浅析船用柴油机废气涡轮增压器喘振

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1、船用柴油机废气涡轮增压器喘振故障的分析驻军某部装备部洪哲摘要:本文对废气涡轮增压器喘振原因进行了理论分析，并结合实例给予剖析及对策。关键词:柴油机；废气涡轮增压器；喘振原因；实例分析；对策在柴油机修理中，我们经常遇到柴油机废气涡轮增压器喘振故障，外观表现为柴油机在某个工况的某个状态点，废气涡轮增压器离心式压气机一端发出“呼噜、呼噜”的声音，或在个别机型还出现短促的放炮声,有的瞬间消失，有的反复出现；有的在柴油机非常用工况出现，有的在柴油机常用工况出现。废气涡轮增压器发生喘振时，柴油机即处于一种极端不稳定的工作状态，严重时，可导致

2、增压器轴承损坏甚至烧毁。由于引发增压器喘振故障的原因较多，既有增压器本身的原因，也有柴油机及系统（含船体）的原因，更有人员在不同海况操纵的原因，或者几方面原因交织在一起。所以有必要对柴油机废气涡轮增压器喘振故障的机理分析、原因及处理方法进行探讨，并提出相关对策。一、废气涡轮增压器喘振机理分析增压器产生喘振故障的原因从根本上讲，是由于在压气机出口产生了较高背压，使压气机的实际流量小于该转速下引起喘振的限制流量，造成气流与叶片的强烈撞击与脱离而发生的宏观现象。从对叶轮进口情况的分析来看，当实际流量与设计流量相吻合时，气体的流速方向与

3、叶片曲面相切，气流流动完全与叶片通道形状匹配。但是，当由于某种原因实际流量小于相应的设计流量时，气体的相应流速方向不再与叶片进口几何曲面相切，而是在进口处与凸面分离，构成一个冲角，由于流动气体的惯性，叶轮转动将使分离加剧。在分离区域内，气流产生涡漩，压力下降并波动，还以压力波的形式向后传播。在实际流量大于相应设计流量时，气流也会在叶片进口凹面处产生分离，但是由于流动气体的惯性作用，叶片旋转时迫使气流压向凹面，使分离现象减轻，区域缩小，一般只保持在叶片边缘处，不再扩大。对出口压力和排量无明显影响。在叶片式扩压器中也有同样情况，当实

4、际流量小于相应的设计流量时，也会发生气流分离，部位是在叶片凹面，分离现象较轻时，分离区域内气压与排量虽有波动，但对整个压气机来说气压与排量基本上还是稳定的，但严重时分离现象可以扩展到所有叶片及全部通道。此时出口压力将急剧下降，甚至发生出口气体向进口方向明显倒流。随着分离和倒流的发生，出口压力也随之回升。但诱发因素只要还存在，气体还会再次发生分离，继续出现倒流与降压。就这样，使出口压力明显忽高忽低，如此反复进行，并同时发出“呼噜、呼噜”的声音，对个别机型还发出连续而短促的爆裂声，直至涡轮增压器与柴油机的不当匹配改变为合适匹配为止。

5、6由此可见，涡轮增压器发生喘振归因于涡轮增压器与柴油机工况失配，无论是涡轮增压器本身或柴油机及其系统的故障，还是操纵、船体、海况等等方面的原因，也不管一个方面因素，还是数个方面因素的叠加，凡能导致使涡轮增压器与柴油机工况失配的，都会导致涡轮增压器瞬时或在一段时间内发生喘振。二、废气涡轮增压器喘振故障的原因1、柴油机原因当柴油机喷油系统有故障时，如气缸燃烧不良、活塞环粘着、气伐烧损等，都可能使热负荷加大，排温升高。如果供油量不变，则柴油机转速下降，而排温高意味着废气能量增加，使增压器转速升高，供气量增多。这破坏了增压器和柴油机的正

6、常匹配关系，导致压气机在高背压、小流量的状态下工作，严重时就会发生喘振。一台脉冲增压柴油机采用多台增压器工作时，各增压器并联地向一根进气总管供气。当出现气阀规时、间隙调整不好、油头卡死等故障时，各缸负荷会出现严重不均，涡轮功率不足的增压器转速下降，供气能力也下降。而其它增压器工作正常，压气机的出口背压仍与正常运转时相同。这对于燃烧较差的气缸所联增压器而言，背压就显得过高，其压气机的排量减少，就会引发喘振。对一台增压器而言，在脉冲增压时，柴油机各缸的工作不平衡，也会造成压气机喘振，2、气流通道原因柴油机运行时，增压系统的气体流动路

7、线是：压气机进口虑清器和消音器→压气机叶轮→压气机扩压器→空气冷却器→扫气箱→柴油机进气口→排气伐→排气管→废气涡轮喷嘴环→废气涡轮叶轮→废气锅炉→烟道→大气，其中，各组成部分的流通面积都是固定的，只有各气缸的进排气口是按照一定的发火顺序轮流开关，频度、时间与柴油机转速有关。但无论什么时刻，至少总有几个汽缸的进排气口是相通的。上述流通路线中的任一环节发生阻塞，如脏污、、结炭、变形等，都会因流阻增大而使压气机流量减少，背压升高，引起喘振。其中容易脏堵的部件是压气机进口虑清器、压气机叶轮和扩压器、空气冷却器、汽缸进气口与排气口、废气

8、涡轮喷嘴环和叶轮。此外，涡轮喷嘴环还容易发生热变形。管理中应检查上述部件的污损，并加以清洁。这样，就可以防止和排除因流道堵塞而引起的喘振。3、多台压气机并联工作耦发喘振两台或多台压气机并联工作发生喘振时，往往是一台压气机由于某种原因先发生喘振，其它压气机相继发生