浅谈内燃机车增压器故障的原因分析和改进措施

浅谈内燃机车增压器故障的原因分析和改进措施

黄生瑱

中国铁路青藏集团有限公司西宁机务段青海省西宁市810006

摘要：本文针对在我段运用机车中增压器所发生的实际故障，有针对性的对由于机油压力低等情况进行原因分析，通过在实际工作中的摸索的经验，对此类故障提出了一定的改进建议，取得了相应的效果。

关键词：内燃机车；增压器；滑油压力低；故障；原因；措施

1、工作原理

涡轮增压器由一个单级轴流式和一个单级离心式压气机组成，柴油机排放的废气通过进气壳、喷嘴环进入涡轮。涡轮利用从废气中获得的能量来驱动压气机，压气机吸入新鲜空气，空气在压气机工作轮内被压缩，使得进气空气压力和密度提高。然后通过扩压器和蜗壳，空气压力和密度得到进一步提高后进入中冷器，最后进入柴油机气缸。

废气离开涡轮后，经过涡轮出气壳排出涡轮增压器。压气机工作轮和涡轮悬臂安装在主轴的两端，主轴由装在二个轴承座内的径向滑动轴承支承，压气机端轴承座和涡轮端轴承座分置于涡轮出气壳的两端内孔中，止推轴承在压气机端。

2、问题的提出

涡轮增压器是利用柴油机排出废气的一部分能量，在涡轮内实现能量的转换使其带动离心式压气机来提高柴油机进气密度，提高柴油机功率。

我段国产机车主要运用在青藏高原的西宁—格尔木间，这里海拔高、风沙大、空气干燥、稀薄且温差大，增压器的工作条件相对较为恶劣，给机车增压器的正常运用带来了一定的影响。

目前我段机车所使用的增压器主要是高原增压器，其与普通的平原增压器相比具有工作效率高、进气压力高等特点。机车运用过程中，增压器承受的机械负荷、热负荷相应增加，同时由于季节、气候、空气滤清器方式的变化和不同，增压器在运用中发生的故障情况也有所不同。通过近年来我段机车的实际运用情况来看，增压器的轴承烧损现象仍时有发生。增压器发生轴承烧损不但会影响机车的正常运转，造成机车功率的不断变化，造成增压器转速不均，轴承载荷及转子的损伤，从而加剧了增压器相关零件磨损程度发生变化，导致增压器的提前损坏，影响了机车的正常使用，甚至会造成机破故障的发生。

2018年3月我段DF8B型机车就先后更换后增压器3台，分析认为其原因为增压器机油进油压力低，进而导致增压器转子轴承润滑不良，引起增压器主轴及轴承发生非正常磨损现象，导致增压器叶轮扫膛。2018年11月11日我段DF4D3201型机车前增压器也因转子轴承过热固死，导致增压器转子固死。

3、原因分析

目前我段所使用的增压器主要为ZN315-LSB、ZN310LSA4、ZN310LSA4-1、ZN300-LSD1C、ZN270-LSB、ZN285-LSB等，其各型增压器在实际运用中都存在一定的质量问题。经分析认为造成增压器发生故障的主要原因主要有以下几点：

（1）增压器润滑油进油孔面积偏小。

目前我段所使用的ZN315-LSB型增压器其进油节流孔直径为5.5mm。从我段的机车实际运用情况来看，其机油通过面积偏小，导致润滑油流量减少，机油进油压力达不到要求。根据水阻试验和机车的实际运用情况，增压器处于机油系统的末端，其本身机油压力偏低，尤其是机车运行公里较长的机车其机油压力下降较为明显，使得安装与末端的增压器压力普遍有所下降，进而导致其在工作工况下的压力均有所降低。

（2）增压器轴承用润滑油油压偏低。

处于机油系统末端的增压器其润滑油油压在很大程度上取决于机油滤清器、机油热交换器、柴油机内部各润滑油路的状态，当前部各润滑状态良好时，其末端机油压力和增压器轴承润滑油压就相对较高，但当其前部某一环节出现较大阻力或泄油时，其增压器轴承用润滑油油压就会相对偏低，此时虽然作为油压保护的YJ并未动作，但对于ZN315-LSB、ZN310LSA4、ZN310LSA4-1、ZN300-LSD1C、ZN270-LSB、ZN285-LSB等增压器来说其机油实际工作压力与设计参数相比仍然偏低，在这种情况下易引起增压器在运行过程中出现瞬间缺油现象，相对降低了增压器的使用寿命。

（3）增压器壳体内部润滑油沉积、粘度增加。

从运行20万公里以上的增压器分解情况来看，其油腔内沉积的机油相对较多，且挂在壳体壁面以及粘度相对较大，且轴承表面也存在少量的粘油，因此使得其润滑效果较初期使用阶段有所降低，易引起增压器轴承表面油膜形成困难或瞬间缺油。

（4）增压器润滑油进油管直径偏小。

机油滤清器滤清后的机油要通过一段驼峰进油管进入增压器，由于原设计进油管直径为18毫米，通过实际运用发现部分使用该种进油管管径的增压器在使用中其轴承也会产生瞬间缺油，而导致轴承烧损故障。因此说明进入增压器轴承的机油压力也会由于其进油管管径偏小，而引起机油压力偏低、不稳定、脉冲波动较大等情况，在柴油机满负荷运用中引起轴承表面瞬间缺油或油膜不良。

（5）增压器机油精滤器偏脏阻塞。

由于增压器机油精滤器过脏而引起进入增压器的机油流动受阻、流量降低，进而降低进入增压器轴承的的机油压力，引起轴承润滑性能降低，油膜发生变化，特别是当机油粘度偏大或因增压器冷却效果偏低机油稀释的情况下其可能引起增压器轴承油膜瞬间破坏而加快轴承磨损，降低其使用寿命。

而造成机油精滤器质量问题的原因主要有：滤芯元件质量差，过滤阻力偏大或滤网过滤性能不良，其表面附着物偏多；其次，更换滤芯在组装时将异物带进精滤器前端引起滤清器阻塞；再次，滤芯经一定时间的使用后，滤网小于20um的滤清精度，导致过滤效果下降。

4、改进措施

为了提高增压器的运用可靠性，不但要保证增压器本身的制造和检修质量，还要为其提供一个符合设计要求的润滑油供油系统。因此要保证增压器的正常可靠工作，保证其润滑油供油系统的性能良好是一个重要前提条件。正常情况下，增压器的润滑油路是由提供给柴油机的润滑油路来实现的，同时后增压器的润滑油又是整个润滑系统的末端。其供油压力和流量直接影响增压器的使用寿命。而提供的增压器的润滑油压力必须确实严格满足增压器润滑油精滤器后的油压要求，才能确保增压器顺利工作。为此我们提出了如下改进措施和建议。有不对之处敬请批评指正。

（1）目前我段所使用的ZN315-LSB型增压器进节流孔直径为5.5mm。实践证明其机油通过面积偏小，进入增压器的机油压力有时达不到使用要求，通过反复摸索、试验，最终将进入增压器体的进油法兰块上节流孔确定改为直径7.5mm，公差±0.5mm（原孔为直径4.5mm或直径5.5mm）。改造后经过运用实践证明，其效果十分明显，增压器落修率已大大降低。

（2）对于增压器润滑油压偏低的问题。我们重点通过对机油滤清器、机油热交换器、柴油机内部各润滑油路进行状态检查来判断和处理。当机油滤清器、机油热交换器的压差不正常时，我们必须及时检查并判明原因，立即更换机油滤清器滤芯或机油热交换器，保证柴油机末端机油压力和增压器轴承润滑油压符合使用要求。当机油滤清器、机油热交换器的压差正常时，我们必须认真对柴油机各有关油路进行检查并判明原因，消除问题处所或更换柴油机，保证柴油机末端机油压力和增压器轴承润滑油压符合使用要求。

（3）为了保证长时间运用的增压器壳体内部润滑油沉积、粘度量小。我们必须做好运用机车增压器保养和维护，保证在启机前及停机后使用启动机油泵进行三分钟泵油，保证增压器可靠润滑。避免润滑油在循环状态不良时便在高温的作用下引起润滑油在增压器油腔内发生性能变化，致使其粘度增加。

（4）由于增压器润滑油进油管直径偏小，会使增压器造成产生瞬间缺油，我们从对直径小于20mm的增压器进油管全部进行改造。实践证明改造后的增压器较未改造的效果要好许多，特别是后增压器改造后效果更加明显。

（5）为了保证增压器内部清洁及机油精滤器的清洁，在柴油机上安装或拆下增压器及其精滤器时，应注意对增压器进油道及其精滤器做好防护，我们主要从如下几个方面进行：①增压器体上进油孔用干净的M12螺栓或其他件堵上；②增压器精滤器上与增压器进油管连接的接头处，在拆下进油管后应进行防护，避免直接踩踏等掉入杂质，影响润滑油的清洁度；③增压器进油管拆下后应放在干净的地方，避免污染；④对安装的柴油机与增压器等相连的管路一旦发现不清洁，必须进行清洗。另外对更换增压器精滤器的滤芯的其应采用20um或25um精度的滤芯。

（6）对非紧急制动情况下对柴油机升、降速的操作，建议运用机车乘务员一方面严密监视增压器滑油进口压力的变化，杜绝滑油压力突升突降而产生的剧烈变化和油量不继现象；另一方面不允许对柴油机的升、降速操作变化过大。

（7）对于备品增压器存放时间超过一个月的，安装前必须检查测量转子横动量，检查惰转情况，然后打开涡轮出气壳底部和蜗壳底部的排污堵，放掉积油和积水后方可安装。对于存放时间超过一年的备品增压器，安装前必须重新进行试验，试验合格后方可装车使用。

5总结：通过对各型高原增压器在我段的实际运用情况调查、总结，以及在实际工作中的摸索和研究，有针对性的对由于机油压力低等情况造成增压器轴承烧损的故障问题进行分析，并结合已取得的经验和实际效果，对此类故障提出了一定的改进建议，找出了采取有效措施来达到增压器的运用可靠性的途径，为提高增压器使用寿命提供出一定办法，将其推广并运用到实际当中可以有效的减少机车途停及故障率。

参考文献：

[1]大连机车车辆厂．东风4D型内燃机车﹝M﹞．大连：大连理工大学出版社，1993．

[2]东风4型内燃机车结构和原理﹝M﹞．北京：中国铁道出版社，1983．