作为工程机械主要动力源的柴油发动机越来越广泛地采用废气涡轮增压技术, 以使发动机提高功率、减小比质量 (发动机质量与标定功率之比) 、增大升功率 (发动机标定功率与排量之比) 、减少有害废气排放, 并使高原地区功率得到恢复、燃油消耗率降低等。此外与新技术相结合, 废气涡轮增压器还具有能辅助发动机制动、进行废气再循环 (EGR) 、降低发动机噪声等优点。
1 涡轮增压器的工作原理
在说明涡轮增压器之前, 先说明一下内燃机的基本工作原理及其同空气增压器的关系。内燃机是一种依托空气和燃油来工作的机械, 因为燃油需要与空气混合才能完成燃烧冲程。涡轮增压器是一种利用发动机排气中的剩余能量来工作的空气泵。当涡轮增压器转子转动时, 大量的压缩空气被输送到发动机的燃烧室里。由于增加了压缩空气的重量, 就可以使更多的燃油喷入到发动机里去, 使发动机在尺寸不变的条件下而产生更多的功率。由于涡轮增压器为发动机提供了更多的空气, 燃油在发动机气缸里燃烧时会燃烧得更充分、更彻底。
2 涡轮增压器损坏的原因
由于涡轮增压器安装在柴油机的进排气歧管上, 长期处在高温、高压和高速运转的工况下, 工作环境非常恶劣, 工作条件相当苛刻, 在使用过程中容易发生故障。多年的经验让我总结出, 涡轮增压器损坏的主要由以下原因造成。
2.1 涡轮增压器两端漏油
(1) 密封环磨损、失效造成漏油。
常常会出现柴油机工作时烧机油, 且排气管有明显蓝烟冒出的现象。这一般是由于没有定期更换机油, 没有及时清洗机油滤清器, 使增压器密封环磨损或失效造成漏油。
(2) 空气滤清器阻塞造成漏油。
通常会出现柴油机工作时烧机油, 烟度大、功率下降, 在进气管壁七有机油等迹象。由于不及时更换空气滤清器;在空气被增压器吸入的过程中, 因空气滤清器积尘过多而造成阻塞, 从而导致进气管内真空度增大, 压气机进气口处压力降低, 叶轮的轮背处因真空度太高造成机油渗入乐气机内。冈此要定期及时更换空气滤清器, 保持正常的供气状态。
(3) 回油不畅造成漏油。
在使用中因增压器的回油管路受阻, 致使机油回流不畅, 中间体内机油压力过高, 机油沿着涡轮轴向两端流动挤出密封环造成漏油。
(4) 长时间排气温度过高。
柴油机空燃比不对、发动机正时有问题、废气受到节流、柴油机的其他控制系统有问题等都能导致排气温度过高, 使涡轮端密封处机油碳化, 以及涡轮端轴承处局部过热造成密封和轴承过早失效。
2.2 浮动轴承、涡轮轴 (主轴) 磨损
浮动轴承与涡轮轴之间间隙过大、油膜失稳, 使承载能力下降, 涡轮轴振动加剧, 破坏了动平衡, 严重时可能使整台涡轮增压器损坏。
造成上述情况主要有以下几个原因。
(1) 未按使用说明书的要求使用机油。
(2) 在使用过程中操作不当。
(3) 机油变质或太脏。
(4) 机油压力低或润滑油路堵塞造成的机油量不足。
(5) 长时间排气温度过高使涡轮端密封处机油碳化, 以及涡轮端轴承处局部过热造成浮动轴承过早磨损。
2.3 压气机叶轮磨损
(1) 空气滤清器长期不更换, 细沙尘进入涡轮增压器, 能导致压气机叶轮进气口处的叶片磨损, 使涡轮增压器的增压效果降低, 严重时破坏转子的动平衡, 导致浮动轴承磨损。
(2) 进气管路破裂或有杂物进入压气机, 导致叶轮磨损。
2.4 涡轮磨损
(1) 排气有异物, 打伤涡轮。
(2) 长时间排气温度过高, 使涡轮叶片烧蚀变形。
3 涡轮增压器的维护
要有良好的维护保养习惯, 特别是对空气滤清器、润滑油品质和润滑油滤清器等的维护保养。因为涡轮增压器工作转速很高, 一般情况下都是100000转/分钟, 所以良好的维护保养是非常重要的。合理的操作步骤和预防性的维护保养, 可以保证涡轮增压器的使用寿命和良好性能。为保证其正常工作, 应注意以下几方面。
3.1 按照规定加注更换润滑机油
根据使用保养手册中要求的机油级别和规格, 保证机油黏度和清洁, 对于超高温或超低温的工作环境, 都应选配级别合适的润滑油。及时、保质地更换润滑油和机油滤芯。一般要求使用500小时就要进行机油和滤芯的更换。油压要正常, 油温不能过高或过低, 不能油滴漏现象。
3.2 预先润滑涡轮增压器
在更换滑油或做任何维修 (包括放出润滑油) 之后, 涡轮增压器需要进行预先润滑。在发动机启动前要将曲轴盘动几次。启动发动机后, 在进入高速运转前, 让它怠速一段时间, 以建立起整个润滑油循环和压力。
3.3 保持进气清洁
加强空气滤清器的清洁, 应经常用气泵清理滤芯, 必要时内、外芯一并更换。同时不能使异物进入压气机和涡轮中。防止叶轮上积有灰尘, 否则会降低压气机的效率。
3.4 启动前应先怠速运转
发动机在启动之后立即加速, 会使涡轮增压器在其轴承还来不及得到充分润滑的情况下就以最大转速工作。涡轮增压器在润滑不充分的情况下工作会损坏它的轴承。重复地这样做会导致涡轮增压器过早地损坏。
3.5 不可长时间怠速运转
这样会增加油耗、加剧机件磨损, 增压器也会因润滑油压力过低而润滑不良。怠速运转时间过长, 排气侧压力过低, 涡轮端密封环的两侧气压不平衡, 机油就会渗漏到涡轮壳。如果泄漏很轻微, 泄漏的机油会在负荷下烧尽而不致发生故障, 但会污染涡轮叶片。因此, 怠速运转时间一般不应超过10分钟。
涡轮增压器在正常维护与保养的情况下, 发生故障的概率将会大大降低, 因此, 对于操作人员, 应该从基本使用、维护保养入手, 从而延长涡轮增压器的使用寿命, 使得设备使用效率提高。
摘要：为了提高发动机输出功率, 减少废气并节约燃油, 在很多工程机械以及汽、柴油机上均采用了涡轮增压技术, 随着该技术的普遍应用, 大大提高了工作效率, 并节省了燃油消耗, 但是在涡轮增压器使用过程中, 经常会出现一系列的故障, 针对日前废气涡轮增压器在使用过程中出现的一系列问题, 分析了柴油机废气涡轮增压器的工作原理和结构, 对其在工作过程出现的常见故障原因及日常的维护保养进行了介绍, 为机械操作人员和维修人员以及检验检测人员提供一定的参考。
关键词：废气涡轮增压器,轴承,故障原因