涡轮增压器的故障诊断

2024-10-06

涡轮增压器的故障诊断（共8篇）

涡轮增压器的故障诊断篇1

1、废气涡轮增压器喘振

如果增压器在工作过程中向气缸内输送空气量不足, 空气压力将产生极大的波动, 在压气机端发出异响, 如气喘的响声, 这就是喘振。由于喘振, 发动机工作不平稳、功率下降、排气冒黑烟。

产生喘振的原因是:进气系统堵塞, 如空气滤清器滤芯严重阻塞、进气管内油污太多阻塞。增压器的喷嘴环流通道发生变形也会造成喘振。因此, 最好是每次二级维护时更换空气滤芯, 行驶10万km清洗进气通道。

2、增压器突然停止运行

增压器突然停止运行, 发动机功率下降。这是增压器轴承损坏, 转子组烧死所致。应更换轴承, 如损坏严重应更换增压器总成。油封漏油也应及时检修更换。

3、叶片变形磨损

叶片扭曲、异常磨损甚至断裂。主要原因是由于空滤器破损, 泥沙和异物被吸入进气管路与叶片发生碰撞而造成的。

4、增压器的空气压气机端泄漏机油

增压器出现这种故障, 通常是密封不好导致机油渗漏。应先检查柴油机润滑系统外部的油管是否漏油。如有漏油, 说明涡轮一端的密封环磨损或损坏, 这时可更换密封环, 将此故障排除。

5、柴油机机油箱消耗量增加, 排气时冒蓝烟, 但无功率下降现象

这种情况一般是机油从柴油机增压器进气管进入燃烧室直接发生燃烧造成的。原因是: (1) 增压器回油管路有问题, 机油在转子总成的中间支承处积累过多后沿转子轴流入叶轮; (2) 靠叶轮一端的密封环或甩油环损坏, 机油由此进入叶轮室, 然后随室内增压后的空气一同经进气支管压入燃烧室进行二次燃烧。维修时应视具体情况更换增压器转子或增压器总成。这种情况下, 为了保证增压器的使用效果, 最好更换原厂的增压器转子或增压器总成。

6、柴油机机油消耗量增加, 排气冒蓝烟、黑烟, 而且功率下降

这种故障的原因, 排除发动机活塞与气缸磨损间隙过大的原因外, 主要是在空气被增压器吸入的过程中, 空气流遇较大的阻力, 使压气机进气口处的压力过低, 造成机油渗漏而进入压气机内, 随压缩空气一起进入燃烧室燃烧。因此, 会出现机油燃烧而产生的蓝烟和动力下降的现象, 同时, 还由于进气阻力大, 压入燃烧室内的空气量不足, 燃油燃烧不完全而产生排气冒黑烟的现象。检查时, 应先查进气直管壁内有无机油, 是否存在压扁而使气流受阻或空气滤清器堵塞现象。如管口和管壁有机油, 则故障是上述第二种原因所致, 否则的话就应该检测气缸压力, 判断气缸的磨损情况。

7、增压压力下降

增压压力下降的主要原因有:进气阻力增大, 它包括空气滤清器堵塞、中冷器中有脏物、进气涡轮壳内有脏物等;压气机转速下降, 它包括涡轮有积炭、涡轮排气阻力增大、轴承磨损、转子与壳体有刮碰。这时应清洁空气滤清器、清洗中冷器和压气机、清除废气涡轮增压器内部的积炭;分解检查废气涡轮增压器转子的轴向、径向间隙。若间隙超过技术要求应更换轴承, 以消除刮碰现象。

8、废气涡轮增压器过热

废气涡轮出现这种情况的原因主要有:发动机供油提前角过小, 使排气温度过高, 造成废气涡轮增压器转速过高、温度上升;燃油喷射雾化不好, 后燃严重, 造成排气温度升高。导致废气涡轮增压器过热;另外, 润滑不良, 润滑油压力低, 油温过高, 供油量不足, 带走的热量少, 也能导致涡轮增压器温度升高。

9、废气涡轮增压器运转噪声大

出现这种故障的原因有:增压器运转时, 由于压力的变化使气体发生流动变化从而产生高频噪声;运动时叶轮受到异物冲击或叶轮与壳体刮碰产生变形时也能产生噪声;叶轮的轴承润滑不良产生摩擦声;柴油机到增压器间的排气管路不密封漏气产生的噪声等。

1 0、废气涡轮增压器轴承异常磨损

其主要原因有:车辆使用不当造成的, 由于增压机的故障部位主要是高速运转的转子, 所以柴油机启动时, 一是要待机油的油压和温度正常后再起步。柴油机熄火前, 必须怠速运转3~5min, 待废气涡轮增压器转速降低后再熄火, 这样能使增压机的转子保证充分润滑, 延长增压器的使用寿命。另外, 长期行驶的车辆在重新启动时要预先润滑涡轮增压器。

涡轮增压器的故障诊断篇2

关键词：废气涡轮；增压器；故障分析

中图分类号： F407.4 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）23-151-2

1 增压器的工作原理

由发动机废气驱动涡轮，带动与其同轴的压气叶轮旋转压缩空气，达到增加进气量和提高进气压力的目的。单位时间内，如果能够把更多的空气强制挤入气缸提高容积效率，便能在相同的转速下产生较自然进气发动机更大的动力输出。涡轮增压利用废气驱动，基本没有额外的能量损耗。如图1、图2。

增压器的优点：提高动力和性能；提高15%～20%的燃油经济性，降低排放；高原地区具有功率补偿的特点。如图3、图4、图5。

废气涡轮增压器的结构：由涡轮壳体、中间体和执行器机构三部分组成，如图6、图7。

2 增压器失效模式分析

2.1 增压器漏油（如图8、图9）

①空滤或进气管路阻塞，导致进气负压过大；②增压器回油管损坏，导致回油节流；③中间体油腔内积碳，导致回油不畅；④怠速时间过长；⑤曲轴箱内油压或油位过高，曲轴箱通风管堵塞。

2.2 与润滑有关的问题（如图10、图11、图12）

①使用的润滑油不符合规定；②劣质滤芯：滤网被击穿或主油道滤清器被堵塞；③密封胶或大量杂质流入润滑油道；④大负荷工作后突然停机，导致转子/轴承过热，机油结焦；⑤启动后未怠速运行，马上加负荷，导致转子缺油，产生干摩擦，损坏增压器；⑥进油管路或润滑油滤清器堵塞，润滑油泵故障，或润滑油压力低等。

2.3 异物进入涡轮增压器（如图13、图14、图15、图16）

①进气管路密封不良，进气不经滤芯直接进入增压器；②未按规定更换空滤或使用伪劣滤芯，导致进气过滤不良；③维护保养时异物进入增压前进气管路；④颗粒、杂质等异物进入，破坏增压器转子动平衡，最终导致转子卡死或涡轮轴断裂。

3 增压车型的使用注意事项

①启动发动机后必须使发动机保持在怠速状态（3-5分钟）；

②避免发动机长时间怠速（最长不应超过15分钟）：长时间怠速运转，会在增压器涡轮及压气机叶轮后面产生负压，从而造成浮动轴承流出的机油在压力差作用下向外泄漏；

③增压发动机停车前必须怠速运转（3-5）分钟，使其温度和转速逐步从最大降下来，突然停机，机油泵停止运转，不再向增压器供给机油，而增压器的转子转速很高（增压器转子转速在190000r/min左右），在惯性作用下要自转一段时间才能停下，产生回热，导致转子和轴承过热，机油结焦，损坏增压器；

④严禁采用“加速—熄火—空档滑行”的操作方法；

⑤严格按照保修手册要求进行保养、维护，这样可以大大延长增压器及发动机的使用寿命。

参考文献

[1] 陈家瑞.汽车构造[M].北京：机械工业出版社，2011.

涡轮增压器的常见故障及改进措施篇3

早期的增压器都是使用机械增压技术,废气涡轮增压器是在机械增压器的基础上研究出来的。机械增压器以不增加汽油机尾气排量为条件,使动力轮输出提高的方法,就是直接利用汽油机的一部分动力来驱动增压器,再将增压过的高密度空气送入到气缸中来提升汽油机输出的功率。但是机械增压在汽油机高转速的时候会出现进气效率低下的情况,从而导致增压器效率较低,达不到原来想要的效果。

而废气涡轮增压器其实是通过对汽油机废气的再利用,在相同的单位时间内,把更多的可燃混合气挤入燃烧室。在几乎没有任何额外能量损耗的条件下,为汽油机提升30%~40%的动力,甚至更高。其简易原理如图1所示。

从汽油机中排出的废气推动涡轮排气端的叶轮,再带动另一端的压气机叶轮,从而吸进从空气滤清器中送来的空气,由叶片压缩后再通过管径越来越小的压缩通道进行二次压缩,有的装有中冷器,对被压缩的空气进行冷却,防止汽油机爆震,最终注入燃烧室内燃烧,燃烧后的废气排出再重复以上的动作。

2 涡轮增压器的改进措施

2.1 涡轮增压器的使用寿命与制造材料的改进

涡轮增压器需要持续在高温条件下进行工作。柴油机增压器的工作温度一般在600℃左右,汽油机增压器的工作温度则要达到800~900℃,某些特种车辆增压器工作温度要高达900~950℃。随着对汽油机性能要求的不断提高,增压器的工作温度还有可能进一步提高。所以对涡轮增压器材料的要求首先就是要耐高温,要有很好的抗氧化性,材料的抗氧化性好坏在高温工作条件下会直接影响到增压器的使用寿命。由于增压器壳体形状很复杂,制造材料还必须拥有良好的铸造性能。

一般来说,增压器的外壳包括中间体以及一些框架部分都是采用铸铁。球墨铸铁具有良好的铸造工艺性能,较好的力学性能和抗氧化性能,它的热疲劳强度也是铸铁中的佼佼者,因此它是目前制造涡轮增压器的主要材料,其中还要加入硅、镍等合金元素,进一步加强增压器的强度。现在为了减少涡轮滞后的现象,最简单的方法就是降低涡轮的重量,从而减小涡轮转动带来的惯性。所以人们发现了陶瓷这种耐高温的新兴材料,但对陶瓷涡轮的使用仍在不断地尝试中,还没能得到推广[2,3,4]。

叶片在涡轮增压器的驱动组件中占有非常重要的位置,汽油机在高速旋转地工作时产生的离心力和较为恶劣的高温工作条件使涡轮叶片要承受较大的拉应力和热应力,因此,增压器叶片必须具有足够好的屈服强度、抗拉强度以及高的抗高温蠕变、高温氧化及燃气腐蚀性能,现在较为常用的材料有铸铝、合金钢、钛合金等。由于叶片的材料都具有很高的强度,它的制造成本是相当高的,选材时经济性是很重要的,铸铝和钛合金的成本相差可以达到10倍。

最后要提到增压器的核心部件轴承,轴承虽小却是整个涡轮增压器的生命,大部分增压器的损坏问题都是出在轴承上。浮动轴承的轴承壁一般采用锡铅青铜合金制造,表面会再镀上一层铅锡合金或金属铟作为保护。其他的轴承部分一般采用合金钢制造。滚珠轴承是现在研究的热点,它相比浮动轴承能更好地提高动力,也用滚珠代替了原本的机油润滑,但制造工艺成本也更高。它主要包含滚珠、外环、内环和保持器等4个部件。滚珠和内环、外环通常用高铬钢制成,而保持器要求的硬度比滚珠和环要低,一般采用中碳钢、铝合金或者高分子材料就可以制成[3,4]。

2.2 涡轮迟滞现象分析及处理方法

涡轮迟滞时间是指当油门全开后,涡轮的增压压力从最小值升高到最大值所需要的时间。

汽油机在低转速时,产生的废气量很少,不足以带动涡轮旋转。所以,需要等到汽油机转速提高之后,产生较多的废气,有足够的推动力时,涡轮才能启动。涡轮迟滞大预示着其可能突然发力,平常驾驶者将难以掌握,有时驾驶者来不及对车辆的突然加速做出反应,导致发生车祸。

对此问题目前有两个解决的方向:第一,改善低速时的排气气流;第二,减少涡轮对排气气流的需求量,就是说产生的废气量不多时增压器也能正常工作。

第一个方向是现在较为主流的。采用安装双涡管的配置,通过2组排气管来对应不同的气缸,以保证排气气流更好地相互衔接和减少干扰,从而改善排气的气流。第二个方向则是改变涡轮,尽可能的缩小涡轮,让很少的废气也可以带动涡轮,汽油机低转速下,涡轮增压器也会启动,迟滞就会大大缓解。有的增压器则采用双涡轮的配置———使用2个涡轮后,单个涡轮的尺寸就相对缩小了,也就可以达到缓解迟滞的目的了。

虽然缩小涡轮的方法很简单直接,但是它不利于提升性能,可能会降低原本增压器的效率。所以,现在又有一些新的方法出现。通过把排气门变为可活动的来改善排气气流,还有双涡轮的多种组合方式等等,这些方法可以在不降低涡轮增压器的性能前提条件下来达到缓解迟滞的目的。

迟滞可以说是涡轮增压器发展路上必须克服的一个问题,这个时间差想要完全消除是不可能的,不过现在市面上主流的涡轮增压器对于这个问题已经做得很好了。大部分车辆在行驶时,驾驶者是感觉不到车辆迟滞感的,但研究还在继续,提高增压器性能的目标还没有突破极限。

2.3 汽油机爆震问题及其对策

爆震是汽油机上最为常见的问题之一,发生时会引起发动机抖动,噪音加大,严重时车身也会感觉到明显的抖动。它主要是由于点火角过于提前,燃烧室积碳,汽油机温度过高,空燃比不正确,燃油辛烷值过低或是清洁度不够。爆震会造成汽油机的动力下降,而油耗和噪音加大,排放出有害气体;最严重的是敲缸,会造成汽油机的损坏。目前普通汽油机仍会发生爆震问题的基本上已经很少了,但在涡轮增压汽油机上这个问题仍然存在。

现在涡轮增压器汽油机爆震问题最简单和直接的解决方法就是降低增压后空气的温度。所以中冷器在涡轮增压器上的作用就显得尤为重要了,因为中冷器的作用就是降低经过增压后的空气的温度,以此来降低高温给汽油机带来的负担。如果未经冷却的经过增压后的空气直接被送入燃烧室燃烧,就会导致汽油机的燃烧室温度过高,造成爆震。而且通过测试发现,增压后的空气温度每下降10℃,汽油机的功率就能提高3%~5%。

3 结语

由上述分析来看,涡轮增压器的优点很多,优势也是非常明显,汽车逐渐完全用上涡轮增压技术也已是大势所趋。相信在不久的将来,增压器的制造和维护的费用将会越来越低,缺陷也会不断得到改善,效率将会越来越高。

参考文献

[1]周锦银.汽车涡轮增压器壳体材料的现状和发展[J].江苏冶金,2006,(10):1-3.

[2]张占贵.涡轮增压器叶片加工方法的比较[J].机械工程与自动化,2012,(10):58-59.

[3]周虹伟.涡轮增压器主要部件结构特性及改进研究[J].中国铁道科学,2004,(4):72-77.

涡轮增压器的故障诊断篇4

关键词：涡轮增压,使用维护,故障分析

0 引言

汽车工业是拉动国民经济发展的支柱产业, 随着高科技的飞速发展, 一些新技术、新材料在汽车上得到广泛应用, 而涡轮增压在汽车上的应用则赋予汽车更加强大的动力性, 且涡轮增压发动机的耗油量也并不比不增压的发动机耗油量高多少。在汽车使用中, 增压器难免会有问题, 而这将直接影响发动机的动力性, 分析研究增压器故障, 现象, 探索和研究增压器的结构原因具有重大的现实意义。本文重点通过增压器的结构原理及一些日常维护, 正确认识增压器故障, 更好的使用和维护增压器。

1 涡轮增压的原理

涡轮增压的主要作用就是提高发动机进气量, 从而提高发动机的功率和扭矩, 让车子更有劲。一台发动机装上涡轮增压器后, 其最大功率与未装增压器的时候相比可以增加40%甚至更高。1.4 t的车动力可能相当于一辆2.2升的自然吸气的车, 涡轮增压器其实就是一种空气压缩机, 通过压缩空气来增加发动机的进气量, 他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, 使之增压进入汽缸。

2 涡轮增压的常见故障及原因分析

1) 增压器突然停止运转。其原因多为增压器轴承损坏、转子组烧坏, 外界物将涡轮、泵轮叶片打坏而卡死等。2) 增压器涡轮或泵轮端“排油”。当增压器转子轴磨损严重, 转子轴密封环失去作用, 或操作不当造成润滑条件恶劣致使密封环磨损、拉伤而失效时, 涡轮端或泵轮端会出现“排油”故障。涡轮端“排油”, 会使排气管、消声器产生大量油污和积炭, 增大排气阻力, 降低增压器的转速, 使发动机动力下降;泵轮端“排油”, 会使发动机进气管道存有大量机油, 机油消耗加大, 进气阻力增大, 发动机动力便下降。3) 增压器振动剧烈且有噪声。其主要原因是由于转子轴严重磨损, 使轴承间隙加大产生振动, 涡轮与泵轮损坏或沾有油泥使转子动平衡被破坏而产生噪声和振动。若噪声明显表现出是金属摩擦, 则是泵轮或涡轮叶片与壳体碰擦。4) 增压器气喘。因进气系统堵塞, 如空气滤清器堵塞、进气道油灰沉积等原因, 造成发动机增压压力下降且产生较大波动, 在增压器泵轮端发出如气喘的异响, 伴随发动机工作不稳, 动力下降, 排气管冒黑烟。5) 增压器增压力下降。进气管道堵塞、轴承与轴磨损、涡轮或泵轮叶片变形或损坏、与壳体摩擦等均会造成增压压力下降。

3 涡轮增压的使用与维护

涡轮增压器是利用发动机排出的废气驱动涡轮, 由于其工作的环境经常处于高速、高温下工作, 增压器废气涡轮端的温度在600℃以上, 增压器的转速也非常高。因此, 为了保证增压器的正常工作, 对它的正确使用和维护十分重要。主要遵循以下的方法:

(1) 汽车在起动时, 高速空转或突然加速会导致涡轮增压器的轴承损坏。因此, 不能急踩加速踏板, 应先怠速运转3分钟, 这是为了使机油温度升高, 流动性能变好, 从而使涡轮增压器得到充分润滑, 然后才能提高发动机转速, 起步行驶, 这点在冬天显得尤为重要, 至少需要热车5分钟以上。

(2) 发动机长时间高速运转后, 不能立即熄火。原因是发动机工作时, 有一部分机油供给涡轮增压器转子轴承润滑和用于冷却的, 正在运行的发动机突然熄火后, 机油压力迅速下降为零, 机油润滑会中断, 涡轮增压器内部的热量也无法被机油带走, 这时增压器涡轮部分的高温会传到轴承中间, 轴承支承壳内的热量不能迅速带走, 而同时增压器转子仍在惯性作用下高速旋转, 这样就会造成涡轮增压器转轴与轴套之间“咬死”而损坏轴承和轴。

(3) 选择机油的时候一定要注意, 由于涡轮增压器的作用, 使进入燃烧室的空气质量与体积有大幅度的提高, 发动机结构更紧凑、更合理, 较高的压缩比, 使发动机的工作强度更高。机械加工精度也更高, 装配技术要求更严格。

(4) 发动机机油和滤清器必须保持清洁, 防止杂质进入, 因为涡轮增压器的转轴与轴套之间配合间隙很小, 如果机油润滑能力下降, 就会造成涡轮增压器的过早报废。

(5) 需要按时清洁空气滤清器 (另外注意:在空气滤清器或空气滤清器壳体已被拆下时, 不要起动发动机) , 防止灰尘等杂质进入高速旋转的压气叶轮, 造成转速不稳或轴套和密封件加剧磨损。

(6) 需要经常检查涡轮增压器的密封环是否密封。如果密封环没有密封住, 那么废气会通过密封环进入发动机润滑系统, 将机油变脏, 并使曲轴箱压力迅速升高, 此外发动机低速运转时机油也会通过密封环从排气管排出或进入燃烧室燃烧, 从而造成机油的过度消耗产生“烧机油”的情况。

(7) 涡轮增压器要经常检查有没有异响或者不寻常的震动, 润滑油管和接头有没有渗漏。

(8) 涡轮增压器转子轴承精密度很高, 维修及安装时的工作环境要求很严格, 因此当增压器出现故障或损坏时应到指定的维修站进行维修, 而不是到普通的修理店。

参考文献

[1]高潮.柴油机涡轮增压测量分析系统研制与试验研究[D].武汉理工大学.2006.

[2]靳嵘, 朱向国, 葛炜.车用发动机涡轮增压器常见故障及原因[J].柴油机.2010, (4) .

涡轮增压器的故障诊断篇5

1转子不平衡动力学分析[2]

假定有一刚性转子, 它具有固定轴 (Z轴) 并允许转子绕该轴作旋转运动。如果取固定于转子上以角速度ω旋转的直角坐标系为O-xyz (见图1) , 则转子上任意一点Q的位置矢量可写为:

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式 (1) 中, x, y, z是r的坐标分量, i、j、k是各坐标轴方向上的单位矢量, r′=xi+yj则是r在垂直于z轴的面 (xy面) 上投影后的分矢量。则r的速度v及加速度 α均可以通过对式 (1) 进行微分求出。

设在以加速度α运动的点r处有微小质量dm, 则该质量产生的惯性力dP为:

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该惯性力是在垂直于旋转轴的平面上的矢量。对于整个转子而言, 则有

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在式 (2) 中, 如果考虑到r′=xi+yj, 则有:

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式中, M=∫dm为转子的总质量;e=x0i+y0j为转子质心G (坐标为x0、y0、z0) 与旋转轴的偏移矢量, 称为质心偏移;上面的式子代入式 (2) , 则有

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特别是当等速旋转时, ω的值为常数, undefined, 惯性力中只有离心力, 则式 (3) 变为:

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式 (4) 可以写成下式

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式 (5) 中m为不平衡质量;n为转子转速 (r/min) ;e为不平衡质量的回转半径。

从式 (3) 可以看出P随旋转而改变其方向和大小, 因此对于支撑轴的机构作用有动载荷并成为产生机械振动的根源。

由转子动力学可知, 当旋转机械的转子部分存在不平衡质量, 将会在运行过程中产生径向离心力, 并且径向离心力的大小与转速的平方成正比, 由于振幅与激振力成正比, 因此不平衡质量引起的径向振幅也和转速的平方成正比。从式 (5) 可以计算出, 只要几克的不平衡质量在高速旋转的涡轮增压器中就会产生几千牛的离心力, 由此可见转子严重不平衡是造成涡轮增压器转子异常振动或者强烈振动的主要原因。同时也说明了对废气涡轮增压器的运行状况进行在线检测, 及时发现和排除故障, 以保证车辆正常运行的重要性[3]。

2 小波包分析原理

小波包分析是从小波分析延伸出来的一种对信号进行更加细致的分析和重构的方法。小波包分析方法可以对信号在全频带内进行正交分解, 将信号均匀划分在相同带宽的各个频带内, 其信息量既无冗余也不遗漏, 对所关心频带的信息, 可将其小波包分解系数进行重构还原信号, 以剔除干扰, 实现滤波功能。现采用dB10小波对采集到的振动信号进行五层分解, 分解后各频带对应的频率范围为: (kfmax/2N, (k+1) fmax/2N) , 其中k为频带序列号, fmax为信号的上限频率。由于小波包对频带进行分解后并不是按照由低到高的顺序进行排列的, 所以需要对其顺序重新排列。小波包分解后频率分布规律:每一层的奇数节点向下分解得到的子节点频带顺序正常, 而偶数节点向下分解得到的子节点的频带顺序发生变化, 低频频带折射成高频频带, 而高频频带折射成低频频带, 并且这种变化要带入高层进一步产生上述的规律性变化, 下面给出前四层规律分布如图2示[4,5], 其中Cundefined为小波包分解系数, j为分解层数, i′为小波包分解的序列, i为重新排列顺序。

3 实验装置介绍

涡轮增压器容易发生故障, 其中大部分故障都是由转子不平衡导致振动加剧引起的。由于涡轮增压器故障的发生具有突然性, 因此很难捕捉到其转子不平衡时的故障振动信号, 另外在其工作状态下设置转子不平衡的故障也比较困难和危险, 容易损坏设备, 因此利用空气压缩机来模拟发动机正常工作时的尾气排放状况来吹动涡轮增压器的涡轮叶轮使其工作, 在相同的压力状态下, 测量其正常运转时的振动信号和人为设置转子不平衡时的故障振动信号。实验装置如图3示。

涡轮增压器是德国3K公司生产的ATL—NR型, 压缩机为石家庄康普斯压缩机有限公司生产的2.1/7型号的微型压缩机, 最大压力为1.6 MPa, 额定排气压力为0.7 MPa, 高压空气通过输气管对增压器涡轮叶轮做功。涡轮增压器的润滑系统采用单独的润滑系统, 利用重力润滑的方式对增压器工作时进行润滑, 采用的振动传感器为嘉兆公司生产的IEPE型压电式加速度传感器。在实验中采样频率统一设置为30 kHz, 采集正常信号和转子不平衡信号时振动传感器安装位置在中间体上面如图3示。由于由压缩机排出的高压空气与发动机实际工作时的尾气排放并不完全相同, 因此高压空气对涡轮壳体的冲击产生的影响对信号的分析会产生重要的影响, 所以在采集正常信号时同时在涡轮增压器的中间体和输气管与涡壳进气道相连接的位置安装两个振动传感器, 同时采集信号, 以便分析它的影响。由于采样频率为30 KHz, 对信号处理时取8 192个点, 大约时间为0.27 s, 在这段时间内可以将压缩机的排气压力看成是短暂稳定的, 因此在这一小段时间范围内可以将增压器转子的转速看作是稳定的。

4 信号采集与处理

该增压器正常运行时采集到的信号的时域以及其功率谱图如图4和图5所示。通过人为的在涡轮增压器压气机叶轮上用AB胶粘上一个大约2 g的小质量块来模拟转子的不平衡故障, 采集到的故障信号的时域及功率谱图如图6所示。

从图4中可以看出在低频部分有比较高的峰值存在, 但是同样存在着大量的高频干扰, 这对故障频率的提取有着很大的影响。但从图5中可以看到, 涡轮增压器正常工作状态下的振动信号的高频部分干扰主要为气体对涡轮壳体冲击造成的。为了分析靠近涡轮壳位置振动信号的频率分布, 利用小波包对其进行5尺度的分解, 然后画出分解后各个频带的能量分布图, 其能量分布图如图7示。

根据分解后的规律对图7进行分析, 发现其频带能量主要集中在大于3.2 K的高频部分 (约占总能量的99%) , 1.8 K—3.2 K的频带能量几乎等于零, 说明在1.8 K—3.2 K的频带成分很少, 基本上可以忽略不计, 因此通过对正常工作状态下的信号进行小波包五尺度的分解, 然后对分解后的前四个节点进行重构, 并且对重构的信号进行功率谱分析, 如图8所示。从图中可以很明显看出转子的转频为194.1 Hz, 其二倍频也很明显, 但是也有其它比较突出的频率。在废气涡轮增压器工作的过程中, 其浮动轴承的转频以及内外油膜的涡动频率都存在。由于废气涡轮增压器的转子采用的是全浮式滑动轴承。转子高速旋转时, 浮环也随之旋转, 因此内外两层油膜均会产生油膜涡动。根据流量平衡及压力平衡对浮环轴承进行有限元计算, 在转子升速过程中浮环转速随之非线性增加, 当转子转速稳定后, 浮环转速大致为转子转速的0.3—0.33之间。普通圆柱轴承由于端面泄露的不同, 涡动频率为k倍基频, 由于浮环轴承的内层油压高于外层油压, 内层油膜可通过浮环上的小孔流进外层油膜, 因此内油膜的泄露量较高。在计算涡动频率时取参数k为0.42—0.48之间。内部浮环轴承内油膜涡动是由转子、浮环以不同转速旋转产生的。内油膜涡动频率计算公式为

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外油膜的涡动一方面是由于浮环的旋转造成的, 另一方面受由内层泄露的以较高速度涡动的油膜的影响, 因此不能应用上述公式进行计算, 一般需通过实验获得。通过大量的实验得知内油膜的涡动频率略高于外油膜涡动频率的2倍[6,7]。因此可以计算出浮环的转频为 (58—64) Hz, 内油膜的涡动率为 (106—124) Hz。

则可以看出浮环的转频和内外油膜的涡动频率以及其倍频基本上都能在图8上体现。

对转子不平衡振动信号进行五尺度的小波包分解, 为了消除高频气体对涡轮壳体冲击的影响, 对分解后的前四个节点信号进行重构, 然后分析其功率谱, 分析结果如图9所示。

在图9中很明显可以看到转子转频的基频、2倍频, 以及浮环的转频和内外油膜的涡动频率以及其倍频都有所体现, 特别是基频的2倍频的幅值得到了很大程度上的加强, 通过和涡轮增压器正常运行时的频谱分析对照, 可以看出废气涡轮增压器转子质量不平衡故障时其转子二倍转频的幅值变得尤为突出。

6 结论

通过人工模拟涡轮增压器转子不平衡的故障, 利用振动传感器测量其正常和不平衡故障时的振动信号, 通过小波包分解去除干扰的高频信号, 并对存在故障频率的频段进行重构, 通过比较正常和不平衡故障的经过处理后的频谱图最后成功提取出了转子不平衡这种故障的特征频率, 为废气涡轮增压器转子的不平衡故障诊断提供了依据。

参考文献

[1]施新, 王延生.车用发动机涡轮增压器整体动平衡.柴油机, 2008;30 (2) :

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[6]孙红春, 张洪亭.涡轮增压器转子的振动分析及故障诊断.振动与冲击, 2005;24 (2) :

涡轮增压器的故障诊断篇6

增压器运转噪声过大

(1) 原因分析。因叶轮受到异物冲击或与壳体刮碰产生变形, 使气体的运动变化而产生高频噪声;叶轮与壳体刮碰以及轴承润滑不良产生摩擦噪声;发动机到增压器间的排气管路不密封、漏气, 产生噪声。

(2) 故障排查。发现增压器噪声过大时, 应首先检查排气管路密封是否可靠, 然后检查增压器的润滑是否良好, 最后分解增压器, 检查内部机件是否有损伤。

增压器过热

(1) 原因分析。发动机供油提前角过小, 使排气温度过高, 造成增压器转速过高, 温度上升;喷油质量差, 后燃严重, 造成排气温度升高, 导致增压器过热;润滑不良, 润滑油压力不足, 油温过高, 供油量不足, 带走的热量减少, 使增压器温度升高;增压压力下降, 导致空气流量减少, 造成增压器温度升高。

(2) 故障排查。发现增压器过热时应首先检查发动机的供油正时和喷油质量;然后检查增压器润滑油供应是否正常, 最后检查增压器的内部机件是否有损坏。

增压器异常损伤

(1) 原因分析。润滑油不清洁。增压器的工作转速在6000转/分钟以上, 它的轴承要求实现液体润滑, 因此润滑油的清洁度对其使用寿命的影响非常大;润滑油压力低, 供油量不足。增压器润滑油的压力通常在200千帕以上, 机油压力低会造成轴承的供油不足, 从而丧失液体润滑条件, 引起轴承的异常磨损。

(2) 故障排查:在使用过程中要注意润滑油的清洁, 经常检查和保养空气滤清器, 要保证润滑油的压力, 对压力不足时要及时进行排除故障。

增压压力下降

(1) 原因分析。进气阻力增大, 它包括滤清器有脏物、中冷器有脏物及进气蜗壳内有脏物等;压气机转速下降, 它包括涡轮有积碳、涡轮排气阻力增大、轴承磨损、转子与壳体有刮碰、海拔高度增加等。

(2) 故障排查。清洁空气滤清器。空气滤清器被堵塞之后, 压气机的进气阻力增加, 导致增压压力下降。增压发动机的空气滤清器必须及时清洗, 应经常检查空滤器的指示器, 保持空滤器的清洁。清洗中冷器的压气机。中冷器和压气机的内部积有油泥、灰尘会增加进气阻力, 当中冷器进、出口压力差超过技术标准时, 应清洗它的内部通道。

压气机涡壳和叶轮上沽有油泥和灰尘时应分解清洗, 并要定期进行。清除积碳。增压器的内部积碳会增加转子的转动阻力, 使增压器转速下降, 增压压力降低。积碳通常积存在涡轮叶片、转轴、密封环等部位, 一般是因密封不严, 机油漏入烧结及燃油燃烧不完全所致;检查转子的轴向、径向间隙, 消除刮碰现象。转子的径向间隙过大会丧失液体的润滑条件, 转子的转动阻力将增大, 转速降低;转子的轴向间隙过大或变形产生刮碰现象, 转子的转速也会下降, 导致增压压力下降。所以分解保养增压器时, 转子的径向间隙和轴向间隙都要认真测量, 并注意观察是否有刮碰现象。

增压器轴承早期磨损

(1) 原因分析。冬季启动发动机时猛轰油门或立即起步;发动机熄火前猛轰油门后又立即熄火, 使转子轴因瞬间的高速旋转缺油而烧坏轴承;长期停驶的车辆, 在重新启动时没有预先润滑增压器, 使转子缺油而烧坏轴承。

涡轮增压器的故障诊断篇7

关键词：柴油机,废气涡轮增压系统,维护,故障,处理

柴油机废气涡轮增压系统是由柴油机、压篾机、废气涡轮机、空气冷却器和辅助扫气泵等基本元件组成。其主要任务是提供足够的空气, 保证柴油机扫气和燃烧的需要。由于柴油机的运转条件和结构不同、废气中的能量不同、所需的空气量不同, 因而对增压系统的要求也不相同。

1增压系统的维护管理

废气涡轮增压器工作的主要特点是:转子转速高, 气流流速高, 涡轮工作温度高。废气涡轮的转速每分钟可高达几千甚至几万。增压器的尺寸越小, 工作转速越高。涡轮机和压气机中的气流速度可达每秒数百米。涡轮机端的废气温度很高, 因此, 做好增压系统的维护管理工作十分重要。

1.1 增压器的日常管理

在运行中应测量和记录主要运行参数。根据检查的参数判断涡轮增压器的工作状态, 以确定必要的检查、调整和检修方案。涡轮增压器运行时, 应经常用金属棒或其他专用工具细心倾听增压器中有无异常声响和运转是否平稳。转子不平衡时会发出钝重的“嗡嗡”声。由于增压器是高速回转机械, 应特别注意轴承的润滑。轴承为外部供油润滑时, 要注意检查重力油柜的油位及滑油进口压力和出口温度;轴承为自身供油润滑时, 应注意检查油池中的油位, 若油量不足应及时补充。

1.2 废气涡轮增压器的清洗

增压器在运行时其内部流道会被灰尘、油雾和碳粒所脏污, 这会使流阻增大, 增压器效率下降, 增压压力降低, 脏污严重时还会引起增压器喘振;污物在叶轮上分布不均还可能使转子的动、静平衡不良而引起振动, 因此, 要对增压器进行清洗。增压器的清洗有运转中的清洗和拆开清洗两种。经常定期进行运转中的清洗, 以清除旋转件上的灰尘和疏松的积炭, 使增压器处于良好的工作状态。

2增压系统的故障及排除

涡轮增压器在使用过程中, 由于各种因素的影响, 会产生异常现象。下面介绍增压系统除喘振以外的其他常见故障和处理方法。

2.1 轴承烧损

轴承烧损大多是由于滑油压力过低、油量不足或断油、滑油过脏或油中混入金属屑等造成的。轴承烧损时往往表现为增压器转速急剧下降、滑油出口温度升高、增压压力降低, 并出现异常的声音。若在管理中发现增压器转速急剧下降、运转声音异常时, 应立即停车检查增压器轴承, 否则可能造成严重事故, 甚至整台增压器报废。若轴承轻度烧损, 轴封和叶片均未损伤, 可更换轴承;若转子严重损伤无法修复时, 只好停止增压器运转。

2.2 增压器强烈振动

除了喘振的原因, 增压器的强烈振动还可能是由于涡轮机叶片上有结炭和附着燃烧产物、叶片折断、压气机叶轮损坏、转子与固定件碰擦、轴承减振弹簧片损坏等原因引起的。柴油机使用重油和长期燃烧不良, 会在涡轮机喷嘴环和叶轮上结炭或附着氧化物。这些结炭和氧化物在叶片上分布不均, 会引起增压器的强烈振动。结炭和氧化物不能用水洗掉, 必须打开增压器进行专门清洗。叶片断裂大多是由外来物引起的, 也可能是由于叶片共振引起的疲劳断裂。叶片断裂的应急处理方法是把与断叶对称的叶片切掉, 使叶轮保持大致平衡;若叶片大量损坏, 则只好停止增压器运行, 厂修时更换新叶轮。此外, 应注意检查轴承减振弹簧片的状态, 及时更换。

2.3 增压压力下降

废气涡轮和压气机流道部分脏污是引起增压压力下降的重要原因, 包括进口滤器、消音器、空冷器等。运行中应按说明书的要求按时清洗增压器。此外, 还必须定时拆开清洗, 以清除坚实的结炭和污垢。若增压压力降低的同时发现增压器的转速也明显下降, 说明废气能量不足。在柴油机方面可能是喷油提前角过大、排气阀开启较晚、缸套活塞环漏气等原因引起的;在废气涡轮方面可能是喷嘴环变形, 使通流面积增大、涡轮机前排气管膨胀、接头漏气等原因引起的。此外, 由于轴封结炭、轴承故障使转子阻力增大也会使增压器增压压力下降、转速降低。应具体查明原因, 予以排除。

若增压压力降低的同时增压器的转速没有明显下降, 则可能是压气机故障引起的。如:压气机进口滤器和消音器堵塞, 内部气流通道积垢, 增压器轴封、气封漏气;扫气箱漏气等。

2.4 增压压力升高

主要是由柴油机引起的。常见的是紫油机负荷过大或喷油系统故障, 造成燃烧不良、后燃严重, 导致废气能量增加、涡轮机转速提高、增压压力升高。排气阀漏气、开启过早也会产生类似的情况。

3增压器损坏后的应急处理

在运行中, 若增压器损坏而不能及时修复, 只能采取应急措施, 把损坏的增压器停机, 让柴油机继续运行。采取应急措施后, 既要保证增压器不会进一步损坏, 又要使柴油机排气温度不超过规定的数值。在运行中发现增压器损坏时, 使损坏的增压器停止运转的措施有两种:如果允许柴油机停车的时间很短, 必须马上恢复运行, 这时只需拆下压气机端和涡轮机端的轴承盖, 用专用工具把转子轴锁住, 并在压气机排出管路上装密封盖板, 防止增压空气流失;如果允许柴油机停车时间较长, 可将转子拆除, 并用专用工具封闭涡轮增压器, 以防燃气和增压空气外泄。进行了停止增压器运行的应急处理后, 应降低柴油机的负荷, 防止排温过高和冒黑烟。对涡轮机的进、排气箱继续保持冷却, 对外部供油润滑则应切断滑油供应。如果在运行中发现增压器损坏又不允许停下来时, 应大大降低柴油机的转速, 且只能在较短的时间内运行。

参考文献

[1]刘仍贵.柴油发动机废气涡轮增压技术浅析[J].汽车运用, 2009 (4) .

涡轮增压器的故障诊断篇8

1 发动机中涡轮增压器的结构特点及性能

废气涡轮的全部功率用于驱动与涡轮机同轴旋转的压气机工作叶轮, 在压气机中将新鲜空气压缩后送入气缸。废气涡轮增压器具有结构简单、尺寸小、质量轻等优点, 因而被广泛应用于中高速柴油发动机。

1.1 结构特点

废气涡轮增压器由单级离心式压气机、单级废气涡轮、轴承装置、密封装置、润滑及冷却系统等构成。轴承装置要保证高速旋转的转子可靠工作、确定转子的准确位置, 常采用的轴承为多油楔轴承和浮动轴承。密封装置包括气封和油封, 气封用于防止压气机端压缩空气及涡轮端废气泄漏, 油封用于防止增压器轴承处润滑油泄漏。

废气涡轮增压器的增压系统一般有恒压系统和脉冲系统两种方式。恒压系统的特点是涡轮前排气管内废气压力基本上是恒定的 (如图1所示) , 恒压系统中各缸的排气管都连接在一根排气总管上, 各缸的废气都进到一根排气总管, 再引向涡轮的整个喷嘴环。由于排气管的断面积和长度较大, 同时各缸排气相互交替补充, 排气管中压力波动很小。

脉冲系统的特点是涡轮在进口压力有较大脉动的情况下工作 (如图2所示) , 柴油机的每根排气管只连接几个气缸, 排气管的断面积较小且短, 排气管容积大大减小。随着废气进入涡轮, 压力迅速下降。直到下一个气缸排气时, 压力再次迅速升高, 然后迅速下降, 形成排气管中压力的周期性脉动。

1.2 性能

(1) 柴油机增压后进气量增加, 供油量加大, 机械效率提高, 因而大大增加了柴油机功率。

(2) 增压后柴油机平均有效压力的提高大大超过平均机械损失压力的增加。在一定增压范围内, 增压提高了柴油机的机械效率。随着柴油机增压度的增加, 机械效率的提高更加明显。

(3) 增压后过量空气系数增大, 有利于改善燃烧过程, 提高柴油机工作循环的指示热效率和机械效率, 从而降低柴油机燃烧消耗率。同时, 混合气中含氧量增加, 使燃烧充分, CO、HC等有害物质的排放量降低, 减少环境污染。

(4) 增压柴油机的进气压力和温度都得到提高, 使柴油机的最高燃烧压力和工作循环的平均温度增大, 因此, 增压柴油机的机械负荷和热负荷加大, 限制了柴油机增压度的提高。

(5) 增大进气压力后, 最高燃烧压力的绝对值提高很多, 使柴油机部件的机械应力变大、轴承负荷增大, 气缸、活塞、轴瓦等磨损加剧。

(6) 增压提高了进气温度并增加了喷油量, 提高了工作循环的平均温度, 使活塞、气缸盖、缸套和气门等受热零件的热负荷增大。

2 涡轮增压发动机的常见故障及原因

2.1 油路故障

涡轮增压器因油路而引发的故障较多, 主要有漏油、供油不足或回油不畅、油质不佳等。

2.1.1 漏油

(1) 增压器漏油多见于压气端, 主要是由密封环工作不良或轴承与轴间隙过大造成的。

(2) 长期不更换机油, 会使机油中杂质增多, 加剧对密封环的磨损。另外, 不规范安装或增压器机体温度过高, 都会使密封变形失效。

(3) 轴承与轴之间间隙过大, 转子轴承振动加剧, 增大了冲击, 破坏了动平衡, 过大的旋转半径使两端密封破坏, 损坏增压器。

2.1.2 供油不足或回油不畅

若发动机油泵工作不正常, 造成供油不足或回油不畅或油压过低, 均会使轴承和轴因润滑不良而损坏。涡轮增压器的转速随负荷增加而增加时, 润滑油的供油量也必须增加, 供油滞后将造成轴承损坏。要及时清理进出油路, 确保供油正常。

2.1.3 油质不佳

含有杂质、泥沙或金属屑等异物的机油对涡轮增压器轴承和轴及密封环的磨损会因轴高速飞转而变得很严重, 要及时更换机油、清洗油路。氧化或变质、含有柴油或水分及牌号不当的机油同样影响涡轮增压器的使用。

2.2 气路故障

2.2.1 异物进入发动机的进排气系统

增压器高速运转中若有异物进入气路, 将损坏涡轮叶片和压气机叶片, 进而击坏增压器机壳。泥沙等杂质进入气路, 会加剧轴承、中轴、转子的磨损。

2.2.2 进气量不足

如果不及时清理、更换空滤器, 会因堵塞造成供气不足而降低转速和功率。气路不畅、气封损坏也将造成供气量不足。

2.2.3 进气温度过高

增压器正常运转要求发动机排气温度不高于750℃。喷油提前角过小、气门问隙调整不当等会导致排气温度过高、排气管和增压器发红。增压器机体温度过高, 会引起增压器密封损坏、机件变形、润滑油老化变质、轴承咬死, 造成增压器损坏。

2.3 增压器机件变形、卡死

密封环工作不良、轴承烧死、叶片中轴或机体变形、重物撞击, 都可能造成增压器卡死。增压器卡死, 则进气量大大减少, 失去增压能力, 引起发动机大量冒烟、功率下降。

3 涡轮增压发动机维修实例

3.1 故障现象

一台PC200—6挖掘机起动正常, 但在挖掘土石方、举大臂上料时无力, 并且大量冒黑烟, 无法进行正常施工作业。

3.2 故障分析

柴油发动机冒黑烟、整机无力, 通常是由各缸供油量过多或不均匀、供气不足、雾化不良、喷射时间过早等引起的不完全燃烧造成的, 也可能存在增压不够的原因。

3.3 排查

吹洗空气滤清器, 起动发动机, 松开喷油泵出油口, 出油正常;停机卸下喷油嘴, 发现有部分碳黑, 清洗校正, 检查管路、供油时间没有问题后, 起动发动机, 整机动力有点提升但仍不足, 仍然冒黑烟。排查中发现涡轮增压器防护罩变形, 排气管、增压器发红, 打开增压器, 发现叶片中轴承变形卡死。询问操作手得知, 前几日施工中曾有块大石头掉下砸中发动机外盖, 位置为涡轮增压器上方。经仔细查看, 确定起因为涡轮增压器故障。

3.4 维修

此涡轮增压器为进口件, 无法维修, 而且中轴变形难以校正, 必须购置新增压器总成售价近万元。因中轴有锥面, 轴径不同较难固定。经研究, 确定了低温加热击打逐步校正的方案。用老虎钳、自制斜面木块和支承架来固定, 通过低温加热、锤子轻轻敲打, 经过反复检测、试车和敲打, 1个多h后, 中轴变形校正的问题得到基本解决。做好叶片校正、油路润滑和进排气路检测清理, 安装后试车, 发动机基本不冒黑烟, 整机动力得到恢复。此项修理费约300元, 节约近万元。

4 涡轮增压器的保养及使用

4.1 注意事项

(1) 对新使用的增压器, 要检查各部件运转是否正常, 有无变形、旋转不畅、刮边及油、气封是否变形破损等现象, 使用中是否有异响。

(2) 确保润滑油路畅通, 应使用厂家规定的高级润滑油, 保证油质良好、无杂质, 油路无泄漏。必须按要求定期清洗或更换机油滤清器。

(3) 及时清洗、更换空滤器, 确保增压器进气正常、清洁。经常检查进气系统是否漏气, 避免异物被吸入压气机壳内并进入气缸造成叶片和发动机零件早期磨损, 影响增压器、发动机整机性能。

(4) 按规范调整发动机供油时间及气门间隙等, 控制增压器进气温度。避免重物撞击、叶片卡死。压气机或涡轮与壳体有摩擦声, 怀疑增压器轴承磨损时, 需使用专用工具检查轴承的径向间隙和止推轴承的轴向间隙, 如间隙超过规定值, 应立即校正或更换中间转子总成。

(5) 发动机起动后需怠速3min~5min, 使机油充分到达增压器后再加速, 否则会出现加速磨损或卡死现象;发动机工作后需怠速3min~5min, 使增压器得以充分冷却后再停车, 避免轴承、密封件烧损。

4.2 分解与装配

(1) 若螺栓锈蚀严重难以分解, 可将涡轮端放入煤油中浸泡10h以上, 严禁猛敲猛打。

(2) 拆下压气机叶轮时, 做好转子轴、压气机叶轮及锁紧螺母的相对位置标记。

(3) 装配前, 增压器的所有零部件必须清洗干净, 各摩擦面应涂润滑油。

(4) 叶轮需经单件动平衡、转子总成需经整体平衡校验合格后, 方可装配。