理论教育 废气涡轮增压系统故障的原因分析

废气涡轮增压系统故障的原因分析

时间:2023-06-21 理论教育 版权反馈
【摘要】:3)排除方法:①拆检涡轮增压器,及时更换损坏的密封环、甩油环或轴承。②检查进气管路中的软管是否存在压扁或空气滤清器堵塞的情况,如存在应清洁或更换空气滤清器滤芯。涡轮增压器排气口漏润滑油1)故障现象。由于堵塞,使涡轮增压器在工作过程中向气缸内输送空气量不足,空气压力产生较大的波动,从而造成压气机喘振。涡轮增压器的旋转叶轮工作时,是靠轴承支承来保证不与定子刮擦。此时,应及时保养空气滤清器。

废气涡轮增压系统故障的原因分析

1.涡轮增压器两端漏润滑油

从理论上讲,以正常压力进入中间体的润滑油在通过轴承工作面后油压已变为零,只是靠重力自然向下流回柴油机的油底壳。在正常工作状态下,增压器两端叶轮的轮背处都有一定的气体压力,因此润滑油是不会从低压力区向高压力区流动。密封环的主要作用是封住压气机和涡轮壳内的气体向中间体油腔泄漏,只有在特殊情况下才起密封润滑油的作用。但如果使用不当,仍可能造成增压器漏油。

应注意有些漏润滑油现象并非增压器故障所引起,如活塞环窜润滑油、气门导管漏润滑油等。

(1)压气机端漏润滑油

1)故障现象:①柴油机工作时烧润滑油、排烟呈蓝色、动力下降不明显。打开压气机出气口或柴油机进气直管(橡胶软管),可以看到管口、管壁上粘附着一些润滑油。②柴油机工作时烧润滑油、烟度大、动力下降,在进气直软管壁内有润滑油。烧机油造成柴油机燃烧室严重积炭,损坏喷油嘴

2)故障原因。

第一种现象多由下列两种原因引起:①密封环、甩油环或轴承损坏。若长期不更换润滑油,润滑油中的杂质将使密封环和轴承磨损变薄,逐步失去封气、封油和节流作用而导致漏油。轴承磨损会导致转动失稳而破坏密封环。②涡轮增压器下部的回油管受阻,润滑油回油不畅通,中间体内润滑油压力过高,压迫润滑油沿着转子轴向两端流动挤出密封环造成漏油。使用中如果润滑油的回油管路发生变形或堵塞,回油管未能尽量保持垂直,或柴油机曲轴箱压力过高,均会导致回油不畅。

第二种现象的故障原因是:在空气被涡轮增压器吸入过程中,气流遇到较大阻力,压气机进气负压太高,将润滑油吸进压气机,随压缩空气一起进入燃烧室内燃烧。产生的原因包括空气滤清器堵塞、压气机或中冷器积污、柴油机长时间怠速或低速低负荷运转等。

3)排除方法:①拆检涡轮增压器,及时更换损坏的密封环、甩油环或轴承。②检查进气管路中的软管是否存在压扁或空气滤清器堵塞的情况,如存在应清洁或更换空气滤清器滤芯。③拆检回油管,并清洗。

(2)涡轮增压器排气口漏润滑油

1)故障现象。涡轮增压器排气口漏润滑油,柴油机工作时烧润滑油,润滑油消耗量大,但排气烟色正常。打开连接管,涡轮增压器排气口附近有漏润滑油的痕迹。

2)故障原因。涡轮轴密封环磨损损坏。另外,柴油机空燃比不合适、柴油机正时有问题、废气受到节流、柴油机的其他控制系统有问题等都能导致排气温度过高,从而使涡轮端密封处机油炭化,以及涡轮端轴承处局部过热造成密封装置和轴承过早失效。

柴油机长期怠速运转,将使增压器涡轮的轮背处产生一定的负压,导致中间体内的润滑油向外泄漏。

3)排除方法。更换涡轮轴密封环或轴承。应注意不要磕碰涡轮轴并要保持其清洁。

2.涡轮增压器喘振

(1)故障现象 涡轮增压器在某一转速下工作时,其压气机气流流量受某些因素的影响而减少到一定程度,压气机中的气流便会出现强烈的振荡现象,引起其叶片振动,并在压气机进口处出现喘息的噪声,造成进气压力明显下降,此现象称为压气机喘振。喘振会导致工作不平稳、功率下降、排气冒黑烟等现象。严重时会使压气机损坏。

(2)故障原因

1)进气堵塞。压气机喘振主要是由于进气系统堵塞造成,如空气滤清器滤芯严重阻塞、进气胶管严重老化吸扁、进气管内油污太多阻塞等。由于堵塞,使涡轮增压器在工作过程中向气缸内输送空气量不足,空气压力产生较大的波动,从而造成压气机喘振。

压气机喷嘴环流通通道变形等也会导致喘振。

2)大气温度变化。设有中冷器的增压柴油机在高温环境下运行,或者设有中冷器的增压柴油机在低温下运行时,其压气机都容易发生喘振,这是因为大气温度变化使涡轮增压器的运行线发生变化,不是涡轮增压器本身有问题。

(3)排除方法 检查空气滤清器滤芯,用压缩空气吹扫或更换滤芯,并清洗进气通道或用干净的毛巾擦拭管道内壁。

3.涡轮增压器发出异响

(1)故障现象 柴油机在工作过程中,涡轮增压器产生杂音,有金属的撞击、摩擦声,或者振动,并常伴随排气冒黑烟、功率下降情况。

增压器正常工作时,涡轮转子高速旋转会产生正常旋转声音,进、排气接口由于连接不好也会产生漏气的声音,应与增压器异响区分开来。

(2)故障原因

1)转子失去平衡。增压器的转子转速很高,所以对转子的静平衡和动平衡要求特别严格,其不平衡度应不大于0.0015 N·mm。如果转子的叶轮在制造时其不平衡度就超差,或装配不当,造成旋转部件失去平衡,在工作时就会引起振动而发出响声。此外,如果转子的部分叶片损坏(进气系统杂质,排气系统中断裂的排气门、活塞碎片、排气歧管杂物及破裂的密封垫等均会导致叶片破损),灰尘油泥附着也会使旋转部件失去平衡,从而产生异响。

2)磨损的影响。转子总成的径向或轴向摆差大,使涡轮和叶轮叶片与涡轮壳内表面产生摩擦而发出杂音。涡轮增压器的旋转叶轮工作时,是靠轴承支承来保证不与定子刮擦。如果轴承磨损,会使转子轴线与中间体轴线不重合,叶轮易与壳体刮擦而发出异响。另外,涡轮增压器的壳体变形、浮动轴套及止推片磨损严重等,也容易引起叶轮与壳体刮擦而产生异响。

未按说明书使用增压器润滑油、润滑油清洁度太差、缺油干磨合润滑油结焦,都会加速磨损。(www.daowen.com)

(3)排除方法 拆检涡轮增压器,根据情况修理或更换转子总成:观察涡轮增压器外壳有无变形;拆检涡轮增压器,拆下压气机的进气接头,用手在轴向和径向来回扳动叶轮,如果手感松旷很大,或用百分表测量轴向移动量和,径向移动量大于极限值,就可表明是引起叶轮与壳体刮擦而产生异响故障的原因所在。

增压器在拆检、修理后进行装复时,对组成涡轮转子总成的高速旋转零件,应使动平衡标记对应;涡轮轴、压缩机叶轮是精密铸造的成形零件,在安装过程中不允许有磕碰现象,并且要保持清洁。

4.增压压力下降

(1)故障现象 增压压力的变化对柴油机的性能影响较大,也容易察觉。当增压压力降低时,柴油机的充气量减少,功率下降,耗油增加,排气温度升高。因此,发现增压压力下降10%左右时应停机检查。

(2)故障原因

1)空气滤清器阻塞。空气滤清器滤芯粘满尘土而阻塞,导致进气阻力增加,压气机吸气损失增大,将使增压压力下降。此时,应及时保养空气滤清器。

2)压气机通道脏污。空气滤清器除尘效果欠佳,灰尘和润滑油等粘附在涡轮增压器的叶轮和扩压器的通道上,使气流阻力增加,导致压气机效率及增压压力下降。为防止这种现象,应保持空气滤清器的滤清效果,并定期拆洗压气机。

3)中冷器工作不佳。中冷器流道中有污垢,冷却水流动阻力增加,使进气密度下降,进而使增压压力下降。当中冷器进、出气口的压差大于26.7kPa时,应予以清洗。

4)涡轮机积炭。柴油机燃烧不良以及涡轮增压器密封装置失效而漏油,在涡轮机的叶片上、转轴与密封环等处易形成积炭。其后果是使转子旋转阻力增加、转速下降、柴油机起动困难和加速不良,严重时可使涡轮增压器停止转动,增压压力随之下降。

排除方法是保证柴油机正常燃烧,防止烧润滑油,并定期拆洗涡轮机。

5)压气机或柴油机气缸的密封性能差。外支承式涡轮增压器,当其压气机背面气封损坏或柴油机气缸密封性能下降时,一方面因为燃气泄漏使涡轮转速下降,另一方面因进气泄漏使压气机流量减小,两者均能导致增压压力降低。

排除的方法是更换压气机气封和对柴油机进行保养,恢复气缸的密封性能。

6)涡轮背压过高。压气机排气不畅、排气阻力增大,燃气在涡轮中的膨胀受到一定的抑制,导致涡轮功率降低、增压器转速下降、压气机增压压力降低。造成涡轮背压过高的原因可能是排气管变形或排气消声器阻塞等。应予以拆卸、清洁或更换。

7)喷嘴环工作不良。喷嘴环因长期处于高温下工作,其叶片变形,喷嘴环截面积加大,导致转子的转速和增压压力下降。此时,应更换喷嘴环。

8)增压器旁通阀失灵。增压器旁通阀(增压压力调节阀)中调节弹簧因温度过高而失效,放气阀因积炭而封闭不严等原因使旁通阀失灵,在较低的增压压力时就放掉了较多的燃气,致使增压压力降低。出现这种现象可对旁通阀进行检修。

9)连接处漏气。增压器与柴油机连接处漏气,如进气道胶管破裂、松脱等,使增压压力下降,应予以排除。

10)转子运动卡滞。涡轮增压器的轴承磨损,转子叶轮碰擦壳体,或有杂物阻滞,使增压压力随转子速度的下降而降低。应予以更换轴承。

5.增压器过热

(1)故障现象 康明斯柴油机的增压器在使用过程中,出现过热甚至烧红的严重故障。

(2)故障原因 康明斯柴油机增压器冷却介质为从柴油机润滑油冷却器出来的润滑油。增压器过热,将使增压器零部件温度过高,严重影响工作寿命,并会影响进气系统正常工作,降低柴油机功率、增大燃油消耗。这种故障的根本原因是吸入的废气能量过大,超过冷却强度,使零部件的温度过高而形成过热。具体原因如下:

1)燃料供给系统故障。压力低、喷油过迟、着火滞后期过长等造成严重的后燃,使废气能量增加,增压压力上升,转子超速,增压器过热。

2)进气不足、排气门漏气或配气相位失准。滤清器堵塞、增压器污脏使转速下降,进、排气门损坏和气门间隙过小,使气门关闭不严,都会使进入气缸供燃烧的空气减少,燃油燃烧不完全等引起排气温度升高。

3)在工作中因磨损、腐蚀、变形、裂纹等损伤,燃油泄漏至缸内,导致参与燃烧的燃油过多;雾化质量较差,部分燃油进入排烟总管或涡轮机内燃烧,使废气能量过大。故障的特征是冷却水、润滑油温度偏高,排气冒黑烟,严重时排烟管内有明显柴油痕迹。

4)大量润滑油参与燃烧通常有两个方面:一是增压器转子轴封装置因磨损、划伤、装配不当等原因失效,润滑油泄漏参与燃烧;二是气缸内润滑油过多,这可能是活塞油环折断,由气缸套下的冷却喷嘴喷出的机油大量进入气缸内造成;也可能是气缸盖裂纹,压力油从润滑油道泄漏至气缸内。严重时,会急剧增加涡轮机的温度而形成过热,甚至烧红。故障特征是增压器外壳、机油温度超过正常温度、排气为蓝烟,严重时排烟管内有明显的润滑油痕迹。

5)冷却质量较差也是引起增压器过热的主要原因。康明斯型柴油机增压器的冷却介质为润滑油,润滑油的热量通过热交换器传给冷却水。因此,造成润滑油冷却不良的主要因素是润滑油压力偏低、冷却水温度过高等。进入增压器的润滑油流量的大小和温度的高低是评价增压器冷却质量的主要指标。通常,康明斯柴油机全负荷工作时,增压器的润滑油压力为0.35~0.48MPa,润滑油温度为100~116℃。

6)长时间超负荷下工作。

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