浅谈救助船16/24系列发电柴油机TCR12型涡轮增压器日常维护保养和常见故障排查

张隽

摘  要：中高柴油机重工有限公司生产的L16/24同系列发电柴油机已广泛应用于沿海专业救助拖轮，该系列发电柴油机的增压器主要为TCR系列涡轮增压器。在使用过程中，增压器经常出现故障，困扰船舶电力正常输送。因此，增压器的日常维护保养和故障排查显得尤为重要，能够防患于未然，减少机械设备故障率，保证机械设备正常运转。

关键词：发电柴油机;涡轮增压器;发展历程;日常维护保养;故障排查

0 前 言

作为船舶关键性设备之一，发电柴油机是否正常运转将直接影响船舶供电输出。如今，为了提高柴油机的输出功率，已经普遍采用涡轮增压器，涡轮增压器是通过压缩空气来加大柴油机的进气量，从而增加输出功率。涡轮增压器的正常运转和低故障率是柴油机有效运转的保证。本人结合工作实际，介绍涡轮增压技术现状，重点就TCR12型涡轮增压器的基本情况、维护保养方法、相关改进建议，以及常见故障作了适当分析，供使用相关设备的轮机人员借鉴。

1 涡轮增压技术现状

MAN、ABB和三菱等公司代表了国际上大功率中高柴油机涡轮增压器最先进的设计和制造水平。目前，这些公司已经有了成熟的仿真设计分析平台、试验检测平台，以及评估应用平台，有了CAE /CAD/CAM/CFD等开发软件和完备的分析试验系统，还有评估应用系统合成的数字信息化科研系统，从产品设计到规范及各项数据库管理，形成了完整的研发体系和检测体系。这几家公司的产品各具特色，如果从产品的先进性、可靠性和完整性来说，德国ABB 公司的产品算是国际上最领先的。德国ABB公司目前还设计出了具有国际最先进技术的A-100系列产品，包含了低、中、高速柴油机，效率达到67%，它们的最高压比达到5.5。

目前，船舶使用的中、高速柴油机涡轮增压器产品发展到高压比、高效率的阶段，它的可靠性和使用寿命也有了质的飞跃，可以说是很成熟了。与此同时，德国MAN公司也推出了同水平涡轮增压器产品，以TCR，TCA系列为主，整机效率达到65%，其压比指标达到了5.0甚至更高，如今还推出了带有可变喷嘴的增压器系列产品。

1.1 涡轮增压技术应用情况

一般来讲，柴油机在负荷变化较大时，增压器是很难与之较好配合使用的。增压器和柴油机的良好匹配运转是减少污染排放和燃油消耗的关键点，必须采用更多的设计方式解决增压器匹配问题。实践证明，近年来已经出现了多种增压系统并成功应用。

1.1.1 相继增压

相继增压（STC）的基本原理是由2台及以上的涡轮增压器并联组成的增压器，随着柴油机工况的提升，依次按顺序投入运行，当负荷低于设定值时，系统会自动减少或者切断相应的空气供给。这种增压系统虽然改变了低负荷运行时废气能量不足或者下降引起的涡轮增压器转速下降和增压压力不足，导致增压器出现喘振等问题，但能保证柴油机能在高输出率下工作。这种增压系统也能改善柴油排放性能，通过增加或者切断增压涡轮来充分利用废气能量，提高柴油机低工况的排放性能及经济性，如图1所示。

1.1.2 可变截面涡轮增压

可变截面涡轮增压器分为可变喉口增压器、舌形变截面结构和可变喷嘴环增压器（VNT）等3种类型，主要原理是通过调节涡轮涡流截面大小来改变流入涡流叶片的气流量，实现涡流增压器可变的做工，从而让涡流增压系统的增压压力发生所需要的改变，达到柴油机与增压器可以在不同工况下均有较好的匹配运转，如图2所示。

1.1.3 废气旁通增压

废气旁通增压是为了改善增压器的低速性能，采用较小的废气流通截面，提高柴油机在低转速时的经济、排放以及瞬态响应性能。但是为了使高速增压器依旧稳定，可以把柴油机的进气压力由废气旁通阀调节旁通掉，从而解决因涡轮流通面积过小而导致的高负荷区的爆压过高及机械负荷和热负荷过高等问题，提高柴油机在各种工况下的进气需求，进而提升柴油机工作效率，达到各种排放标准。

2 TCR12型增压器简介

目前，海上专业救助船主要使用的是中高柴油机重工有限公司生产的L16/24同系列日常维护保养及主要故障解决方法。

2.1 运行参数（见表1）

2.2 警报点（见表2）

2.3 工作原理

该增压系统是一个等压增压系统，废气从排气阀进入排气总管，在这里各缸波动的压力互相补偿，从而成为恒定的压力，进入增压器，然后通过排气出口和消音器排出。增压器的涡轮由废气驱动，涡轮又驱动与其安装在同一个轴上的压气机，空气通过空气滤器被吸入到压气机内。增压器使空气通过空冷器到扫气箱，然后空气通过进气阀流入各个气缸，如图3所示。

2.4 使用方法

（1）起动前，预润滑涡轮增压器的轴承点。可采用立即预润滑或者连续预润滑的方式。（本船为连续预润滑，停机状态滑油预供泵一直运转。）

（2）确保发电柴油机油、水、气、电等起动条件均处于正常状态。

（3）检查涡轮增压器的压力，确保其压力正常。

（4）起动发电柴油机。柴油机排气驱动涡轮增压器， 使其开始运行。

（5）運行期间定时检查涡轮增压器：涡轮增压器转速、涡轮增压器润滑油压力、涡轮增压器润滑油进出口温度、涡轮增压器进排气压力、涡轮增压器进出口温度、涡轮增压器运转平稳性、涡轮增压器消音器外层滤网是否干净以及涡轮增压器进气、排气、润滑油管道有无泄漏。

（6）停发电柴油机，涡轮增压器停止运转。（由于飞轮的作用，涡轮增压器的转子继续旋转一段时间。）

（7）停发电柴油机后，对涡轮增压器的轴承点进行后润滑，以达到冷却目的。（停机后滑油预供泵自动启动。）

3 日常维护保养

维护保养的目的是保持操作就绪状态和系统的运行安全。维护保养计划包含维护和检查工作，以及涡轮增压器的大修。

3.1 维护计划

（1）维护计划的有效性：涡轮增压器至少运行12 000～16 000 h时进行一次大修，大修完成后，维护计划再次从头开始。

（2）维护计划的适应性

①每年运行大约6 000 h且符合以下条件的按维修计划进行：60% 至 90% 额定功率范围内均匀加载、工作介质温度和压力在规定的范围内、润滑油和燃油质量符合规定，且分离充分。

②出现以下运行条件时，缩短维护间隔：长期以满负载或低负载运行、长期怠速、频繁的重负载循环、频繁的起动和反复未足够预热的高速运转、润滑油、冷却水和增压空气温度过低、使用质量有问题的燃料且分离不充分、进气空气过滤不充分。

3.2 运行时的检查

（1）值班期间，按时检查涡轮增压器是否存在不寻常噪音或振动;

（2）值班期间，按时检查涡轮增压器和增压空气、排气、润滑油系统管道是否存在泄漏情况;

（3）值班期间，按时检查所有固定螺钉、壳体螺钉和管道连接是否紧密，运行250 h以后更换的新零部件和大修过的零部件上的所有固定螺钉、壳体螺钉和管道连接复紧。

3.3 運行时的维护

3.3.1 压气机侧水洗

运行150 h， 清洗间隔取决于进气污染程度，在100～200 h范围内。

清洗步骤：

（1）先将发电柴油机启动预热，均匀加载至满负荷;

（2）将手动喷射器内抽满无任何添加剂的淡水（约0.5 L）;

（3）将手动喷射器与压气机端冲洗口对接;

（4）匀速将水完全喷入压气机（约30 S）;

（5）清洗后，继续运行几分钟，直至压气机内干燥;

（6）转移负载运转一段时间，停机。

3.3.2 涡轮机侧干洗

涡轮机侧有干洗和湿洗两种方式，本轮采用的是干洗的方式。涡轮机侧干洗——运行200 h，如图4所示。

清洗步骤：

（1）先将发电柴油机启动预热，加载至高负荷（最小75%MCR）;

（2）先打开截流阀①检查通道是否畅通，然后再将阀关闭;

（3） 往容器②里装尺寸1 mm（最大1.5 mm）的颗粒状物质（本船使用小米），数量为0.3 L;

（4）连接工作空气系统④，压力为5～7 bar。

（5）将“喷枪”连接到阀①上并打开阀③。然后慢慢打开截止阀①直至颗粒状物质开始喷射并发出嘶嘶撞击声。喷射时间约2 min;

（6）关闭阀①和阀③，拆下“喷枪”和工作空气管;

（7）转移负载运转一段时间，停机。

3.4  停机状态的维护

外层滤网更换，内层滤网清洁——运行250 h，清洗间隔取决于进气污染程度，在250 ～ 500 h范围内。

3.5 大修

拆卸、清洗和检查涡轮增压器的所有组件，重新装配时检查缝隙和间隙——运行12 000-18 000 h，如图5所示。

（1）各部件的安装间隙和缝隙值（见表3）

（2）各部件安装间隙和缝隙值的测量方法：

①通过软金属（铅丝）压痕在圆周上取3 个点测量并计算平均值，从计算所得的平均值中减去所测轴向间隙 ③，使转子在方向 （B） 上缩进;

②通过软金属（铅丝）压痕在圆周上取 3 个点测量并计算平均值，从计算所得的平均值中减去所测轴向间隙 ③，使转子在方向 （A） 上缩进;

③利用千分表测量，同时在方向 （A） 和 （B） 上用力移动转子;

④使用塞尺，在圆周上取 4 个点测量并计算平均值;

红色数字表示：圆周上任意点的测量值不得低于该最小值！

⑤绿色数字表示：在安装条件下，轴向间隙可能相同或不超过单个组件测量值减去0.05 mm。

（3）各安装部件的特殊上紧扭矩，如图6所示，扭矩见表4。

4 维护保养注意事项及建议

4.1维护保养注意事项

（1）当达到限值时，必须触发警报且柴油发电机必须同时做出反应（无延迟），以避免涡轮增压器损坏;

（2）增压器压气机和涡轮湿洗只能使用无添加剂的淡水;

（3）当发电柴油机静止时才能更换增压器外层滤网，清洁内层滤网;

（4）开始拆卸工作前，发电柴油机转本地控制，停滑油预供泵，关闭启动空气，按下急停按钮，设置警告标志，以防止其起动;

（5）在拆卸工作中，使用记号笔标记部件之间的相对位置。如有必要，利用相机记录拆卸/安装;

（6）始终按规定的扭矩上紧螺钉/螺栓。

4.2 涡轮端干洗小改建议

（1）在冲洗过程中试出发出嘶嘶撞击声时的阀①位置，做好标记，做一个限位，下次冲洗时可以直接拧到该位置;

（2）阀①开度不够冲洗效果达不到，开度太大会造成增压器涡轮受冲击力大，柴油机转速骤降，轻则发电机停车，全船跳电，重则增压器损坏;

（3）器②做成透明的或者加一个观察镜，可以很直观地看到冲洗情况。

5 常见故障及解决方法

5.1 增压器工作噪声过大

故障现象及原因;增压器在运转时出现噪声过大，且有金属撞击或摩擦声，严重时还有强烈振动，其主要原因包括：

（1）柴油机和增压器之间的排气管路密封性不好;

（2）叶轮出现变形、叶轮和壳体发生擦碰或者增压器中的气体运动发生变化，从而使增压器强烈振动并产生了噪声。

故障排除方法：

（1）检查柴油机到增压器之间的排气管路密封性，解决漏气故障;

（2）检查叶轮变形情况，是否与壳体发生碰撞，及时修复叶轮破损或者变形处，恢复叶轮正常工况。

5.2 压气机喘振

现象及原因： 柴油机在工作运转过程中，废气涡轮增压器进气端发出像气喘的异响声，而且压气机的出口压力下降明显，且伴随着压力的波动，致使柴油机的工作出现不平稳和功率明显下降以及排气出现黑烟等现象，其主要故障原因包括：

（1）环境的温度出现变化，导致工作点发生较大变化，比如在冬季对增压器完成了配合试验，然后在夏季就可能出现喘振现象;

（2）正在高速运转的柴油机发生突然熄火或者卸载等情况;

（3）在压气机的进、出通道以及进气管或者废气涡轮出口通道、有了较多的油泥物质，导致进气不通畅;

（4）涡轮增压器的空气滤清器滤芯出现了严重堵塞或者进气胶管严重老化和吸扁等情况;

（5）涡轮的叶轮或者压气机的叶轮叶片出现被外界进入的异物损坏，或者因为装配不当，导致涡轮或者压气机转子失去了动平衡，还有可能旋转件与固定件之间发生了摩擦碰撞;

（6）如果这台柴油机有配置两台增压器且共用了1根进气总管，这时如果柴油机出现一个缸不在工作时，就会引起压气机的喘振出现。

故障排除方法：

（1）确保柴油没有出现熄火或者卸载情况;

（2）检查空气滤清器情况，保证其清洁完好，没有堵塞;

（3）检查进气胶管，如果严重老化或者吸扁了，应该立即更换或者修复，恢复标准工况;

（4）拆检增压器后清洗油泥等污垢，及时更换已损坏的部件，如果有必要应做动平衡测试。

5.3 增压器过热

现象及原因： 增压器出现过热现象主要表现在润滑油回油温度过高，超过了100℃，其主要原因包括：

（1）柴油机的供油提前角过小、喷油器出现质量差导致柴油雾化不良，后燃比较严重，排气温度出现过高现象;

（2）增压器的增压压力出现明显下降，空气的流量也减少了;

（3）增压器的润滑效果不好，润滑油的压力太低，没有达到正常值;

（4）涡轮端的油、气密封件出现损坏情况，高温废气进入了压气腔室;

（5）浮动轴承出现磨损或者损坏导致转子总成平衡遭到破坏，转子和壳体进行了摩擦。

故障排除方法：

（1）检测柴油机喷油质量和供油正时以及冷却系统情况，保证额定工况下运转的柴油机不会过热;

（2）检查增压器润滑油供应是否正常，恢复压力至正常值;

（3）必要时进行增压器解体检查，查看内部机件并根据损坏情况更换损坏的零件或者修复损坏的零件。

5.4 涡轮增压器漏油

现象及原因：增压器出现泵轮端或者涡轮端漏油现象，把排气连接管拆下后可以看到涡轮排气口和管壁上有大量机油油污，其主要原因包括：

（1）增压器的润滑油进口压力出现过高现象导致润滑油密封装置处的涡轮端漏泄，也可能出现润滑油压力过低或者润滑油量严重不够，增压器没有稳定的润滑系统，还有可能出现增压器内进入异物致使增压器损坏而漏油;

（2）增压器使用了低等级或者劣质的润滑油，或者润滑油的固体颗粒出现严重污染导致增压器润滑效果不良、密封环损坏和磨损加剧;

（3）增压器润滑油的回油管出现变形或阻塞、回油管的截面积较小、主油道的壓力出现偏低、油底壳的油平面过高等都会造成回油困难现象，这会导致涡轮转子总成机构的中间支撑处润滑油过多积留或者压力过高，最终造成油腔内润滑油会冲破油封进入到压气机流道和涡轮端，从而发生漏润滑油现象;

（4）增压器的轴承损坏以致破坏了涡轮和转子轴总成的平衡精度及零件配合间隙从而导致涡轮叶片与涡轮壳内表面出现摩擦现象，涡轮转子总成的轴向和径向的摆差增大以及轴与轴承之间的间隙过大，油膜不稳定就会产生承载能力下降，转子轴振动加剧会破坏了动平衡，转子轴的轴心运动轨迹出现了变化以致损坏了油封而出现漏油;

（5）增压器的油封出现损坏或者老化，它的油封间隙调整不对;

（6）增压器的空气滤清器严重堵塞和压气机进气负压太高，从而导致叶轮轮背处的密封环漏油;

（7）在一起的压气机出气端管路连接密封性不良而引起漏气，从而破坏了压气机两侧的压力平衡导致漏油;

（8）增压器的压气机端和涡轮端槽中密封环失去了弹力，密封环与传动轴上的环槽侧向间隙遭到破坏从而使环两端面摩擦损坏;

（9）柴油机的气缸密封不好、曲轴箱通风良导致燃气泄入使曲轴箱内压力升高，同时增压器回油管路内压力升高和回油不畅造成密封环漏油;

（10）柴油机长时间怠速运转，增压器的涡轮叶轮及压气机叶轮的背面油封处产生了一定的真空状态或者负压，同时中间壳体进油压力较低而造成增压器各运动都难以形成有效油膜，从而导致压气机端和涡轮端出现漏油。

故障排除方法：

（1）检查柴油机曲轴箱通风情况，及时进行疏通和清理，恢复畅通;

（2）检查增压器的压气机的出气端管路连接密封情况，及时进行密封处理，更换备件或者修复密封件，达到标准工况要求;

（3）检查柴油机的转速情况，如果柴油机长时间处于怠速运转中应提高转速，再检查增压器润滑油泄漏情况。如果没有漏油就表明增压器漏润滑油的原因是因为柴油机怠速运转时间过长而造成的;

（4）检查润滑油压力情况，如果滑油压力出现过高或过低应检查油底壳中润滑油量，必要时进行质量检测，视情进行补油或者更换;

（5）如果润滑油压是正常值，这是应该检查增压器的回油通道是否畅通，及时进行疏通或者清理;

（6）如果以上的检查都是正常的，这是应该对增压器进行检查。首先是手动转动压气机叶轮查看是否出现卡滞现象和碰擦想象;然后使用塞尺和百分表分别测定转子的转轴和轴向窜动量的径向游隙，如果都没有问题，那最后应对增压器进行解体检查，必要时进行更换或者修复。

参考文献

[1] 李振坤，李和有.柴油机涡轮增压器常见故障与排除[J].建筑机械化，2005（9）.

[2] 奉峥嵘，彭勇，张志鑫.柴油机涡轮增压技术发展历程与展望[J].内燃机，2012，（1）.