內(nèi)燃機車渦輪增壓器喘振原因分析及預(yù)防

王 盛

（呼和浩特鐵路局大板機務(wù)段錫林浩特檢修車間，內(nèi)蒙古錫林浩特 026000）

0 引言

隨著渦輪器技術(shù)的不斷發(fā)展，其在內(nèi)燃機領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越多，能夠有效提升內(nèi)燃機的輸出功率和扭矩，不僅可以節(jié)約多燃料的使用，還可以有效降低對燃油的使用。但是在內(nèi)燃機檢修竣工后或機車在運用中，渦輪增壓器會經(jīng)常出現(xiàn)喘振現(xiàn)象、成為頑疾，長期如此很容易導(dǎo)致各種故障的產(chǎn)生。當渦輪增壓器發(fā)生喘振現(xiàn)象時，應(yīng)該首先懷疑是否為其自身問題。因為如果不是渦輪增壓器本身的問題而盲目維修的話，不僅不能解決問題，還容易導(dǎo)致其他故障發(fā)生。渦輪增壓器喘振的類型比較多，應(yīng)該根據(jù)不同的喘振形式進行分別處理[1]。下面就東風(fēng)4D型內(nèi)燃機的渦輪增壓器喘振現(xiàn)象進行分析。

1 產(chǎn)生喘振的原因分析

（1）通常情況下，增壓器喘振現(xiàn)象比較復(fù)雜，但多數(shù)是由于進氣量大于排氣量造成的。如果進入壓氣機的氣流和壓氣機的葉片產(chǎn)生的沖角達到17°時，進氣流和葉片之間容易產(chǎn)生較為嚴重的氣流—葉片分離現(xiàn)象，使一定量的空氣始終滯留在壓氣機的葉片之間，這時就會造成氣流渦流產(chǎn)生，經(jīng)常會聽到刺耳的響聲，還容易造成增壓器進氣道振動的現(xiàn)象。在運轉(zhuǎn)過程中，增壓器的轉(zhuǎn)子還容易出現(xiàn)高頻的軸向竄動，造成內(nèi)燃機工作狀態(tài)不穩(wěn)定，容易引起各種故障。

（2）如果渦輪增壓器的喘振裕度過小，就是通常所說的渦輪增壓器的效率值過高，會導(dǎo)致其在實際工作過程中和喘振線過于接近，這也容易導(dǎo)致喘振現(xiàn)象的出現(xiàn)。

（3）由于對渦輪增壓器的保養(yǎng)工作不當，造成渦輪增壓器的葉片在實際工作過程中出現(xiàn)損壞嚴重現(xiàn)象，會直接造成渦輪增壓器的壓比、流量比發(fā)生改變。這是一種非常嚴重的故障，如果不及時處理，很容易造成整個渦輪增壓器的損害。

（4）如果內(nèi)燃機的工作工況不好，或者對內(nèi)燃機的保養(yǎng)不當，造成內(nèi)燃機的燃燒效率較低，這會直接導(dǎo)致渦輪增壓器噴嘴環(huán)阻塞現(xiàn)象的發(fā)生，容易在噴嘴環(huán)附近出現(xiàn)積碳現(xiàn)象，讓燃氣流經(jīng)縮小了的噴嘴環(huán)流通截時流速增加，容易導(dǎo)致轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的異常上升，讓壓氣機的進氣流量異常增加，嚴重時會造成進氣不暢現(xiàn)象的出現(xiàn)，讓部分空氣堵在壓氣機入口，而產(chǎn)生氣流擾動現(xiàn)象，非常容易造成渦輪增壓器高轉(zhuǎn)速現(xiàn)象的出現(xiàn)，容易造成其偏離內(nèi)燃機的運行曲線[2]。

（5）如果內(nèi)燃機在實際工作過程中，各油缸的供油刻線太過不均，這會對氣缸的爆發(fā)壓力產(chǎn)生非常大的影響，容易造成個別氣缸壓力過大現(xiàn)象的產(chǎn)生，這非常容易造成渦輪器運轉(zhuǎn)的超速。因此，為了有效避免該情況的發(fā)生，在內(nèi)燃機氣缸的工藝加工階段就應(yīng)該對各缸高壓油泵的供油齒刻線的一致性有嚴格的要求。

（6）內(nèi)燃機在實際工作過程中產(chǎn)生排氣故障。如果內(nèi)燃機在工作過程中，出現(xiàn)過載或者載荷波動加大的情況，就容易對內(nèi)燃機的燃燒狀態(tài)造成非常大的影響，排氣的溫度也會上升，排氣量會增加很大，容易造成渦輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的異常升高，壓氣機的排氣量也會大于進氣量，非常容易導(dǎo)致喘振現(xiàn)象的發(fā)生[3]。

（7）聯(lián)合調(diào)節(jié)器在實際工作中，如果出現(xiàn)轉(zhuǎn)速失控的現(xiàn)象，就會對柴油機的輸出功率造成非常大的影響，容易造成輸出功率的異常波動，渦輪增壓器的轉(zhuǎn)子由于很難同步適應(yīng)，容易引起喘振現(xiàn)象的出現(xiàn)。聯(lián)合調(diào)節(jié)器的降速針閥，在工作過程中如果開度過大，也會引發(fā)渦輪增壓器喘振現(xiàn)象的出現(xiàn)，還會出現(xiàn)內(nèi)燃機降速減載現(xiàn)象過快的現(xiàn)象，進而導(dǎo)致增壓器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降情況的出現(xiàn)。

（8）空氣濾清器出現(xiàn)故障。在渦輪增壓器實際工作過程中，對空氣的清潔度有較高要求?？諝鉃V清器太臟或者進氣道發(fā)生變形的情況，就會直接造成空氣在進入壓氣機的過程中受到較大的阻力，非常容易造成進入到內(nèi)燃機氣缸中的新鮮空氣不足的現(xiàn)象，直接導(dǎo)致內(nèi)燃機燃燒效率的降低，廢氣量的排出量有效增加，且廢氣在排出的過程中，其排出量會出現(xiàn)波動，非常容易導(dǎo)致增壓器喘振情況的出現(xiàn)。

（9）中冷器的故障。如果中冷器中的冷水水溫過高，或者由于其他外部原因造成其難以達到冷卻質(zhì)量，會直接造成經(jīng)過增壓器后的空氣由于中冷器故障導(dǎo)致空氣密度明顯不足的現(xiàn)象，然而內(nèi)燃機的工作往往需要大量的空氣量，這會直接導(dǎo)致柴油機燃燒質(zhì)量下降，排氣溫度異常升高，渦輪器增壓器轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速也會上升很快，進氣量維持在一個比較高的水平，這也會造成增壓器的喘振。

（10）內(nèi)燃機氣門出現(xiàn)故障。如果內(nèi)燃機的氣門在實際工作中，出現(xiàn)打不開或者關(guān)閉不嚴的情況，就會造成燃燒室對增壓后的空氣需要量減少，對內(nèi)燃機的燃燒質(zhì)量有直接的影響，排氣溫度會異常升高，容易造成大量能量的浪費，廢氣的量的增加會直接造成渦輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的上升，容易引起喘振現(xiàn)象[4]。

（11）噴油器的故障。如果內(nèi)燃機噴油器出現(xiàn)了故障，就會直接導(dǎo)致對燃油的霧化效果變差，降低內(nèi)燃機的燃燒效率，容易引發(fā)排氣溫度的上升，進而造成增壓器喘振現(xiàn)象的出現(xiàn)。

2 喘振現(xiàn)象的分類

在內(nèi)燃機實際工作過程中，其增壓器喘振現(xiàn)象可以分為2類：一類是有節(jié)奏的低頻沉悶聲音，該喘振現(xiàn)象發(fā)生時，可以明顯看到空氣濾清器與增壓器連接的帆布罩有規(guī)律地膨脹、收縮，這經(jīng)常是由于內(nèi)燃機的進排氣系統(tǒng)出現(xiàn)故障造成的；另一種是渦輪增壓器工作過程中出現(xiàn)的有節(jié)奏的刺耳嘯叫聲，在內(nèi)燃機中低轉(zhuǎn)速區(qū)間容易產(chǎn)生，一旦內(nèi)燃機進行到了高轉(zhuǎn)速運行區(qū)間，這種現(xiàn)象就會即刻消失。

在低速運轉(zhuǎn)過程中，如果內(nèi)燃機發(fā)出沉悶的敲鼓聲且2臺增壓器連接的空氣濾清器帆布出現(xiàn)擊鼓向外膨脹的現(xiàn)象，并且隨著轉(zhuǎn)速的增加該現(xiàn)象有所增加，這多數(shù)是由于排氣門故障造成的，如搖臂球頭脫落、搖臂折斷等。此時應(yīng)及時停機，對各缸的缸頭蓋進行全面檢查，尤其要注意檢查氣門間隙是否過大。

在加載情況下，如果內(nèi)燃機出現(xiàn)單臺增壓器喘振的現(xiàn)象，應(yīng)該首先檢查內(nèi)燃機各缸高壓油泵的供油刻線是否差別過大。檢查柴油機時，應(yīng)重點檢查各缸的供油刻線，可以手動對某一缸的供油齒輪進行驗證。如果此時喘振現(xiàn)象消失，對供油刻線重新進行調(diào)整即可。如果各氣缸的供油刻線不一致，就非常容易導(dǎo)致個別氣缸的爆發(fā)壓力偏高，最終導(dǎo)致脈沖增壓器渦輪的轉(zhuǎn)速異常升高，在氣缸獲得新鮮空氣過程中出現(xiàn)氣阻現(xiàn)象。經(jīng)過驗證，如果可以排除氣缸刻線不均現(xiàn)象，就應(yīng)該檢查內(nèi)燃機的中冷器和增壓器的擴壓器：檢查中冷器是否出現(xiàn)了阻塞，渦輪增壓器的葉片是否出現(xiàn)了缺損。

在加載工作狀態(tài)下，內(nèi)燃機在800 r/min的轉(zhuǎn)速下如果出現(xiàn)2臺增壓器同時喘振的現(xiàn)象，這主要是由于柴油機在加載工況下與增壓器的運行曲線出現(xiàn)偏離情況造成的。這就是說，隨著內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速的上升，其在單位時間內(nèi)需要新鮮空氣量會不斷增加，如果內(nèi)燃機的電功率可以保持平穩(wěn)增加，渦輪增壓器會隨著排氣量的增加而轉(zhuǎn)速上升，這時的壓力和流量會穩(wěn)步增加。如果內(nèi)燃機在800 r/min工況下，其電功率高于正常值，則柴油機在特定轉(zhuǎn)速下單位時間內(nèi)的氣缸容積并沒有得到有效增加，就會造成氣阻現(xiàn)象。對于這種故障的維修，只需要調(diào)整電功率點即可。

如果是外部原因造成的內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速波動過大，所引起的喘振現(xiàn)象往往是暫時的，不需要專門進行處理。如果是外部原因長期發(fā)生，就應(yīng)該及時檢查外部因素并排除，否則渦輪增壓器長期工作在喘振狀態(tài)下，對內(nèi)燃機的工作非常不利，容易導(dǎo)致故障的發(fā)生。

在內(nèi)燃機運行過程中，應(yīng)該定期檢查空氣濾清器是否出現(xiàn)了污染堵塞現(xiàn)象，并及時按照相關(guān)操作規(guī)程進行清洗，一旦空氣阻力增加到2.45 kPa，應(yīng)該及時更換空氣濾清器。如果內(nèi)燃機工作的外部情況比較惡劣、空氣質(zhì)量很差，更應(yīng)該定期對空氣濾清器進行清理。

在中冷器實際工作中，應(yīng)該嚴格對中冷器的冷卻水溫度進行控制，對焊堵冷卻水管過多的冷卻單節(jié)應(yīng)該及時進行更換，防止因中冷器冷卻效率的下降而導(dǎo)致增壓器喘振現(xiàn)象的出現(xiàn)。

為了避免進、排氣門打開或者關(guān)閉不嚴情況的出現(xiàn)，應(yīng)該檢查及時內(nèi)燃機該位置，在進行輔助維修過程中，應(yīng)該及時更換噴油器，保持噴油器霧化質(zhì)量的良好。

在內(nèi)燃機實際工作過程中，如果內(nèi)燃機的燃燒效率不高，就很容易造成積碳現(xiàn)象。積碳不僅會對發(fā)動機的零部件造成傷害，進入到渦輪增壓器中還容易造成渦輪增壓器零部件的損傷，從而引起喘振現(xiàn)象的出現(xiàn)。因此，做好內(nèi)燃機的除積碳工作非常重要。一種比較好的方法是讓內(nèi)燃機工作在大負載工作狀態(tài)，這樣氣缸的壓力會增加，積碳隨著氣流很容易被排出內(nèi)燃機，避免在內(nèi)燃機中積累。燃油品質(zhì)也會直接影響積碳現(xiàn)象，應(yīng)盡量使用高品質(zhì)燃油?，F(xiàn)在發(fā)明了一些高科技燃油添加劑，它們和燃油共同使用可以有效清除積碳。

定期對渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)進行檢查。在檢查過程中，應(yīng)該對渦輪增壓器的零件進行檢查，檢查各個零件是否出現(xiàn)了損傷，檢查渦輪葉片是否完整，如果渦輪葉片損壞則應(yīng)及時更換。還應(yīng)檢查渦輪增壓器的軸承轉(zhuǎn)動部分，查看軸承的轉(zhuǎn)動是否靈活，檢查軸承的軸向和徑向間隙是否合格，出現(xiàn)問題的應(yīng)該及時解決。

因為手柄操作過快造成的增壓器短時間喘振現(xiàn)象，一般情況下是不需要處理的。為了有效防止降速和減載過快造成的增壓器喘振現(xiàn)象，應(yīng)該嚴格要求操作人員按照操作過程操作機車，避免快速操作手柄，還應(yīng)該調(diào)整降速針閥和減速針閥的開度，將其調(diào)整到合適的位置，防止其開度過大而造成增壓器喘振現(xiàn)象。在機車操作過程中，應(yīng)該盡量緩慢操作，這樣會讓增壓器的氣流平穩(wěn)變化，有利于避免喘振現(xiàn)象，提高渦輪增壓器的實際使用壽命。

3 結(jié)語

隨著渦輪增壓器技術(shù)的日漸成熟，其在內(nèi)燃機上的使用越來越多。在使用過程中，渦輪增壓器經(jīng)常會出現(xiàn)喘振的現(xiàn)象，應(yīng)該引起足夠的重視，認真分析喘振出現(xiàn)的原因，及時采取合理、針對性措施，最大限度避免喘振帶來的危害。