淺談MET18SRC廢氣渦輪增壓器增壓壓力不足的故障原因和對(duì)策

導(dǎo)讀廢氣渦輪增壓器充分利用船舶輔機(jī)排煙熱能，產(chǎn)生較高壓力的增壓空氣，供給船舶輔機(jī)使用，起到減輕熱負(fù)荷和提高承載負(fù)荷的目的，通過本文介紹，掌握MET18SRC廢氣渦輪增壓器增壓壓力的故障原因和對(duì)策，提高船舶輔機(jī)和廢氣渦輪增壓器的安全性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性。一、引言船舶主發(fā)電機(jī)由一臺(tái)柴油機(jī)驅(qū)動(dòng),這臺(tái)柴油機(jī)稱為船舶輔機(jī),船舶輔機(jī)配置一臺(tái)廢氣渦輪增壓器,以提高進(jìn)氣壓力,增加過量空氣系數(shù),使得燃燒更加完全和充分,達(dá)到增加功率,減少熱負(fù)荷,降低油耗和減小船舶輔機(jī)的外形尺寸的目的。當(dāng)廢氣渦輪增壓器增壓壓力不足時(shí),船舶輔機(jī)排煙溫度將異常變高,熱負(fù)荷超標(biāo),無法正常運(yùn)行。增壓壓力不足的原因分為內(nèi)部原因和外部原因,內(nèi)部原因是增壓器自身出現(xiàn)問題,外部原因是船舶輔機(jī)燃燒不好導(dǎo)致的問題。筆者多年從事船舶輔機(jī)和增壓器技術(shù)管理,在診斷和排查廢氣渦輪增壓器增壓壓力不足的故障原因和對(duì)策方面,積累了一些寶貴管理經(jīng)驗(yàn)和對(duì)策,與大家交流分享。設(shè)備基本信息：（1）輔機(jī)。設(shè)備廠家為YAN-MARCO.,LTD.AMAGASAKIPLANT；設(shè)備型號(hào)為6EY18；額定功率為550KW；額定轉(zhuǎn)速為720RPM。（2）廢氣渦輪增壓器。設(shè)備廠家為：MitsubishiHeavyIndustriesLtd.；設(shè)備型號(hào)為MET18SRC。二、增壓壓力不足的內(nèi)部原因MET18SRC廢氣渦輪增壓器由廢氣渦輪和壓氣機(jī)兩部分組成,廢氣渦輪包括軸承基座、廢氣蝸殼、半開式噴嘴環(huán)、徑流式廢氣葉輪等等；壓氣機(jī)包括進(jìn)氣濾器、消音器、離心式壓氣葉輪、擴(kuò)壓器、排氣蝸殼等等。與其他增壓器相比,MET18SRC廢氣渦輪增壓器采用半開式噴嘴環(huán),而其他增壓器采用整體式噴嘴環(huán),由于結(jié)構(gòu)形式不相同,增壓壓力不足的故障原因和對(duì)策也不一樣。1、壓氣機(jī)進(jìn)氣濾網(wǎng)或者葉輪等部件嚴(yán)重污臟當(dāng)進(jìn)氣濾網(wǎng)嚴(yán)重污臟,進(jìn)氣節(jié)流,導(dǎo)致增壓空氣的流量和壓力不足,采取對(duì)策是定期拆洗濾網(wǎng)；當(dāng)壓氣機(jī)葉輪嚴(yán)重污臟,進(jìn)氣在高速轉(zhuǎn)動(dòng)葉輪的離心力作用下,其流動(dòng)阻力和角度出現(xiàn)變化,影響增壓壓力,另外,葉輪污臟后,重量增加,導(dǎo)致增壓器轉(zhuǎn)速降低,增壓壓力不足。由于MET18SRC廢氣渦輪增壓器沒有配備壓氣端水洗裝置,采取對(duì)策是解體廢氣渦輪增壓器,對(duì)葉輪及其它污臟部件進(jìn)行徹底清潔。2、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活當(dāng)MET18SRC廢氣渦輪增壓器的轉(zhuǎn)子不靈活,轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速將下降,導(dǎo)致了增壓壓力不足,不能滿足船舶輔機(jī)完全燃燒的要求。主要故障原因和對(duì)策如下：（1）轉(zhuǎn)子軸轉(zhuǎn)動(dòng)卡滯。MET18SRC廢氣渦輪增壓器的轉(zhuǎn)子軸為細(xì)長(zhǎng)狀,容易出現(xiàn)彎曲變形,導(dǎo)致轉(zhuǎn)子軸轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活。當(dāng)拆裝增壓端葉輪的鎖緊螺母時(shí),禁止使用榔頭敲擊,避免由于過大沖擊力導(dǎo)致軸擾度超標(biāo)。測(cè)量軸擾度的方法是將百分表安裝在機(jī)體上,調(diào)零后逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)葉輪,觀察表針讀數(shù)變化。記錄好數(shù)據(jù)。以便裝復(fù)時(shí)使用。這個(gè)數(shù)據(jù)就是轉(zhuǎn)子軸的軸撓度。如果軸擾度超標(biāo),需要更換新轉(zhuǎn)子軸。另外,轉(zhuǎn)子軸轉(zhuǎn)動(dòng)卡滯的主要原因還可能是軸承安裝不到位或者間隙過小、氣封油封安裝不到位或者間隙過小等等。（2）壓氣葉輪和廢氣葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)卡滯。壓氣葉輪和廢氣葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)卡滯的主要原因有相關(guān)間隙過小、安裝不到位等等,需要重新測(cè)量間隙和重新安裝。3、噴嘴環(huán)和廢氣葉輪嚴(yán)重結(jié)碳、腐蝕或變形MET18SRC廢氣渦輪增壓器的噴嘴環(huán)流道呈收縮狀,當(dāng)廢氣進(jìn)入噴嘴環(huán)流道,部分熱能和壓力能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能,如果噴嘴環(huán)和廢氣葉輪的流道出現(xiàn)嚴(yán)重結(jié)碳、腐蝕或變形,廢氣的流動(dòng)阻力、角度和通流面積均發(fā)生變化,轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)力矩將變小,導(dǎo)致了增壓器轉(zhuǎn)速降低,增壓壓力不足,另外,如果廢氣葉輪嚴(yán)重結(jié)碳,將增加其重量,導(dǎo)致增壓器轉(zhuǎn)速降低,增壓壓力不足。MET18SRC廢氣渦輪增壓器配置了渦輪端水洗裝置,采取對(duì)策是每?jī)商煲淮芜M(jìn)行渦輪端水洗操作,在水蒸氣作用下,噴嘴環(huán)和廢氣葉輪的大部分結(jié)碳將出現(xiàn)松脫,自動(dòng)剝落。當(dāng)噴嘴環(huán)結(jié)碳嚴(yán)重,渦輪端水洗作用不明顯,需要解體廢氣渦輪增壓器,徹底清潔噴嘴環(huán)和廢氣葉輪的結(jié)碳,如有腐蝕和變形嚴(yán)重的部件,需要換新處理。4、噴嘴環(huán)與廢氣蝸殼接觸面漏氣嚴(yán)重MET18SRC廢氣渦輪增壓器采用半開式噴嘴環(huán),底端安裝在軸承基座的臺(tái)階上,通過上緊軸承基座的外圈螺絲,上端壓裝到廢氣蝸殼內(nèi)側(cè)。軸承基座與廢氣蝸殼有兩組接觸面,第一組接觸面是由軸承基座端面臺(tái)階、軟鐵墊片和廢氣蝸殼外法蘭端面組成的接觸面,這組接觸面要確保密封,防止廢氣漏出；第二組接觸面是由軸承基座內(nèi)側(cè)、噴嘴環(huán)和廢氣蝸殼內(nèi)側(cè)組成的接觸面。安裝時(shí)要確保第一組接觸面有效接觸和密封基礎(chǔ)上,再確保第二組接觸面有效接觸,如果噴嘴環(huán)表面和廢氣蝸殼內(nèi)側(cè)出現(xiàn)嚴(yán)重銹蝕或者變形,壓緊后受限于第一組接觸面限制,第二組接觸面可能會(huì)留有縫隙（見圖1）,廢氣將從縫隙跑掉,廢氣漏氣嚴(yán)重時(shí),增壓器轉(zhuǎn)子的驅(qū)動(dòng)力矩變小,導(dǎo)致轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速降低,增壓壓力不足。圖1噴嘴環(huán)與廢氣蝸殼接觸面間隙采取對(duì)策如下：（1）拆卸軸承基座和廢氣蝸殼之前,做好相對(duì)位置的馬克標(biāo)志,安裝時(shí)按照馬克標(biāo)志定位和上緊螺絲,避免噴嘴環(huán)與廢氣蝸殼接觸面不在原來位置,出現(xiàn)漏氣嚴(yán)重的情況。（2）半開式噴嘴環(huán)長(zhǎng)期在高溫廢氣作用下容易變形,建議檢修時(shí)不要把噴嘴環(huán)從軸承基座上拆出,以避免變形；如果噴嘴環(huán)已經(jīng)拆出并變形,可以通過在噴嘴環(huán)和廢氣蝸殼接觸面上進(jìn)行壓鉛絲檢測(cè),測(cè)量壓緊鉛絲厚度,如果每根鉛絲的厚度幾乎相同,說明變形的噴嘴環(huán)可繼續(xù)使用,如果厚度差距很大,則需要換新噴嘴環(huán)。（3）清潔廢氣蝸殼時(shí),注意不要破壞噴嘴環(huán)原來的接觸面,避免安裝后廢氣漏氣嚴(yán)重的情況出現(xiàn)。（4）如果出現(xiàn)噴嘴環(huán)和廢氣蝸殼接觸面壓不緊,存有縫隙時(shí),可以通過調(diào)整廢氣蝸殼和軸承基座之間的密封墊片厚度,使得噴嘴環(huán)壓進(jìn)去一些,確保可靠壓緊,比如標(biāo)準(zhǔn)墊片的厚度為1mm,可以使用0.8mm、0.6mm、0.4mm厚度的墊片替代；進(jìn)行間隙彌補(bǔ)。三、增壓壓力不足的外部原因當(dāng)船舶輔機(jī)燃燒不良時(shí),將加速?gòu)U氣渦輪增壓器噴嘴環(huán)和廢氣葉輪的結(jié)碳速率,導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速下降,增壓壓力不足。主要故障原因和對(duì)策如下。1、船舶輔機(jī)長(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行船舶輔機(jī)長(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行時(shí),氣缸爆壓較低,燃燒不夠完全,廢氣渦輪增壓器的噴嘴環(huán)和廢氣葉輪容易結(jié)碳,導(dǎo)致轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降,增壓壓力不足。采取對(duì)策是做好船舶輔機(jī)維修保養(yǎng),保持其性能處于良好狀態(tài),改善低負(fù)荷燃燒質(zhì)量,減緩排煙對(duì)噴嘴環(huán)和廢氣葉輪的污染速率,延長(zhǎng)保養(yǎng)周期。另外,摒棄負(fù)荷越低設(shè)備越安全的落后管理理念,盡可能避免船舶輔機(jī)長(zhǎng)時(shí)間低負(fù)荷運(yùn)行,除了船舶進(jìn)出港、復(fù)雜航區(qū)和大風(fēng)浪等需要開兩臺(tái)輔機(jī)以提供充足電力之外,其他時(shí)候,如果開一臺(tái)船舶輔機(jī)滿足用電需求,就不要開兩臺(tái)船舶輔機(jī),避免輔機(jī)長(zhǎng)時(shí)間低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。2、船舶輔機(jī)進(jìn)機(jī)重油溫度過低船舶輔機(jī)燃料可使用輕油或者重油,為了節(jié)省成本,使用重油居多,如果進(jìn)機(jī)重油粘度過高,燃油霧化不好,將出現(xiàn)燃燒不完全和后燃現(xiàn)象,廢氣渦輪增壓器的噴嘴環(huán)和廢氣葉片等部件將嚴(yán)重結(jié)碳,轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速下降,使得增壓壓力不足。日常管理要點(diǎn)如下：（1）進(jìn)機(jī)燃油溫度。根據(jù)說明書要求,船舶輔機(jī)的進(jìn)機(jī)燃油粘度為11-14mm2/s,由于進(jìn)機(jī)管路沒有安裝粘度計(jì),需要從粘溫圖查閱獲得11-14mm2/s粘度對(duì)應(yīng)的燃油溫度,比如,180mm2/s重油,進(jìn)機(jī)溫度要求在120-130°C；380mm2/s重油,進(jìn)機(jī)溫度要求在135-145°C。見圖2燃油粘溫圖。圖2燃油粘溫圖（2）管路散熱損失。燃油加熱器通常安裝在燃油供油單元,距離船舶輔機(jī)比較遠(yuǎn)。影響散熱損失有三個(gè)方面,一是燃油管路的蒸汽伴熱管；二是燃油管路的絕熱包扎材料；三是燃油管路的燃油流量。如果發(fā)現(xiàn)管路的散熱損失較大,在確定蒸汽伴熱管和絕熱包扎情況都正常后,需要檢查燃油流量,我們知道液體管路的散熱損失與其流量成反比,流量越大,散熱損失越小,可以通過調(diào)節(jié)三通閥、安全閥、背壓閥等等閥門開度,達(dá)到增大燃油流量,減少燃油管路的散熱損失的目的。（3）加熱器燃油溫度。加熱器燃油溫度為進(jìn)機(jī)燃油溫度和管路損失溫度之和,比如,船舶輔機(jī)說明書要求進(jìn)機(jī)燃油粘度為11-14mm2/s,查閱粘溫圖得出380mm2/s重油對(duì)應(yīng)的加熱溫度為135-145°C,如果管路散熱損失了10°C,則重油加熱器的加熱油溫為145-155°C。3、船舶輔機(jī)空冷器污臟船舶輔機(jī)空冷器芯子需要定期拆出清洗,清洗氣面和水面,確保冷卻后的空氣溫度在說明書要求范圍內(nèi),防止氣面污臟,導(dǎo)致空氣流量不足,造成燃燒不良,加速?gòu)U氣渦輪增壓器的污染速度。4、船舶輔機(jī)燃油高壓油泵出油閥失效或者燃油噴油定時(shí)不對(duì)高壓油泵出油閥偶件上有密封錐面和減壓環(huán)帶,密封錐面作用是在停供油時(shí),將高壓油管與柱塞上端空腔隔絕,防止高壓油管內(nèi)的油倒流入噴油泵內(nèi)。減壓環(huán)帶作用是在出油閥下落時(shí),減壓環(huán)落座,管內(nèi)增容減壓,使噴油泵停油干脆,防止二次噴射和滴漏現(xiàn)象。高壓油泵出油閥偶件長(zhǎng)期使用后,因出油閥彈簧的作用力和油管中燃油的殘余壓力以及機(jī)械雜質(zhì)的作用,出現(xiàn)出油閥偶件密封錐面、減壓環(huán)帶密封不良,從而造成降壓作用減小,高壓油管內(nèi)的燃油往回漏油,船舶輔機(jī)燃燒不良,廢氣渦輪增壓器的噴嘴環(huán)和渦輪葉片等部件將嚴(yán)重結(jié)碳,轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速下降,使得增壓壓力降低。采取對(duì)策一是定期檢測(cè)出油閥偶件的密封性,常用的檢測(cè)方法有直接觀察法、密封性能試驗(yàn)法、就機(jī)檢查等幾種。二是失效的高壓油泵出油閥及時(shí)換新。三是定期檢查調(diào)整燃油噴油定時(shí)。5、船舶輔機(jī)氣缸套、活塞令、排氣閥、油頭等部件狀況不好常規(guī)時(shí)按照說明書保養(yǎng)周期進(jìn)行保養(yǎng),盡可能不要超期,