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1、船用废气涡轮增压系统喘振分析及维护管理要点摘要 废气涡轮增压器在发动机上被广泛应用，增压器的工作是否正常，直接关系到发动机的工作效率。涡轮增压器利用发动机排出的废气能量，驱动涡轮高速旋转，带动与涡轮同轴的压气机叶轮高速旋转，压气机将空气压缩进入发动机的气缸，增加了发动机的充气量，可供更多的燃油完全燃烧，从而提高了发动机的功率，降低了燃油的消耗，同时由于燃烧条件的改善，减少了废气中有害物质的排放，还可以降低噪声。关键词 压气机；空气流量；流道阻塞；喘振IMarine Abstract Marine Key words Blower; II目录1 涡轮增压器发生喘振的本质-12 造成涡轮增压器喘振
2、的原因-12.1 增压系统流道阻塞因素的影响-22.2 非流道阻塞的影响-23 涡轮增压器喘振的危害-44 涡轮增压器的维护管理要点-44.1 按 要 求 对 增 压 系 统 主 要 部 件 进 行 清 洗 -44.2 合 理 选 用 润 滑 油 并 做 好 防 污 染 工 作 -5结论-5致谢语-5参考文献-6 洪志远：轮机工程专业毕业论文01 涡轮增压器发生喘振的本质压气机中的流动损失。见图一，当压气机转速一定时，如不计流动损失，则其压力比如最上条横线，不随流量而变。但压气机中油流动损失，它可分为摩擦损失和撞击损失两类。摩擦损失随气流流速变化，也就是随流量的增加而增大。压气机的撞击损失包括
3、空气进入叶轮及进入叶片扩压器的撞击损失。在设计工况下，气流平顺地进入叶轮和扩压器，这时的撞击损失最小。空气流量大于设计流量时，气流在叶轮叶片的凸面和扩压器叶片的凹面上 产生撞击，并在它们各自的反面形成涡流。这就造成撞击损失，流量偏离设计值越多，撞击损失越大。但在这种情况下涡流不致扩展，只局限于叶片进口边缘附近。这是由于空气质点的惯性，使叶轮中空气挤向正在向前旋转的叶片，扩压器中气流则有按对数螺旋线运动的趋势，使空气挤回叶片的凸面。因此在叶轮与扩压器中，气流仍然压回叶片。空气流量小于设计流量时气流在叶轮叶片的凹面和扩压器叶片的凸面上产生撞击，并在它们各自的反面形成涡流及气流脱离。这与空气流量偏大
4、一样也造成撞击损失，流量偏离设计值越多，撞击损失越大。但不同的是流量偏小时，气流质点惯性则促使反面的漩涡区域扩大，而且随着流量的减少而加剧，当流量小于某一临界值时，流过压气机的气流形成强烈的振荡，压气机出口压力显著降低且大幅度波动，流量忽正忽负（出现倒流） ，机件强烈振动，并发出喘叫声，这时的现象成为喘振。图一 压气机中的流动损失2 造成涡轮增压器喘振的原因 洪志远：轮机工程专业毕业论文1新造的增压柴油机，增压器与柴油机匹配良好，低负荷的喘振裕量比高负荷的喘振裕量大一些。图二为涡轮增压器与二冲程柴油机的配合运行线，曲线 C 为配合运行线，曲线 B 为喘振线，其他与它们相交的曲线为等转速线。增压
5、柴油机随着运转时间的增长，增压系统各部件逐渐污阻、变形损坏，才会引起匹配不良而发生喘振。图二 涡轮增压器与二冲程柴油机的配合运行线2.1 增压系统流道阻塞因素的影响如 滤 清 器 污 阻 、 压 气 机 叶 轮 和 扩 压 器 流 道 污 阻 、 空 冷 器 污 阻 、 扫 排 气 口 污 阻 、涡 轮 喷 嘴 环 和 动 叶 栅 流 道 污 损 、 废 气 锅 炉 阻 力 增 加 ， 以 及 封 缸 运 行 等 ， 它 们 会 影 响通 流 特 性 ， 因 流 量 减 小 导 致 过 量 空 气 系 数 减 小 ， 燃 烧 恶 化 ， 排 气 温 度 升 高 ， 燃 油 消耗 率 增 大 ，
6、 增 压 器 与 柴 油 机 配 合 运 行 线 向 左 移 靠 近 喘 振 线 ， 喘 振 裕 量 减 小 。 污 阻 越严 重 ， 性 能 恶 化 越 严 重 ， 配 合 运 行 线 左 移 越 多 。2.2 非流道阻塞的影响2.2.1 柴油机运行工况（负荷、转速）变化的影响柴油机运行时可能有几种工况：按给定转速运行；油门位置不变，按等扭矩运行；俺螺旋桨特性运行。当按给定转速方式运行时，负荷（喷油量加大） ，增压器获得能量增加，增压器转速升高，流量加大，压比升高，配合运行点往该曲线高处移动，喘振裕量有所减小。深圳远洋鹏盈轮在满载及空载时均易喘振，且其主机运行工况为给定转速运行。以下两个表格
7、为其一个航次的部分运转参数。表一为满载时的参数，表二为空载时的参数。 洪志远：轮机工程专业毕业论文2表 1 鹏盈轮秦皇岛-珠海电厂部分运行参数（满载）当按给定喷油量方式运行时，如转速升高，增压器单位时间获得能量次数增加，增压器获得能量增加，增压器转速升高，流量加大，压比升高，配合运行点也移向该曲线的较高处。总之，高负荷、高转速的配合运行点在该曲线上端，喘振裕量较小。2.2.2 喷油系统故障导致后燃加剧排气温度升高的影响当喷油系统发生故障、燃用劣质重油时，后燃加剧、排气温度偏高。随着燃烧终点延后，排气温度升高，增压器转速升高，压气机流量增大，压比升高，配合运行点气缸排气温度（摄氏度）增压空气（摄
8、氏度） 环境温度日期主机平均转速（r/min）负荷指示增压器转速（*1000r/min）1 2 3 4 5 6增压前烟气排气总管 冷却前冷却后扫气空气进（总管）MPa机舱海水9.20 89.6 7.1 8.0 364 366 369 355 377 367 456 384 85 32 0.71 34 229.21 89.8 7.1 8.0 368 362 377 366 377 365 460 388 85 32 0.82 34 219.22 89.5 7.1 8.0 375 373 366 380 357 373 462 391 85 35 0.78 36 259.23 89.5 7.1 8
9、.0 369 364 379 382 389 374 469 396 85 37 0.80 37 289.24 89.5 7.1 8.0 368 370 369 386 383 379 468 396 85 37 0.79 37 289.25 89.5 7.1 8.0 374 372 378 384 384 383 470 401 85 39 0.75 39 30表 2 鹏盈轮珠海电厂-秦皇岛部分运行参数（空载）气缸排气温度（摄氏度）增压空气（摄氏度） 环境温度日期主机平均转速（r/min）负荷指示增压器转速（*1000r/min）1 2 3 4 5 6增压前烟气排气总管 冷却前冷却后扫气空气
10、进（总管）MPa机舱海水2011.10.3 89.5 7.1 7.6 338 344 358 369 349 336 434 365 85 38 0.70 37 272011.10.4 85 7.0 7.5 374 369 384 384 377 376 468 378 85 36 0.71 37 262011.10.5 87 7.2 8.0 383 382 372 390 363 383 468 399 85 35 076 37 252011.10.6 89.5 7.2 7.8 373 377 370 377 365 386 463 375 85 34 0.78 36 242011.10.7
11、 89.6 7.2 8.0 367 364 389 370 341 374 457 468 84 32 0.80 34 202011.10.8 89.7 7.2 8.0 373 370 362 365 367 385 460 390 83 31 0.80 34 21 洪志远：轮机工程专业毕业论文3往图二中曲线高处移动，喘振裕量减小。2.2.3 空冷器冷却能力变差的影响空冷器空气侧污阻和水侧结垢会使传热恶化，冷却能力变小。这时柴油机排气温度升高，压气机转速升高，流量增大，压比升高，配合运行点移向高处，喘振裕量减小。2.2.4 海域温度降低的影响当船舶进入不同温度海域时，增压器与柴油机的配合运行点
12、不同。当进入高温海域时，因环境空气温度变高密度变低，使进入压气机流量变小。尽管排气温度升高，排气管压力却降低，涡轮获得能量反而减少，增压器转速下降。增压器转速下降又进一步导致空气流量将少。运行点向该配合运行线低处移动，喘振裕量增大。反之，当进入低温海域时，喘振裕量减小。2.2.5 扫气箱着火的影响扫气箱着火时，火势越大，扫气箱温度越高，排气温度越高，涡轮转速越高，压气机流量越大，压比越高，配合运行点移向图二曲线高处，喘振裕量减小。3 涡轮增压器喘振的危害柴油机燃烧恶化，可靠性下降，油耗率升高。4 涡轮增压器的维护管理要点 4.1 按 要 求 对 增 压 系 统 主 要 部 件 进 行 清 洗4
13、.1.1 涡 轮 增 压 器 的 定 期 清 洗 、 拆 洗压 气 机 侧 的 水 洗 ： 一 般 每 运 行 25 75h 水 洗 一 次 。 水 洗 靠 的 是 水 滴 的 撞 击 作 用 。水 洗 用 淡 水 ， 不 要 添 加 带 溶 解 作 用 的 任 何 溶 剂 ， 也 不 应 有 冷 却 水 处 理 剂 。 水 洗 应 尽可 能 在 柴 油 机 高 负 荷 时 进 行 ， 以 增 强 水 滴 的 撞 击 作 用 。 水 洗 时 要 严 格 控 制 喷 入 水 量 ，过 量 清 水 进 入 压 气 机 和 柴 油 机 会 造 成 事 故 。 喷 水 清 洗 后 柴 油 机 至 少
14、还 得 有 负 荷 运 行十 分 钟 ， 以 便 水 分 干 燥 。涡 轮 侧 的 水 洗 ： 每 运 行 150 1000h 水 洗 一 次 ， 具 体 应 按 柴 油 机 实 际 使 用 时 涡轮 的 积 炭 情 况 进 行 规 定 。 建 议 在 多 数 情 况 下 每 隔 6 天 清 洗 一 次 ， 以 均 匀 去 除 积 炭 。为 了 避 免 水 滴 蒸 发 过 快 、 减 小 水 滴 撞 击 及 热 能 冲 击 的 效 果 ， 水 洗 应 在 部 分 负 荷 （ 排气 温 度 较 低 ） 时 进 行 。 洪志远：轮机工程专业毕业论文44.1.2 增 压 空 气 冷 却 器 的 清 洗空 冷 器 冷 却 水 的 进 口 温 度 和 空 冷 器 后 的 增 压 空 气 出 口 温 度 之 间 的 差 值 可
