1、本科毕业论文（20 届）“育鲲”轮主机废气涡轮增压器简介及常见故障原因分析和处理措施所在学院专业班级 轮机工程学生姓名指导教师完成日期摘要本文围绕“育鲲”轮主机废气涡轮增压器 NA40/S 进行了一些介绍。首先介绍了增压的基本知识，然后对废气涡轮增压器 NA40/S 的基本结构和系统进行了功能介绍，并对压气机和涡轮机的工作原理进行分析。最后针对增压器常见的故障喘振和振动进行了分析，分析了引起喘振和振动的主要原因，并提出相应的解决办法。还介绍了增压器损坏的应急处理措施。关键词: 废气涡轮增压器；喘振； 振动AbstractThis paper makes some introduction ar
2、ound the exhaust gas turbocharger NA40/S of “YUKUN” vessel. Firstly introduce the basic knowledge of turbocharging. Then, make some functional introduction of the exhaust gas turbocharger NA40/Ss basic structure and system, and analyze the working principle of compressor and turbine. Finally, make s
3、ome analyses on the common fault of turbocharger, surge and vibration. Analyze the main reason of surge and vibration, and propose corresponding solutions. Moreover, give the emergency operation measure for the damage turbocharger.Keywords: exhaust gas turbocharger, surge, vibration目录1 废气涡 轮增压简介 .62
4、 “育鲲”轮主机 NA40/S 废气涡轮增压器简介 .62.1 “育鲲”轮主机 增压系统 .62.2 NA40/S 型废气涡轮增压器组成 .72.3 滑油系统 .92.4 密封空气系统 .92.5 辅助喷射加速系统 .103 废气涡轮增压器工作原理 .113.1 单级轴流式涡轮机的基本工作原理 .113.2 离心式压气机的基本工作原理 .124 增压器常见故障 .134.1 增压器喘振 .134.1.1 增压器的运行特点 .134.1.2 增压器喘振原因及解决办法 .134.2 增压器振动检修 .165 增压器损坏后的应急措施 .196 总结 .20参考文献 .21“育鲲”轮主机废气涡轮增压器
5、简介及常见故障原因分析和处理措施1 废气涡轮增压简介增压的概念：用提高气缸进气压力的方法，使进入气缸的空气密度增加，从而可以增加喷入气缸的燃油量，以提高柴油机的平均有效压力和功率。柴油机所能发出的最大功率受到气缸内所燃烧的燃料的限制，而燃料量又受到每个循环内气缸所能吸入空气量的限制。如果空气在进入气缸前能够进一步压缩，从而使其密度增大，则同样的气缸容积可以容纳更多的新鲜空气，从而就可以增加燃料量，使柴油机输出功率显著提高。这就是增压的基本目的。根据驱动增压器所需的能量不同，柴油机主要有机械增压，废气涡轮增压，复合增压三种方式。目前大型轴流式废气涡轮增压器效率已达 75%，而且其他两种增压方式需
6、要额外消耗轴功率。因此，机械增压和复合增压已经很少使用。所谓废气涡轮增压，是压气机与涡轮同轴相连，构成涡轮增压器。涡轮机在排气能量的推动下，带动压气机工作，实现进气增压。显然，这种增压形式可以从废气中回收部分能量，而且不需要额外消耗轴功率，不仅提高了柴油机的功率，还提高了动力装置的经济性，因而获得广泛的应用。根据废气能量利用方式不同，废气涡轮增压可以分为定压涡轮增压和脉冲涡轮增压两种基本形式， “育鲲”轮上采用的时定压涡轮增压方式。定压涡轮增压的特点是进入废气涡轮增压器的废气压力基本上是稳定状态。柴油机各缸的排气管连接到一根共用的容积足够大的排气总管上，涡轮就装在排气总管后面。由于排气管容积足
7、够大，各缸排出的废气进入其中后迅速膨胀、扩散并很快稳定下来，只引起微小的压力波动。排气总管实际上成了一个集气箱，具有稳压作用。正因为废气以基本不变的速度和压力进入涡轮，所以这种增压方式涡轮工作稳定，效率高。但应当值得特别关注的一点是：当柴油机在低负荷启动时，因排气管压力低，废气的能量少，使涡轮发出的功率满足不了压气机所需的功率，因此船舶柴油机必需另设辅助鼓风机来满足低负荷时的扫气需要。2 “育鲲”轮主机 NA40/S 废气涡轮增压器简介2.1 “育鲲”轮主机增压系统图 1 为 6S35MC 型柴油机增压系统图， “育鲲”轮主机废气涡轮增压系统由排气阀、排烟总管、废气涡轮增压器、空气冷却器、辅助
8、鼓风机、扫气箱、气缸等组成。该系统采用单独增压系统，即主机只用废气涡轮增压器来实现增压。它可以满足主机的工作需要而不消耗主机的输出功。因此，它能够最有效地提高主机的功率，同时还能改善主机的经济性。2.2 NA40/S 型废气涡轮增压器组成类型 NA40/S最大允许转速 21400rpm最大允许涡轮前排气温度 620表 1 废气涡轮增压器主要参数主机增压器类型 类型 额定功率（kw） 额定转速NA40/S 6S35MC 4440 173表 2 增压器与主机的匹配图 1 6S35MC 型柴油机增压系统图表 1 和表 2 分别给出了“育鲲”轮废气涡轮增压器 NA40/S 的主要参数和废气涡轮增压器与
9、主机相匹配的主要参数。主机只设一台 NA40/S 增压器。“育鲲”轮主机增压器的型号是 NA40/S，它是定压废气涡轮增压器。图 2是它的结构简图，如图所示，它由一个轴流式的涡轮端和一个径流式的压气机端组成。涡轮端主要由涡轮机进气壳（1） 、涡轮喷嘴环（2） 、涡轮机转子（3） 、废气扩散器（4）和涡轮机排气壳（5）组成。压气机端主要由压气机进气壳（6.1） 、消音器（6.2） 、插板（7） 、压气机叶轮（8） 、扩压器（9）和涡轮机排气蜗壳（10）组成。转子由两个内支撑式的滑动轴承支撑，压气机侧的滑动轴承是止推轴承，涡轮机转子和轴是一体的，压气机叶轮是安装在轴上的。轴承的润滑和主机滑油循环是
10、一体的。增压器没有水冷却，涡轮侧壳体温度较高，设有隔热层。基本功能：在工作中，通过主机排烟转换得到的能量来驱动增压器转子。废气由主机排烟总管流过增压器，依次通过涡轮机进气壳、涡轮喷嘴环、涡轮机转子、废气扩散器和涡轮机排气壳排出。与此同时，新鲜空气通过压气机进图 2 NA40/S 型废气涡轮增压器气壳或消音器和插板被吸入，通过压气机叶轮、扩压器和压气机排气蜗壳被压缩。压缩后的空气通过空气冷却器和扫气总管被压入气缸内，为主机提供燃烧所需的空气。增压器转子的径向定位通过布置在轴承箱内的涡轮机转子和压气机叶轮之间的两个滑动轴承来实现，压气机端的轴承是推力轴承，它还起到轴向定位和承受轴向推力的作用。压气
11、机端的止推轴承和涡轮端的滑动轴承由主机滑油循环中的两个独立的供油管提供的滑油来润滑，此外，滑油还有冷却作用。2.3 滑油系统图 3 是增压器滑油系统图。滑油从主机供油管 1 流经节流孔 2.2，分两路由增压器供油管 3 供给增压器轴承 5.1 和 5.2。两路滑油在进入轴承前都会流过一个止回阀 4，防止滑油回流。在滑油压力不足或者主机停机的情况下，重力油柜 7 为轴承提供滑油，以保持滑油压力，防止增压器轴承干摩擦。同样滑油分两路供到两个轴承，供到轴承前会经过带旁通的止回阀 6，重力油柜上方有溢流管 8，油气或者溢油会由此进入放气箱 10，放气箱内可经过放气管 12 放气，经过泄放管 9 返回滑
12、油柜或者曲轴箱 11。2.4 密封空气系统图 3 NA40/S 型废气涡轮增压器滑油系统图图 4 是密封空气系统的系统图，NA40/S 型废气涡轮增压器由空气来实现迷宫式密封。它的主要作用有三个：一是阻止废气进入滑油空间，以免污染滑油；二是阻止滑油渗入到涡轮中，造成滑油浪费，影响涡轮工作；三是可以减小作用在止推轴承的轴向推力。密封空气系统原理：密封空气通过密封空气管 4 和在轴承箱里的密封空气空进入到涡轮机转子的径向和轴向迷宫之间。这些空气来自于下游的空气冷却器 2 或者辅助鼓风机出口。密封空气管 4 接头必须能阻止凝水和灰尘的进入，因此，接头应当位于扫气空气管 3 的上方，密封空气管应当伸入
13、大约 100mm 到扫气空气管中为了避免吹落在管壁上的污垢和水分进入。密封空气通过密封空气管进入增压器中，并且依据增压器的尺寸大小，在密封空气进入到轴承箱之前，由传送管上的节流孔 5 来调节减小到需要的值。2.5 辅助喷射加速系统图 4 NA40/S 型废气涡轮增压器密封空气系统的系统图图 5 NA40/S 废气涡轮增压器辅助喷射系统功能描述：“育鲲”轮 NA40/S 废气涡轮增压器采用了辅助喷射增压加速系统，该加速系统在特殊情况下使用，有助于实现主机迅速的并且无烟的加速，和主机负荷的应用。机器控制 2 位 2 通电磁阀 B 导通，电磁阀工作在上位，这时 30bar 的压缩空气从起动空气瓶 A
14、 流到节流孔 C 处，在那里空气压力下降到最高不超过4bar。压缩空气通过隔板 D 上的环形导管和倾斜的孔吹向压气机叶轮上的叶片。一方面，这为压气机提供了额外的空气；同时另一方面，压气机叶轮被加速。因此可以增加主机的扫气空气压力，使主机油门突增的燃油可以充分燃烧，实现主机迅速的无烟的加速。3 废气涡轮增压器工作原理3.1 单级轴流式涡轮机的基本工作原理单级轴流式涡轮机的基本工作原理由右图6 所示。它的主要元件是固定的喷嘴环和旋转的工作叶轮。一列喷嘴环和其后的一组工作叶片构成了涡轮的一个级。喷嘴环和叶轮之间构成了废气通道。废气流经叶轮时，其参数（压力 P、温度 T、流速 C）沿流道的变化情况如图
15、中下部所示。具有一定压力 P0 和温度 T0 的废气以速度 C0 流入喷嘴环。在喷嘴环收缩形的流道中膨胀加速，其压力和温度降低到 P1 和 T1，而流速升高到 C1，部分压力能转换为速度能。从喷嘴环出来的高速气流进入叶轮叶片间的流道时，气流被迫转弯。由于离心力的作用，迫使气流压向叶轮凹面而企图离开叶轮凸面，使叶轮的凹凸两面间产生压力差，此压力差的合力即为作用在叶片上的冲动力。作用在所有叶片上的冲动力对转轴产生一个冲动力矩。此外，叶轮叶片的通道也是收缩的，废气在其中继续膨胀加速，其流出叶轮的相对速度大于流入叶轮的相对速度。当气流在旋转的叶轮中流动时，因膨胀加速而给叶轮以反作用力，使得涡轮又得到一个反动力矩。冲动力矩和反动力矩方向是相同的，叶轮就在这两个力矩的共同作用下回转。由于工作叶轮在高速气流的作用下旋转并作机械功，故气流的压力、温度和绝对速度在工作叶片中从进口图 6 废气涡轮工作原理
