大型柴油机两侧增压器转速差增大故障原因及排查方法

某大型船舶柴油机有16个缸，呈V字排布，执行12000小时大修保养程序，在一次大修后正常运行3000小时后，A侧增压器与B侧增压器转速差逐渐变高，且已经超过200rpm的报警值，最高能到达434rpm。在整个变化过程中，设备管理人员做了更换进气滤网和清洗空滤器等工作，但只能起到缓解的作用，不能在根本上解决问题，最终该柴油机在转速差达到600rpm后，设备操作人员手动保护停机，进行检查。一、船用柴油机涡轮增压器原理及其作用图1某涡轮增压器构造图大型船用柴油机功率和扭矩较大，目前多采用废气涡轮增压进气方式，即利用内燃机运转产生的废气驱动空气压缩，达到增加进气量和提高工作效率的作用。内燃机是靠燃料在气缸内燃烧做功进而输出功率，输入的燃料量受吸入气缸内空气的限制，所以造成输出功率也会受到限制，如果一台内燃机的运行性能已处于最佳状态，要想再提高输出功率，只能通过压缩更多的空气来增加燃料量，提高燃烧做功能力。在目前的技术下，涡轮增压器是唯一能使发动机在工作效率不变的情况下增加输出功率的机械装置。涡轮增压技术就是采用柴油机增压器将气体在进入气缸前预先进行压缩，提高进入气缸的气体密度，减小气体的体积，使得在单位体积气体的质量大大增加，这样就可以在有限的汽缸容积内喷入更多的燃油进行燃烧，从而达到提高发动机功率的目的。对于V型柴油机而言，两个增压器分别位于柴油机两侧，新鲜空气分别经过滤网、消音器后达到增压器压气端，增压后经过双扩压管至空冷器被冷却，然后进入气缸燃烧；气缸产生的废气通过排烟总管合为一路，且在增压器处经Y型管线分支，进入增压器废气端，驱动增压器转子转动。二、两侧增压器转速差增高的原因及排查方法一般情况下，大型V型船用柴油机缸头采用两列排布，增压器也分为A/B两侧，进气压缩相互独立。增压器的转速和压缩空气压力随着柴油机的功率增大而增大，转速在几千到几万rpm之间。但是，不论功率多高，转速多大，A/B两侧的转速差始终维持在一定范围，一般小于500rpm。如果出现较大的转速差，说明至少有一侧转速出现了偏差，甚至是压缩系统出现了问题，就要停机进行检查。大多数柴油机的安全保护系统也会将增压器转速差作为重要的判定指标，因此，在柴油机运转时，如果A/B两侧增压器转速差有上升的趋势，需要引起设备管理人员足够的重视。以下对前言中所述的故障现象的可能原因和排查方法，从易到难、从外到内进行列举。1、转速监测系统故障增压器转速传感器、电缆等部件出现问题，会直接影响转速读数。转速探头安装在涡轮附近，拆装较为麻烦。但通常可以通过显示的数据或报警值，检查电缆、卡件和接线盒来判断是否是探头出现问题，如果探头出现问题，就需要对增压器外围部件进行拆除，再更换转速探头。2、进气量的影响如果两侧的进气量相差较大，也会引起增压器转速的差别。进气滤器脏堵、机房内供风机布局造成某些增压器进气处风量各异、环境温度等都会导致两侧增压器实际进风量不一样，进而体现在增压器转速上。一般情况下，在发现增压器转速差有上升的趋势时，可以尝试更换增压器进气滤网、调整风机保障两侧进气量一致等措施，症状会立马缓解。如果改善效果不明显，则可以排除此原因。3、A/B侧速开速闭阀的影响柴油机为了提高应急关断的有效性，在发生飞车等严重故障时，除了会切断燃油供给，还会关闭气缸进气通道，保证关停设备。柴油机进气系统设有速闭阀和速开阀，速闭阀阻止空气进入气缸，速开阀则将滞留在增压器中的压缩空气排放，进而保护设备。当柴油机在正常运行时，如果速闭阀动作不到位，进气堵塞，背压升高，影响增压器转速，甚至会发生喘振现象。如果速开阀关闭不严存在内漏时，则该侧气缸进气减少，压力较低，影响增压器转速，严重时使得排烟温度在燃料后燃时而升高。一般情况下，可以通过观察现象来判断速开速闭阀是否存在问题，也可以对阀门进行拆检判断。4、空冷器影响空气冷却器用于冷却压缩后的空气，提高燃烧效率。如果空冷器脏堵，进气温度会升高，如果内部破损或者进气通道不畅通，会造成增压器背压升高，影响转速，甚至会出现喘振。对空冷器检查时，可以通过观察冷却后空气温度，进排气压差进行判断。如果有异常，需要进行在线清洗或者更换，但有一定的工作量。5、燃油系统问题柴油机燃气系统故障点非常多，比如出油阀、喷油器等燃油部件故障、燃料含水含杂质超标等，会对燃烧质量、排烟温度、柴油机效率产生一定影响，但一般都在单缸上体现或随机出现。引起增压器转速差偏大的与燃油系统有关的问题是整列气缸的状态差别，比如调速器执行机构故障导致的A/B两列燃油供给量不一样、A/B两列进气量相差较大等，在实际排查时，可以通过比较平均排烟温度，油门拉杆上的燃油刻度，测量气缸爆压值进行分析和判断。6、增压器故障当增压器出现轴承损坏、密封失效、动平衡失效、轴磨损和喷嘴环破裂等故障时，转速会立即发生变化，严重时会产生异响或剧烈振动。引起增压器故障的原因很多，主要有以下四点，第一，润滑不良。首先是润滑油不符合要求，包括滑油质量不合格，杂质进入污染滑油，导致增压器转轴、轴承、轴承座的磨损，破坏转子的动平衡，进而使增压器损坏。其次是润滑量不足，包括滑油泵故障、设备检修后未做预润滑、加减负荷过快等引起的润滑不足，都会导致对增压器的冷却功能减弱，造成部件过热、烧坏转轴、轴承等严重故障；第二，部件损坏或老化，部件质量缺陷、日常维护保养不当、出现故障现象后未及时处理、到使用周期后未及时更换，造成增压器部件在使用过程中发生损坏，进而导致增压器出现更大的机损事故。第三，异物进入，压气端有异物进入时，会损坏压气端转子，破坏动平衡，损坏增压器。引起它的主要原因有进气不良，滤器失效，保养过程中有异物进入未及时发现等。当废气端有异物进入时，会破坏喷嘴环、废气端转子和轴承等，破坏转子动平衡，进而损坏增压器，引起它的原因有柴油机气缸内部件损坏后脱落，随排气吹出进入蜗壳；在保压时，将螺丝或小型工具落入排气管段，柴油机运行后吹入蜗壳。在排查增压器出现的本身故障时，首先需要结合外观、故障现象、滑油消耗量、润滑后油质、柴油机运行参数进行初步分析，再对增压器进行解体，对所有零部件进行检查。在拆检该V型柴油机增压器发现，两侧废气喷嘴环均被异物损坏。在对整个排气通道、各缸排气阀腔室等进行内窥排查，最终找出了某缸排气阀扫气叶轮脱落随排烟道进入蜗壳，损坏增压器的直接原因。三、涡轮增压器日常维护保养（1）做好柴油机及增压器的运行管理，对柴油机尤其是增压器的参数、外观、运行情况实时监测，重点注意增压器的油液润滑和冷却系统，定期更换润滑油，检查冷却水温度和增压器转速。一旦发现异常，加密关注变化趋势，必要时停机检查。（2）根据设备说明书的相关要求，定期对燃油系统进行保养，在零部件方面，拆检主机排气阀，校验喷油器，检修出油阀和高压油泵，保证主机雾化燃烧良好,使得各部件工作正常。在燃油油质方面，保证燃油品质负荷设备要求，包括还杂质、含水、含硫等；在燃油管线方面，定期对燃油滤器进行清洗，避免滤器脏堵和破损，杂质或者金属碎屑进入燃油系统部件产生故障。在设备操作方面，启机、加速、减速不可过快过猛,避免造成所需负荷和油门拉杆短时不匹配的情况。（3）定期对增压器进气系统、废气系统、空冷器进行保养，包括进气滤器更换，压气机端、废气涡轮端冲洗，避免增压器转子因为压气端的杂质或者废气端的积炭造成动平衡失效。另外，定期空冷器进行在线清洗，保证冷却效果，并在大修或者出现故障时进行拆卸，检查盘管有无破损等情况。（4）当增压器出现故障时，尤其是出现喘振现象时，要及时减速甚至停车，然后结合故障原因，进行针对性检查，在找到根本原因并消除可能的因素后，再次启动，确认没有问题后带载运行。四、结论涡轮增压器是V型船用柴油机的重要部件，对其性能有着很大的积极作用。但对设备管理来说，涡轮增压器在实际使用过程中，又增加了监测和维护的工作量，可谓一把双刃剑。一般情况下，V型船用柴油机两侧增压器转速差对增压器和柴油机是非常重要的参数，甚至影响着设备本质安全。引起转速差变化的原因很多，在实际排查时，为了兼顾生产和设备安全，需要结合故障现象，从外围到内部，从简单到复杂进行排查。对转速监测、运行环境、设备外观出现的问题，可以进行简