(中船澄西扬州船舶有限公司 江苏扬州 225215)
摘要:船用涡轮增压器实际上是一种空气压缩机,通过压缩空气来增加进气量。它是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮,涡轮又带动同轴的叶轮,叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气,使之增压进入气缸。当发动机转速增大,废气排出速度与涡轮转速也同步增加,叶轮就压缩更多的空气进入气缸,空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料,相应增加燃料量和调整发动机的转速,就可以增加发动机的输出功率了。
关键词:涡轮增压器;叶轮;清洗;柴油机
1涡轮增压器的发展趋势及前景
当代船用涡轮增压器领域的技术领导者ABB公司目前有TPS(Small),TPL(Large)两大主流系列产品,TPS系列为中小型混流涡轮增压器,TPL系列为大中型轴流涡轮增压器。ABB目前推出新的“A100”系列涡轮增压器。A100-H/M系列凭借在柴油机市场近乎垄断的地位和自产增压器技术水平的进步,MAN增压器市场份额逐步提升。近年来,船用增压器技术已经成为国内外柴油机发展的重要方向之一。几十年来,世界各国一直十分重视对发动机增压技术的研究,这使得增压技术得到迅速发展。随着增压器设计和工艺水平的提高、高温耐热材料的解决,增压器的性能和使用寿命大为提高,体积和质量显著减少。
在现在社会的发展中,涡轮增压器广泛用于汽车、工程机械、农业机械、发电机组、船舶等领域,其中汽车市场是涡轮增压器规模最大的下游市场。数据显示,我国车用涡轮增压器应用占比81.56%,其次是农业机械,涡轮增压器应用占比11.33%,船舶行业占比也在5%左右。目前我国船用涡轮增压器主要由外资垄断,2022年以前,全部由ABB增压器公司所垄断,近年来为了打破垄断,我国逐步在研究船用增压器技术。
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2 涡轮增压器的运用
船用涡轮增压器主要由两部分组成,即装在同一主轴上的轴流涡轮和离心压气机组成。
船用涡轮增压器的基本结构如表 1所示:
表1 船用涡轮增压器结构
序号 | 名称 | 序号 | 名称 | |
1 | 消音器总成 | 8 | 喷嘴环 | |
2 | 压端径向浮动轴承 | 9 | 涡轮叶片 | |
3 | 浮动盘 | 10 | 轴承壳 | |
4 | 环形推力轴承 | 11 | 扩压器 | |
5 | 涡端径向浮动轴承 | 12 | 压气叶轮 | |
6 | 燃气排气壳总成 | 13 | 压气机壳 | |
7 | 燃气进气壳 |
发动机废气通过燃气进气壳(7)和喷嘴环(8)进入涡轮(9)。涡轮(9)利用废气能量通过主轴带动压气机叶轮(12)旋转,废气则通过燃气排气壳(6)排入大气。压气机叶轮(12)被涡轮(9)带动旋转,使得空气通过消音滤器(1)进入压气机叶轮(12),经过扩压器(11)和压气机壳(13)压缩后,离开增压器,进入发动机。
转子由位于轴承壳内的径向浮动轴承(2 / 5)支撑,滑动轴承一个位于压气叶轮端的浮动轴承(2)中,一个位于环形推力轴承(4)和推力轴承(3)中。
轴承与带过滤器的供油管相连,其所需润滑油由发动机的供油系统提供,润滑油出口要求位于轴承壳(10)的最低点。
船用涡轮增压器应用于发动机上,为发动机提供气缸内燃油(可燃气体)燃烧所必须的空气压力和空气量。然而,如果涡轮增压器由未经培训的人员进行操作,或使用不当,或应用目的不正确,则有可能造成人员伤亡、涡轮增压器损坏或其它财产损失。每台船用涡轮增压器均为特定转速和输出功率的发动机而专门配置,如改变发动机工作状况,使得涡轮增压器在超出运转极限的状况下工作,则可能对增压器造成严重损坏。
3增压器润滑油系统
3.1 润滑油系统
完善的润滑油系统是涡轮增压器正常运行的重要先决条件。通常情况下船用涡轮增压器由柴油机的润滑油系统进行供油。如果出于特殊应用场合的需要,则应考虑使用独立的润滑油系统进行供油。
3.2 润滑油过滤
润滑油中的杂质颗粒必须过滤以防止涡轮增压器轴承非正常磨损,不清洁的润滑油严重影响轴承寿命。船用涡轮增压器的润滑油过滤精度要求是最低 34µm,推荐采用过滤精度为20 µm 的过滤器,较高的过滤精度有利于延长轴承寿命。
3.3 润滑油品质、粘度及油温的选择
原则上所有的发动机润滑油均可使用,但必须严格遵守发动机制造商关于润滑油的选择及更换间隔方面的要求。所选用的润滑油在温度范围 40℃-100℃ 时,滑油的进油温度最高不得超过80℃,最低不得低于20℃。
4 增压器运行监控
4.1转速测量
船用涡轮增压器可以选配测速传感器,传感器是独立的测量监控系统,此传感器允许进行连续的远程监控,允许发动机的监控系统把涡轮增压器转子旋转速度作为一项参数进行监控,转速传感器可以把数据传送到测速系统中进行记录。
涡轮增压器转速降低的可能原因:
①涡轮和轴承开始损坏。
②在脉冲系统中相连的气缸出问题。
③发动机产生的污染物大量堆积在喷嘴环或涡轮上,也可能使涡轮增压器转速降低,但在轻微积垢的情况下,往往引起转速上升。
转速显示故障的可能原因:
①测速传感器,连接电缆或电源损坏。
②涡轮增压器损坏。
③速度指示消失,也可能是由于发动机空载时输出量降低或发动机停止运行所引起。
4.2 涡轮增压器喘振分析
在某些特定运行状态下,其涡轮增压器仍可能出现喘振,如突然卸下负荷等情况,尤其是在高负荷时。虽然喘振会导致涡轮增压器各部件的负荷增加,但偶尔的喘振不会影响涡轮增压器的安全运行。
连续或周期性的喘振可能损坏以下部件:①压气机叶轮、②涡轮叶片、③轴承、④空气滤清器。连续的或周期性的喘振不能保证涡轮增压器的安全运行。操作者应向发动机制造商联系,采取措施消除喘振。一旦有疑问,应对前面提到的部件进行检查,确定是否更换。
5 清洁空气滤清器
5.1清洁保养空气滤清器
首先清洗滤网,其可更换或用洗涤剂清洗。清洗时注意安全,最好使用新滤网。滤网每使用500小时后清洗或更换一次,滤网可清洗不大于5次。如果太脏,用超过40℃的水进行浸泡清洗,小心挤压。后在冷水中清洗,避免高度机械重压(如扭转、强力水喷射等)。
在装配前要彻底晾干。
5.2空气滤清器的拆除和清洗
拆下覆盖的滤网,用加入了清洗剂的水冲洗滤网,如果脏污严重,则需要浸泡,并小心把水挤出。在冷水中冲净,要避免产生机械冲击,例如水射流。滤网的脏污程度取决于吸入空气的洁净度。每隔500个运行小时或者在必要时清洗滤网,清洗次数不大于5次。松开螺母并取下,从锁紧杆上取下螺栓,取下锁紧杆,小心取下孔板圈。拉出插入件(E),拿下扇块,取出消音材料,清洁消音材料。清洗过程中小心不能把消音材料弄湿,可用软刷或干燥的压缩空气清除污物,损坏的滤网则必须进行更换。
结束语
通过本次船用涡轮技术的研究,让我对船用涡轮增压器的技术有了更深层次的理解。从增压器的外形结构,再到工作原理,处理问题分析等一些列过程的深入研究探索,总结出了一些实用的增压器技术知识,如涡轮增压器是船舶主动力装置的关键部件,其工作状态良好,可使柴油机大大提高输出功率,降低燃油油耗,同时也可以减少废气中有害、有毒气体的含量。因此,轮机日常维护管理人员,应重视涡轮增压器的正确使用及日常维护、保养工作,以保证柴油机处于最佳工作状态。
参考文献
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[2]曹孝瑾. 涡轮增压器与柴油机的匹配[M].国防工业出版社,2017(10).P38
[3]蒋志斌. 杨庆明. 船舶柴油机涡轮增压器常见故障分析[J].科技资讯,2012(11)P62~P63
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