船舶废气涡轮增压器喘振现象浅析

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  [摘 要]本文讲述了可能影响船上增压器喘振的因素。主要有柴油机因素,中冷器因素,增压器因素,环境因素。提出了可能导致喘振的具体原因和解决方法。
  [关键词]柴油机;废气涡轮增压器;喘振
  中图分类号:TP251 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2017)35-0039-01
  1.增压器喘振的机理
  增压器喘振现象是发生在增压器偏离工况的情况下的。喘振的具体现象为压气机振动并发出异常的响声。到底有什么因素会导致增压器的喘振现象呢?经过分析,当气流很微弱时,会导致增压器喘振现象的发生。例如:增压器中气流不通畅会引起增压器喘振。当流道阻塞时,增压器内的压力会急剧增高,导致流量减少,破坏了增压器正常工作时的特性曲线。在设计流量下,气流会平静地流进压气机端,气流与其中的部件不会发生撞击,也不会发生分离。如果流量大于设计流量会怎样呢?气流会产生分离现象。经分析可以知道,压气机喘振的主要因素是扩压器叶片内气流的分离。通过学习废气涡轮增压器可以知道,增压器喘振的根本原因是压气端与废气端的能量不平衡导致的。但是,其中的原因也是非常多的。比如:气道和滤网阻塞,柴油机自身零部件问题。
  一般刚出厂的柴油机,通常没有喘振现象的发生,因为增压器是新的,慢慢地,时间长了,增压器各个部件就可能发生损坏,导致增压器和柴油机的匹配性能会逐渐恶化,愈发恶劣,从而压气机气流流量会减少,从而引起喘振现象。引起喘振现象的原因很多,一般来讲并不会是单方面的原因,也有可能是由其他因素造成的或者由其二者共同引起的。
  2.影响增压器喘振的因素
  2.1 柴油机因素
  柴油机转速或载荷波动引起喘振
  假如柴油机转速突然从高速降速那么会引起喘振吗?答案是肯定的。因为增压器转子转速非常大,它所具有的能量非常高,短时间能量并不能随着转速的减少而减小,此时柴油机内气体量急剧增多造成喘振现象。当柴油机内的气体变少后,柴油机与增压机匹配良好后,喘振现象消失。
  配气机构故障引起喘振
  进气口打不开或其他原因导致关闭不严,也会造成喘振现象。如果进气口打不开,压气机空气阻尼变大,会造成柴油机内进气量不足,滞燃严重,产生喘振现象。
  同样当进气口关闭不紧时,会造成泄露,引起燃烧不良。渐渐地导致喘振现象。
  同理分析,排气口打不开或关闭不严也会导致喘振现象。
  后燃严重引起喘振
  若柴油机燃烧工况不良、滞燃不良,气缸体积将不能容纳此时的气体总量,最终也会造成喘现象的发生。
  2.2 中冷器因素
  冷却器的安装是为了来降低空气的温度,从而空气质量变多,而体积没有变化。这样做同样增加了柴油机的功率,提高了经济性和减少了排放。假如中冷器中冷却水水温非常高会导致冷却效果变差,造成空气温度高,充气量减少,燃烧恶化,最终引起喘振现象的发生。
  2.3 增压器因素
  (1)增压器的喘振裕度
  (2)涡轮或压气机的流通面积不足
  涡轮进气道上有污泥、异物或残碳,最终导致增压器发生喘振的现象。
  2.4 环境因素
  (1)空气吸入温度的影响
  在寒冷的季节,天气很冷,温度很低,增压器和柴油机工况匹配不良,进入气缸的气体密度会变大,同样质量也会慢慢的增加,最终会引起喘振现象的发生。
  在酷热的季节,天气变热,温度很高,增压器和柴油机工况匹配不良,同时因为进入气缸的气体密度会变小,同样质量也会慢慢减小,最终会引起喘振现象的发生。
  (2)大气压力的影响
  众所周知,大气压力会随海拔高度的升高而变小。大气压力在很低的时候,因为气体密度过小,到达气缸中气体总量不充分,最终引起增压器喘振现象的发生。
  3.增压器喘振的具体原因和解决办法
  3.1 增压系统气流通道堵塞
  (1)滤网阻塞,阻力变大而发生喘振。解决办法:清洗或更换滤网。
  (2)消音器的问题,造成气体在流道里的产生阻塞,流量变小,最终引起喘振现象的发生。解决办法:对消音器进行检修。
  (3)压气机叶轮和扩压器问题,造成气体流量减小。解决办法:对其进行清理工作。
  (4)冷却器问题,造成气体通流面积减小,空气减少而发生喘振。解决办法:对冷却器进行异物的处理工作。
  (5)气缸的进气口和排气口有问题,造成气体阻力增大,压气机气体量变少而引起喘振。解决办法:清理积碳和异物,保持其清洁。
  (6)废气锅炉烟气通道的问题,积灰会引起喘振现象的发生。解决办法:清洁或疏通烟道。
  3.2 增压器或柴油机故障,增压器压气机工作点左移,处于喘振区
  (1)壓气机中叶轮的问题,造成气体密度減小,造成压气机气体流量变小而引起喘振现象的发生。解决办法:购买新的叶轮和叶片进行装复。
  (2)涡轮叶片表面发生异样,造成匹配间隙变宽,导致压气机气体量变少而引起喘振现象的发生。解决办法:调整间隙或更换叶片。
  (3)增压器中存在气体漏泄,造成增压器增压效果变差。解决办法:解决泄漏。
  (4)压气机压力变化的影响,压气机内的压力急剧增大而引起喘振现象的发生。解决办法:采取相应的措施是气体温度降至正常工况。
  3.3 运行中的增压器与柴油机暂时失配
  (1)在升速过程中油门手柄设置不当引起喘振。解决办法:避免此类状况的发生,必要时采取紧急措施。
  (2)停车过程中油门手柄变化太快引起喘振。解决办法:避免此类状况的发生,必要时采取紧急措施。
  (3)船舶在恶劣的海况航行时容易发生发生飞车现象,同时柴油机的转速将会突然变大或变小引起喘振。
  (4)船舶在海上航行时阻力很大,柴油机工作状态非常恶劣,增压器发生喘振现象。解决办法:定期清洗船舶上的异物。
  当增压器发生喘振故障时,首先进行喷油器拆检工作,气阀和透平是否正常,凸轮轴检查是否有损坏;然后考虑负荷过大,如果是应减低负荷并进行轻油试验;否则考虑是否排气不通畅,若是应对消音器进行检测;如果不是应考虑燃油问题,换新的燃油;否则考虑柴油机本身的问题,测柴油机定时和爆压,修理后试车,突加突减负荷;考虑是否增压器轴承或喷嘴环问题,更换轴承,用专用工具将喷嘴环拉出浸泡,清理干净;最后按照说明书维修手册进行保养维护。
  4.结束语
  增压器的发展会越来越发达,这需要我们轮机人员更加的严格要求自己,加强自己的业务水平。当增压器出现任何问题时可以沉着冷静的处理,不至于手忙脚乱,导致更多的问题出现。根据以上讲述,当增压器发生喘振时可以正确处理,让增压器工作更加平稳。
  根据以上所做的主要探和的分析我进行了总结:
  (1)分析了增压器的喘振的机理,得出喘振产生的主要原因是压气机中的流量小于设计工况,而使气体在叶片或扩压器上产生强烈的分离,同时产生强烈的脉动,引起压气机工作不稳定。
  (2)结合实际,列出了可能影响船上增压器喘振的因素。主要有柴油机因素,中冷器因素,增压器因素,环境因素。
  (3)提出了可能导致喘振的具体原因和解决方法,设置了增压器喘振故障的排除程序。
  参考文献
  [1] 林贻慧<<柴油机涡轮增压器喘振的分析与排除>>木床技工,2005.
  [2] 王瑞宣<<改善船舶柴油机低负荷性能的技术措施>>青岛远洋船员学院学报,2002.
  [3] 王伟才<<船用柴油机相继增压系统性能研究>>哈尔滨工程大学,2008.
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