柴油機(jī)渦輪增壓器喘振的分析及排除.doc

大連交通大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)論文(設(shè)計)題目柴油機(jī)渦輪增壓器喘振的原因分析及排除鐵道機(jī)車車輛專 業(yè) 學(xué)生姓名劉楊 班級 指導(dǎo)老師 職稱(務(wù)) 指導(dǎo)單位 教研室主任 完成日期 年 月 日大連交通大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)論文(設(shè)計)評閱書 學(xué)生姓名劉楊 班級 題目柴油機(jī)渦輪增壓器喘振的原因分析及排除 指導(dǎo)老師 職稱(務(wù)) 指導(dǎo)單位 教研室主任 1. 指導(dǎo)教師評語: 簽名: 2. 答辯委員會綜合評語: 經(jīng)畢業(yè)(論文)設(shè)計答辯委員會綜合評定成績?yōu)? 答辯委員會主任(簽字): 年 月 日大連交通大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)論文(設(shè)計)題目柴油機(jī)渦輪增壓器喘振的原因分析及排除起止日期 年 月 日至 年 月 日 學(xué)生姓名劉楊 班級 指導(dǎo)老師 職稱(務(wù)) 指導(dǎo)單位 教研室主任 日期 年 月 日任務(wù)及要求 1在查閱分析資料的基礎(chǔ)上確定論文研究的主要內(nèi)容及論文提綱 2.對我國鐵路東風(fēng)型內(nèi)燃機(jī)車廢氣渦輪增壓器喘振的原因進(jìn)行分析 3.探討影響我國鐵路東風(fēng)型內(nèi)燃機(jī)車廢氣渦輪增壓器喘振的具體原因及消除方法 4.提出消除東風(fēng)型內(nèi)燃機(jī)車廢氣渦輪增壓器喘振的幾點建議 5.論文要求內(nèi)容詳實、論據(jù)充分、條例清楚、結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)、有獨立見解、有所創(chuàng)新，論文符合大連交通大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計的要求。畢業(yè)設(shè)計（論文）內(nèi)容計：說明書（論文） 16 頁 表 格 0 張 插 圖 0 幅 附 設(shè) 計 圖 0 張 完成日期 年 月 日摘 要 增壓是提高柴油機(jī)功率最主要、最有效的途徑，隨著增壓壓力的提高，柴油機(jī)的功率成比例提高，因此增壓器一旦工作異常或發(fā)生故障對柴油機(jī)的工作性能影響很大。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，增壓器故障在柴油機(jī)故障中所占比例正在逐年增大，而其中又以增壓器的喘振最為常見，且危害巨大。本文即深入分析柴油機(jī)渦輪增壓器的喘振故障，又對增壓器的特性進(jìn)行探討，并且對增壓器與柴油機(jī)的配合進(jìn)行討論，進(jìn)而深入分析增壓器喘振故障的理論原因，并給出一些實際情況中引起喘振的具體因素和相應(yīng)的預(yù)防、排除方法。關(guān)鍵詞：柴油機(jī)渦輪增壓器 喘振 分析 排除目 錄第一章 引言第二章 增壓器喘振原因的分析2.1 喘振的機(jī)理2.2 增壓器的配合及選配第三章 影響增壓器喘振的具體原因及消除方法3.1 系統(tǒng)阻力增加3.2 增壓器或柴油機(jī)本身故障3.3 運(yùn)轉(zhuǎn)中的增壓器與柴油機(jī)暫時失配3.4 機(jī)車使用時對保護(hù)增壓器的要求第四章 幾點建議結(jié) 論謝 辭 參考文獻(xiàn)第一章 引言柴油機(jī)的功率決定于單位時間內(nèi)噴進(jìn)柴油機(jī)的燃油量及其轉(zhuǎn)化效果(熱效率)。為了確保燃油能夠完全燃燒而轉(zhuǎn)變成有效的機(jī)械功，必須向氣缸送進(jìn)與燃油量相適應(yīng)的空氣。如果把送入氣缸的空氣預(yù)先進(jìn)行壓縮增加空氣密度，那么在相同氣缸容積下，就可送入較多的空氣，因此相應(yīng)也就能燃燒更多的燃油，從而可以增加柴油機(jī)的功率。柴油機(jī)的功率隨著增壓壓力的增加而成比例的提高，這是一個已經(jīng)被生產(chǎn)實踐所證實的事實。同時由于采用了廢氣渦輪增壓，利用了廢氣的能量，柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)一步得到了提高。廢氣渦輪增壓技術(shù)的發(fā)展使柴油機(jī)的性能得到了飛躍式的提高，柴油機(jī)的發(fā)展離不開增壓技術(shù)的進(jìn)步。在人們不斷的努力之下，增壓技術(shù)近年來有了長足的進(jìn)步，能夠在盡量高的增壓比(提高的柴油機(jī)的功率)下獲得較高的增壓器效率，增壓度越高，增壓器的功率越大，增壓系統(tǒng)的作用也就越重要，增壓系統(tǒng)工作的優(yōu)劣對柴油機(jī)性能的影響也就越來越大，或者說新型柴油機(jī)增壓度越高，其性能的優(yōu)劣越來越依賴于增壓系統(tǒng)工作情況的優(yōu)劣。基于以上的分析的結(jié)論，我們可以發(fā)現(xiàn)，增壓系統(tǒng)工作的好壞，直接影響著柴油機(jī)的工作乃至機(jī)車的正常運(yùn)用。近些年來，機(jī)車上的渦輪增壓器故障越來越令人關(guān)注，柴油機(jī)的損壞事故有20%是由渦輪增壓器引起的。在廢氣渦輪增壓器故障中，最常見的又是壓氣機(jī)的喘振、壓氣機(jī)葉輪材料的蠕變引起的損壞以及增壓器軸承的損壞這三種了。其中又以壓氣機(jī)的喘振最容易發(fā)生也最為常見。本篇論文僅以此為題，通過對廢氣渦輪增壓器喘振的具體原因及排除方法等幾個方面的探討研究，給出柴油機(jī)廢氣渦輪增壓器喘振故障的解決方法。第二章 增壓器喘振原因的分析2.1喘振的機(jī)理喘振是指流體機(jī)械及其導(dǎo)管系統(tǒng)在特定的周期內(nèi)，排出壓力和排量發(fā)生變化時，流體和固體相互作用，引起的一種自激振動。喘體的大小與管子的容量成正比，增壓器產(chǎn)生喘振的原因是壓氣機(jī)在某一小流量下工作，引起葉輪的擴(kuò)壓器的葉片通道內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)烈的氣流分離所致?，F(xiàn)代渦輪增壓器壓氣機(jī)大多采用帶后彎式葉片的葉輪和機(jī)翼型葉片的擴(kuò)壓器，在葉片擴(kuò)壓器進(jìn)口處，氣流速度可分解成相互垂直的圓周分速和徑向分速，當(dāng)氣流相對葉片的轉(zhuǎn)速一定而流量變化時，氣流的圓周分速可認(rèn)為是不變的，徑向分速是變化的，因此氣流速度的大小和方向都隨徑向分速而發(fā)生變化。理論研究指出，壓氣機(jī)流量大于或小于設(shè)計流量時均在壓氣機(jī)通流部分產(chǎn)生不正常流動，設(shè)計流量情況下，氣流進(jìn)入葉輪的方向?qū)?zhǔn)葉片中心線，無撞擊，壓氣機(jī)運(yùn)行順暢。當(dāng)流量大于設(shè)計流量時，氣流沖擊葉輪進(jìn)口端葉片的凸面而在凹面發(fā)生氣流分離現(xiàn)象。但由于葉片向前轉(zhuǎn)動，其凹面壓向氣流使這種分離現(xiàn)象減弱，因而除了降低壓氣機(jī)效率外不會引起壓氣機(jī)喘振。但當(dāng)流量小于設(shè)計流量時，氣流將沖擊葉輪進(jìn)口端葉片的凹面，在凸面產(chǎn)生氣流分離。由于葉片向前轉(zhuǎn)動，進(jìn)一步擴(kuò)大了這種分離現(xiàn)象，這種氣流分離的加劇，使壓氣機(jī)內(nèi)的壓力低于發(fā)動機(jī)進(jìn)氣管道內(nèi)的壓力而產(chǎn)生瞬時倒流現(xiàn)象，接著氣流又在葉輪的作用下正向流動，由于流量過小和氣流分離區(qū)的繼續(xù)擴(kuò)大而使倒流反復(fù)產(chǎn)生，氣流強(qiáng)烈脈動，噪聲加劇而產(chǎn)生喘振。2.2增壓器的配合及選配當(dāng)柴油機(jī)在不同工況下運(yùn)行時，相應(yīng)每一個工況，柴油機(jī)需要一定的空氣量和壓力，此空氣量和壓力將由壓氣機(jī)供給。將各個工況下所需的空氣量和壓力繪制在壓氣機(jī)的特性圖上，即得柴油機(jī)和壓氣機(jī)的配合工作線。良好的配合應(yīng)保證柴油機(jī)的運(yùn)行線處在機(jī)壓氣特性線的高效率區(qū)，并且不發(fā)生喘振、超速和阻塞等現(xiàn)象。而一旦壓氣機(jī)與柴油機(jī)的配合不當(dāng)，則要么發(fā)生喘振，要么柴油機(jī)無法高效率運(yùn)行。第三章 影響增壓器喘振的具體原因及消除方法3.1系統(tǒng)阻力增加 柴油機(jī)運(yùn)行時，整個增壓系統(tǒng)形成了一個氣體的流道。氣體的流動路線是：進(jìn)氣濾網(wǎng)一空氣冷卻器一掃氣箱(或進(jìn)氣管)一氣缸(包括燃燒室主進(jìn)、排氣閥)一排氣管一廢氣渦輪一煙囪(或予熱鍋爐與消聲器)。在上述流動路線中，壓氣機(jī)經(jīng)過濾網(wǎng)從大氣中吸人空氣，把從廢氣渦輪得到的機(jī)械功加給空氣使其壓力提高，向氣缸提供燃燒所需的空氣，然后又在渦輪中進(jìn)一步膨脹并排出。氣流流過每一部件時都會產(chǎn)生阻力損失，壓力均有下降，這是正常的。但是當(dāng)上述流動的路線中的任一環(huán)節(jié)，若因污染、積垢嚴(yán)重或其它阻塞因素增加，壓氣機(jī)的負(fù)擔(dān)就會增加，流量減少，使聯(lián)合運(yùn)行工況接近喘振線。其中最容易贓污的部件是進(jìn)氣濾網(wǎng)、壓氣機(jī)葉輪與擴(kuò)壓器、空氣冷卻器和渦輪、流道等。3.1.1壓氣機(jī)因進(jìn)口濾網(wǎng)污垢積累阻塞。它不僅會使壓氣機(jī)的進(jìn)氣阻力增大，供氣量減少，壓縮比降低，而且導(dǎo)致柴油機(jī)排溫上升，增壓器轉(zhuǎn)速隨之上升，容易引起超速和喘振。消除方法：清洗或者換新進(jìn)口濾網(wǎng)。3.1.2消音器的羊毛氈松脫，對空氣的流動阻力增大，導(dǎo)致流經(jīng)壓氣機(jī)的空氣流量減少而發(fā)生喘振。消除方法：將松脫的羊毛氈重新鉚好。3.1.3壓氣機(jī)和擴(kuò)壓器葉片嚴(yán)重積垢。增壓器工作一段時間后，工作葉輪以及擴(kuò)壓器葉片上常累積一些污垢，厚度可達(dá)0515mm。這時，在同樣轉(zhuǎn)速下，壓氣機(jī)的效率和壓縮比都將降低。一方面，因阻力增加而使流量向減少的方向發(fā)展：另一方面，又因效率下降使同樣轉(zhuǎn)速下的壓縮比下降而影響壓氣機(jī)的流量特性。綜上所述，積垢嚴(yán)重到一定程度時，將使運(yùn)行線左移而使工作點進(jìn)入喘振區(qū)，產(chǎn)生喘振。消除方法：定期做好渦輪增壓器的常規(guī)檢修，之后嚴(yán)格按要求做好柴油機(jī)運(yùn)行當(dāng)中對渦輪和壓氣機(jī)的清洗工作。3.1.4空氣冷卻器臟堵，對氣流的流動阻力增大，使壓氣機(jī)背壓升高，同時流經(jīng)壓氣機(jī)的空氣流量也減小而發(fā)生喘振。消除方法：對空氣冷卻器空氣面進(jìn)行化學(xué)清洗，清除臟物。3.1.5氣缸進(jìn)排氣口積碳和油污等造成氣口氣流面積減小。這將使流阻增大。致使壓氣機(jī)的空氣流量減小而發(fā)生喘振。消除方法：定期清除進(jìn)排氣口的積碳和污物，確保氣流暢通。3.1.6渦輪機(jī)積炭。柴油機(jī)長期運(yùn)轉(zhuǎn)后，在渦輪的噴嘴環(huán)和葉輪的葉片上常會有積炭和污垢，導(dǎo)致渦輪通道截面減小和流量下降，噴嘴環(huán)截面的減小又促使增壓器轉(zhuǎn)速提高，增壓壓力提高，因而積垢嚴(yán)重到一定程度時，也會使增壓器的工作點進(jìn)入喘振區(qū)而產(chǎn)生喘振。消除方法：清除積炭和污垢。3.1.7渦輪前面的保護(hù)格柵因贓物或異物堵塞。保護(hù)格柵被堵塞引起渦輪效率下降，導(dǎo)致流經(jīng)壓氣機(jī)的空氣流量減小而發(fā)生喘振。消除方法：清除臟物或異物。3.1.8廢氣鍋爐煙道積碳臟堵，渦輪后背壓上升，引起渦輪效率下降，導(dǎo)致流經(jīng)壓氣機(jī)的空氣流量減小而發(fā)生喘振。消除方法：清潔疏通鍋爐煙道。3.2增壓器或柴油機(jī)本身故障正常情況下，增壓器應(yīng)工作在其喘振線的右側(cè)，不會產(chǎn)生喘振，但當(dāng)柴油機(jī)或增壓器發(fā)生故障，工況改變時，增壓器壓氣機(jī)工作點可能會左移，處于喘振區(qū)。3.2.1壓氣機(jī)葉輪損壞或過量腐蝕，壓氣能力減弱：渦輪葉片損壞，引起渦輪效率下降，導(dǎo)致流經(jīng)壓氣機(jī)的空氣流量減小而發(fā)生喘振。消除方法：換新或修復(fù)壓氣機(jī)葉輪或渦輪葉片。3.2.2渦輪葉片頂部及噴嘴環(huán)罩內(nèi)表面被腐蝕、侵蝕，使兩者之間配合間隙增大，引起渦輪效率下降，導(dǎo)致流經(jīng)壓氣機(jī)的空氣流量減小而發(fā)生喘振。消除方法：換新或修復(fù)渦輪葉片和噴嘴環(huán)罩。3.2.3廢氣端或壓氣機(jī)端有廢氣或空氣泄漏，引起渦輪增壓器效率下降，導(dǎo)致流經(jīng)壓氣機(jī)的空氣流量減小而發(fā)生喘振。消除方法：堵住泄漏。3.2.4如因主機(jī)排氣閥泄漏、燃油霧化不良、噴油提前角太小、后燃嚴(yán)重等原因?qū)е屡艧煾邷?，使主機(jī)在一定的轉(zhuǎn)速下，其排出的廢氣能量高，使增壓器轉(zhuǎn)速更高，壓氣機(jī)背壓升高而產(chǎn)生喘振。消除方法：查明主機(jī)排煙溫度高的原因，并做相應(yīng)的處理，使主機(jī)排溫正常。3.2.5柴油機(jī)的調(diào)速器負(fù)荷限位設(shè)置不當(dāng)，當(dāng)柴油機(jī)加速時，其壓氣機(jī)運(yùn)行點位于喘振區(qū)，導(dǎo)致壓氣機(jī)喘振。消除方法：調(diào)整調(diào)速器負(fù)荷限位。3.2.6采用脈沖增壓系統(tǒng)的柴油機(jī)一缸熄火，對于一缸熄火的增壓器其壓氣機(jī)背壓與正常的增壓器一樣，就顯得過高而引起喘振。消除方法：檢查熄火缸的燃油系統(tǒng)，排除故障，恢復(fù)供油。3.2.7軸瓦有氣泡、夾渣等缺陷軸瓦在扎制過程中，由于金屬表面不清潔使錫鋁鋼復(fù)合層之間產(chǎn)生氣泡、夾渣、夾灰等，降低了臺金層或軸瓦與鋼背之間的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，致使柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)后雙金屬板材產(chǎn)生脫殼和分層現(xiàn)象。軸瓦的緊余量是軸瓦可靠工作的一個極為重要的參數(shù)，合適的緊余量可使軸瓦均勻可靠地貼臺在軸承座孔內(nèi)，達(dá)到足夠的剛度和精度，有利于軸瓦的散熱，從而提高軸瓦的承載能力。過大的緊余量會使軸瓦在組裝狀態(tài)下瓦口向內(nèi)勾縮，造成瓦孔的橢圓度超限；過小的緊余量會使軸瓦與座孔貼臺不良，散熱差，潤滑惡化，造成柴油機(jī)碾瓦嚴(yán)重者軸瓦在座孔內(nèi)發(fā)生轉(zhuǎn)動，堵塞潤滑油路，造成曲軸斷裂。因此，一方面要保證軸瓦的進(jìn)貨質(zhì)量；另一方面，組裝時，要認(rèn)真測量軸瓦的緊余量，凡緊余量不符臺要求的，一律不允許裝車。3.2.8清潔度。活塞、連桿、機(jī)體、曲軸、搖臂軸座及蓋、泵支承箱、齒輪等零部件清洗質(zhì)量差或組裝場地臟，其表面易粘上鐵屑或砂粒等雜質(zhì)，該雜質(zhì)在機(jī)油的作用下被沖到軸瓦與軸頸之間，引起軸瓦機(jī)械損傷。因此在柴油機(jī)組裝之前，應(yīng)把所有零部件，特別是機(jī)體主油道、活塞、連桿、曲軸油孔清洗干凈，同時注意保持組裝場地的清潔。組裝完畢后，應(yīng)再次清洗柴油機(jī)油道。3.3運(yùn)轉(zhuǎn)中的增壓器與柴油機(jī)暫時失配增壓器和柴油機(jī)是靠氣體聯(lián)系在一起的，同時又具備各自的慣性特點，操作過程在加速或減速過快時，則可能因增壓器與柴油機(jī)暫時失配而發(fā)生喘振，但不久又能恢復(fù)匹配關(guān)系，喘振自動消失，有以下幾種情況：3.3.1加速時主手柄推得過快，使增壓器與柴油機(jī)暫時失配而引起瞬時喘振。因為主機(jī)運(yùn)動部件質(zhì)量大，轉(zhuǎn)速上升得慢，增壓器有異響。利用柴油機(jī)停機(jī)時的瞬間監(jiān)聽增壓器，如葉輪與殼體之問有“嚓嚓”聲，應(yīng)立即停止工作，否則會損壞增壓器。3.3.2增壓器積炭過多，使渦輪、壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子動平衡破壞，可卸下壓氣機(jī)殼和渦輪殼，用塑料刮刀或毛刷消除積炭。 3.3.3因全浮動軸承磨損過甚所致，應(yīng)更換軸承。3.3.4增壓器轉(zhuǎn)速下降。增壓器轉(zhuǎn)速下降會使柴油機(jī)的進(jìn)氣量減少，出現(xiàn)功率下降，排氣冒黑煙等現(xiàn)象，造成積炭增多，工況惡化等后果。其原因是增壓器葉輪與殼體之間有摩擦；增壓器內(nèi)部積炭過多而使其重量增加；柴油機(jī)排氣歧管至增壓器之間的管路漏氣及空濾器、進(jìn)氣管路、壓氣機(jī)出12太臟，軸承損壞，使轉(zhuǎn)軸卡住等等。應(yīng)逐項檢查，直至排除。3.3.5增壓器內(nèi)漏機(jī)油導(dǎo)致機(jī)油消耗量過大。機(jī)油無論是從渦輪機(jī)處還是從壓氣機(jī)處內(nèi)漏，柴油機(jī)排氣都會冒藍(lán)煙，甚至從排氣管處滴漏機(jī)油。拆下增壓器依次檢查其中間殼回油通道是否阻塞，管道是否變形，彈力密封環(huán)是否失去彈性或磨損超限，油封是否損壞。另外，檢查發(fā)動機(jī)機(jī)油是否加得過多，息速運(yùn)轉(zhuǎn)時間是否過長等等，直至排除。3.3.6壓氣機(jī)葉輪及渦輪葉輪損壞。其原因有排氣系統(tǒng)中有雜質(zhì)，增壓器凸緣、夾子或螺栓松動，渦輪殼損壞有阻力，軸頸軸承磨損，壓氣機(jī)殼內(nèi)積塵過多，渦輪葉輪后面的積炭過多，中間殼變臟，機(jī)油濾清器堵塞等等。拆開保養(yǎng)增壓器，清除各部雜質(zhì)，更換損壞部件。3.4機(jī)車使用時對保護(hù)增壓器的要求由于廢氣渦輪增壓器在500 左右高溫，1000rmin轉(zhuǎn)速條件下工作，因此使用時要特別注意以下幾個問題。3.4.1渦輪增壓器與柴油機(jī)的進(jìn)排氣管不可剛性連接，應(yīng)經(jīng)常清潔進(jìn)排氣管內(nèi)壁，保證具有良好的氣體流動性，并經(jīng)常檢查進(jìn)排氣管的密封性。3.4.2渦輪增壓器工作的環(huán)境惡劣與其全浮動軸承對潤滑油的要求很高，應(yīng)保證增壓器潤滑油路暢通，保持一定的機(jī)油壓力和溫度，定期清洗和更換增壓器機(jī)油濾清器，確保機(jī)油清潔，否則，將加劇軸承的磨損，噪聲增大，壽命縮短。3.4.3增壓柴油機(jī)起動時，必須待機(jī)油壓力升高，潤滑油達(dá)到一定的溫度后才能加速或加負(fù)荷，否則，增壓器軸承會因潤滑不良而加速磨損，甚至卡死。3.4.4新機(jī)和長期停用的渦輪增壓器以及渦輪增壓器拆裝清洗后、起動前應(yīng)擰開進(jìn)油管接頭，加注5Oral左右的機(jī)油，以防起動時因缺油而燒壞增壓器。柴油機(jī)更換潤滑油、清洗濾清器或停機(jī)一周以上時，起動后須在怠速運(yùn)轉(zhuǎn)工況下擰松渦輪增壓器上的進(jìn)口接頭，直至潤滑油流出再旋緊接頭，再息速運(yùn)轉(zhuǎn)5分鐘后方可加速。3.4.5無特殊情況不要突然停車，以免使渦輪增壓器軸承處于高溫?zé)o油狀態(tài)，產(chǎn)生過熱，甚至咬死 一般從滿負(fù)荷到停車，最好逐漸減少負(fù)荷，再空轉(zhuǎn)5分鐘左右，使渦輪增壓器從高溫狀態(tài)逐漸冷卻。3.4.6應(yīng)盡可能使柴油機(jī)在額定負(fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn)。柴油機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)的時間一般不要超過lOmin，否則既增加油耗，又加速活塞、活塞環(huán)、缸套的磨損，增壓器也會因機(jī)油壓力過低而潤滑不良造成過早損壞。柴油機(jī)長時間超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)或經(jīng)常“轟油門”，也會導(dǎo)致排氣溫度過高，造成增壓器過熱，加