主機增壓器喘振原因淺析及運行管理

周寶金 夏 兵

（交通運輸部東海航海保障中心上海海事測繪中心，上海 200137）

0 引言

現(xiàn)代船舶上已普遍采用增壓的方式來提高柴油機的功率，所謂增壓，就是用提高氣缸進氣壓力的方法，使進入氣缸的空氣密度增加，從而可以增加噴入氣缸的燃油量，以提高柴油機的平均指示壓力，和柴油機的平均有效壓力。通過使用廢氣渦輪增壓器將柴油機所排放的廢氣通入增壓器的渦輪端，廢氣中的能量通過渦輪機將其轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?，進而帶動同軸的壓氣機轉(zhuǎn)動，壓氣機將壓縮空氣，使進入掃氣箱的空氣密度增大壓力升高。由于進氣壓力提高且密度增加，進入氣缸的進氣量便增多，這樣不僅可以使噴入氣缸的燃油量得到更充分的燃燒，還可以向氣缸噴入更多的燃油，從而可以大幅度的提高柴油機的功率。因此采用廢氣渦輪增壓器不僅可以提高柴油機的功率，而且提高了柴油機的經(jīng)濟性。

喘振是主機增壓器固有的物理特性，在壓氣機的特性曲線上都明確標(biāo)出了壓氣機的喘振區(qū)域。由于柴油機選配增壓器時，匹配工作線都避開了喘振區(qū)。所以，壓氣機在運行中一般情況下是不會出現(xiàn)喘振的。但若條件變換或操作管理不當(dāng)，很可能會使實際運行點進入喘振區(qū)。而連續(xù)性的喘振很容易造成增壓器轉(zhuǎn)子和軸承，特別是壓氣機葉輪的損壞，因此對渦輪增壓器喘振故障原因進行分析并探索其排除方法十分重要。

1 故障發(fā)生過程的概況

本人于2009.8—2010.9 實習(xí)三管輪工作的船是主機為AKASAKA-MHI6UEC52／125H 型直流掃氣二沖程低速船。增壓系統(tǒng)（如圖1 所示）是采取單級廢氣渦輪增壓器。增壓器廢氣端設(shè)計為水洗，增壓器壓氣端和空冷器正常運行期間每三天清水沖洗一次。

我輪（KING HERO）某航次從上?！《韧局羞^馬六甲海峽后，主機在正常加車后出現(xiàn)主機增壓器頻繁喘振現(xiàn)象。因為在航行中不影響班期，我們立即更換了增壓器濾網(wǎng)，并加強對增壓器及空冷器的沖洗。但喘振現(xiàn)象并未減輕，此時我們只好適當(dāng)?shù)販p速。我們對各缸負荷進行了手拉示功圖測試，發(fā)現(xiàn)各缸負荷均勻。我們在抵印度之前利用拋錨時間檢查排氣總管內(nèi)增壓器廢氣進口格柵，并對排氣鍋爐進行吹除清潔。由于剛停車不久且拋錨時間短，盡管對排氣總管進行了強通風(fēng)處理，但總管內(nèi)溫度還是相當(dāng)高。為了搶時間，輪機長和大管輪先后進入檢查，當(dāng)時認為格柵臟污不至于導(dǎo)致增壓器喘振，就未對格柵進行徹底清潔處理。而對已經(jīng)運行一萬四千多小時的增壓器進行解體清潔。從錨地駛向港口期間，喘振現(xiàn)象并未減輕，到印度第一個港口后對空冷器和各缸掃氣箱進行了清潔并檢查。但在駛向印度第二港口途中，喘振現(xiàn)象照舊。在此途中，我們一方面加強主機沖洗，一方面在空冷器上開放氣閥放氣以減少背壓，但效果甚微。到港后，我們決定再次打開排氣總管進入清潔增壓器廢氣進口格柵，清潔過程中發(fā)現(xiàn)格柵確實有較大面積臟堵，仔細清潔后，返航過程中，增壓器喘振現(xiàn)象終于消失了。本次為解決常見的增壓器喘振問題可謂費了九牛二虎之力，而且問題復(fù)雜化，走了不少冤枉路。因此我們現(xiàn)在再來分析增壓器喘振這一問題，讓大家從其事發(fā)和處理過程中吸取教訓(xùn)，以便在工作中處理問題時少走彎路。

2 喘振有關(guān)分析

2.1 廢氣渦輪增壓器（離心式壓氣機）的基本工作原理

離心式壓氣機由進氣道、工作輪（也稱為壓氣機葉輪）、擴壓器和排氣蝸殼組成。當(dāng)壓氣機工作時，新鮮空氣經(jīng)進氣道軸向進入壓氣機葉輪。由于通道的導(dǎo)流作用，氣流能在最小的損失下均勻進入壓氣機葉輪。進氣道是漸縮流道，在進氣道中，壓力、溫度略有降低，流速提高。正是因為壓力降低，所以空氣才被吸入工作輪?？諝膺M入壓氣機葉輪后，隨葉輪高速回轉(zhuǎn)，因而產(chǎn)生離心力。這樣，空氣在葉輪葉片間隨葉輪做圓周運動的同時，在離心力的作用下向葉輪外緣流動并被壓縮。在葉輪中氣體的流速、壓力、溫度都升高了，其中流速提高了很多。這是由于葉輪對氣體做功，把葉輪的機械能變成了氣體的動能和壓力能。氣體被壓縮時也提高了溫度。在擴壓器中，由于流道逐漸擴大，使空氣的動能轉(zhuǎn)換為壓力能，流速降低，壓力升高。排氣蝸殼中的通道也是漸擴的，因而空氣流過時繼續(xù)將動能轉(zhuǎn)換為壓力能。

2.2 離心式壓氣機的工作特性和喘振機理

離心式壓氣機在各種不同工況工作時，各主要參數(shù)會隨之變化。在不同轉(zhuǎn)速下壓氣機的排除壓力和效率隨空氣流量的變化規(guī)律，稱為離心式壓氣機的特性，表示這種特性的曲線稱為壓氣機的特性曲線。

所謂喘振是指流體機械及其導(dǎo)管系統(tǒng)在特定的周期內(nèi)排出壓力和排量發(fā)生變化時流體和固體相互作用，而引起的一種自激振動。渦輪增壓器喘振是當(dāng)壓氣機的氣體流量減到一定值后，氣體進入工作葉輪和擴壓器偏離了設(shè)計工況，造成氣流從葉片和擴壓器上強烈的分離，同時產(chǎn)生強烈的脈動，且有氣體倒流，引起壓氣機不能穩(wěn)定工作，導(dǎo)致壓氣機振動和異常聲響。喘振是壓氣機固有的特性。

由壓氣機的特性曲線（如圖2 所示）可以看到，當(dāng)轉(zhuǎn)速nk 等于常數(shù)時，隨流量Gk的減小，壓比πk開始是增加的。當(dāng)流量Gk減小到某一值時壓比πk達到最大，然后隨流量Gk的減小開始下降。效率ηk隨流量Gk的變化規(guī)律與壓比πk類似。當(dāng)壓氣機的流量減小到一定值后，氣體進入工作葉輪和擴壓器的方向偏離設(shè)計工況，造成氣流從葉片或擴壓器上強烈分離，同時產(chǎn)生強烈脈動，并有氣體倒流，引起壓氣機工作不穩(wěn)定，導(dǎo)致壓氣機振動，并發(fā)出異常的響聲，這種現(xiàn)象稱為壓氣機喘振。喘振是壓氣機的固有特性。壓氣機特性曲線上表示喘振狀態(tài)的臨界線稱為喘振線，其左方為喘振區(qū)，右方為穩(wěn)定工作區(qū)。壓氣機不允許在喘振區(qū)工作。

產(chǎn)生喘振的原因是流量小于設(shè)計值很多時，在葉輪進口和擴壓器葉片內(nèi)產(chǎn)生強烈的氣流分離。在設(shè)計流量下，氣流平順地流進葉片前緣和擴壓器，氣流與葉輪葉片、擴壓器葉片既不發(fā)生撞擊，也不發(fā)生分離。當(dāng)流量大于設(shè)計設(shè)計流量時，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)動壓向氣流分離區(qū)，擴壓器中氣流的圓周向流動壓向氣流分離區(qū)，氣流的分離區(qū)受到限制，不致隨流量的增加而過分地擴大。當(dāng)流量小于設(shè)計流量時，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；在擴壓器中氣流沖向葉片的凸面，與葉片的凹面發(fā)生分離。由于葉輪葉片在轉(zhuǎn)動中要離開氣流分離區(qū)，擴壓器中氣流的圓周向流動也使氣流離開氣流分離區(qū)，氣流分離區(qū)有擴展的趨勢。隨著流量的減少，氣流分離區(qū)會越來越大，以致在葉輪和擴壓器中造成氣體倒流，發(fā)生不穩(wěn)定流動，最終導(dǎo)致喘振的產(chǎn)生。一般擴壓器葉片內(nèi)氣流分離的擴展是壓氣機喘振的主要原因，而葉輪進口處氣流分離的擴展會使喘振加劇。

2.3 增壓系統(tǒng)中增壓器的運行特點和喘振原因

2.3.1 增壓系統(tǒng)中增壓器的運行特點

柴油機在各種負荷下，所需要的增壓空氣流量與增壓壓力之間的關(guān)系，稱為柴油機進氣特性曲線（也就是增壓器的工作特性）。對單獨增壓系統(tǒng)，柴油機驅(qū)動螺旋槳按推進特性工作時（P ∝n3）的工作特性曲線。如圖3 線a 可見，增壓器的工作線是一條上部離喘振線較遠、下部離喘振線較近的曲線。在運行條件的全部變化范圍內(nèi)，增壓器的工作特性曲線不會進入喘振區(qū)。因此，只要設(shè)計柴油機時選配的增壓器合適，在正常情況下是不會發(fā)生增壓器喘振的。當(dāng)流道堵塞時，增壓器背壓升高，使流量減少，故工作特性曲線左移，如圖3 線c 所示。這時工作特性曲線的下部進入喘振區(qū)，會在低負荷時發(fā)生增壓器喘振。

產(chǎn)生喘振的原因是當(dāng)流量小于設(shè)計值很多或壓氣機轉(zhuǎn)速高于設(shè)計值太多時，在葉輪進口和擴壓器葉片內(nèi)產(chǎn)生的氣流分離現(xiàn)象。如圖3 為壓氣機流量變化時，空氣在前緣的變化情況。圖3 中u1為葉輪剖分出的圓周速度，C1a表示空氣進入壓氣機前緣時的絕對速度，w1表示氣流進入壓氣機葉片的相對速度?？諝饬髁縌=C1a*s，（其中s為通流面積）。當(dāng)不變時，與是成正比的關(guān)系。

如圖3 所示，當(dāng)轉(zhuǎn)速不變時在設(shè)計流量下，氣流平順的進入壓氣機葉輪，氣流與葉片即不發(fā)生撞擊也不發(fā)生分離。當(dāng)流量大于設(shè)計流量時，Q=C1a*s可知Q變大，S不變，則C1a變大。氣流沖擊葉輪進口端葉片的凸面，與葉片的凹面發(fā)生分離現(xiàn)象，但由于葉片是向前轉(zhuǎn)動的，使凹面的轉(zhuǎn)動壓向氣流，使氣流現(xiàn)象減弱。氣流分離區(qū)受到限制，故而不會隨氣體流量的增加而發(fā)生喘振現(xiàn)象。但由于氣流的撞擊和分離會使摩擦損失等增加，而使效率下降。當(dāng)流量小于設(shè)計流量時，由Q=C1a*s可知Q減少，S不變，則C1a減少，氣流在葉輪葉片前端沖向葉片的凹面，而與葉片的凸面發(fā)生氣流分離，同時又由于葉輪葉片是向前轉(zhuǎn)動的，有離開氣流區(qū)的趨勢，進一步擴大了這種現(xiàn)象。隨著氣流進一步的減少，氣流分離區(qū)愈來愈大，以至于在葉輪和擴壓器中造成氣體堵塞甚至倒流，壓氣機停止向外正常供氣。直到持續(xù)的進氣的擠壓，壓力重新升高使償充消失，出現(xiàn)繼續(xù)進氣現(xiàn)象，發(fā)生了周期性不穩(wěn)定流動，最終致使喘振的產(chǎn)生。

如圖4 在擴壓器中，當(dāng)流量小于設(shè)計流量的工況，氣流會沖擊擴壓器葉片的凸面，與葉片的凹面發(fā)生分離現(xiàn)象，在擴壓器中氣流的圓周方向流動也使氣流離開氣流分離區(qū)，從而進一步加劇了氣流分離的擴大趨勢，這種趨勢發(fā)展的結(jié)果使流道變窄，氣流的流動進一步受阻，導(dǎo)致擴壓器前的壓力升高，排出壓力下降，流量減少，當(dāng)擴壓器前后的壓差達到一定程度時，漩渦阻力被沖破，使大量的空氣排出，但此時增壓器會出現(xiàn)強烈的振動，使流量和排壓大幅度的波動，即發(fā)生喘振。當(dāng)流量大于設(shè)計流量時與上述相反不會發(fā)生喘振現(xiàn)象。

一般擴壓器葉片內(nèi)氣流分離的擴展是壓氣機發(fā)生喘振主要的原因，而葉輪進口處氣流分離的擴展會使喘振加劇。

當(dāng)壓氣機的流量S 不變而增壓器的轉(zhuǎn)速過大時，經(jīng)壓氣機的氣流也會在葉輪葉片的凹面發(fā)生分離而在葉片的凸面發(fā)生氣流分離，導(dǎo)致增壓器喘振的發(fā)生。

2.3.2 增壓系統(tǒng)中增壓器喘振的原因

現(xiàn) 以“KING HERO” 輪AKASAKA-MHI6UEC52 ／125H 型直流掃氣低速二沖程主機增壓器發(fā)生的喘振故障為典型事例，對主機增壓器喘振故障的原因分析和歸類如下：

增壓器產(chǎn)生喘振一般是由于空氣流通阻力的增加、柴油機或增壓器本身故障、柴油機長期低速運行原因以及增壓器和柴油機的運行失配等。

（1）由于壓氣機匹配不當(dāng)引起

在設(shè)計、修理、更換增壓器主要零部件時，由于尺寸選擇不當(dāng)而導(dǎo)致壓氣機喘振。

①渦輪噴嘴環(huán)截面尺寸過小，渦輪流通能力不夠，使壓氣機配合尺寸線移向喘振線；

②壓氣機擴壓器喉口截面過大或葉輪出口截面過大，使壓氣機喘振線向右移動，即壓氣機配合尺寸線靠近喘振線。

（2）空氣流通阻力的增加

空氣流通阻力的增加是引起增壓器喘振最常見的原因。

柴油機運行時，增壓系統(tǒng)的氣體流動路線是：壓氣機進口濾器和消音器→壓氣機葉輪→壓氣機擴壓器→空氣冷卻器→掃氣箱→柴油機的進氣閥→排氣閥→排氣管→廢氣渦輪噴嘴環(huán)→廢氣渦輪葉輪→煙囪。其中各組成部分的通流面積都是固定的，只有各氣缸的進、排氣閥是按照一定的發(fā)火順序輪流開、關(guān)，它隨著柴油機轉(zhuǎn)速的高低改變著開、關(guān)次數(shù)和時間。當(dāng)上述流動路線中的任何一個環(huán)節(jié)因臟污、結(jié)炭、變形、結(jié)垢嚴重，都會因氣體流阻損失加大而使壓氣機負荷增加、流量減小，背壓升高，導(dǎo)致柴油機和增壓器的聯(lián)合運行工況接近喘振線而發(fā)生喘振。其中容易臟堵的部件是進口濾器、壓氣機葉輪和擴壓器、空氣冷卻器、氣缸掃氣口、氣缸進氣閥和排氣閥、渦輪的噴嘴環(huán)和葉輪。此外，渦輪機的噴嘴環(huán)容易發(fā)生熱變形。

①壓氣機進口濾網(wǎng)很臟或是消音器的羊毛氈松脫

壓氣機進口濾網(wǎng)很臟或是消音器的羊毛氈松脫，使進入壓氣機的空氣阻力增加，進入壓氣機的空氣流量減少，進而導(dǎo)致進入掃氣箱的空氣量減少，氣缸中的燃油不能完全燃燒，柴油機的排氣溫度升高，增壓器的轉(zhuǎn)速升高容易引起喘振。通常我們可以對濾網(wǎng)進行清洗，或是更換新濾網(wǎng)。如果是消音器的羊毛氈松脫的問題，只需對羊毛氈重新鉚好或是換新即可消除故障。

②壓氣機或擴壓器積垢嚴重

增壓器工作一段時間后，工作葉輪以及擴壓器上的葉片會積累一些污垢，厚度可達0.5～ 1.5 mm，如果不及時清理掉，那么在同樣的轉(zhuǎn)速下，壓氣機的效率和壓縮比都會降低。一是因為嚴重積垢后使進氣量減少；二是因效率下降使壓縮比下降而影響壓氣機的流量特性，使運行線向靠近喘振區(qū)方向移動，使工作點進入喘振區(qū)，因此積垢嚴重，會導(dǎo)致增壓器的喘振。在每次渦輪增壓器常規(guī)檢修后必須要做好運行當(dāng)中對渦輪和壓氣機清洗工作，在平時輪機員對增壓器的運行中的管理中也要及時對其清洗工作。

③空氣空冷器空氣腔發(fā)生臟污或堵塞

空氣空冷器空氣腔發(fā)生臟污或堵塞，空氣的流動阻力加大，導(dǎo)致壓氣機的背壓升高，同時流經(jīng)壓氣機的空氣流量減少，易引起喘振，此時對空氣冷卻器進行化學(xué)清洗，消除臟污后即可避免喘振的發(fā)生。

④空氣冷卻器的冷卻水溫度偏高/空氣冷卻器冷卻水腔臟污或堵塞

空氣冷卻器的冷卻水溫度偏高/空氣冷卻器冷卻水腔臟污或堵塞，也可能引起喘振的發(fā)生，因為冷卻水溫度過高，來自壓氣機的壓縮空氣得不到充分的冷卻導(dǎo)致壓氣機的背壓升高，流經(jīng)壓氣機的空氣流量減少，減少至一定程度時，會發(fā)生喘振。此時可以通過降低冷卻水的溫度或是增加冷卻水的流量的方法來解決問題。很多船設(shè)計中存在一個三通的旁通閥，通過調(diào)節(jié)此閥，即可解決此類問題。

⑤渦輪葉片及噴嘴環(huán)積垢嚴重

柴油機長期運轉(zhuǎn)后，在渦輪葉片及噴嘴環(huán)上常會有積炭和積垢，致使渦輪通道截面積減少和流量下降，噴嘴環(huán)的通道截面積減少會使增壓器運轉(zhuǎn)速度提高，增壓壓力升高，當(dāng)積垢嚴重到一定程度時，會使增壓器的工作點進入喘振區(qū)而產(chǎn)生喘振。此時則要求要對渦輪進行必要的清潔工作，嚴格按照其說明書的要求進行維護保養(yǎng)。

⑥氣缸進排氣口積炭或油污

由于氣缸進排氣口積炭或油污會造成氣口的流通面積減少，最終也會導(dǎo)致喘振。例如排氣口的流通面積變小，增壓器的轉(zhuǎn)速會提高，增壓器的運行工況發(fā)生轉(zhuǎn)移，向喘振區(qū)移動，易發(fā)生喘振。定期氣口的檢查和清除積炭和油污，保證進排氣口的通暢是必要的。

⑦渦輪前端的保護格柵的臟污或異物堵塞和廢氣鍋爐煙道的積炭臟堵

渦輪前端的保護格柵的臟污或異物堵塞和廢氣鍋爐煙道的積炭臟堵，都會引起渦輪效率的下降，流經(jīng)壓氣機的空氣流量會減少，而發(fā)生喘振，另外如設(shè)有廢氣消音器時，嚴重積垢后也會使渦輪背壓升高，渦輪效率下降，導(dǎo)致流經(jīng)壓氣機的氣體流量呈減少而發(fā)生喘振。

以上所述都是關(guān)于某個部件發(fā)生臟堵，使流體阻力增大，最終造成流經(jīng)壓氣機的空氣流量減少而導(dǎo)致喘振。對于以上的故障我們只需把該處的臟污或油污進行清潔，保證氣體的各個流動路線保持暢通，即可避免上述因素而發(fā)生喘振現(xiàn)象。

（3）增壓器本身故障

正常情況下，增壓器工作特性曲線是遠離喘振線的，一般不會發(fā)生喘振，但是由于增壓器本身故障，工況改變，增壓器壓氣機則可能會工作在喘振區(qū)內(nèi)，而發(fā)生喘振。

壓氣機葉輪變形、損壞或嚴重腐蝕，使壓氣壓力減小；渦輪葉片變形、損壞，噴嘴環(huán)變形；渦輪葉片頂部及噴嘴環(huán)罩內(nèi)表面腐蝕，使兩者之間的配合間隙增大。這樣，引起渦輪效率降低，導(dǎo)致流經(jīng)壓氣機的氣體流量減少。

①壓氣機的葉輪損壞或過量腐蝕，造成壓氣機對空氣的壓縮能力減弱，從而使流經(jīng)壓氣機的進氣流量減少，而發(fā)生喘振現(xiàn)象，消除此故障最好是換新壓氣機葉輪。

②渦輪葉片頂部及噴嘴環(huán)罩內(nèi)表面腐蝕，侵蝕或是渦輪葉片損壞，使兩者之間的配合間隙增大引起渦輪效率下降，導(dǎo)致流經(jīng)壓氣機的氣體流量減少而發(fā)生喘振?？梢酝ㄟ^修復(fù)或是換新時葉片和噴嘴環(huán)罩，翻新或更換渦輪葉片，來消除增壓器的喘振。

③壓氣機端油封，氣封的密封圈嚴重老化損壞，在廢氣渦輪增壓器中，油壓氣機和廢氣渦輪兩個油池，用油環(huán)飛濺或泵壓注油，潤滑油受到增壓器軸壞或軸面每分鐘幾千到上萬次的沖擊，使?jié)櫥湍鄣挠椭槠扑槎捎挽F。在廢氣渦輪增壓器油池中的油霧。因受到壓氣機氣體高速流動影響，向油封和氣封運動，由于該密封環(huán)失去密封作用，使壓氣機漏油，漏出的透平油進入了壓氣的氣流混入掃氣，而后隨掃氣運動，與掃氣箱的碰撞，油霧分子結(jié)聚在一起，落在掃氣箱底部。另外，當(dāng)掃氣箱放殘閥進行放殘而無法放殘時，導(dǎo)致掃氣箱積聚大量可燃物。當(dāng)這些可燃物遇到高溫?zé)嵩磿r，從而造成掃氣箱的著火。而掃氣箱的著火使氣缸內(nèi)溫度增加，廢氣能量升高，增壓器轉(zhuǎn)速增大，增壓壓力增大，配合運行點移向喘振線的高處，使增壓器喘振。

④渦輪增壓器出現(xiàn)廢氣或空氣泄露，同樣會引起渦輪效率的下降，使流經(jīng)壓氣機的空氣流量減少造成壓氣機的喘振，解決方法是查找漏泄處，堵住漏泄。

（4）柴油機本身故障

①噴油設(shè)備出現(xiàn)故障，會使柴油機燃燒不良，后燃嚴重。

②氣缸淡水冷卻溫度發(fā)生異常，柴油機的活塞環(huán)斷裂或粘著、氣閥的燒損、氣閥間隙太小，會導(dǎo)致氣缸漏氣，使過量空氣系數(shù)降低，熱負荷增大，排氣溫度升高，在柴油機每循環(huán)噴油量不變的情況下，柴油機輸出功率下降，柴油機轉(zhuǎn)速降低，而排氣溫度的升高意味著廢氣能量的增加，使增壓器轉(zhuǎn)速升高，供氣量增多。這使原來增壓器與柴油機正常的匹配被破壞，導(dǎo)致壓氣機在高背壓、小流量的狀態(tài)下工作，嚴重時引起增壓器喘振。這就要求平時要加強管理，注意記錄和觀察各個運行參數(shù)的變化，如有異常應(yīng)及時查找原因，排除故障。

③各缸負荷嚴重不均

當(dāng)柴油機某一個氣缸突然發(fā)生故障而熄火時，在突然熄火的瞬間過程，由于柴油機轉(zhuǎn)速迅速下降，空氣流量減少，而增壓器轉(zhuǎn)速由于慣性不能瞬間降低，此時增壓壓力較高，增壓器在高背壓和小流量下運行，易進入喘振區(qū)。這就需要檢查熄火缸的燃油系統(tǒng)，排除故障，恢復(fù)供油，來消除故障。

④二沖程柴油機的調(diào)速器負荷限制不當(dāng)

二沖程柴油機的調(diào)速器負荷限制不當(dāng)，當(dāng)柴油機加速時壓氣機的運行點可能位于喘振區(qū)，而導(dǎo)致壓氣機喘振。解決的方法是重新調(diào)整調(diào)速器的限制位，使壓氣機的工作點遠離喘振區(qū)。

（5）柴油機長期低速運行原因

柴油機長期在低于額定功率50%（轉(zhuǎn)速約為額定轉(zhuǎn)速的80%）以下運行，導(dǎo)致不良后果。

①增壓壓力降低

增壓壓力降低，導(dǎo)致進入氣缸的空氣量減少，過量空氣系數(shù)減小，壓縮終點壓力溫度降低，造成燃燒不良，產(chǎn)生煙垢、積炭、油垢等污染，臟堵進排氣通道，增加空氣流通阻力。

②噴油霧化不良

由于每次循環(huán)噴油量減少及柱塞運動速度減小，噴射系統(tǒng)難以適應(yīng)大幅度供油量變化，噴油壓力下降，燃油霧化變差，使混合氣質(zhì)量變差，造成燃燒不充分，后燃加劇，容易形成結(jié)炭。

③氣缸油量過多

作為直接驅(qū)動螺旋槳的船舶主推進動力的柴油機，其轉(zhuǎn)速與功率的關(guān)系為：Pe=c·ne3。由于該型柴油機氣缸供油量隨轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)，這樣導(dǎo)致柴油機在低負荷工作時，供油量相對功率降低過大，容易形成結(jié)炭和粘環(huán)。

（6）運行過程中柴油機與增壓器的暫時失配

①當(dāng)船舶滿載、頂風(fēng)、污底嚴重時，因阻力增加，主機負荷加大，柴油機在低轉(zhuǎn)速高負荷下運行，氣缸耗氣量降低而循環(huán)噴油量增加，廢氣能量增大，也會使增壓器轉(zhuǎn)速升高，供氣量增多。這也容易引起增壓器在高壓比和相對小的流量下運行，易進入喘振區(qū)。船殼因大量吸附海生物而阻力增大，使柴油機在大扭矩、低轉(zhuǎn)速下運行，增壓器運行點位于喘振區(qū)而發(fā)生喘振。解決的辦法是：該船舶進塢清潔并油漆船殼。

②當(dāng)高速時突然停車，急速將操縱桿拉到停油位置，此時因主機運動部件質(zhì)量大，軸系和螺旋槳阻力大，很快停止轉(zhuǎn)動。但增壓器由于本身的轉(zhuǎn)速很高，轉(zhuǎn)動能量很大，不能立即停止運轉(zhuǎn)，它所供出的空氣，柴油機不能消耗，致使壓氣機背壓過高而引起增壓器瞬時喘振。

③主機加速過快時，增壓器會發(fā)生短暫喘振。因為主機運動部件質(zhì)量大，轉(zhuǎn)動阻力矩大，轉(zhuǎn)速上升慢；而增壓器轉(zhuǎn)子質(zhì)量小，廢氣能量迅速增加使轉(zhuǎn)速迅速升高。兩者暫時失去匹配關(guān)系而發(fā)生喘振。

④船舶在大風(fēng)浪中航行時，柴油機轉(zhuǎn)速上下波動使增壓器的轉(zhuǎn)速發(fā)生波動，此時兩者可能暫時失去匹配關(guān)系，引起短時喘振。

⑤環(huán)境溫度的變化

在低溫時匹配的不帶空氣冷卻器的增壓器和柴油機如用在高溫海域時，或者在高溫時匹配的帶有空氣冷卻器的增壓器和柴油機在低溫海域時，由于兩者匹配的關(guān)系改變，運行點更靠近喘振線，容易引起增壓器的喘振。此時啟用或是停用空氣冷卻器，使運行點遠離喘振區(qū)，恢復(fù)匹配關(guān)系。

3 增壓系統(tǒng)中增壓器的維護和管理

針 對“KING HERO” 輪AKASAKA-MHI6UEC52 ／125H 型直流掃氣低速二沖程主機增壓器的喘振故障和從故障排除過程中所得到的啟示，現(xiàn)對輪機員在增壓器的日常維護和管理方面所需要注意的一些事項，提出以下管理性的建議：

3.1 在排煙總管中的增壓器廢氣進口格柵必須定期清潔。最好半年檢查一次，而增壓器解體清潔時是一次進行檢查清潔的最好時機。建議此項目列入保養(yǎng)計劃，目的是能定期檢查其狀態(tài)，確保格柵暢通。如格柵臟堵，因排煙不暢，往往會造成增壓器的喘振而影響主機運行狀態(tài)。

3.2 增壓器廢氣端水洗裝置應(yīng)保持正常工作，并按說明書要求和程序在經(jīng)過長時間航行后進行沖洗。

3.3 對于增壓器壓氣機端空氣濾器上的毛氈，由于受工作環(huán)境的影響，應(yīng)根據(jù)實際外表的臟污情況視情更換，避免由于污阻而導(dǎo)致進氣的阻力過大。

3.4 根據(jù)說明書的要求以及增壓器的實際工作狀況，定期清潔增壓器壓氣機進氣濾器；航行中定期沖洗增壓器壓器端、廢氣渦輪端；定期對廢氣鍋爐進行吹灰；根據(jù)實際情況沖洗空氣冷卻器。并盡可能使增壓器處于良好的通風(fēng)位置，最好要有專業(yè)的供風(fēng)管，以滿足航行時增壓器對空氣的需求，良好的通風(fēng)，也有助于增壓器透平油溫度的降低。經(jīng)驗表明，常溫下空冷器清潔劑的清洗效果較差，若將清洗液加溫至50℃～ 60℃，清洗效率將大大增加。空冷器上有“U”型壓差計，航行中應(yīng)注意其進出口壓差，并與試航報告中的數(shù)值相比較，以掌握其臟污程度，決定是否沖洗。當(dāng)壓差超過1 961Pa（200 mm 水柱）時，表明空冷器已嚴重臟污，需解體清潔。一般情況下增壓器壓氣端和空冷器需3 天一次用清水沖洗?？绽淦鲏翰钣嫅?yīng)保持正常顯示以便了解其臟污情況。沖洗時不提倡用空冷器清潔劑溶液沖洗，以免清潔劑溶液殘留腐蝕空冷器翼片。

3.5 在運行中應(yīng)測量和記錄下列主要參數(shù)：各缸排煙溫度、渦輪機前后溫度、增壓器轉(zhuǎn)速、空氣濾器和空冷器的壓降、掃氣箱中的壓力、空冷器前后溫度與冷卻水進出口溫度，以及軸承潤滑油的油位、溫度和壓力等。根據(jù)檢查的參數(shù)判斷渦輪增壓器工作狀態(tài)，以確定必要的檢查、調(diào)整和檢修方案。

3.6 渦輪增壓器運行時，應(yīng)經(jīng)常用金屬棒或其他專用工具細心傾聽增壓器中有無異常聲響和運轉(zhuǎn)是否平穩(wěn)。轉(zhuǎn)子不平衡時會發(fā)出鈍重的“嗡嗡”聲。

3.7 增壓器是高速回轉(zhuǎn)機械，故要特別注意軸承的潤滑（油位），油量不足時應(yīng)及時補充，而且需要定期更換。

3.8 如柴油機停車時間較長（超過1 個月），應(yīng)將增壓器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一個位置，以防軸彎曲變形。增壓器再次投入使用前，應(yīng)通過起動空氣吹動使之短時轉(zhuǎn)動，用金屬棒傾聽運轉(zhuǎn)是否平穩(wěn)，有無雜音和阻滯現(xiàn)象。

3.9 拆裝增壓器時，應(yīng)事先閱讀說明書以了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、拆裝順序和所需的專用工具。拆卸時，應(yīng)注意各拆卸零件的相對位置；組裝時，應(yīng)注意裝配間隙及間隙的調(diào)整方法，對一些重要間隙要嚴格控制。檢修的時候一定不能讓雜物進入增壓器，以防止損壞。（一定按說明書要求和程序）

3.10 在正常情況下，可根據(jù)油門的刻度及各缸的排煙溫度判斷氣缸燃油的燃燒情況，若發(fā)現(xiàn)異常，可從噴油系統(tǒng)、活塞環(huán)的密封性、進排氣閥是否漏泄等方面著手及時查找原因，排除故障。

3.11 正常航行時應(yīng)限制油門開度，不使其超過額定位置，為防止超負荷運行。

3.12 記錄增壓器的運行時間，按要求及時安排軸承等部件的換新，適時安排常規(guī)拆檢清潔保養(yǎng)。

3.13 在不同季節(jié)，應(yīng)根據(jù)環(huán)境溫度調(diào)節(jié)增壓器空氣冷卻器上的三通閥開度，調(diào)節(jié)進入空氣冷卻器的冷卻水量，確保掃氣的壓力及溫度在正常的范圍內(nèi)。

3.14 保持合適的負荷。應(yīng)避免柴油機長時間低速運行，盡量使主機在高轉(zhuǎn)速下運行，負荷不應(yīng)低于額定負荷的70%，如果確要開經(jīng)濟航速節(jié)約燃料，主機也應(yīng)保持額定轉(zhuǎn)速的90%左右，以免燃燒不良，造成積炭，引起活塞環(huán)缸套異常磨損，高溫燃氣下竄。

3.15 定期清除掃氣箱的油泥。一般主機掃氣箱內(nèi)的殘夜，含油大量3～ 5 mm 的顆粒，這些顆粒和殘油混合在一起，黏度大，流動性很差，很難通過又長又細且水平放置的放殘總管，再通過內(nèi)徑很小的節(jié)流孔，進入掃氣箱的放殘柜，造成可燃物的堆積。針對本船不合理的放殘閥管路，建議采取必要的改進，改用直徑較大（不能過大，過大會使掃氣壓力降低過多）且彎頭少的放殘管路及閥件替換，減少掃氣管路臟堵，同時定期清洗掃氣箱及疏通放殘管路，每天航行中每班至少兩次手動放出掃氣箱下部的殘油，以減少可燃物的堆積。

3.16 加強日常維護管理。按規(guī)定時間進行吊杠檢查，定期檢查活塞環(huán)的狀態(tài)，對磨損、斷裂和黏住的活塞環(huán)要及時更換和維修。定期檢查氣缸套的磨損、圓度和錐度情況，超過磨損極限應(yīng)及時更換和維修。適當(dāng)?shù)卦龃髧娪推鞯膯㈤y壓力以保證霧化質(zhì)量。適當(dāng)增大噴油泵的噴油定時以保證足夠高的最高爆發(fā)壓力。注意燃油日用柜、氣缸油循環(huán)柜、主機系統(tǒng)油循環(huán)柜和透平油循環(huán)柜油位的變化情況，如果發(fā)現(xiàn)油位有明顯的減少，應(yīng)及時作出正確的判斷并采取必要的處理措施。

總之，渦輪增壓器是現(xiàn)代船舶柴油機的關(guān)鍵部件，渦輪增壓器工作狀況良好，可使柴油機大大提高輸出功率，降低燃油消耗，同時也可減少廢氣中的有毒氣體的含量。

增壓器的喘振是其固有的屬性，是沒有辦法從根本上絕對避免的，因此只能預(yù)防和加強管理，在日常工作中正確操作，就可以防止和避免喘振的發(fā)生。對于輪機管理人員不僅要搞清楚引起增壓器喘振的原因，還要盡可能多地了解引起喘振的因素，這樣實際分析增壓器喘振的原因時，才能判斷主要由那些引起的，然后從可能性最大的原因開始排除故障，正確及時處理喘振問題，避免增壓器的機損事故的發(fā)生。因影響柴油機喘振的因素很多，許多因素在柴油機運行中又是相互牽連互相影響的，所以在實際工作中注意多方面因素的綜合考慮與判斷。

4 結(jié)束語

鑒于在上海海事測繪中心旗艦船“海巡166”輪任職，日常需統(tǒng)籌安排輪機部全體人員做好各項機電維護保養(yǎng)和維修工作，保證船舶適航且安全航行。針對水上掃測作業(yè)特殊性，與之前遠洋貨船相比，顯然又多了一份責(zé)任：一是要面對自己船舶機械突發(fā)故障，二是要面對突發(fā)事故應(yīng)急掃測。故需把之前13 年遇到的突發(fā)船舶機械故障事件和現(xiàn)在每次接到突發(fā)應(yīng)急事故掃測任務(wù)不斷總結(jié)、配制、實施、再總結(jié)，不斷積累、不斷升華，多管齊下、機動靈活實施，從而提高大型測繪船的應(yīng)急掃測效率，恢復(fù)事故水域安全暢通，盡量減少事件對社會各方面的影響。