生嚴(yán)重的發(fā)動(dòng)機(jī)后燃的情況；結(jié)合礦上的特殊工作環(huán)境，渦輪增壓器很多故障情況是燃燒不完全，外加揚(yáng)塵及煤粉過(guò)多造成的，礦用卡車(chē)在長(zhǎng)時(shí)間灰塵大的條件下高負(fù)荷工作，很容易在冷器流道中結(jié)合形成一些比較厚的物質(zhì)，當(dāng)泵輪因?yàn)檫M(jìn)氣通道的橫截面積變小或者是因?yàn)閴毫Ξa(chǎn)生劇烈的周期性變化，造成增壓器的泵輪產(chǎn)生振動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致增壓器轉(zhuǎn)子發(fā)生抖動(dòng)，壓力周期可能也會(huì)發(fā)生一些嚴(yán)重的變化，進(jìn)氣燃燒不同步，發(fā)動(dòng)機(jī)功率降低。

渦輪增壓器的潤(rùn)滑系統(tǒng)也很有可能因?yàn)槊芊獠缓茫節(jié)櫥拖到y(tǒng)進(jìn)入雜質(zhì)等，那么發(fā)動(dòng)機(jī)在工作過(guò)程中，潤(rùn)滑油內(nèi)部壓力大和回油管內(nèi)部密封不徹底，會(huì)造成渦輪的增壓發(fā)生變化，類似這種情況，渦輪增壓器工作情況產(chǎn)生變化的主要原因就是增壓器回油管道內(nèi)部堵塞，渦輪端密封環(huán)漏油，使得渦輪的密封性降低，渦輪增壓器的的積炭性增加，同時(shí)泵輪端的密封性受到一定的影響。

另一方面，受渦輪增壓器制造精度的限制，轉(zhuǎn)子的直徑會(huì)有一定的誤差，在高速旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，轉(zhuǎn)子的部件可能會(huì)產(chǎn)生很大的慣性，同時(shí)，由于旋轉(zhuǎn)不平衡情況的存在，使得增壓器不夠靈敏，增壓效果可能會(huì)不如原先設(shè)計(jì)的工作效果。

3.2 預(yù)防措施及一些維修方法

首先，要保證設(shè)備的正確操作使用以及制定比較科學(xué)的預(yù)防措施，進(jìn)一步加強(qiáng)設(shè)備的管理，這些都是正確維護(hù)好設(shè)備，保證設(shè)備正常使用，減少故障的基本方法，同時(shí)，渦輪增壓器的使用壽命也會(huì)比原來(lái)更長(zhǎng)[3]。在發(fā)生故障時(shí)，需要能夠及時(shí)找出故障發(fā)生的原因并進(jìn)行修理，保證增壓器能正常進(jìn)行工作。在日常使用過(guò)程中需要注意的事項(xiàng)有，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)以后要慢慢加速，不能突然加速，在冬季，長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)的設(shè)備要定期預(yù)熱。同時(shí)，要求發(fā)動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)要帶中速的空載運(yùn)轉(zhuǎn)，大約5min左右，然后再進(jìn)行慢慢加速，這樣啟動(dòng)渦輪增壓器，會(huì)使啟動(dòng)后的運(yùn)轉(zhuǎn)速度比較高，與此同時(shí)，需要潤(rùn)滑油泵提供足夠流量以及壓力的潤(rùn)滑油，這樣對(duì)增壓器的軸承可以進(jìn)行一定程度的潤(rùn)滑、冷卻，以保證軸承在后期的工作進(jìn)程中可以正常工作。

在停機(jī)之前應(yīng)該使發(fā)動(dòng)機(jī)在一定的低速下運(yùn)轉(zhuǎn)大約5min，使設(shè)備緩慢降溫，避免高負(fù)荷工作后立即停機(jī)，如果發(fā)動(dòng)機(jī)突然停車(chē)，會(huì)使得潤(rùn)滑油的壓力以及流量突然降低，造成潤(rùn)滑油壓力下降之后仍然處于高溫中的發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪增壓器不能進(jìn)行緩慢冷卻，這樣會(huì)加速密封環(huán)老化以及軸承產(chǎn)生燒損的現(xiàn)象，同時(shí)增壓器中存在的潤(rùn)滑油燃燒以及后期形成膠狀的物質(zhì)，可能會(huì)一直存在于增壓器內(nèi)，對(duì)后期發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)更會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。

因?yàn)樵鰤浩鬓D(zhuǎn)子的工作的平穩(wěn)性可能會(huì)影響到后期的工作性能，因此，在安裝的時(shí)候一定要保證轉(zhuǎn)子軸向的間隙，渦輪以及泵輪與殼之間的間隙，盡量符合工程的要求，同時(shí)，在設(shè)備投入使用后要定期檢查轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的具體情況，如檢查轉(zhuǎn)子有沒(méi)有出現(xiàn)異常的噪聲以及轉(zhuǎn)子具體的轉(zhuǎn)動(dòng)情況，如果發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)該及時(shí)進(jìn)行檢修，以避免影響發(fā)動(dòng)機(jī)后期的正常工作。如果要避免轉(zhuǎn)子在運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，出現(xiàn)一些比較嚴(yán)重的情況，可以在檢查轉(zhuǎn)子的時(shí)候定期測(cè)量轉(zhuǎn)子軸向的間隙，渦輪以及泵輪殼體之間的徑向間隙，一旦發(fā)現(xiàn)不符合要求，一定要及時(shí)向領(lǐng)導(dǎo)報(bào)告，并請(qǐng)求專業(yè)工作人員進(jìn)行調(diào)整，運(yùn)用技術(shù)方法，及時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行維修，以避免后期發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)難以修理的問(wèn)題，導(dǎo)致最后影響整個(gè)機(jī)器的使用。

礦用卡車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓器的空氣過(guò)濾器，以及進(jìn)氣排氣管，油管密封軟件等非常重要，必須嚴(yán)格控制其質(zhì)量及裝配精度，嚴(yán)禁使用不合格的配件或精度不夠的替代品[4]。與此同時(shí)，這些零部件雖然看起來(lái)和普通的元件沒(méi)有很大區(qū)別，但是其工作條件及原理等方面和一般的器件有很大區(qū)別，如渦輪增壓器的密封原理，和其他低速機(jī)械相比有很大不同，其主要是通過(guò)渦輪轉(zhuǎn)子工作實(shí)現(xiàn)密封，當(dāng)連接增壓器的管路出現(xiàn)氣體泄漏時(shí)，會(huì)使得兩側(cè)氣體壓力不均衡，從而引起增壓器兩側(cè)或單側(cè)產(chǎn)生漏油現(xiàn)象。因此，針對(duì)后期運(yùn)行過(guò)程中增壓器產(chǎn)生的漏油現(xiàn)象，需要及時(shí)進(jìn)行維修。礦用自卸車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓器對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)后期的使用有很大關(guān)系。對(duì)于出現(xiàn)的故障，需要及時(shí)進(jìn)行處理修復(fù)；進(jìn)氣排氣的管路，潤(rùn)滑油的管路，一定要經(jīng)常保持清潔，定期更換空氣濾清器，嚴(yán)禁使用舊的空氣濾清器。針對(duì)管路密封以及潤(rùn)滑系統(tǒng)密封，一定要定期進(jìn)行檢查并清洗油路，在檢修安裝之后，還需進(jìn)行一定的模擬實(shí)驗(yàn)，定期保養(yǎng)維護(hù)，日常使用過(guò)程中要嚴(yán)格遵守保養(yǎng)點(diǎn)檢制度，確保發(fā)動(dòng)機(jī)后期的正常使用。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上的分析研究，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓器的工作原理及常見(jiàn)故障處理方法，故障預(yù)防措施等，維修人員和設(shè)備管理人員都要有基本的了解，這樣才能制定合理的設(shè)備管理制度和維修點(diǎn)檢制度，在設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題后才能采取正確的維修處理方法，及時(shí)修復(fù)，保證設(shè)備的可用率，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，保證礦山的生產(chǎn)能力，進(jìn)而提高經(jīng)濟(jì)效益。