消防泵柴油機(jī)渦輪增壓器故障診斷及處理

李朝偉

（中國(guó)石油西部管道公司新疆分公司，新疆鄯善 838202）

0 引言

依據(jù)GB 50737—2011石油儲(chǔ)備庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范，當(dāng)具備雙電源條件時(shí)，消防冷卻水和泡沫給水主泵應(yīng)采用電動(dòng)泵，備用泵應(yīng)采用柴油機(jī)泵，因此柴油機(jī)的日常維護(hù)保養(yǎng)及故障處理顯得尤為重要，其完好性將大大提高油庫(kù)消防系統(tǒng)的可靠性。

1 渦輪增壓器結(jié)構(gòu)和原理

渦輪增壓器是提高柴油機(jī)輸出功率的重要設(shè)備，其優(yōu)點(diǎn)是于提高功率的同時(shí)還能降低燃料的消耗量，增壓會(huì)給燃燒室提供更多的空氣，使燃燒更徹底，排放更干凈，減少?gòu)U氣對(duì)大氣的污染。在不改變柴油機(jī)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，以重慶康明斯生產(chǎn)的NTAA855-G7柴油機(jī)為例，可以大幅提高功率輸出，油耗降低5%～10%，排放值降低10%以上，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、發(fā)電、消防、船舶、工程機(jī)械和航空等領(lǐng)域。

目前普遍采用的一種脈沖式增壓器，增壓器主要由廢氣渦輪機(jī)和壓氣機(jī)兩部分組成。其工作原理為渦輪機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管相連，利用發(fā)動(dòng)機(jī)排出的高能量廢氣高速進(jìn)入蝸殼并推動(dòng)渦輪高速運(yùn)轉(zhuǎn)，渦輪帶動(dòng)同軸安裝的壓氣機(jī)葉輪，壓送由空氣濾清器管道送來(lái)的空氣，使之增壓后經(jīng)水冷和空冷進(jìn)入氣缸。當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速增加，廢氣排出的速度與渦輪的轉(zhuǎn)速同步增加，葉輪壓縮更多的空氣進(jìn)入氣缸，進(jìn)氣密度得以增加，可以燃燒更多的燃料，增加燃料量和調(diào)整柴油機(jī)轉(zhuǎn)速，從而可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出。渦輪和壓氣機(jī)葉輪軸上裝有浮動(dòng)軸承，軸承的潤(rùn)滑依賴于柴油機(jī)的潤(rùn)滑系統(tǒng)，配有相應(yīng)的機(jī)油濾清器和進(jìn)出油管，與油底殼相通。

2 故障現(xiàn)象及分析

某大型原油商業(yè)儲(chǔ)備庫(kù)消防泡沫給水泵柴油機(jī)自2009年投產(chǎn)以來(lái)，一直未長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，每周只是對(duì)柴油機(jī)的備用狀態(tài)進(jìn)行試啟動(dòng)，該6缸柴油機(jī)型號(hào)為重慶康明斯生產(chǎn)的NTAA855-G7。近年開(kāi)始對(duì)柴油機(jī)不低于30 min的試運(yùn)行，泵和消防水罐流程采取自循環(huán)方式，出現(xiàn)啟機(jī)5 min后渦輪增壓器蝸殼嚴(yán)重發(fā)紅，9 min左右渦輪增壓器后空氣進(jìn)氣匯管壓力增加，與水箱連接的軟連接崩脫，導(dǎo)致柴油機(jī)低轉(zhuǎn)速停機(jī)現(xiàn)象。

2.1 渦輪增壓器蝸殼嚴(yán)重發(fā)紅

2.1.1 排氣溫度過(guò)高

柴油機(jī)壓縮比不對(duì)、點(diǎn)火正時(shí)錯(cuò)誤、廢氣受到節(jié)流、柴油機(jī)的其他控制系統(tǒng)有問(wèn)題等都能導(dǎo)致排煙溫度過(guò)高。

2.1.2 超載運(yùn)行

排查柴油機(jī)和泵銘牌，柴油機(jī)的銘牌上僅標(biāo)識(shí)備用功率為407 kW，無(wú)常用功率參數(shù)；而消防泡沫給水泵的銘牌上顯示配用功率為366 kW。柴油機(jī)組在國(guó)內(nèi)是用主用功率即常用功率來(lái)標(biāo)稱(chēng)的，機(jī)組能夠在24 h之內(nèi)連續(xù)使用的最大功率稱(chēng)之為常用功率，而在某一時(shí)段內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)是每12 h之內(nèi)有1 h可在常用功率的基礎(chǔ)上超載10%，此時(shí)的機(jī)組功率就是最大功率，即備用功率。備用功率標(biāo)定的發(fā)動(dòng)機(jī)，按平均負(fù)荷率為80%計(jì)算是326 kW，低于泵的配用功率40 kW。

2.1.3 柴油機(jī)壓縮比改變

柴油機(jī)壓縮比發(fā)生改變，會(huì)引起活塞在缸內(nèi)做功的過(guò)程中部分柴油隨排氣門(mén)排除，在排氣管處燃燒，溫度會(huì)驟然升高，排氣門(mén)、活塞與活塞環(huán)、活塞與缸套、活塞環(huán)與缸套的間隙變大，氣門(mén)頂桿有磨損或輕微拉缸產(chǎn)生。

2.2 渦輪增壓器后空氣管道軟連接崩脫

2.2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管壓力過(guò)大

根據(jù)康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定使用準(zhǔn)則，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)功率使用有非常嚴(yán)格的要求，即發(fā)動(dòng)機(jī)在備用功率使用情況下，不能超載運(yùn)行。根據(jù)康明斯NTAA855-G7發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)列表，在備用功率情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管壓力為221 kPa。發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管壓力是發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率主要指標(biāo)，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管壓力越高表示發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率越高。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試當(dāng)單罐噴淋時(shí)，進(jìn)氣歧管壓力為220 kPa，當(dāng)內(nèi)部循環(huán)時(shí)為300 kPa，兩儲(chǔ)罐噴淋切換時(shí)為280 kPa，數(shù)據(jù)表明該機(jī)組發(fā)動(dòng)機(jī)功率配置是按照單罐消防噴淋正常工作負(fù)載配置的。消防水泵內(nèi)部循環(huán)及兩儲(chǔ)罐噴淋切換時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)有嚴(yán)重超載情況。

2.2.2 軟連接強(qiáng)度不夠，U形卡子緊固不嚴(yán)

壓氣機(jī)出口與鋼制進(jìn)氣管道采用耐高溫、防火、耐磨橡膠軟連接相連，鋼制進(jìn)氣管道與水箱也是采用軟連接，強(qiáng)度不夠或者緊固不嚴(yán)也會(huì)導(dǎo)致崩脫。

2.3 渦輪增壓器有異響

長(zhǎng)時(shí)間排氣溫度過(guò)高，使渦輪葉片燒蝕變形，葉輪與轉(zhuǎn)子軸的徑向間隙過(guò)大，使得葉輪在高速重載工況下的轉(zhuǎn)速滯后于渦輪，轉(zhuǎn)速降低，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，使柴油機(jī)的進(jìn)氣量相對(duì)減少，而高壓油泵的循環(huán)供油量并未減少，從而造成缸內(nèi)混合氣過(guò)濃，后燃期延長(zhǎng)，再加上柴油機(jī)長(zhǎng)期處于高速重載工況，導(dǎo)致柴油機(jī)輸出功率不足，進(jìn)一步加劇蝸殼發(fā)紅。另外，發(fā)動(dòng)機(jī)處于消防泵房相對(duì)密閉的空間，冷卻系統(tǒng)的熱空氣無(wú)法及時(shí)排出，在室內(nèi)形成循環(huán)，散熱條件差，故油溫居高不下，影響對(duì)浮動(dòng)軸承的潤(rùn)滑和冷卻，加快磨損，降低轉(zhuǎn)速。

3 處理方法

（1）針對(duì)廢氣收到節(jié)流，拆除柴油機(jī)排氣管道上的消音器進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)排氣管消音器排氣下進(jìn)上出，導(dǎo)致排氣管排氣不暢進(jìn)而引起較高排氣背壓，影響發(fā)動(dòng)機(jī)功率輸出?，F(xiàn)場(chǎng)先用直管替換消音器，蝸殼發(fā)紅有所減弱，試驗(yàn)證明有效果后，對(duì)消音器內(nèi)部進(jìn)行直管改造并重新安裝，降低了廢氣阻力。

（2）針對(duì)部分柴油從排氣門(mén)排出在排氣管燃燒，重新研磨全部氣門(mén)并調(diào)整氣門(mén)間隙，更換了變形的氣門(mén)頂桿，消除了氣門(mén)漏氣情況。也重新調(diào)整了噴油器，改善噴油嘴霧化不良的情況。檢查了活塞與活塞環(huán)、活塞與缸套、活塞環(huán)與缸套的間隙，均正常。

（3）針對(duì)渦輪增壓器異響，將渦輪增壓器進(jìn)行了分解，發(fā)現(xiàn)葉輪軸向和徑向間隙過(guò)大，葉輪有擦邊現(xiàn)象，更換了新的增壓器。

（4）針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率不足，檢查機(jī)油品質(zhì)、機(jī)油濾芯、潤(rùn)滑油泵及管路均正常，檢查冷卻系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)溫器閥芯被取掉，但小循環(huán)孔未封堵，重新安裝后封堵了小循環(huán)孔，水溫明細(xì)降低。

（5）針對(duì)消防水泵內(nèi)部循環(huán)及兩儲(chǔ)罐噴淋切換時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)有嚴(yán)重超載的情況，測(cè)試發(fā)現(xiàn)泵出口閥及回流閥全開(kāi)時(shí)，泵出口壓力只有0.6 MPa，而泵的揚(yáng)程是100 m，加大了泵的排量，同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣匯管壓力達(dá)到280 kPa，說(shuō)明發(fā)動(dòng)機(jī)超載運(yùn)行，蝸殼會(huì)嚴(yán)重發(fā)紅。減小回流閥的開(kāi)度，調(diào)節(jié)泵出口壓力約為1.0 MPa，蝸殼發(fā)紅現(xiàn)象消失，柴油機(jī)能正常連續(xù)運(yùn)行4 h以上。

4 建議

（1）維修人員在處理柴油機(jī)渦輪增壓器故障時(shí)，一定要熟悉渦輪增壓器結(jié)構(gòu)和工作原理，另外要建立牢固的柴油機(jī)整體概念，每個(gè)故障現(xiàn)象的產(chǎn)生不是孤立存在，它是一個(gè)系統(tǒng)。

（2）渦輪增壓器是柴油機(jī)供給系的一個(gè)重要零部件，與功率非常相關(guān)。因此，在進(jìn)行有關(guān)柴油機(jī)功率的故障診斷時(shí)，除了考慮柴油機(jī)壓縮比、缸頭、活塞、噴油嘴故障外，還應(yīng)考慮負(fù)載及其工藝流程。另外，渦輪增壓器的正常工作依賴柴油機(jī)的潤(rùn)滑系和冷卻系，故在診斷這2個(gè)系統(tǒng)的故障成因時(shí)也應(yīng)考慮渦輪增壓器的因素。

（3）由于渦輪增壓器修復(fù)起來(lái)較困難，建議采用排除法進(jìn)行故障診斷，用換修法進(jìn)行維修。一定要找出損壞的原因并在排除之后再換增壓器，如果不找原因，就更換增壓器將會(huì)出現(xiàn)與上一臺(tái)同樣的故障?？傊?，分析增壓器的故障是一個(gè)系統(tǒng)的工作，切莫輕率了事，一換了之。