舰船废气涡轮增压器喘振故障分析及排除.pdf

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1、第30卷第4期2017年8月中国修船CHINASHIPREPAIRV01．30No．4Aug．2017舰船废气涡轮增压器喘振故障分析及排除李洪松，刘永葆，余又红，贺星(海军工程大学动力工程学院，湖北武汉430033)摘要：为了满足现代舰船向高速化、大型化方向发展，作为主动力装置的柴油机广泛采用废气涡轮增压器来提高其输出功率。增压器喘振是船用柴油机常见故障之一，文章详细介绍2起增压器喘振故障现象及排除过程，根据喘振机理建立喘振故障树，分析喘振原因，为舰用柴油机科学管理与使用提供建议。关键词：舰用柴油机；废气涡轮增压器；喘振；故障树中图分类号：U664．121doi：10．13352／j

2、．issn．1001—8328．2017．04．007Abstract：Inordertomeettherequirementsthatmodernshipsdeveloptowardshigh—speedandlargescale，exhaustgasturboehargerarewidelyusedindieselengineasmainpowerdevicetoincreasetheoutputpower．Asoneofthecommonfaults，surgingofturboehargeroftenhappensonmarinedieselengine．Inthisarti

3、cle，twokindsoftreatmentareintroducedtoturbochargersurging，thefaulttreeisbuiltuponthebasisofitsmechanism，thefaultcauseisanalyzedandsomeadviceisgivenforscientificuseandmanagementofmarinedieselengine．Keywords：marinedieselengine；exhaustgasturboeharger；surging；faulttree由于柴油机在经济性和机动性等方面具有优势，目前柴油机作为舰船

4、主动力而被广泛应用。随着现代舰船向高速化、大型化方向发展，对舰用柴油机在大功率方面提出了更高的要求。增压是提高柴油机输出功率的主要方法，舰用柴油机采用废气涡轮增压器，使进入汽缸的空气压力和密度增大，喷射的燃油量相应增加，进而达到提高功率的目的。废气涡轮增压器喘振是舰用柴油机常见故障之一¨。3J，影响柴油机的正常运行和舰船的航行性能。1废气涡轮增压器喘振机理分析废气涡轮增压器由压气机和废气涡轮同轴相连而组成，废气涡轮在柴油机排出的高温和具有一定压力的废气推动下转动，通过转轴带动压气机转动，压缩空气，提高进气压力。当转速一定，压气机的进气流量减小时，造成流道中气体的速度不均匀和出现倒流现

5、象，压气机进入不稳定工作状态，进而出现空气流量忽大忽小，压力值波动剧烈，伴随着压气机的剧烈振动，并发出吼叫声或喘息声，这种现象称为压气机的喘振【4J。喘振会加速压气机叶片等内部零件的疲劳损伤并快速扩展已有的裂纹，严重时会导致压气机的损坏。当压气机进气流量小于设计值很多的时候，在压气机叶片背面产生剧烈的气流分离现象，进而引起压气机喘振。图1为进气流量变化时空气在叶轮前缘的流动情况，图中c。代表进入压气机前缘时空气的绝对速度，肛，代表叶轮的圆周速度，W，代表进入压气机前缘时空气的相对速度。当进气流量等于设计值时，气流平顺的进入叶片通道，不会与叶片发生撞击，如图l(a)所示；当进气流量大于

6、设计值时，气流撞击叶背，在叶腹处发生气流分离，但由于叶轮的旋转，使叶片压向分离的气流，进而使分离现象变弱，如图1(b)所示；当进气流量小于设计值时，气流撞击叶腹，作者简介：李洪松(1990一)，男，山东夏津人，在读硕士研究生，研究方向为动力机械及热力系统的设计、仿真与优化。·20·2017年第4期李洪松，等：舰船废气涡轮增压器喘振故障分析及排除第30卷瀚瀚胁潮图1进气流量变化时空气在叶轮前缘的流动情况在叶背处发生气流分离，一方面由于气流在叶背部分加速流动，压力降低，另一方面叶轮的旋转使叶背处的气流分离具有扩大的趋势，如图1(C)所示，进而堵塞通道，使气流在叶片流道内的流动受阻，造成空

7、气在扩压器前堆积，压力升高，而排出压力降低，空气流量变小。当扩压器前后压差增大到一定程度时，这种流道阻力被打破，堆积的大量空气得以排出，引起增压器强烈地振动，使得空气流量和排出压力剧烈地波动。但是因为流量变小没有得到改变，叶片流道中又会出现气流分离，这种现象周而复始，形成压气机喘振。2废气涡轮增压器喘振原因分析压气机发生喘振的根本原因是进气流量过小或者背压过高，根据喘振机理及柴油机实际工作状况，建立喘振故障树㈣，如图2所示。I增压器喘振lt运行工况变化喷油