8L20/27柴油机增压器喘振故障的分析与排除

近年来，随着船舶出海时间和频率的增加，船舶柴油机使用率越来越高。

随之而来，船舶柴油机故障率也越来越高。

废气涡轮增压器作为船舶柴油机的一个重要部件，故障频率也在逐渐增加，从近年对某型船舶柴油机废气涡轮增压器的统计来看，废气涡轮增压器的故障有较大一部分是喘振故障。

喘振故障一旦发生，就会影响柴油机的正常运行，甚至出现破坏性事故，影响船舶的航行。

本推文以某船8L20/27柴油机发生的一次废气涡轮增压器喘振故障检查排除过程为例，通过分析增压器喘振故障的机理和该型柴油机结构特点，建立喘振故障树，给出简单排除故障的建议，并提出故障排除和使用维护管理意见，为类似故障诊断提供参考。

某船使用柴油机作为主机，该型柴油 8L20/27 机是上海新中动力柴油机厂（711研究所新中动力机厂）结合德国公司的MAM挤术生产的一型直列式、四冲程、不可逆转的船用主机。

该型柴油机采用等压增压系统，增压器型号 为NR20，压气机为单级离心式压气机。

2015年8月，该船在海上航行时，柴油机加速至880r / min 时，增压器开始断续性喘振，轮机值班人员检查中冷器，增压器压力均正常情况下，随即请示驾驶室降速运行，当转速降至840 r/ min 时，增压器断续喘振消失，随后驾驶室试着给主机继续加速，加速至900r /min 时也无喘振发生，也就是说增压器喘振在主机运行850~890r /min 时产生。

故障发生前，该船主机存在急减速至840r/min左右时，偶尔喘振一下，但没有断续性的喘振。

故障发生后轮机操作人员根据自己的专业知 识和本机型进排气系统的结构特点（见图1），考虑故障发生时无明显其他故障征象，初步对喘振故障原因进行了分析、排查，共分三个阶段。

图1  8L20/27柴油机进排气系统

1. 第一阶段：在运转中检查

a. 增压器检查。

最开始怀疑是增压器内部出现问题，故障发生后，我们随即对增压器的护罩以及增压器的外壳进行了拆解检查，内部清洁良好，无 异物，压气端转轴运转平稳、无卡滞并且增压器的进气滤网较新，不存在脏堵现象。

b. 中冷器（空气冷却器）检查。

该船在之前进厂坞修时已经对中冷器进行了拆解、清洁、密封 实验等维修，并且在机器运转中对中冷器进行检查，发现中冷器的进出冷却水压力正常，水温正常，柴油机的中冷器冷凝水放水孔无堵塞、排除冷凝水量正常。

2.第二阶段：靠码头拆检 

a. 喷油器检查。

喷油器单缸或者两缸不发火，可能会导致主机各缸负荷不均也会引起主机增压器的喘振。

靠码头后，对主机的八个缸的喷油器喷油 开启压力以及雾化效果进行检查，发现其中 6#、 8# 喷油器有少量积碳堵塞，存在滴油现象，当时直接将校正好的两个新的喷油器进行安装并试车，发现喘振故障依然存在。

b. 进排气阀检查。

如果气阀间隙调整不当，从而导致进排气阀的关闭不当进而导致进排阀盘发因为积炭严重或者烧蚀从而导致进排气门关闭不严，也会导致增压器的喘振。

所以在靠泊码头后联系船厂维修人员上船吊装各缸头，对各缸的进排气门的密封情况进行检查，发现主机各缸的气阀间隙正常，阀杆和进排气门底座密封正常，无严重积炭 和烧蚀情况。 

c. 高压油泵检查。

如果高压油泵单缸不供油或者供油不均的话，从而导致主机的各缸的负荷不均，从而也会导致增压器的喘振，因此在检查完各 缸进排气阀的同时，也对各缸的高压油泵进行了拆解、校对等检查，发现八个高压油泵均正常。 

经过这些检查后，我船再次出海执行任务时 发现该故障仍未消除，依然存在，所以我们单位领导直接联系柴油机的生产厂家，厂家来人检查未果，只是建议更换增压器，但是需相关器材立即到位。

所以在厂家建议下，航行时尽量避开主机在转速850~890r/min 下航行，从而减少增压器的喘振。

3.第三阶段：进厂修理

主机一直带着增压器固定转速喘振到一年 后，该船进厂进行小修，由于增压器喘振的问题对主机进行了小修扩大化的修理工程，对增压器、空冷器、高压油泵、喷油器、进排气阀门、进排气阀座等部件进行了彻底的检查，特别是增压器的涡轮转子、压气机转子均做了动平衡检查，均没有发现任何问题，回装后试航发现喘振故障依然存在。

最后由一名资深的老工程师在本厂的柴油机档案库中发现该柴油机在出厂时因为增压器和柴油机的匹配问题在空冷器上端装有一个开有八孔的空气导流板，而该船在2013年10月进厂坞修检查空冷器时因为难以安装而被工厂的工人偷偷移除。

随着从上海新中动力机厂重新订做了一个八孔空气导流板安装后，增压器喘振的故障随之消失。 

纵观以上检查排除过程可以发现，轮机操作 人员、厂里工人检查和排除故障有一定的理论功底，但检查排除故障主要靠经验，对柴油机的本身结构也不完全了解，故障排除困难重重。

所以必须从理论上根据故障机理和该型柴油机的结构特点进行原因分析，再理论结合经验，迅速排除故障。 

3.故障排除建议

a. 根据以上分析，按照先判后检原则先进行分析判断。

因柴油机在其他各个转速都能正常运行， 检查排烟没有明显黑色，检查各缸排温相差不大，因而第二条燃油系统故障可能性很小。

本柴油机中冷器（空气冷却器）采用海水冷却，但由于在其他转速柴油机工作平稳无故障，判断除了中冷器可能有水壁结垢导致冷却效果差外，不存在其他故障。

因此，判断故障可能是进排气系统或中冷器冷却效果差引起的。

b. 按照由简单到复杂的原则进行排查。

首先检查空气滤清器、进排气消音器没有明显堵塞，打开气缸盖罩壳，检查气门间隙正常、气门无泄漏。 

其次打开增压器罩壳，检查增压器内部清洁良好，无异物，压气端转轴运转平稳、无卡滞并且增压器的进气滤网较新，不存在脏堵现象。

最后拆下中冷器时发现没有空气导流板，安装新的空气导流板，并拆开清洁中冷器重新安装后，排除故障。

4.该型柴油机喘振故障原因剖析

故障发生前，虽然摘除了上面的空气导流 板，但是由于中冷器是刚刚经过清洗的，冷却效果较好，所以柴油机在正常工作下，进气量仍然在增压器和各缸工作所需的气体量的匹配范围内。

随着主机的长时间使用，性能逐渐下降，中冷器内部海水冷却通道结垢，导致了冷却效果的下降，通过中冷器时的冷却空气产生了扰流，从而导致进入气缸的空气阻力变大，产生了喘振。

重新安装导流板后，使空气的扰流消除，并且加强了自由进气阶段和惯性进气阶段的进气量，使各缸在正常工作下获得更大的进气量，不仅消除了喘振，还使主机的工况得到了一定的提升。

 1. 故障排除启示 

a. 作为柴油机使用者，在进厂坞修、小修、中修以及大修的过程中，要尽可能的投入到柴油机的修理过程中，这样不仅增强了自己的维修能力，也加强了对柴油机各方面的了解，为后续使用维护、故障排除积累资料和经验。 

b. 作为柴油机厂家应该把柴油机在出厂组装时所有的实验报告以及问题以书面形式告知客户，这样方便作为客户的我们能充分了解和及时检查发现柴油机所存在的问题。 

c. 船舶柴油机结构复杂，工作环境恶劣，在故障分析与排除时，检查排除故障不能只凭经验。

必须熟悉该柴油机的机构特点，懂得分析故障机理，才能从源头梳理故障原因，分析可能导致该故障发生的直接原因，再理论与经验相结合，由简单到复杂逐渐排除。 

2.使用维护建议

增压器喘振故障是柴油机最常见的故障之一，喘振故障一般是循序渐进发生的，其主要原因是长期的高负荷、频繁改变工况导致柴油机性能下降，日积月累逐渐接近喘振工况区域，因而在日常维护中要严格按照规定进行使用、维护保养。

尤其应对其流道阻塞状况要重视。 

a. 由于8L20/27柴油机在空车的状态下容易各缸负荷分配不均匀，所以尽量缩短柴油机在空车的情况下运行时间，这样可以减少喷油器的积炭。 

b. 柴油机超负荷运行、急加减速时，柴油机的整机供油量变化很大、供气量变化很大、热负荷很大，很容易使柴油机的性能下降，甚至直接出现增压器喘振现象，要尽量避免。 

c. 大风浪航行时，除了要尽可能避免超负荷 外，还要注意冷却系统的状态，及时排除冷却系统的空气，防止因冷却效果不佳引起进气扰动导致柴油机喘振。 

d. 按规定时间定时检查和调整气门间隙，防止气门因为各种情况过大或者过小，从而导致气门关闭不严，烧蚀等情况的发生。

e. 按照保养条例定期对柴油机的各缸喷油器进行检查和调整，从而保证各缸喷油器无雾化不良和滴油的情况存在，这样会使柴油机在高速运行中各缸负荷均匀，发挥出柴油机最好的性能。

f. 按照规定对增压器进行润滑、间隙、堵塞检查，定期对空气滤清器、中冷器、消音器、进排气管、空气导流管等进排气系统部件进行清理检查，尽可能保证气道的通畅。 

END