导读
一、故障现象
为了定位增压器漏油故障原因,故障发生后,对故障柴油机增压器漏油部位相关零部件进行了检查,具体如下:
1、拆下外接排气管法兰,旋转柴油机涡后排气管,在涡后排气管隔板处发现有滑油积存(见图2)。
2、拆下柴油机涡后排气管后,在A2增压器涡轮壳下部发现有积碳;
3、拆下增压器进气口的连接管路,在增压器压气端未发现有漏油情况。
拆下增压器进、回油管路,未发现有阻塞情况。
4、将故障增压器从柴油机上拆下,返厂对各个零部件进行拆件勘验,经过拆验,A2增压器隔墙及涡轮壳内有油迹(见图3),其他零部件无异常。
B2增压器未发现漏油迹象,其他零部件无异常(见图4)。
5、为满足柴油机正常运行,更换了A2、B2增压器蜗壳端的滑油密封圈(见图5),对故障增压器及柴油机进行了复装。
二、更换部件后增压器的运行情况
复装了修复后的增压器,安装空气滤清器与增压器之间的进气管。
起动柴油机，柴油机起动滑油压力0.66MPa。
在滑油压力控制在0.6MPa内, 20min内柴油机转速从怠速升至1400rpm,A2缸增压器涡端有轻微渗漏。
随后调整柴油机滑油调压阀,起动柴油机,柴油机起动滑油压力0.58MPa,15min内柴油机转速从怠速升全180orpm,A2缸增压器涡端有轻微渗漏,但泄漏量有所减少。
1、加装节流孔板对调增压器
为进一步降低增压器的进油压力与验证增压器性能，在各个增压器的进油管路中增加了节流孔板,并将A1、A2位置增压器对调,再次起机进行验证,起动瞬时滑油压力0.58MPa,柴油机在怠速800rpm运行5min后,消油力下降到0.52MPa。
在控制油压的前提下,15min 内缓慢提升柴油机转速至额定转速1800rpm,随后柴油机在额定转速运行约5min,此时柴油机滑油压力0.52MPa ,油温约40—50℃。
观察到A1增压器、B2增压器涡轮壳端有滑油渗漏，B1增压器涡轮壳与法兰管法兰连接处有少许油迹,A2增压器无异常。
由于两个增压器共用一个排气管,B1增压器的漏油情况明显少于A1增压器,初步判断Bl增压器处的油迹是由A1增压器的排气气流所携带的漏油沉积形成。
随后对现A1、B2位置增压器进行拆检勘验。经勘验,现A1位置增压器、B2位置增压器涡轮壳及隔墙内均有油迹(见图6),其他零件等未发现异常。
2、更换增压器旋转体
鉴于A1、B2增压器在前期已更换过蜗壳端滑油密封圈,增压器厂家将增压器内部的旋转类部件以散件的形式发至现场,更换了A1、B2增压器的旧件。
在配合其他试验的过程中,持续观察增压器的漏油情况。试验过程中，柴油机起动瞬间油压约0.58MPa,油温5℃ ,稳定后滤后总油压0.48一0.52MPa ,节流后A2、B2增压器进油压力约0.3—0.35MPa,滑油温度约40℃。
试验后均发现A1处增压器轻微渗油,B2处增压器蜗壳连接法兰处有严重滴漏,现A2、B1增压器未发现异常。
3、更换试压后的增压器旋转体
随后增压器厂在厂内组装1套增压器中间体,并进行了静态的油压试验,在发至现场后对2增压器中间体进行了更换。
更换后进行柴油机各转速下机组输出最大电压、电流标定试验,柴油机起动瞬间油压0.58MPa,起动时滑油温度6℃,稳定后油压0.52MPa,节流后增压器进油压力0.35MPa。
满载时柴油机滑油压力0.46MPa,滑油温度最高约92℃,节流后增压器进油压力为0.3 MPa、0.2MPa。
在完成1200—1600rpm性能试验后,进行1700rpm 试验时,发现B1增压器涡轮壳与轴承壳连接位置有漏油现象，其余3台增压器未发现异常。
再次对2增压器更换了提前组装试压的中间体后,继续进行1700,1800rpm转速下机组输出最大电压、电流标定试验,柴油机起动瞬间油压为0.58MPa,起动时滑油温度4℃，稳定后油压0.52MPa,节流后增压器进油压力为0.35MPa。
满载稳定时柴油机滑油压力0.492MPa,滑油最高温度约77℃,节流后增压器进油压力为0.35MPa,0.29MPa。
试验结束后检查各增压器的运行情况,在各增压器蜗壳处发现有部分结焦现象,未发现有渗漏情况。
三、故障可能原因分析
通常,导致增压器漏油的可能因素有以下几个方面。
增压器自身设计或零部件质量问题:增压器滑油密封依靠设计结构保证,因设计不合理造成漏油。
旋转类部件如轴承壳、转子部套、推力轴承、推力块﹑密封圈、活塞环等零部件制造缺陷导致增压器损坏造成漏油。
滑油系统问题:
运行过程中增压器滑油进油压力过高,易引起滑油从增压器涡端渗漏。
滑油温度过低,滑油粘度增加,滑油的流动性下降,易导致回油不畅,不能迅速建立油压导致渗漏。
回油背压过高,引起滑油在增压器密封环处聚集,进而引发增压器密封环漏油。
柴油机运行工况原因:
为验证柴油机的性能参数和可靠性,柴油机出厂前进行了多项严苛试验。
到达用户现场后,又经过长期的低温低速空载运行导致滑油泄漏。
四、故障定位
为了定位故障原因,对导致增压器泄漏的可能因素逐一排查。
1、增压器原理设计排查
增压器工作时最高工作转速可达每分钟6万转以上,其转子部分旋转采用滑动轴承,需要柴油机提供滑油。
滑油通过柴油机的进油管,在增压器顶部进入增压器,流经转子滑动轴承后汇集在轴承壳的空腔内,再通过回油管流回柴油机。
增压器涡端滑油密封结构设计采用径流增压器常用结构,该密封由两部分组成,一部分为主轴(旋转件)与轴承壳(静止件)组成的油封和回油槽;一部分为密封环密封(见图7)。
密封原理是:
增压器正常运行时,从主轴与轴承壳配合的间隙泄漏的润滑油在主轴旋转离心力作用下被甩出,撞击到轴承壳内孔形成油封“隔墙”,可阻挡绝大部分滑油泄漏，小部分泄漏的润滑油会从回油槽排走。
活塞环主要是封气，但也对小部分溅射的润滑油起着密封作用。
该结构是增压器常用的密封结构,在相似型号的其他产品中也有广泛的应用,密封效果良好,得到充分验证。
2、零部件排查
通过对故障增压器零件的拆检勘验,主要的问题由除涡轮壳及隔墙存在油迹,涡端滑油密封环处有大量的积碳,其余零件无异常。
转子转动正常,压气叶轮和涡轮无碰擦痕迹,各零件状态良好,无异常磨损现象。
返厂零件的关重尺寸、与密封相关的各尺寸进行了检测,均满足设计要求。
3、进油压力过高
故障发生后,在 A2、B2位置的增压器进油支管上加装节流测压接头,在A1、B1增压器进油支管上加装节流孔板,在后续试验过程中,监测到滑油滤后压力约0.52MPa ,A2、B2增压器节流后的进油压力约0.3-0.35MPa ,满足技术要求。
4、油温过低
柴油机添加的低温性能良好的润滑油,滑油在低温环境下仍有较好的流动性能,柴油机在起机后可迅速建立油压。
由于未进行高温水预热,起动瞬间的油压略高于在柴油机厂内试验时的油压,在加装节流接头,测得压力值在增压器要求的范围之内,可排除油温的影响。
5、回油背压过高
柴油机安装了4台废气涡轮增压器,每两台增压器通过各自的回油管路引至1根共用回油总管,再由回油管路引至柴油机机体处。
影响管路流动阻力的主要因素由管路尺寸与流速,由于增压回油依靠滑油自重流动,滑油流速较低,回油管阻力过大引起滑油聚集。
适当增加回油管径,有利于增压器回油流动。
为检测增压器的回油背压,在增压器回油管中加装了U型管进行测试。
经测试增压器回油管液位最高上升11 cm,约 1kPa 与柴油机曲轴箱压力相近,距离增压器回油口的竖直高度约为10cm,并未在增压器内部油腔聚集，回油顺畅,回油背压过高可排除。
6、运行工况排查
柴油机在出厂前和在用户处经过多项性能摸底试验和联调试验,为验证柴油机性能和可靠性,部分试验超过或无限趋近增压器限值。
到达用户处后进行联调试验,长期多次低温低速空载运行。
根据增压器工作原理,增压器在高速旋转,有较高的排气背压时有良好的密封效果。
但增压器的工作区间较大，在各工况下增压器的性能也有较大的差异,柴油机空载时增压器的转速约1000rpm/min ,柴油机满载时增压器的转速可高达65000rpm/min,对比柴油机怠速空载时的排气背压为0kPa,柴油机满载时排气背压为10kPa,两者数据差距较大。
当柴油机长期在怠速工况下运行,柴油机排放废气量较少,增压器涡轮轮背处压力较低,涡端活塞环两端压差相对较大,增压器的密封性能未能达到最佳状态。
长期的超限和低温低速空载运行为此次故障的根本原因。
五、故障机理
该项目用柴油机是公司为满足电动轮矿车应用工况而进行开发设计的新型柴油机,相对公司其他的产品,有更高的性能指标,进气真空度5kPa,排气背压10kPa,大气压力0.84MPa ,为此增压器也重新进行了设计选型。
为验证柴油机的性能参数及可靠性,公司在厂内进行了柴油机性能摸底试验,在检测柴油机排气温度、增压器转速、柴油机爆发压力的情况下,进行柴油机各转速下最大功率试验、万有特性试验。
由于前期柴油机进行较为严苛的试验项目,试验时柴油机的最大功率相较交货特性高出5%一8%,导致增压器在可允许的限值附近运行,导致增压器运行工况恶劣。
在现场联调试验过程中,由于柴油机长时间在怠速工况下运行,而且低温环境下滑油粘度相对较低,柴油机起动瞬间进油压力过高,回油流动性降低,增压器蜗壳端滑油密封环两侧压差相对大,加上积碳的存在导致密封性能未达到最佳状态,引发增压器滑油泄漏。
六、结论
更换了增压器中间体、在增压器的进油管中加装节流装置后,柴油机起动正常,未再发生类似故障。
为杜绝类似故障发生,技术人员随后重新设计更换管径更大的增压器回油管,并在低温环境下(≤5℃)起动前进行柴油机冷却水预热功能,以保证增压器回油更加顺畅,防止增压器出现漏油的故障。
参考文献:
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[2]谢波﹐卫中山,顾力强.车用废气涡轮增压器漏油原因分析及对策[J]门.公路与汽运,2011,37-39.
[3]陈伯强,李兆斌,李喜振.涡轮增压器漏油的防治措施[J].工程机械与维修﹐2005,146-147.
原创作者系：
河南柴油机重工有限责任公司
程德彬、郭―凯、李瑞发、衡延杰、姚智宸
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