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故障與技術檢查 |
康明斯柴油發電機增壓器過熱原因分析 |
摘要：增壓器的好壞直接影響到柴油發電機的動力性和經濟性，是柴油發電機十分重要的部件。根據使用單位反映， 康明斯柴油發電機的增壓器在使用過程中，常出現過熱， 甚至燒紅的嚴重故障。由于此故障形成的機理比較復雜，常常是二次故障或多重故障導致的后果，且各因素相互交叉影響，給故障的分析、排除帶來較大的困難。增壓器過熱的故障就其本質上來說，主要是由廢氣能量與冷卻強度不平衡引起。因此，分析和查找故障原因時可從這兩方面入手，通過對故障特征的分析和關鍵點檢查，可以從繁雜的影響因素中擺脫出來，迅速有效地找到故障部位。
一、增壓器發紅現象
所謂增壓器發紅，一般指可見度良好的情況下，能見到增壓器裸露處呈暗紅色，或者可見度較差的情況下能看到增壓器裸露處呈發亮的紅色。某型柴油機運用過程中出現增壓器發紅問題，本文通過系統排查分析故障、明確原因并制定預防措施。
舉例，某型康明斯柴油機運用過程中出現增壓器發紅問題，此型柴油機運行時，沒有儀器來顯示氣缸的排氣溫度，經在排氣總管外接熱電偶的情況下，檢測到排氣總管溫度為609℃，超過了技術標準要求的小于600℃。排氣溫度太高，會使零部件的熱負荷增大，將影響燃燒室零部件和增壓器的使用壽命和可靠性。因此當發現有增壓器發紅現象時，應認真查找原因和處理。
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增壓器過熱導致發紅現象 |
柴油機增壓器工作狀態 |
二、增壓器過熱的主要原因
康明斯柴油發電機增壓器為定壓式廢氣渦輪增壓器，其冷卻介質為從柴油發電機機油冷卻器出來的機油。增壓器過熱，輕者使增壓器零部件溫度過高，降低工作壽命，影響進氣系統正常工作，降低柴油發電機功率、增大燃油消耗；重者嚴重降低增壓器工作壽命，甚至發生機毀人亡的嚴重事故。這種故障的根本原因是吸收的廢氣能量和冷卻強度不平衡，增壓器獲得(產生)的能量過大，超過冷卻強度，使零部件的溫度過高而形成過熱。其主要是由廢氣能量過高、冷卻質量較差和操作管理不當三方面的原因所致。
1、廢氣能量過高
廢氣能量過高是引起增壓器過熱的主要原因。康明斯柴油發電機工作過程中，當廢氣渦輪內的廢氣能量過高，超過了冷卻強度時，必將導致增壓器過熱，甚至燒紅。引起廢氣能量過高的主要因素有：燃油泄漏至氣缸內、增壓器冷卻機油泄漏至渦輪機內參與燃燒、氣缸密封性下降、噴油定時過晚以及充入缸內的新氣量不足等。
當構成燃油噴射系統的相關零、部件，在工作中因磨損、腐蝕、變形、裂紋等損傷，燃油泄漏至缸內，導致參與燃燒的燃油過多，且霧化質量較差，使部分燃油進入排煙總管或渦輪機內燃燒，使廢氣能量過大。如，/)噴油器柱塞與柱塞套密封面磨損，燃油泄漏至量杯的油量過多；噴油器量杯裂紋或嚴重變形；噴油器外側與氣缸蓋安裝孔的密封圈失效，燃油從噴油器銅套泄漏至缸內；氣缸蓋有裂紋，燃油直接從進、回油道泄漏至氣缸內等等。
故障的特征是冷卻水、機油溫度偏高，排氣冒黑煙，嚴重時排煙管內有明顯柴油痕跡。
（2）大量機油參與燃燒
機油參與燃燒，通常有兩個方面：一是增壓器轉子軸封裝置因磨損、劃傷、裝配不當等原因失效，機油泄漏至渦輪機參與燃燒；二是氣缸內機油過多，這可能是活塞油環折斷，由氣缸套下的冷卻噴嘴噴出的機油大量進入氣缸內造成；也可能是氣缸蓋裂紋，壓力油從潤滑油道泄漏至氣缸內。嚴重時，會急劇增加渦輪機的溫度而形成過熱，甚至燒紅。
故障特征是增壓器外殼、機油溫度超過正常溫度、排氣為藍煙，嚴重時排煙管內有明顯的機油痕跡。
（3）氣缸密封性下降
氣缸密封性能下降，主要有：活塞環折斷或磨損嚴重，缸套內表面磨損、拉傷等。故障出現時常伴有活塞敲擊聲；氣缸套與氣缸蓋密封墊失效。可從氣缸蓋與機體的結合部位觀察到泄漏情況；氣門關閉不嚴。此故障造成氣缸壓縮終點可燃混合氣的壓縮壓力不足，溫度較低，影響混合可燃混合氣的物理和化學準備過程，使燃燒不良，后燃嚴重，廢氣能量增加。
故障的特征是柴油發電機功率下降，排氣冒黑煙，曲軸箱有黑煙冒出并伴有嗆人的刺激性味道。有時缸內有較沉悶的敲擊聲。
（4）噴油定時過晚
噴油器噴油定時過晚，將引起燃燒進程的推遲，缸內爆炸壓力下降，指示熱效率降低，廢氣能量增大。故障常由噴油器驅動機構的零部件磨損，以及噴油定時調整不當造成。康明斯燃油泵有多種供油代碼，調整時若代碼弄錯，必然調整不準確。
故障的特征是功率下降，排煙較黑，甚至有火星冒出。
（5）進氣不足
進入氣缸內的新氣量不足，將致使燃油燃燒不完善，其常見的故障為空氣濾清器堵塞、氣門間隙過大或氣門開啟不正確。
其特征是柴油發電機工作無力，冒黑煙。
2、冷卻質量較差
冷卻質量較差也是引起增壓器過熱的主要原因。康明斯型柴油發電機增壓器的冷卻介質為機油，機油的熱量通過熱交換器傳給淡水，再由海水(或空氣)冷卻淡水。因此，進入增壓器的機油流量的大小和溫度的高低是評價增壓器冷卻質量的主要指標。造成機油冷卻不良的主要因素有：機油壓力偏低、冷卻水溫度過高等。
（1）機油壓力偏低
工作時增壓器轉子的轉速較高，且位置較高，機油壓力不足，極易使高速轉動的軸承過熱，加速軸承的磨損，并引起軸封裝置失效、轉子振動加劇等二次故障，危害極大。
常見的原因有：
? 機油泵供油壓力不足。
如齒輪及泵殼內表面磨損；調壓閥密封不嚴或調壓彈簧剛度降低等。一般此故障可從機油壓力表讀數觀察出來；
? 管路堵塞或泄漏。
柴油發電機潤滑系統出現堵塞或泄漏，特別是機油冷卻器通向增壓器的出口處堵塞，進出增壓器的機油流量不足，增壓器溫度升高形成過熱。嚴重時增壓器溫度升高較快，軸承急劇磨損，振動加劇，甚至危及安全。此外，增壓器密封圈失效也是冷卻質量較差的原因。
（2）冷卻水溫度過高
冷卻水溫度過高常常是由于冷卻水泵損傷、節溫器開度不足、管路泄漏或堵塞所造成。
3、操作管理不當
操作管理不當是引起增壓器過熱的不容忽視的重要原因。常見的有：
（1）長時間超負荷下工作
柴油發電機長時間超負荷工作，會引起供油過大，燃燒不完善，后燃嚴重，排氣溫度過高，油水溫度相應升高，形成增壓器等部件過熱。其特征是柴油發電機聲響較沉悶、油水溫度高、排氣冒黑煙。
（2）機油壓力過低未能及時調整或修理
康明斯柴油發電機增壓器位置較高，機油壓力過低，一方面造成增壓器摩擦副表面潤滑不足，磨損加快、軸承間隙增大，潤滑更加不良；另一方面增壓器冷卻不足，加快油溫升高速度，同時也會使機油粘度降低，進一步惡化軸承的潤滑。因此，在管理柴油發電機過程中，應及時調整機油壓力，必要時應進行修理。
此外，機油變質未能及時更換、機油牌號不對、冷卻水溫度、調整不當等也是造成增壓器過熱的原因。需要指出的是，增壓器過熱的故障原因，可能是單一故障引起，也可能是由多重故障綜合影響的結果，不能簡單化。同樣，上述的故障原因分析也僅是常見的，并不是全部。
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圖3 柴油機增壓器原理示意圖 |
圖4 增壓器檢查方法 |
三、查找增壓器過熱原因的方法
從上述分析可知，影響增壓器過熱的因素較多，常常是多重故障引起。要迅速、準確地判斷故障的產生原因和所在部位，并迅速采取有效的處理，需建立在對柴油發電機的結構、連接關系和工作原理比較清楚的基礎上，并具備一定管理柴油發電機的工作經驗。根據上述分析，查找柴油發電機故障，可首先從收集表征柴油發電機工作狀態的工作參數(如，柴油發電機的轉速、燃油消耗量、油水溫度和壓力、排煙溫度等)，以及振動、聲響、排煙顏色、氣味等開始，對故障征兆進行綜合分析、判斷，按照可能的原因、故障的部位，由簡單到復雜，由外到里的順序進行逐步分析排查，最終將故障隔離到零部件。
如柴油發電機正常運行，主機油水溫度逐步上升，機油壓力下降。機電人員未引起注意。不久在艙外發現柴油發電機冒黑煙且逐漸加深，此時發現增壓器已經燒紅。停車檢查時，初疑為增壓器機油壓力過低，冷卻不足造成故障，隨之調高潤滑系統壓力。重新開機工作，故障再次出現，增壓器嚴重損壞。
從上述機電人員的檢查、調整可看出，對康明斯柴油發電機結構及工作原理不十分清楚，檢查不仔細，調整也較為盲目。如前所述，增壓器燒紅屬廢氣能量特別高的情況，其常見的原因是燃油過多和大量機油進入渦輪機參與燃燒。正確的方法是首先將增壓器總成拆下，觀察排煙總管和增壓器進出口位置。
第一種情形：有較多的機油。若僅在增壓器出口有機油，則說明機油來自增壓器；若在增壓進口和排煙總管出口都有較多的機油，則說明機油來自氣缸。前者可檢查增壓器的軸封狀況以及相關部件是否有裂紋等，確定故障部位及零件；后者尚需進一步拆卸排煙總管，判明具體氣缸并拆卸氣缸蓋，確認機油是從氣缸套上竄，還是由于氣缸蓋裂紋進入燃燒室。機油從氣缸套上竄，通常是由于活塞環折斷、缸套嚴重拉傷，常在氣缸蓋上呼吸器進出口處冒出嗆人黑煙。
第二種情形：有較多的柴油。若有柴油痕跡，此時檢查的重點應是噴油器及與之相關零部件。拆卸排煙總管，確定具體氣缸并卸下這缸的噴油器，檢查有無裂紋、變形，密封圈是否失效等；若無問題，則進一步拆卸氣缸蓋，檢查噴油器孔有無裂紋、缺損、劃傷等。根據事后的檢查，該船柴油發電機是由安裝噴油器的量杯嚴重變形，燃油從量杯與噴油器接合處大量滲入氣缸所致。
1、診斷要點
因此，查找增壓器過熱的原因，應注意以下幾個關鍵點：
（1）增壓器排氣出口此處可初步判斷出過高廢氣能量的來源及性質；
（2）增壓器入口處，亦即柴油發電機排煙總管出口處此處可明確廢氣能量的來源，為下步檢查指出方向；
（3）排煙總管此處可確定故障的具體氣缸；
（4）增壓器渦輪機軸封處可確定機油是否由此處泄漏參與燃燒；
（5）噴油器及安裝部位可大致判斷出參與燃燒的油料種類。
2、使用管理中應注意的問題
為防止增壓器出現嚴重故障，使用管理過程中應注意以下問題：
（1）嚴格遵守操作規程，及時檢查柴油發電機工作狀態(如，運行參數、振動聲響、排氣顏色、油水泄漏情況等)，以便準確判斷柴油發電機的工作狀態，并查找故障提供線索；
（2）按照維修保養計劃，及時做好維護保養工作；
（3）掌握各種故障的特征及危害，以及相應的處置方法，避免發生嚴重的事故；
（4）發現問題及時處理，在未確定解決之前不可盲目啟動柴油發電機，以避免發生進一步的損壞。
總結：
以上就是解決增壓器燒紅問題方法。但是需要注意的是，在嘗試解決增壓器燒紅問題時，應該由專業人員進行檢修和維修。如果不是專業人員，最好不要自行動手，以免造成不必要的安全隱患。此外，在平時的生產過程中，應該加強設備的日常維護和保養。定期檢查增壓器的各項參數和工作狀態，及時清洗和更換散熱器的濾網等，可以有效減少增壓器燒紅的發生。 總之，要解決增壓器燒紅問題，需要綜合考慮多方面的因素，并且需要進行有序的排查和處理。只有做好設備的維護和保養工作，才能保證設備的安全運行，提高生產效率和質量。
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