渦輪增壓的常見故障及排除法
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柴油機(jī)增壓是在不增加柴油機(jī)排量和轉(zhuǎn)速的情況下，提高動(dòng)力、改善經(jīng)濟(jì)性、降低排氣污染的行之有效的手段，也是目前柴油機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)。
廢氣渦輪增壓器是增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件。它實(shí)際上是一種空氣壓縮機(jī)，通過壓縮空氣來增加進(jìn)氣量。它由渦輪機(jī)、中間體、壓氣機(jī)三部分組成。渦輪機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管相接，壓氣機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣管相接，中間體與發(fā)動(dòng)機(jī)的潤(rùn)滑系統(tǒng)相接。其工作原理為：發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣經(jīng)過渦輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)同軸的壓氣機(jī)葉輪高速旋轉(zhuǎn)(30000～120000r/min)，新鮮空氣在壓氣機(jī)葉輪離心力的作用下，被壓縮到147～392kPa后進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸，由于空氣密度增大，使每個(gè)工作循環(huán)進(jìn)入氣缸的新鮮空氣量增加，從而可以向氣缸內(nèi)噴入更多的柴油提高柴油機(jī)的功率，燃燒也獲得改善(見圖1)。可增加發(fā)動(dòng)機(jī)功率輸出20%～40%，降低燃油消耗8%左右，排氣煙度降低20%～50%，廢氣中的有害有毒氣體含量如CO、SO2等也大幅度減少。另外在氣缸總排量不變的前提下增加了功率的輸出，可節(jié)約金屬材料，降低制造成本，因此渦輪增壓器是集節(jié)能、環(huán)保、節(jié)材為一體的高技術(shù)產(chǎn)品，目前在柴油機(jī)上被廣泛采用。
由于增壓器的技術(shù)狀況直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性及尾氣排放，因此，正確使用增壓器，保持增壓器良好的工作狀況，預(yù)防其早期損壞和及時(shí)準(zhǔn)確地排除故障在柴油機(jī)使用中非常重要。
1.增壓器的結(jié)構(gòu)常用的廢氣渦輪增壓器分為普通渦輪增壓器和旁通式渦輪增壓器兩種，旁通式渦輪增壓器比較常用。
廢氣渦輪增壓器是由廢氣驅(qū)動(dòng)的渦輪和徑流式壓氣機(jī)組成的，它們分別被安裝在軸的兩頭并有各自的鑄造殼體。軸本身被安裝在中間殼中并由中間殼來支撐。中間殼的兩側(cè)分別同壓氣機(jī)殼和渦輪殼相連接，典型的渦輪增壓器轉(zhuǎn)速可以在1×105r/min以上。
渦輪機(jī)：由渦輪、渦輪殼組成。它是驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)葉輪裝置的原動(dòng)機(jī)，廢氣進(jìn)入渦輪，并推動(dòng)渦輪，由渦輪軸輸出帶動(dòng)壓氣機(jī)葉輪高速旋轉(zhuǎn)。
壓氣機(jī)：主要由壓氣機(jī)葉輪、壓氣機(jī)殼等組成。
葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)就開始吸入空氣，隨著葉片轉(zhuǎn)動(dòng)來壓縮空氣，進(jìn)入進(jìn)氣管道。
轉(zhuǎn)子總成：渦輪增壓器的轉(zhuǎn)子總成由渦輪與軸總成、止推軸承、止推環(huán)、密封環(huán)支承、壓氣機(jī)葉輪、鎖緊螺母組成。它是渦輪增壓器中有動(dòng)平衡要求的部件。
軸承機(jī)構(gòu)：渦輪增壓器轉(zhuǎn)子軸上裝有浮動(dòng)軸承，它的內(nèi)孔與軸、外圓與中間體內(nèi)孔具有規(guī)定的間隙，浮動(dòng)軸承承受轉(zhuǎn)子的徑向載荷。中間體上裝有止推軸承，它承載轉(zhuǎn)子的軸向載荷。
密封裝置：在轉(zhuǎn)子軸和密封環(huán)支承的密封環(huán)槽上裝有密封環(huán)，它起油封和氣封的雙重作用。
中間體：中間殼是渦輪增壓器的支承機(jī)構(gòu)，用螺栓分別把擴(kuò)壓器后板和渦輪殼固定在中間體上，轉(zhuǎn)子的徑向載荷和軸向載荷分別經(jīng)浮動(dòng)軸承和止推軸承最終傳遞給中間體。中間體又是渦輪增壓器的潤(rùn)滑冷卻裝置，它的進(jìn)油孔連接發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系主油道。
潤(rùn)滑油除了對(duì)浮動(dòng)軸承、止推軸承進(jìn)行潤(rùn)滑外，也將被廢氣傳遞過來的熱量帶走，保證渦輪增壓器可靠地運(yùn)轉(zhuǎn)。
旁通閥：旁通閥由旁通膜盒、聯(lián)動(dòng)桿、旁通閥閥門等組成。從膜盒到渦輪機(jī)殼體上的旁通閥用連動(dòng)桿連接，螺旋彈簧壓住放氣閥使其關(guān)閉，進(jìn)氣管內(nèi)的增壓壓力作用到放氣膜片上。
旁通閥是通過壓氣機(jī)出氣口的壓力來控制渦輪進(jìn)氣口處氣閥的開啟，當(dāng)進(jìn)氣管內(nèi)的增壓壓力達(dá)到最大安全極限時(shí)，增壓壓力推壓放氣膜片并打開放氣閥，使部分廢氣不經(jīng)過渦輪機(jī)葉輪從旁路泄掉，從而限制了渦輪增壓器軸的轉(zhuǎn)速及增壓壓力。它的目的是為了限制發(fā)動(dòng)機(jī)在大負(fù)荷狀態(tài)下的增壓器轉(zhuǎn)速，同時(shí)它可以降低全負(fù)荷以及最高轉(zhuǎn)速狀態(tài)下的發(fā)動(dòng)機(jī)爆發(fā)壓力。帶旁通閥的增壓器可提高低速性能，閥門關(guān)閉可以提高瞬態(tài)響應(yīng)。
2.增壓器的常見故障、損壞原因及預(yù)防措施
渦輪增壓器是一種在高溫環(huán)境中超高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械，其工作轉(zhuǎn)速可達(dá)30000～120000r/min，如此高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械往往會(huì)因安裝使用不當(dāng)而造成損壞，使用戶蒙受一定的經(jīng)濟(jì)損失。目前所使用的增壓器無論是國(guó)產(chǎn)的，還是進(jìn)口的，使用壽命往往都達(dá)不到預(yù)期的使用年限，其原因90%以上是因安裝使用不當(dāng)。下面簡(jiǎn)述增壓器在使用中常見的一些故障、原因及預(yù)防措施。
2.1渦輪增壓器兩端漏油
增壓器兩端或某一端漏油，是使用中最常見的故障之一。從理論上講，以正常壓力進(jìn)入中間體的機(jī)油，在通過軸承工作面后，油壓已變?yōu)榱悖皇强恐亓ψ匀幌蛳铝骰匕l(fā)動(dòng)機(jī)的油底殼。而且在正常工作狀態(tài)下增壓器兩端葉輪的輪背處都有一定的氣體壓力，因此機(jī)油是不會(huì)從低壓力區(qū)向高壓力區(qū)流動(dòng)的。且密封環(huán)的還起著封氣封油的作用。雖然如此，如果使用不當(dāng)，下列情況仍可造成增壓器的兩端漏油。
2.1.1發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期怠速運(yùn)轉(zhuǎn)
發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，增壓器渦輪及葉輪的輪背處會(huì)產(chǎn)生一定的負(fù)壓，而導(dǎo)致中間體內(nèi)的機(jī)油向外泄漏，因此應(yīng)避免發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間怠速運(yùn)轉(zhuǎn)。
2.1.2回油不暢
在使用中如果機(jī)油的回油管路發(fā)生變形或阻塞，會(huì)使機(jī)油回油不暢，中間體內(nèi)機(jī)油壓力過高，壓縮機(jī)油沿著轉(zhuǎn)子軸向兩端流動(dòng)擠出密封環(huán)造成漏油。因此要經(jīng)常檢查回油管路是否暢通，保證機(jī)油能夠正常地流回油底殼。
2.1.3發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱壓力過高
曲軸箱廢氣壓力超過規(guī)定值，會(huì)使增壓器回油管路內(nèi)壓力升高，回油不暢而造成密封環(huán)漏油。應(yīng)經(jīng)常檢查曲軸箱的通風(fēng)狀態(tài)，以及下排氣管路是否暢通。
2.1.4空氣濾清器阻塞或進(jìn)氣不暢
發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期使用后，空氣濾清器濾芯會(huì)因積塵過多而造成阻塞，或進(jìn)氣膠管過軟吸癟造成進(jìn)氣不暢等，從而導(dǎo)致壓氣機(jī)進(jìn)氣負(fù)壓太高，葉輪的輪背處會(huì)出現(xiàn)因負(fù)壓太高造成的密封環(huán)漏油，因此要定期檢查保養(yǎng)空氣濾清器及進(jìn)氣膠管，使濾芯不阻塞，膠管通暢，保持正常的供氣狀態(tài)。
2.1.5密封環(huán)磨損或失效
長(zhǎng)期不更換機(jī)油，使機(jī)油中的雜質(zhì)太多起研磨料的作用，致使密封環(huán)加劇磨損、變薄，逐步失去封氣、封油作用而導(dǎo)致漏油.
2.2浮動(dòng)軸承的磨損
浮動(dòng)軸承磨損是造成增壓器漏油最常見的故障之一。發(fā)生此類故障后，軸承與軸之間間隙過大，油膜失穩(wěn)，承載能力下降，轉(zhuǎn)子軸系振動(dòng)加劇，破壞了動(dòng)平衡。過大的旋轉(zhuǎn)半徑使兩端密封破壞，嚴(yán)重時(shí)可能使整臺(tái)增壓器損壞。出現(xiàn)這種故障主要有以下原因。
2.2.1未按說明書使用增壓器機(jī)油
發(fā)動(dòng)機(jī)增壓后其熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷大幅度增加，工作溫度非常高，從而使機(jī)油的溫度升高，粘度下降，承載能力下降，而增壓器的轉(zhuǎn)速高出發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速近40倍，增壓器軸承處的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸處的溫度。因此必須按說明書的指示正確使用增壓器機(jī)油。
2.2.2機(jī)油清潔度太差
如前所述，機(jī)油中含有太多的雜質(zhì)會(huì)加速軸承和軸的磨損，在維修中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼中機(jī)油變黑、變稀，甚至成黑泥狀，這樣的機(jī)油如繼續(xù)使用毫無疑問會(huì)使軸承在短時(shí)間內(nèi)因磨損報(bào)廢。
2.2.3缺油干磨
增壓器的機(jī)油來自發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油泵，若機(jī)油閥企業(yè)">泵</a>工作不正常，造成供油不足或油壓過低，以及進(jìn)油管路變形、阻塞，出現(xiàn)裂紋等現(xiàn)象導(dǎo)致機(jī)油供應(yīng)量不足，均能使增壓器軸承和軸因潤(rùn)滑不良而損壞。在維修中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)有的軸承及軸有明顯的干摩擦痕跡，嚴(yán)重時(shí)會(huì)見到燒成藍(lán)色的現(xiàn)象。所以應(yīng)經(jīng)常檢查進(jìn)油管路，出現(xiàn)問題及時(shí)排除。
增壓器機(jī)油進(jìn)口壓力應(yīng)大于0.2MPa才能保證機(jī)油的供油量及軸承等旋轉(zhuǎn)件的正常潤(rùn)滑。此外在檢查增壓器轉(zhuǎn)子時(shí)，若軸向間隙過大，則表明止推軸承磨損過大，若徑向間隙過大，則說明浮動(dòng)軸承磨損過大。
2.3渦輪或壓氣機(jī)葉輪損壞
2.3.1發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管中進(jìn)入金屬物
增壓器在正常高速運(yùn)轉(zhuǎn)中，若發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管排出螺母、螺釘之類的金屬物，必然造成渦輪葉片的損壞，嚴(yán)重時(shí)還能將渦輪殼擊壞，同樣壓氣機(jī)葉輪片碰到這種情況也會(huì)損壞，如果葉輪片損壞了，那么轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡立即被破壞，增壓器轉(zhuǎn)子軸系振動(dòng)加劇，增壓器就不能繼續(xù)使用了。在使用中如聽到異響應(yīng)立即停車檢查，以防止掉下的壓氣機(jī)葉片碎塊進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸中，造成嚴(yán)重事故。</p>
2.3.2未按要求使用空氣濾清器或進(jìn)氣管道密封不嚴(yán)
在沙漠地區(qū)或作業(yè)環(huán)境惡劣的地區(qū)使用增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，細(xì)沙塵經(jīng)空氣濾清器或管路中的縫隙進(jìn)入增壓器，能導(dǎo)致增壓器葉輪進(jìn)氣口處的葉片均勻磨損，使增壓器的增壓效果降低，嚴(yán)重時(shí)能破壞轉(zhuǎn)子的平衡，因此應(yīng)經(jīng)常對(duì)進(jìn)氣管路及空濾器進(jìn)行檢查和保養(yǎng)，及時(shí)更換濾芯，緊固管道接口，以減少此類故障的發(fā)生。
2.3.3未及時(shí)清除油泥
增壓器長(zhǎng)期使用后，空氣中的粉塵會(huì)與油霧結(jié)成油泥，逐漸聚集在增壓器殼進(jìn)口的通道上，使葉輪與殼體無間隙，或葉片與增壓器殼接觸而產(chǎn)生摩擦，引起增壓器轉(zhuǎn)子軸系的振動(dòng)，加劇軸系的磨損，故應(yīng)經(jīng)常檢查及時(shí)清除油泥。
2.3.4排氣溫度過
由于增壓器發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)發(fā)生故障，如供油延遲，供油量過大或排氣門漏氣等現(xiàn)象，都能導(dǎo)致排氣溫度過高，進(jìn)而使渦輪進(jìn)口處的葉片燒損變形。排氣溫度過高還能使渦輪端密封處機(jī)油炭化，以及渦輪端軸承處局部過熱，造成密封和軸承過早失效。
3.增壓器的正確使用
由于增壓器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣一側(cè)，所以增壓器的工作溫度很高，而且增壓器在工作時(shí)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速非常高，可達(dá)到每分鐘十幾萬轉(zhuǎn)，如此高的轉(zhuǎn)速和溫度使得常見的滾針或滾珠軸承無法正常工作，因此渦輪增壓器普遍采用全浮動(dòng)軸承，由機(jī)油來進(jìn)行潤(rùn)滑、冷卻。所以針對(duì)這種結(jié)構(gòu)原理，在使用這種發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)應(yīng)注意一些問題：
1)停機(jī)時(shí)間過長(zhǎng)或在冬季，以及更換增壓器時(shí)，均須預(yù)先潤(rùn)滑增壓器。
2)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后應(yīng)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)3～5min，使?jié)櫥瓦_(dá)到一定的工作溫度和壓力，以免突然增加負(fù)荷時(shí)因軸承無油而加速磨損，甚至卡死。
3)車輛停車時(shí)不要立即熄火，應(yīng)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)3～5min，以使增壓器轉(zhuǎn)子的溫度和轉(zhuǎn)速逐漸下降。立即熄火會(huì)使機(jī)油喪失壓力，轉(zhuǎn)子靠慣性轉(zhuǎn)動(dòng)且得不到潤(rùn)滑而損壞。
4)經(jīng)常檢查機(jī)油油量，避免因缺少機(jī)油而導(dǎo)致軸承失效及轉(zhuǎn)動(dòng)件卡死。
5)定期更換機(jī)油及機(jī)濾，因全浮動(dòng)軸承對(duì)潤(rùn)滑油的要求很高，應(yīng)使用廠家規(guī)定牌號(hào)機(jī)油。
6)定期清洗更換空氣濾芯，空濾過臟會(huì)造成進(jìn)氣阻力增加，使發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降。
7)經(jīng)常檢查進(jìn)氣系統(tǒng)的密閉性，漏氣會(huì)使灰塵吸入增壓器及發(fā)動(dòng)機(jī)，損壞增壓器和發(fā)動(dòng)機(jī)。
8)旁通閥執(zhí)行器總成壓力設(shè)定和校驗(yàn)是在專門設(shè)定/檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)上進(jìn)行的，客戶和其他人員不能隨意變動(dòng)。
9)由于渦輪增壓器轉(zhuǎn)子軸承精密度很高，維修及安裝時(shí)的工作環(huán)境要求很嚴(yán)格，所以增壓器出現(xiàn)故障或損壞時(shí)應(yīng)到指定的維修站進(jìn)行維修。
總之，用戶一定要嚴(yán)格地按照使用說明書的要求進(jìn)行正確操作，盡可能地發(fā)揮潤(rùn)滑油的三大作用(潤(rùn)滑、去污、冷卻)，盡量避免出現(xiàn)人為的、不必要的故障而使增壓器損壞與報(bào)廢，從而保證增壓器應(yīng)有的使用壽命。
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