某船主机增压器喘振故障分析

          　　[摘 要]某船主柴油机低高速转换时，增压器易产生喘振，本文对此现象进行了分析，找出了喘振产生的原因，并进而提出了具体的解决办法。 　　[关键词]柴油机增压；压气机；喘振
　　中图分类号：U664 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2014）31-0234-01
　　[Abstract] Low speed conversion of a certain ship diesel engine， supercharger are prone to surge， this paper analyzed this phenomenon and find out the causes of the surge， and further puts forward the concrete solution.
　　[Key words] Diesel engine booster； Compressor； surge
　　1.引言
　　某船在航行途中多次发生主机增压器喘振现象，对主机的安全造成了很大的压力，最终由于采取了各方面的措施，消除了喘振。但并没有彻底解决，而且也没有找到完全有效的办法，这始终是一个隐患。但是在反复地解决喘振的过程中，也找到了喘振的原因，以及暂时而具体的解决办法。
　　2.我船主机增压系统
　　我船主机采用废气涡轮定压增压和气缸下部扫气空气泵增压串并联自动转换增压的复合增压方式。其系统组成如下：
　　（1）废气涡轮定压增压��柴油机各个气缸的排气流入一个大容积的排气总管，然后由此流入废气涡轮增压器；而新鲜空气通过滤器吸入增压器并被增压，然后经过空气冷却器后进入扫气箱。
　　（2）气缸下部扫气空气泵增压��气缸下部扫气空气泵通过滤器吸入空气并将其压缩，然后输出增压空气，到达油水分离器和空气冷却器。
　　（3）增压空气串并联自动转换装置（以下简称转换装置）��当发动机的负荷小于1/4额定负荷时，转换装置关闭，冷却后的气缸下部扫气空气泵增压空气进入涡轮增压器，再次增压，然后经冷却进入扫气箱，此为串联增压；当发动机的负荷大于1/4额定负荷时，转换装置开启，冷却后的气缸下部扫气空气泵增压空气直接进入扫气箱，此为并联增压。
　　压气机喘振是其固有特性。压气机喘振不仅会引起柴油机运转不稳，而且会引起工作叶轮强烈振动，并会因此断裂，还会严重增压器转子的使用寿命，造成严重事故。
　　3.本柴油机喘振的产生
　　当柴油机由低速进到高速时，具体来说，就是由进三（100r/m）到进四（130r/m）的过程中，增压器的转速由小于5000r/m升高到6000r/m。此时，转换装置应自动动作，由串联转到并联，但有时发生增压器喘振现象。其表现是，压气机工作变得极不稳定，转速上下震荡，并发出喘叫声。
　　在不同转速下压气机的排出压力和效率随空气流量的变化规律，称为离心式压气机的工作特性曲线，如图1所示，其中粗虚线是串并联匹配线。其意义是，串联时增压空气量越多越易喘振，并联时增压空气量越少越易喘振；同时，压比越大越容易喘振。当转换装置进行转换时，在此转换点处，其增压曲线最接近喘振线，最易产生喘振。
　　首先，当由串联转到并联，这时废气涡轮转速较低，排量较小，但压气机的出口背压较高，所以压气机流量很低，此相当于并联匹配线向左延伸，越过喘振线，导致喘振。当由并联转到串联时，压比骤然上升，而增压空气量的降低不足以抵消其影响时，此相当于串联匹配线向右延伸，越过喘振线，导致喘振。但又从图1中，比较并联匹配线向左延伸和串联匹配线向右延伸这两种情况，可以看出，前者更易发生喘振，而后者或许根本就不会发生喘振。
　　这就是喘振都是发生在此处，而且是在主机由低速到高速，即增压系统由串联到并联转换时的原因。
　　4.我船主机增压器产生喘振的因素
　　4.1 主机及增压器的老化
　　新造的增压柴油机，柴油机与增压器匹配良好，使用初期不会产生喘振问题。但随着运转时间的增长，增压系统各部件逐渐污阻、变形损坏或出现故障，以及柴油机本身的故障，致使两者的性能逐渐恶化，压气机特性曲线改变，喘振线下移，导致两者之间匹配不良，使增压器易工作在喘振区，引起喘振。而我船的主机已使用27年之久，其老化程度可想而知，无怪产生喘振。这是产生喘振的基本因素。
　　4.2 增压系统气流通道阻塞
　　增压系统气流通道内由于脏污、结炭、变形等都会使流通面积减小，流阻增大，从而使压气机流量减小，背压升高，引起喘振。这是产生喘振的一般主要原因，例如空冷器内有污阻和水垢或凝水过多，则易发生喘振。
　　4.3 增压器和柴油机运行失配
　　除去设备老化情况之后，运行失配而产生的喘振是意外情况或操作不当等等非必然状况，只要注意操作，及时排除故障，就可以消除喘振。其具体原因是多方面的，主要有以下几点：
　　（1）柴油机喷油系统故障导致后燃加剧排温升高的影响。特别是我船常见的油头启喷压力低，二次喷射，或喷油嘴断裂脱落，喷油雾化质量太差，均易导致严重后燃，排温升高；而活塞环断裂或粘着，导致气缸漏气，过量空气系数降低，排温升高。从而使增压器转速升高，压气机流量增大，压比升高，配合运行点越过喘振线，产生喘振。这种情况是最多的，特别是此时柴油机由低速进到高速。
　　（2）柴油机运行工况（负荷、转速）变化（特别是转速突变）的影响。当柴油机低速运转时，突然提速或负荷提升，都将使增压器获得能量，流量增大，压比升高；而柴油机转速升高缓慢，空气用量少，导致增压器气流通道阻塞，背压升高，从而运行配合点越过喘振线，产生喘振。我船在这种情况下发生喘振也十分常见。
　　（3）柴油机长期低速运转的影响。柴油机低速运转时，其运行效率不高，燃烧效果也不好，长期下来，易导致增压系统内积碳，堵塞气流通道，从而易引起喘振。
　　以上所有这些因素，并不是单独起作用，而是综合起来发挥影响，最终造成增压器喘振。但其直接的关键因素却是燃油系统故障、工况的变化和燃油牌号的不同，而通常的因素――增压系统气流阻塞却无明显影响，这是值得注意的一点。
　　5.增压器喘振的解决办法
　　这种综合因素引起的喘振，只解决其中的某一个因素是不足以彻底消除的，或根本无法消除。只有每一个环节都保持良好，特别是直接造成喘振的关键因素要保持良好，这样才能解决喘振问题。而这需要平时认真地维护管理，以及故障发生时采取正确措施。
　　（1）避免长期低速运转。若必须长时间低速航行，则可以高低速交替运行，地速可以更低，但每间隔一段时间，要有一定时间的高速运行，以达到总体效果。
　　（2）缓慢提速，避免发生暂时的失配。
　　（3）若加速时有喘振迹象时，扫气箱放气，等增压器转速上去之后，再缓慢关闭放气阀。
　　（4）密切注意排烟温度，若发现某缸排烟温度过高，立即降速乃至停机，对油头进行检视。
　　（5）扫气箱、空冷器要经常放残，凝水不宜积存过多。
　　（6）在纬度变化较大时，其海域温度变化亦较大，注意调节增压系统的冷却水量以保持温度。
　　（7）在平时的维护保养中，注意增压系统的清洁以及转换装置正常工作。
　　6.总结
　　在采取了上述措施后，很少发生喘振问题，或即使出现了喘振，仍能在相当的时间内予以解决，取得了令人满意的效果。
　　参考文献
　　[1]杜荣铭，等.船舶柴油机[M] .大连：大连海事大学出版社，1999.
　　[2]钱耀南，等.船舶柴油机[M] .大连：大连海事大学出版社，1999.
　　作者简介：殷胜（1979―― ），男，湖北枣阳人，工程师，硕士，主要从事船舶设备维修研究和管理工作。