艦船廢氣渦輪增壓器喘振故障分析及排除.pdf

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1、第30卷第4期2017年8月中國(guó)修船CHINASHIPREPAIRV01．30No．4Aug．2017艦船廢氣渦輪增壓器喘振故障分析及排除李洪松，劉永葆，余又紅，賀星(海軍工程大學(xué)動(dòng)力工程學(xué)院，湖北武漢430033)摘要：為了滿足現(xiàn)代艦船向高速化、大型化方向發(fā)展，作為主動(dòng)力裝置的柴油機(jī)廣泛采用廢氣渦輪增壓器來(lái)提高其輸出功率。增壓器喘振是船用柴油機(jī)常見(jiàn)故障之一，文章詳細(xì)介紹2起增壓器喘振故障現(xiàn)象及排除過(guò)程，根據(jù)喘振機(jī)理建立喘振故障樹(shù)，分析喘振原因，為艦用柴油機(jī)科學(xué)管理與使用提供建議。關(guān)鍵詞：艦用柴油機(jī)；廢氣渦輪增壓器；喘振；故障樹(shù)中圖分類號(hào)：U664．121doi：10．13352／j

2、．issn．1001—8328．2017．04．007Abstract：Inordertomeettherequirementsthatmodernshipsdeveloptowardshigh—speedandlargescale，exhaustgasturboehargerarewidelyusedindieselengineasmainpowerdevicetoincreasetheoutputpower．Asoneofthecommonfaults，surgingofturboehargeroftenhappensonmarinedieselengine．Inthisarti

3、cle，twokindsoftreatmentareintroducedtoturbochargersurging，thefaulttreeisbuiltuponthebasisofitsmechanism，thefaultcauseisanalyzedandsomeadviceisgivenforscientificuseandmanagementofmarinedieselengine．Keywords：marinedieselengine；exhaustgasturboeharger；surging；faulttree由于柴油機(jī)在經(jīng)濟(jì)性和機(jī)動(dòng)性等方面具有優(yōu)勢(shì)，目前柴油機(jī)作為艦船

4、主動(dòng)力而被廣泛應(yīng)用。隨著現(xiàn)代艦船向高速化、大型化方向發(fā)展，對(duì)艦用柴油機(jī)在大功率方面提出了更高的要求。增壓是提高柴油機(jī)輸出功率的主要方法，艦用柴油機(jī)采用廢氣渦輪增壓器，使進(jìn)入汽缸的空氣壓力和密度增大，噴射的燃油量相應(yīng)增加，進(jìn)而達(dá)到提高功率的目的。廢氣渦輪增壓器喘振是艦用柴油機(jī)常見(jiàn)故障之一¨。3J，影響柴油機(jī)的正常運(yùn)行和艦船的航行性能。1廢氣渦輪增壓器喘振機(jī)理分析廢氣渦輪增壓器由壓氣機(jī)和廢氣渦輪同軸相連而組成，廢氣渦輪在柴油機(jī)排出的高溫和具有一定壓力的廢氣推動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，壓縮空氣，提高進(jìn)氣壓力。當(dāng)轉(zhuǎn)速一定，壓氣機(jī)的進(jìn)氣流量減小時(shí)，造成流道中氣體的速度不均勻和出現(xiàn)倒流現(xiàn)

5、象，壓氣機(jī)進(jìn)入不穩(wěn)定工作狀態(tài)，進(jìn)而出現(xiàn)空氣流量忽大忽小，壓力值波動(dòng)劇烈，伴隨著壓氣機(jī)的劇烈振動(dòng)，并發(fā)出吼叫聲或喘息聲，這種現(xiàn)象稱為壓氣機(jī)的喘振【4J。喘振會(huì)加速壓氣機(jī)葉片等內(nèi)部零件的疲勞損傷并快速擴(kuò)展已有的裂紋，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致壓氣機(jī)的損壞。當(dāng)壓氣機(jī)進(jìn)氣流量小于設(shè)計(jì)值很多的時(shí)候，在壓氣機(jī)葉片背面產(chǎn)生劇烈的氣流分離現(xiàn)象，進(jìn)而引起壓氣機(jī)喘振。圖1為進(jìn)氣流量變化時(shí)空氣在葉輪前緣的流動(dòng)情況，圖中c。代表進(jìn)入壓氣機(jī)前緣時(shí)空氣的絕對(duì)速度，肛，代表葉輪的圓周速度，W，代表進(jìn)入壓氣機(jī)前緣時(shí)空氣的相對(duì)速度。當(dāng)進(jìn)氣流量等于設(shè)計(jì)值時(shí)，氣流平順的進(jìn)入葉片通道，不會(huì)與葉片發(fā)生撞擊，如圖l(a)所示；當(dāng)進(jìn)氣流量大于

6、設(shè)計(jì)值時(shí)，氣流撞擊葉背，在葉腹處發(fā)生氣流分離，但由于葉輪的旋轉(zhuǎn)，使葉片壓向分離的氣流，進(jìn)而使分離現(xiàn)象變?nèi)酰鐖D1(b)所示；當(dāng)進(jìn)氣流量小于設(shè)計(jì)值時(shí)，氣流撞擊葉腹，作者簡(jiǎn)介：李洪松(1990一)，男，山東夏津人，在讀碩士研究生，研究方向?yàn)閯?dòng)力機(jī)械及熱力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真與優(yōu)化?！?0·2017年第4期李洪松，等：艦船廢氣渦輪增壓器喘振故障分析及排除第30卷瀚瀚脅潮圖1進(jìn)氣流量變化時(shí)空氣在葉輪前緣的流動(dòng)情況在葉背處發(fā)生氣流分離，一方面由于氣流在葉背部分加速流動(dòng)，壓力降低，另一方面葉輪的旋轉(zhuǎn)使葉背處的氣流分離具有擴(kuò)大的趨勢(shì)，如圖1(C)所示，進(jìn)而堵塞通道，使氣流在葉片流道內(nèi)的流動(dòng)受阻，造成空

7、氣在擴(kuò)壓器前堆積，壓力升高，而排出壓力降低，空氣流量變小。當(dāng)擴(kuò)壓器前后壓差增大到一定程度時(shí)，這種流道阻力被打破，堆積的大量空氣得以排出，引起增壓器強(qiáng)烈地振動(dòng)，使得空氣流量和排出壓力劇烈地波動(dòng)。但是因?yàn)榱髁孔冃](méi)有得到改變，葉片流道中又會(huì)出現(xiàn)氣流分離，這種現(xiàn)象周而復(fù)始，形成壓氣機(jī)喘振。2廢氣渦輪增壓器喘振原因分析壓氣機(jī)發(fā)生喘振的根本原因是進(jìn)氣流量過(guò)小或者背壓過(guò)高，根據(jù)喘振機(jī)理及柴油機(jī)實(shí)際工作狀況，建立喘振故障樹(shù)㈣，如圖2所示。I增壓器喘振lt運(yùn)行工況變化噴油