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增壓器葉輪打壞是什么原因造成的

發(fā)布時(shí)間:2023-11-08 點(diǎn)擊:619
故障檢修與技術(shù)維護(hù)
增壓器葉輪打壞的原因分析及預(yù)防措施
對(duì)于采用自吸式空氣供給系統(tǒng)的柴油機(jī)來(lái)說(shuō),漏油,漏水能看得見(jiàn),且都能在較短的時(shí)間內(nèi)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)不能正常工作。漏氣則看不見(jiàn),而且在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)都能正常工作。因此,往往容易被使用者所忽視。本文通過(guò)對(duì)在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)柴油機(jī)性能的過(guò)程中,出現(xiàn)的可變截面渦輪增壓器損壞時(shí)的現(xiàn)象,以及不同原因引起的結(jié)果進(jìn)行了分析。康明斯公司在本文中專門提了幾點(diǎn)看法,僅供參考。
一、可變截面渦輪增壓器的工作特點(diǎn)
對(duì)于普通渦輪增壓器,人們已經(jīng)很熟悉了,但對(duì)可變截面渦輪增壓器卻知之甚少。它與普通渦輪增壓器不同的是:在普通渦輪增壓器的基礎(chǔ)上,增加了廢氣進(jìn)入渦輪的導(dǎo)向葉片及調(diào)整機(jī)構(gòu),通過(guò)ecu電子控制單元控制導(dǎo)向葉片的角度,以控制廢氣進(jìn)入渦輪入口的多少。在發(fā)動(dòng)機(jī)低速時(shí),則減小導(dǎo)向葉片的角度,使廢氣進(jìn)入渦輪的入口變小,廢氣進(jìn)入渦輪的速度和壓力就增加,渦輪就能產(chǎn)生足夠的動(dòng)力來(lái)帶動(dòng)同軸的壓氣機(jī)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)。以保證進(jìn)入氣缸足量空氣,完成柴油的完全燃燒。柴油機(jī)轉(zhuǎn)速升高,產(chǎn)生的廢氣增多時(shí)。讓導(dǎo)向葉片張開(kāi),加大與空氣的接觸面,大幅度增高增壓值,以保證氣缸對(duì)空氣的需求。這樣就避免了普通渦輪增壓器在發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速時(shí)引起的渦輪遲滯,以致不如自吸式空氣供給系統(tǒng)吸入氣缸的空氣量。
所有康明斯isl系列柴油發(fā)電機(jī)都使用可變截面式渦輪增壓器,通過(guò)在加速或瞬變狀態(tài)提供更快的增壓以提高柴油發(fā)電機(jī)性能。增壓器采用了氣動(dòng)執(zhí)行器,根據(jù)性能的需要改變渦輪出口面積,以得到不同的增壓水平。關(guān)閉可變截面噴嘴(減少渦輪出口面積),渦輪轉(zhuǎn)速將增加,增壓壓力則增加更快;打開(kāi)可變截面噴嘴(增加渦輪出口面積)、渦輪轉(zhuǎn)速將降低,則產(chǎn)生很小的增壓壓力。
可變截面式渦輪增壓器具有標(biāo)準(zhǔn)渦輪增壓器的功能,它還補(bǔ)充了下列部件:
①軸承座中的渦輪轉(zhuǎn)速傳感器,用來(lái)監(jiān)測(cè)渦輪增壓器的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。
②滑動(dòng)噴嘴,由連接至發(fā)電機(jī)組空氣供應(yīng)系統(tǒng)的氣動(dòng)執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)。
③氣動(dòng)執(zhí)行器,由空氣控制閥控制,接收氣罐的空氣。
④當(dāng)可變截面式渦輪增壓器機(jī)構(gòu)開(kāi)啟,可聽(tīng)到空氣從氣動(dòng)執(zhí)行器釋放到空氣控制閥的聲音。
⑤除機(jī)油潤(rùn)滑外,還配備了水冷式軸承座。
正常情況下,渦輪增壓器會(huì)發(fā)出“嗚、嗚”聲,其強(qiáng)度隨柴油發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)載而變化。聲音是由極高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子總成,以及在生產(chǎn)中采用的轉(zhuǎn)子總成平衡方法綜合引起的,因此,全速時(shí)聲音更大。氣動(dòng)執(zhí)行器在鑰匙開(kāi)關(guān)接通位置時(shí)也會(huì)發(fā)出輕微的漏氣聲。
康明斯發(fā)電機(jī)組增壓器位置圖
冷卻液在增壓器中的工作過(guò)程
二、試驗(yàn)原因分析
1、問(wèn)題的出現(xiàn)
康明斯公司在實(shí)驗(yàn)室對(duì)兩臺(tái)1.5l排量的柴油機(jī)進(jìn)行性能試驗(yàn)時(shí),結(jié)果兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)都先后出現(xiàn)了同樣的現(xiàn)象,就是發(fā)動(dòng)機(jī)在工作過(guò)程中突然冒起了黑煙,功率下降,油耗增加。初步檢查,都是可變截面渦輪增壓器壓氣機(jī)葉片損壞,使進(jìn)入氣缸的空氣不足,柴油不能完全燃燒,而引起發(fā)動(dòng)機(jī)冒黑煙的。
2、原因分析
(1)雜質(zhì)撞擊壓氣機(jī)葉片而使其損壞
其中一臺(tái)柴油機(jī)出現(xiàn)故障后,經(jīng)查閱該機(jī)在試驗(yàn)過(guò)程中的所有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),但均未見(jiàn)異常,檢查增壓器軸的軸向移動(dòng)間隙正常。拆開(kāi)渦輪增壓器,檢查軸與軸承的配合間隙也正常。從發(fā)動(dòng)機(jī)工作的時(shí)間上看,造成壓氣機(jī)葉片疲勞損壞也不會(huì)成為可能。這樣壓氣葉片就只有在其高速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下,受到未來(lái)雜質(zhì)撞擊而將其損壞。
雖然我們并未考證:壓氣機(jī)葉片在轉(zhuǎn)速多高,雜質(zhì)質(zhì)量多大的情況下,才能把壓氣葉片撞壞。但雜質(zhì)確確實(shí)實(shí)能撞壞壓氣葉片是一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí),是被實(shí)踐所證明了的。
(2)渦輪增壓器超速運(yùn)轉(zhuǎn),導(dǎo)致壓氣葉片損壞
在查閱另外一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)在試驗(yàn)過(guò)程中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)現(xiàn):盡管該機(jī)并未超速(≤4000r/m),但進(jìn)氣溫度和壓力卻明顯超過(guò)了規(guī)定值。這表明渦輪的轉(zhuǎn)速已經(jīng)超過(guò)了最高限制轉(zhuǎn)速(>265000r/m).晃動(dòng)增壓器軸,感覺(jué)軸與軸承的配合間隙明顯超過(guò)了規(guī)定值。經(jīng)拆開(kāi)增壓器檢查發(fā)現(xiàn),增壓器軸已經(jīng)超過(guò)了磨損極限,與之配合的半浮式軸承已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了磨損極限,肉眼可以看得出軸承孔已嚴(yán)重失圓。
當(dāng)增壓器超速時(shí),溫度進(jìn)一步升高,壓力進(jìn)一步增大,軸與軸承間的潤(rùn)滑油膜就形成質(zhì)量差,甚至難以形成。軸與軸承在潤(rùn)滑不良甚至干磨的情況下工作。軸與軸承在極短的時(shí)間內(nèi)就磨損超限,引起增壓器軸抖動(dòng),固定在軸的另一端的壓氣機(jī)葉片就撞向殼體而使其損壞。事實(shí)也正是如此,壓氣機(jī)葉片有明顯的與殼體相撞的痕跡。
三、防治措施及故障排除
1、避免雜質(zhì)從壓氣機(jī)入口處進(jìn)入
要想不引起壓氣葉片被撞壞,就的防止雜質(zhì)從壓氣機(jī)入口處進(jìn)入,就得從以下幾方面入手:
(1)保證空氣濾清器質(zhì)量,避免使用質(zhì)量差的濾芯;
(2)定期檢查和保養(yǎng)空氣濾清器,及時(shí)更換濾芯,以防濾芯破損而使空氣濾清器失去過(guò)濾作用;
(3)在環(huán)境差的地方工作時(shí)要提前對(duì)空氣濾清器進(jìn)行保養(yǎng)維護(hù);
(4)擰緊接口處的緊固螺栓和夾箍螺釘,以防未經(jīng)過(guò)濾的空氣短路從壓氣機(jī)入口進(jìn)入。
2、杜絕渦輪增壓器超速運(yùn)轉(zhuǎn)
要想不使渦輪增壓器超速運(yùn)轉(zhuǎn),就必須從引起超速的源頭上做起。
正常情況下,只要柴油機(jī)不超速,渦輪增壓器是不會(huì)超速的。ecu通過(guò)進(jìn)入氣缸中的空氣量來(lái)控制著渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速。當(dāng)增壓后的空氣在進(jìn)入氣缸的過(guò)程中,中途接口處有漏氣的地方,進(jìn)入氣紅中的空氣就要打折扣了。ecu要維持進(jìn)入氣缸中的空氣質(zhì)量不變,就得提高增壓器的轉(zhuǎn)速以加大從壓氣機(jī)入口處的空氣進(jìn)入量。
渦輪增壓器轉(zhuǎn)速超限后,溫度和壓力就會(huì)超標(biāo),增壓器軸與軸承在極短的時(shí)間內(nèi)就報(bào)廢,導(dǎo)致壓氣葉片撞向殼體而損壞。
可見(jiàn),避免從壓氣機(jī)出口到氣缸過(guò)程中的空氣泄露是解決柴油機(jī)正常工況下渦輪增壓器超速的唯一途徑。
3、提升增壓器自身強(qiáng)度的角度考慮
(1)適當(dāng)增大壓氣葉片的安全系數(shù),以使損壞壓氣葉片的雜質(zhì)質(zhì)量增大,降低雜質(zhì)損壞壓氣葉片的概率,以延長(zhǎng)渦輪增壓器的使用壽命;
(2)適當(dāng)增大增壓器軸尤其是軸承的安全系數(shù),使其耐高溫,耐磨性進(jìn)一步提高;
(3)采用更先進(jìn)的技術(shù),生產(chǎn)出更加先進(jìn)的軸與軸承;
(4)適當(dāng)增大渦輪增壓器的體積,通過(guò)增大進(jìn)氣量來(lái)降低渦輪轉(zhuǎn)速。使增壓器在保證了供氣不變的情況下降低了轉(zhuǎn)速,使軸與軸承的壽命得以延長(zhǎng)。
4、故障排除
嚴(yán)格按照正確的安裝方法,更換了可變截面渦輪增壓器;對(duì)空氣濾清器及其進(jìn)氣管道進(jìn)行了全面的正確的保養(yǎng)和維護(hù);對(duì)各接口處進(jìn)行了必要的換件和重新緊固。以后,故障再未出現(xiàn)。
總結(jié):
上述出現(xiàn)的問(wèn)題,僅僅是“三漏”中其中一漏—漏氣引出的問(wèn)題。這對(duì)傳統(tǒng)的不安裝可變截面渦輪增壓器的柴油機(jī)來(lái)說(shuō),充其量也不過(guò)是加速了缸筒,活塞,活塞環(huán)等的磨損,發(fā)動(dòng)機(jī)仍然能長(zhǎng)期正常工作。因此,不能引起人們的高度重視。而對(duì)安裝可變截面渦輪增壓器的柴油機(jī)來(lái)說(shuō)就不一樣了。進(jìn)氣系統(tǒng)漏氣尤其是從壓氣機(jī)出口到氣缸過(guò)程中的漏氣,能導(dǎo)致渦輪增壓器較快的損壞,使發(fā)動(dòng)機(jī)不能正常工作。因此,防止進(jìn)氣系統(tǒng)漏氣就顯得尤為重要了。

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