一起船舶柴油机增压器损坏的原因分析

田彪

（武汉船舶职业技术学院，湖北武汉430050）

1 故障现象

某轮主机型号是SULZER 7RTA58，额定功率为8392kW，额定转速为105RPM，设计船速为13海里/小时，增压器（也称透平）型号：VTR564-31（外支撑式滚珠轴承）；如图1所示。2021年1月22日，V2502航 次 由DAMPIER-HUANG DAO航行途中，检查发现主机透平的废气端有不正常的声音和振动，当时判断该声音为废气端轴承所发出,到港后进一步检查后发现废气端油泵供油量不太足，当时并未引起轮机员重视。于2021年2月05日抵达HUANG DAO锚地后，打开透平废气端端盖检查内部部件,没有发现异常现象，但是所测转子的跳动量过大，测得间隙N,L,M都超过规定值，主管人员仍未采取任何措施进行控制。在V2504航次期间,于2021年4月08日，在KAO HSIUNG（高雄）港卸完货空载开航后,增压器发出不正常的声音和振动有所增大,且增压器转速和增压压力都有所下降，然而在抵达高雄港以前,虽有异常声响和振动,但并没有发展的趋势,船在高雄港停靠期间,清洗了透平过滤网,换新了透平油,并检查原来换下来的透平油没有发现异常。

图1 VTR5系列增压器剖视图

2021 年04月13 日船舶抵达新加坡,11:30驾驶台通知备车,12:30驾驶台操车逐渐减速后停车，13:00左右加速至海速时,主机透平振动严重,不正常声音增大,且透平转速最大只有3800RPM(正常时7400RPM），由于透平振动严重，主机运转异常,因此无法正常航行，采取控制主机低速运行至合适锚地抛锚，轮机长与船长协商后准备开展故障排查和修理。

2 故障原因分析

引起增压器振动原因主要有以下五种可能：

2.1 轴承损坏产生的振动

轴承在长时间使用后会产生较大磨损、形变、从而使几何形状误差增大，摩擦力增加，振动和噪声大增，转速急剧下降。轴承中的减振弹簧片损坏，导致转子的安装位置发生改变，使得转子对中不良而引起增压器强烈振动[1]。

2.2 转子弯曲发生形变产生的振动

增压器转子轴两端装配有压气机叶轮和涡轮机叶轮等部件，具有结构复杂，重量大等特点。如果船舶长时间停航导致主机停机时间较长,会引起增压器转子轴长时间处于同一位置而发生弯曲变形，改变了转子与壳体之间的配合间隙,严重时转子与壳体之间会发生较大摩擦磨损，运转时弯曲的转子还会产生很大的离心力，使增压器产生较大的振动。

2.3 转子的动平衡精度不合格引起的振动

增压器运转一段时间后，由于废气侧涡轮机叶片上积炭较多且不均匀，柴油机使用低质燃料油会使叶片积炭更加严重。如果涡轮机叶片和压气机叶片发生形变或断裂等都会使转子叶轮的质量分布发生改变,偏离了转子叶轮原有的重心位置，转子的动平衡精度就会发生改变，甚至被破坏，从而导致增压器发生剧烈的振动。

2.4 由于压气机发生喘振引起的振动

喘振是压气机流通部分出现气流与叶片强烈撞击和脱流。常常由于增压系统流道脏污发生阻塞，引起压气机叶轮与气流发生严重撞击和脱流，导致增压器产生较大振动[2]。

2.5 增压器装配质量不合格

增压器进行维修保养时，转子装配不正，转子轴线严重失中，装配间隙不合格等都会引起增压器发生较大振动。

3 故障排查

针对以上故障现象，初步判断可能是转子不平衡引起的振动，于是打开透平两端端盖检查,打开废气端端盖时发现滑油已变质发黑,同时发现多块破碎的滚珠轴承铜质支架，当时就确认为透平废气端轴承已损坏，随后打开压气端端盖后发现压气机叶轮严重磨损[3]。

4 处理措施

厂方将主机透平转子吊出回厂修理，更换了废气端叶轮和压气端叶轮,更换了两端的轴承和轴封,转子轴翻新处理，经过动平衡测试合格，按照装配工艺重新安装，在装配过程中保证增压器良好对中，各种间隙值的检测和调整必须严格控制在厂家规定范围之内。各种关键间隙值测量方法如下：

4.1 间隙N的测量

间隙N为压气机端推力轴承与转子端面之间的轴向间隙，即转子的轴向窜动量。用于保证转子轴向热膨胀的情况下不会使得压气机叶轮与增压器壳体相碰。当转子处于自由位置，固定百分表使其为零位，先往左推转子读数为正0.09mm，再往右推转子读数为负0.09mm（假定大指针顺时针偏转为正，逆时针偏转为负）,得出总间隙为0.18mm.正常范围为0.17mm至0.23mm之间；如图2所示。

图2 转子轴向串动量N的测量，测得N=0.18mm（正常范围为0.17mm至0.23mm）

4.2 间隙L,M的测量

L和M分别为压气机的叶轮前方与壳体之间的间隙，压气机的叶轮背面与气封板之间的轴向间隙。测量前使转子处于不受力状态，测量出压气机端转子轴端面至压气机壳体端面的距离K,旋出压气机端推力轴承的固定螺钉2，旋出长度约为5mm；在涡轮端转子轴处施加向压气机端的轴向推力，使转子轴向压气机端不能移动为止，测量压气机端转子轴端面至压气机壳体端面的距离K1，则间隙L=K-K1；再将螺母4、5及甩油环6拆卸，在涡轮机转子轴端安装吊环螺钉,向外施加轴向拉力,直至转子不能移动为止，测量压气机转子轴端面至压气机壳体端面的距离K2,则间隙M=K2-K；如图3所示。

图3 测量距离K，K1，K2，计算间隙L=K-K1；M=K2-K；经测量计算L=1.15mm（正常范围为1.055mm至1.665mm之间）；经测量计算M=0.5mm（正常范围为0.275mm至1.185mm之间）。

4.3 测试运行

装复完成后,于2021年4月16日3:00小时开航,启动主机待加速至额定转速后,声音正常振动消除,两油泵的泵油量均正常,透平转速和扫气气压也均比以前高。主机在额定转速下运行，透平转速为7400rpm，扫气压力为0.11MPa,主机各缸排烟温度也明显下降，经过运转测试一切参数正常。

5 故障反思

出现此次事故的原因主要是以下五个方面：

（1）透平转子的轴径磨损变细或滚珠轴承磨损过大或轴承本身材质问题，根据二月份所测跳动量超极限来看,动平衡已严重失衡；

（2）由于船上更换船员交接不清导致没有找到上次增压器更换轴承记录，增压器运行时间也均为估计累计时间，本机透平轴承使用极限时间为16000小时，现实际使用时间无法确定，可能轴承因使用时间超极限未能及时更换而损坏；

（3）根据新油泵泵油量情况分析,原旧油泵泵油量明显不足,致使轴承长期处于供油量不足状态，导致轴承快速损坏。同时也说明原油泵已老化或已达使用极限，未能及时更换(本机油泵供油量正常为:33.5升/小时)；

（4）当增压器运行出现异常时,主管轮机员没有引起足够的重视,未能及时采取合适的措施,使问题得到有效解决,致使问题扩大酿成事故；

（5）主管轮机员对增压器设备及保养周期不熟，缺乏准确分析、判断、解决故障的能力。

6 经验总结

（1）要严格控制并记录主、副机透平使用运转时间；

（2）要按规定按时更换透平油，本机型厂家规定透平油更换周期为500小时，极限1000小时；

（3）要严格控制并记录透平各参数，以便及时发现问题；

（4）要按时冲洗透平、清洗滤网，按照保养周期做好日常保养，使设备始终处于良好工作状态；

（5）发现问题如:异常声响、振动、油质变化等,要引起高度重视不可大意。发现问题要及时解决处理,以免事故扩大。

7 结束语

文章通过对一起船舶柴油机增压器损坏原因的分析，意在帮助轮机员再碰到此类问题时建立正确的分析方法，旨在提高轮机员分析问题，解决问题的能力。同时建议轮机员值班时要重视增压器的运行状况，尤其关注各种运行参数，并运用检测设备连续监测增压器运行有无异常声音和振动，轮机员平时应多研读说明书，熟悉增压器技术规范和机械维修保养计划，做好日常保养工作，完善各种参数记录，做到心中有数，碰到问题就能迅速发现，准确判断，及时解决，很多事故就可以避免发生。