現(xiàn)代柴油機(jī)上越來越多地使用了渦輪增壓器，渦輪增壓器能提高發(fā)柴油機(jī)功率和改善經(jīng)濟(jì)性能。
柴油機(jī)廢氣渦輪增壓系統(tǒng)的工作原理是柴油機(jī)排出的高溫和一定壓力的廢氣經(jīng)渦輪殼進(jìn)入噴嘴，將廢氣的熱能及壓力能變成動能，并以一定的方向流向渦輪葉輪，從而使渦輪高速旋轉(zhuǎn)，帶動同軸上的壓氣機(jī)葉輪亦高速旋轉(zhuǎn)，新鮮空氣經(jīng)過空氣濾清器被吸入高速旋轉(zhuǎn)的壓氣機(jī)葉輪，使氣流速度增加，壓力提高，再經(jīng)過擴(kuò)張器與壓氣機(jī)殼，使氣流的動能變成壓力能，壓力進(jìn)一步提高，增大密度的空氣最后進(jìn)入發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣管，以實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣增壓提高發(fā)動機(jī)功率的目的。
柴油機(jī)使用了渦輪增壓器后發(fā)動機(jī)具有升功率高，油耗率低，排污較少，指示功率和有效功率都提高了，也就是提高了機(jī)械效率，自然可以明顯改善高負(fù)荷區(qū)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。由于柴油機(jī)工況不同，產(chǎn)生的廢氣能量也不同；柴油機(jī)燃燒的燃料不同，其廢氣所含成分也不同。增壓系統(tǒng)在工作中經(jīng)常出現(xiàn)故障。
1、增壓器的喘振
產(chǎn)生喘振一般是由于氣流通道的堵塞、增壓器和柴油機(jī)的運(yùn)行失配、脈沖增壓一缸熄火或各缸負(fù)荷嚴(yán)重不均、環(huán)境溫度的變化等。
1.1增壓系統(tǒng)氣流通道堵塞
增壓系統(tǒng)氣流通道堵塞是引起增壓器喘振的最常見原因。柴油機(jī)運(yùn)行時，增壓系統(tǒng)的氣體流動線路是：壓氣機(jī)進(jìn)口濾器和消音器—壓氣機(jī)葉輪—壓氣機(jī)擴(kuò)壓器—空氣冷卻器—掃氣箱—柴油機(jī)的進(jìn)氣口（閥）—排氣口（閥）—排氣管—廢氣渦輪噴嘴環(huán)—廢氣渦輪葉輪—廢氣鍋爐—煙囪。流動路線中的任意環(huán)節(jié)發(fā)生阻塞，都會因流阻增大而使壓氣機(jī)流量減小，背壓升高，引起喘振。其阻塞的原因有：臟污、結(jié)碳、變形。其中在進(jìn)口濾器、壓氣機(jī)葉輪和擴(kuò)壓器、空氣冷卻器、氣缸的進(jìn)排氣口、渦輪的噴嘴環(huán)和葉輪部位容易堵塞。因此在管理中應(yīng)注意檢查上述部件的污損并加以清潔。這樣可以防止和排除因氣流通道阻塞而引起喘振。
1.2增壓器和柴油機(jī)的運(yùn)行失配
在設(shè)計時選配的增壓器和柴油機(jī)是根據(jù)計算得出的理論最佳配合，在正常情況下不會發(fā)生喘振，但在海上運(yùn)行時船舶因裝載、頂風(fēng)、污底或柴油機(jī)本身的故障，或由于輪機(jī)員操作不當(dāng)以及在大風(fēng)浪天航行，都可能導(dǎo)致柴油機(jī)和增壓器匹配不良，引起喘振。
(1)船舶負(fù)荷變化引起的喘振。
當(dāng)船泊滿載、頂風(fēng)、污底嚴(yán)重時，因阻力增加，主機(jī)負(fù)荷增大，柴油機(jī)在低轉(zhuǎn)速高負(fù)荷下運(yùn)行，氣缸耗氣量降低而循環(huán)噴油量增大，廢氣能量增大，使增壓器轉(zhuǎn)速升高，供氣量增多，從而引起增壓器和柴油機(jī)匹配不良出現(xiàn)喘振。此時可通過降低油門消除喘振。船舶在風(fēng)浪天航行發(fā)生飛車時，并聯(lián)增壓系統(tǒng)和單獨(dú)增壓系統(tǒng)會發(fā)生喘振。這是因?yàn)槁菪龢鏊?，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速升高，調(diào)速器自動停止供油，增壓器因廢氣量減少轉(zhuǎn)速下降。在并聯(lián)增壓時，輔助泵因轉(zhuǎn)速高供氣多，使壓氣機(jī)背壓較高而流量減少，引起喘振；單獨(dú)增壓時，若螺旋槳入水時柴油機(jī)轉(zhuǎn)速過低，會造成壓氣機(jī)堵塞而發(fā)生喘振。
(2)輪機(jī)人員操作不當(dāng)而使柴油機(jī)和增壓器暫時失配而發(fā)生的喘振。
這種現(xiàn)象可以通過調(diào)整恢復(fù)匹配關(guān)系，喘振自行消失。如高速下停車時，需急速將操縱桿拉到停車位置，這時因?yàn)橹鳈C(jī)運(yùn)動部件質(zhì)量大，曲軸和螺旋槳阻力增大，很快停止轉(zhuǎn)動；但增壓器轉(zhuǎn)速很高，轉(zhuǎn)動動能很大，一時不能停轉(zhuǎn)，所供出的空氣柴油機(jī)不能消耗，致使壓氣機(jī)背壓過高而引起增壓器瞬時喘振。待增壓器轉(zhuǎn)速下降后，喘振自然消失。急速降低主機(jī)轉(zhuǎn)速時也會出現(xiàn)類似的情況。主機(jī)加速過快也會使增壓器發(fā)生喘振。這是因?yàn)橹鳈C(jī)的運(yùn)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)速升高。兩者暫時失去匹配關(guān)系而發(fā)生喘振。隨著柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的升高，壓氣機(jī)流量增大，喘振會自行消失。
(3)柴油機(jī)本身故障。
①噴油設(shè)備出現(xiàn)故障，會使柴油機(jī)燃燒不良，后燃嚴(yán)重。
②柴油機(jī)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(fù)荷增大，排氣溫度升高，在柴油機(jī)每循環(huán)噴油量不變的情況下，柴油機(jī)輸出功率下降，柴油機(jī)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(jī)正常的匹配被破壞，導(dǎo)致壓氣機(jī)在高背壓、小流量的狀態(tài)下工作，嚴(yán)重時引起增壓器喘振，這時只要排除了柴油機(jī)的故障，喘振就會消失。
1.3脈沖增壓一缸熄火或各缸負(fù)荷嚴(yán)重不均
在脈沖增壓系統(tǒng)中，往往將三個氣缸與一臺增壓器相連接。一臺柴油機(jī)有多臺增壓器，它們并聯(lián)地向一根進(jìn)氣總管供氣。當(dāng)某缸熄火時，與之相連的渦輪功率減小，轉(zhuǎn)速下降，供氣能力降低。而其他增壓器正常工作，壓氣機(jī)的出口背壓仍與正常運(yùn)轉(zhuǎn)時相同。這使得熄火缸增壓器的背壓顯得過高，其壓氣機(jī)排量減小，發(fā)生喘振。由于喘振使得壓氣機(jī)出口壓力波動幅度增大，甚至可能引起多臺增壓器交替喘振。若使熄火缸恢復(fù)工作或減小另一組氣缸的供油量，則可消除喘振。各缸負(fù)荷不均發(fā)生喘振的機(jī)理與上述相同。
1.4環(huán)境溫度的變化
在低溫條件下匹配的不帶空冷器的增壓器和柴油機(jī)如用在高溫海域時，或者在高溫條件下匹配的帶有空冷器的增壓器和柴油機(jī)用在低溫海域時，由于匹配關(guān)系的改變，運(yùn)行點(diǎn)更靠近喘振區(qū)，因而容易引起喘振。
2、增壓器的強(qiáng)烈振動
增壓器產(chǎn)生強(qiáng)烈振動的原因主要是旋轉(zhuǎn)零件損壞和轉(zhuǎn)子失去動平衡所造成的。
2.1葉片的斷裂
葉片斷裂主要是外來活塞環(huán)折斷碎片及其它金屬碎物等沖入渦輪中造成的。這些碎物沖擊造成增壓器發(fā)生強(qiáng)烈振動和噪音。
2.2軸承燒損
軸承損壞的原因主要有：滑油的壓力太低，油量不足或斷油；滑油變質(zhì)或油中混進(jìn)雜質(zhì)；轉(zhuǎn)子動平衡失調(diào)等。軸承損壞后轉(zhuǎn)子產(chǎn)生攢動，從而使增壓器發(fā)生強(qiáng)烈振動。
2.3轉(zhuǎn)子失去動平衡
轉(zhuǎn)子經(jīng)過長時間的使用，必然會造成葉片的斷裂和變形以及腐蝕、轉(zhuǎn)子軸頸的磨損，這一切都會造成轉(zhuǎn)子失去平衡。此外各處的緊固螺栓松動、安裝不當(dāng)、違章操作、冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)故障等都會引起增壓器強(qiáng)烈振動。
3、柴油機(jī)在一定轉(zhuǎn)速和功率下增壓壓力的增高或降低
增壓器增壓壓力升高過大的原因多在柴油機(jī)方面，主要是柴油機(jī)后燃嚴(yán)重或排氣閥大量漏氣，造成排氣溫度過高，以致使渦輪進(jìn)氣量增大。增壓器的壓力降低，增壓器的轉(zhuǎn)速也同時降低，其原因在廢氣渦輪增壓器或機(jī)械方面。屬于廢氣渦輪方面的原因是：噴嘴環(huán)葉片變形、葉片變形、渦輪進(jìn)氣管漏氣或堵塞等。屬于機(jī)械方面的主要原因是軸承的損傷、轉(zhuǎn)動件與固定件相刮擦等。若壓力下降而轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速沒有變化，則原因在壓氣機(jī)方面，主要是進(jìn)氣濾網(wǎng)堵塞；壓氣機(jī)葉輪和擴(kuò)壓器的氣流通道被灰塵或油垢污損，造成壓氣機(jī)效率下降；壓氣機(jī)葉輪背面氣封漏氣；掃氣箱漏氣等。
4、軸承燒毀
軸承燒毀時，常常表現(xiàn)為增壓器轉(zhuǎn)速急速下降，滑油出口溫度升高，增壓壓力下降，并出現(xiàn)異常聲響。若在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)增壓器轉(zhuǎn)速急劇下降、運(yùn)轉(zhuǎn)聲響異常時，應(yīng)立即停車檢查增壓器軸承，否則可能發(fā)生嚴(yán)重事故，甚至整臺柴油機(jī)增壓器報廢。若軸承輕微燒損，軸封葉片均未損傷，可更換軸承；若轉(zhuǎn)子嚴(yán)重?fù)p傷無法修復(fù)時，只好停止增壓器運(yùn)轉(zhuǎn)。
5、增壓壓力下降
廢氣渦輪和壓氣機(jī)通流部分贓污是引起壓力下降的重要原因，包括進(jìn)口濾器、消音器、空冷器等，運(yùn)行中應(yīng)定期清洗增壓器。若增壓壓力下降同時增壓器的轉(zhuǎn)速也下降，說明廢氣能量不足，可能是柴油機(jī)方面的原因，如噴油提前角過大、排氣閥開啟較晚、缸套活塞漏氣等；也可能是廢氣渦輪方面，如噴嘴環(huán)變形、渦輪前排氣管膨脹接頭漏氣。此外由于軸封結(jié)碳、軸承故障使轉(zhuǎn)子阻力增大也會使轉(zhuǎn)速降低，壓力下降。因此應(yīng)具體查明情況，予以排除。若增壓壓力下降同時增壓器的轉(zhuǎn)速沒有明顯變化，則可能是壓氣機(jī)故障引起的。如壓氣機(jī)進(jìn)口濾器和消音器堵塞，內(nèi)部氣流通道積垢、增壓器軸封、氣封漏氣、掃氣箱漏氣等。
6、增壓壓力升高
增壓壓力升高主要是柴油機(jī)引起的。常見的是柴油機(jī)負(fù)荷過大或噴油系統(tǒng)故障使燃燒不良、后燃嚴(yán)重，導(dǎo)致廢氣能量增加，渦輪轉(zhuǎn)速提高，增壓壓力升高。排氣閥漏氣或開啟過早也會出現(xiàn)上述情況。
7、軸承箱中滑油變黑和漏失
滑油變黑是因?yàn)榕艢饴┤胼S承箱。這是因?yàn)闇u輪軸封損壞、密封襯墊間隙過大、密封空氣的通道被阻塞造成的?；吐┦且?yàn)槊芊馄胶饪諝馐プ饔?、密封襯套間隙過大、軸承箱壓力過大、軸承箱蓋壓板螺栓松動漏油造成的。
總之，柴油機(jī)廢氣渦輪增壓系統(tǒng)的故障是很常見的，其原因是各不相同的。這就要求輪機(jī)管理人員根據(jù)不同的情況進(jìn)行不同的分析和診斷，同時根據(jù)診斷結(jié)果給予修理和排除。對于損壞嚴(yán)重的應(yīng)采取相應(yīng)的應(yīng)急措施。在日常工作中，對增壓系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控和保養(yǎng)。采取預(yù)防性措施，減少故障的發(fā)生。
