礦用卡車柴油發動機渦輪增壓器的故障分析與預防措施

李東煒

（內蒙古大唐國際錫林浩特礦業有限公司，內蒙古 錫林浩特 026000）

1 引言

渦輪增壓技術是當前提高內燃性機能指標的有效方法，目前，此項技術在各種內燃發動機上得到了廣泛應用，在礦用卡車、工程機械的柴油發動機上也應用較為普遍。

2 渦輪發動機工作的性能、特點以及工作環境

渦輪增壓器主要是利用發動機排出的廢氣，利用廢氣產生的驅動力，帶動氣泵輪等部件進行工作，這樣做可以提高一定的進氣量，同時可以增加氣缸中混合氣體的含量，一定程度上可以在氣缸容積一定的前提下，提高發動機氣缸壓縮比，提高相應的轉速，提高發動機的效率，增強發動機的輸出功率。

礦用卡車長期處于一些灰塵大，不容易冷下來的環境，同時工作周期長，工作負荷大，工況復雜，長時間的連續作業，會導致發動機廢氣的溫度很高，利用發動廢氣的渦輪增壓器的工作溫度也會很高。

由于發動機渦輪增壓器工作溫度很高，裝配的泵輪與殼體之間的徑向間隙就有一定的長度限制，保證轉子與殼體之間的間隙在一定的范圍之內，避免高溫工況下熱脹冷縮影響零部件裝配精度及渦輪正常工作。

3 故障原因及維修措施分析

3.1 故障原因分析

在礦山工作環境中，灰塵及高溫極容易造成空氣過濾器堵塞，使得管道產生變形以及截面變小等情況，造成泵輪的進口阻力在一定程度上也變大。同時，渦輪的殼流道的特殊構造等原因，使得發動機由于長時間在低負荷條件下工作造成發動機燃燒不良，渦輪的殼流道以及葉輪是在發動機排出的高溫廢氣中進行工作，這樣發動機在燃燒不充分的情況下或者長期低負荷條件下工作，使得發動機渦輪容易在渦輪段的葉輪道以及葉輪的背面產生一些嚴重積碳，渦輪的氣體流動阻力增大，進氣量產生一定損失，同時還會造成增壓器工作溫度進一步升高，另一方面還會使得進氣壓力下降，渦輪的效率也會有一定程度的降低，這是機器本身以及進氣管系統本身的故障造成的，我們知道壓縮氣體的壓力降低，就會使得發動機的功率在一定程度上發生變化，進而影響發動機的輸出功率，常見的故障表現為低馬力、動力不足等[1]。

積碳影響進氣壓力的同時，還會使得排氣門的密封性能受一定影響，使得排氣口附近產生關閉不嚴的情況，增加了排氣管內部廢氣的壓力，進一步使得渦輪溫度升高，同時還會造成氣缸內部氣體減少。為了保證發動機有效的功率輸出，就需要加大燃油的供給，這樣就形成了惡性循環，排氣管內部的廢氣溫度以及壓力進一步升高等[2]。同時，如果燃油供給系統出現問題，會使得混合氣體在氣缸內部產生燃燒不良等情況，因此，要及時對發動機及渦輪的積碳進行處理，保證氣缸內的混合氣體進行充分燃燒，避免產生嚴重的發動機后燃的情況；結合礦上的特殊工作環境，渦輪增壓器很多故障情況是燃燒不完全，外加揚塵及煤粉過多造成的，礦用卡車在長時間灰塵大的條件下高負荷工作，很容易在冷器流道中結合形成一些比較厚的物質，當泵輪因為進氣通道的橫截面積變小或者是因為壓力產生劇烈的周期性變化，造成增壓器的泵輪產生振動，進而導致增壓器轉子發生抖動，壓力周期可能也會發生一些嚴重的變化，進氣燃燒不同步，發動機功率降低。

渦輪增壓器的潤滑系統也很有可能因為密封不好，使潤滑油系統進入雜質等，那么發動機在工作過程中，潤滑油內部壓力大和回油管內部密封不徹底，會造成渦輪的增壓發生變化，類似這種情況，渦輪增壓器工作情況產生變化的主要原因就是增壓器回油管道內部堵塞，渦輪端密封環漏油，使得渦輪的密封性降低，渦輪增壓器的的積炭性增加，同時泵輪端的密封性受到一定的影響。

另一方面，受渦輪增壓器制造精度的限制，轉子的直徑會有一定的誤差，在高速旋轉的過程中，轉子的部件可能會產生很大的慣性，同時，由于旋轉不平衡情況的存在，使得增壓器不夠靈敏，增壓效果可能會不如原先設計的工作效果。

3.2 預防措施及一些維修方法

首先，要保證設備的正確操作使用以及制定比較科學的預防措施，進一步加強設備的管理，這些都是正確維護好設備，保證設備正常使用，減少故障的基本方法，同時，渦輪增壓器的使用壽命也會比原來更長[3]。在發生故障時，需要能夠及時找出故障發生的原因并進行修理，保證增壓器能正常進行工作。在日常使用過程中需要注意的事項有，發動機啟動以后要慢慢加速，不能突然加速，在冬季，長時間停機的設備要定期預熱。同時，要求發動機在啟動時要帶中速的空載運轉，大約5min左右，然后再進行慢慢加速，這樣啟動渦輪增壓器，會使啟動后的運轉速度比較高，與此同時，需要潤滑油泵提供足夠流量以及壓力的潤滑油，這樣對增壓器的軸承可以進行一定程度的潤滑、冷卻，以保證軸承在后期的工作進程中可以正常工作。

在停機之前應該使發動機在一定的低速下運轉大約5min，使設備緩慢降溫，避免高負荷工作后立即停機，如果發動機突然停車，會使得潤滑油的壓力以及流量突然降低，造成潤滑油壓力下降之后仍然處于高溫中的發動機和渦輪增壓器不能進行緩慢冷卻，這樣會加速密封環老化以及軸承產生燒損的現象，同時增壓器中存在的潤滑油燃燒以及后期形成膠狀的物質，可能會一直存在于增壓器內，對后期發動機的運轉更會產生嚴重的影響。

因為增壓器轉子的工作的平穩性可能會影響到后期的工作性能，因此，在安裝的時候一定要保證轉子軸向的間隙，渦輪以及泵輪與殼之間的間隙，盡量符合工程的要求，同時，在設備投入使用后要定期檢查轉子轉動的具體情況，如檢查轉子有沒有出現異常的噪聲以及轉子具體的轉動情況，如果發現異常，應該及時進行檢修，以避免影響發動機后期的正常工作。如果要避免轉子在運轉的時候，出現一些比較嚴重的情況，可以在檢查轉子的時候定期測量轉子軸向的間隙，渦輪以及泵輪殼體之間的徑向間隙，一旦發現不符合要求，一定要及時向領導報告，并請求專業工作人員進行調整，運用技術方法，及時對轉子進行維修，以避免后期發動機出現難以修理的問題，導致最后影響整個機器的使用。

礦用卡車發動機渦輪增壓器的空氣過濾器，以及進氣排氣管，油管密封軟件等非常重要，必須嚴格控制其質量及裝配精度，嚴禁使用不合格的配件或精度不夠的替代品[4]。與此同時，這些零部件雖然看起來和普通的元件沒有很大區別，但是其工作條件及原理等方面和一般的器件有很大區別，如渦輪增壓器的密封原理，和其他低速機械相比有很大不同，其主要是通過渦輪轉子工作實現密封，當連接增壓器的管路出現氣體泄漏時，會使得兩側氣體壓力不均衡，從而引起增壓器兩側或單側產生漏油現象。因此，針對后期運行過程中增壓器產生的漏油現象，需要及時進行維修。礦用自卸車發動機渦輪增壓器對于發動機后期的使用有很大關系。對于出現的故障，需要及時進行處理修復；進氣排氣的管路，潤滑油的管路，一定要經常保持清潔，定期更換空氣濾清器，嚴禁使用舊的空氣濾清器。針對管路密封以及潤滑系統密封，一定要定期進行檢查并清洗油路，在檢修安裝之后，還需進行一定的模擬實驗，定期保養維護，日常使用過程中要嚴格遵守保養點檢制度，確保發動機后期的正常使用。

4 結語

通過以上的分析研究，對于發動機渦輪增壓器的工作原理及常見故障處理方法，故障預防措施等，維修人員和設備管理人員都要有基本的了解，這樣才能制定合理的設備管理制度和維修點檢制度，在設備出現問題后才能采取正確的維修處理方法，及時修復，保證設備的可用率，延長設備使用壽命，保證礦山的生產能力，進而提高經濟效益。