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1、柴油机废气涡轮增压器及其故障诊断柴油机废气涡轮增压器及其故障诊断 摘要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故障诊断进行了介绍。最后，结合检验检测工作的实际提出了在使用和维修保养时的建议，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；故障诊断 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
2、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、废气涡轮增压器结构 废气涡轮增压器其实质是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加发动机的进气量，它利用发动机排出废气的惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮带动同轴的叶轮，压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压后进入汽缸。当柴油机转速增加，废气排出速度与涡轮转速也同步增加，叶轮压缩更多的空气进入汽缸，使空气的压力和密度增大，可以燃烧更多的燃料，相应地增加燃料量和测整柴油机的转速，就可以增加柴油机的输出功率。其结构简图如图1所示。 图1：10ZJ-2型涡轮增压器纵剖面图 由
3、图可见，涡轮增压器主要由涡轮和压气机两个主要部分以及支承装置、密封装置、冷却系统，润滑系统等组成。涡轮部分包括工作轮10、喷嘴环11、涡轮壳9等，压气机部分包括压气机叶轮17、扩压器3、压气机壳1等。工作轮和压气机叶轮同轴刚性连接，组成涡轮增压器的转子，转子支承在浮动轴承上作40000r/min以上的高速旋转。浮动轴承与涡轮轴10和中间壳14之间都有合适间隙，当涡轮轴高速旋转时，具有0.250.5MPa压力的润滑油充满这2个间隙，使浮动轴承在内外两层油膜中随转子轴同时旋转，但其转速比涡轮轴低得多，从而使轴承对轴承孔和涡轮轴的相对线速度大大下降，以满足超高速工况下的工作要求。涡轮壳9、压气机壳1
4、以及中间壳14组成固定部分，分别与柴油机的进、排气管相连。中间壳内有冷却水腔和润滑转子及轴承的油路，分别与柴油机的冷却系统和润滑系统的管路相连。在工作轮和压气机叶轮内侧设有弹力气封、油封装置，以防漏气、漏油。此外，从压气机中引出少量空气，经中问壳上的气道至涡轮端气封板，以对废气进一步气封。 2、常见故障及原因 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。下面就其常见故障以及原因进行详细分析。 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
5、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
6、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。 不严格按照规程操作，尤其是在冬季起动柴油机时猛加油门导致润滑不足，将会对涡轮增压器造成致命的损坏；长时间行驶后没有35min怠速运转，直接熄火，导致增
7、压器散热不良，造成机油结焦，进而加速轴承磨损。 (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、故障诊断 涡轮增压器故障主要表现为柴油机功率不足，
8、增压器工作噪声过人、漏油，柴油机机油消耗量过大或排气管有明显蓝烟或黑烟冒出等。遇到这些问题时，应诊断确定故障原因后，再决定是否更换涡轮增压器。其判断方法如下： (1)柴油机功率不足。 检查空气滤清器是否太脏，压气机至柴油机进气管问的管道是否漏气，柴油机进气管是否畅通，涡轮进口与柴油机排气管的连接处是否漏气，汽缸压力是否正常，柴油机的排气歧管是否漏气，中冷器是否损坏，涡轮增压器壳体是否损坏，转子总成是否有粘合或摩擦现象，压气机叶轮和涡轮是否磨损等。 (2)涡轮增压器工作噪声过大。 检查空气滤清器是否太脏，柴油机进气或排气管是否松动，压气机进气口管道或压气机壳中是否有异物，柴油机排气系统中是否有异物，涡轮增压器转子总成是否有粘合或摩擦现象，压气叶轮和排气涡轮是否磨损等。 (3)涡轮增压器压气机侧漏油。 检查空气滤清器是否太脏，涡轮增压器回油管路是否畅通，柴油机曲轴箱内的压力是否过高以及机油是否过多等。 (4)涡轮增压器涡轮侧漏油。 检查柴油机曲轴箱内的压力是否过高，机油是否过多，涡轮增压器回油管路是否畅通等。 (5)机油消耗量过大或柴油机排气管冒蓝烟或黑烟。 检查柴油机曲轴箱内压力是否过高，柴油机本身是否烧机油，涡轮增压器压气机侧油封是否漏油，涡轮侧油封是否漏油等。
