四冲程柴油机废气涡轮增压器喘振原因分析与修复.pdf

涡轮增压器是船舶动力装置的重要部件，其工作状况是

否良好，对改善柴油机气缸的燃烧条件，降低燃油消耗，提

高柴油机的功率有着十分重要的意义。

目前，船舶柴油机广泛采用废气涡轮增压器，利用柴油

机排出的废气能量，驱动涡轮高速旋转，带动与涡轮同轴的

压气机叶轮高速旋转，压气机将空气压入发动机的气缸，增

加了发动机的进气量，可供更多的燃油完全燃烧，从而提高

了柴油机的功率，并且充分利用柴油机的废气能量，提高了

柴油机的经济性。

涡轮增压器处在高温高压和高速运转的工作状况，工作

环境恶劣；柴油机长期低负荷状态运行，经常偏离其最佳工

况，使燃烧工况恶化，造成增压器喘振时有发生。连续性的

喘振容易造成增压器转子和轴承特别是压气机叶轮的损坏，

因此，对涡轮增压器喘振故障原因进行分析并探索其排除方

法十分有必要。

一、故障发生过程概况

某船主机为8L20/27型四冲程柴油机，8缸，缸径为

200mm,行程为270mm,额定功率为800kW。在额定转速

1,000r/min时，增压压力≤0.16MPa～0.20Mpa，单缸爆发压

力≤10Mpa，单缸排烟温度≤530℃，单级、径流式涡轮增压

器。

2009年坞修修前试航时右主机在840r/min以下运转

正常，从840r/min加速到870r/min后，增压器开始出

现严重喘振现象。在修理后首次试航中，当右主机加速到

930r/min时，增压器压气机端发出周期性的爆炸声，柴油

机不能继续加速，单缸排烟温度达到460℃，比正常时高

70℃左右，冒黑烟，随即停车进行检查。

经调查，该舰在2007年中修，修后试航时发现爆发压

力高，单缸爆发压力在额定转速时高达11MPa，超出规定的

要求。同时，增压压力接近规定值的上限0.20MPa。根据通

常做法，首先调整喷油提前角降低爆发压力，但爆发压力基

本没有改变，于是决定采取降低增压压力的方法达到降低爆

发压力的目的。为此，增压器运输到新中动力机厂进行修理，

厂家将原来出口截面为34.92cm2的扩压器换为36.9cm2的扩

压器。在试验台试验时，各性能参数均正常，增压压力降低，

但是装船后出现了轻微喘振，未进行进一步查找原因。

二、喘振的机理与原因分析

柴油机废气涡轮增压系统由柴油机、压气机、废气涡轮

和空气冷却器等基本部件组成。

离心式压气机在各种不同工况工作时，它的各主要参数

会随之变化。当转速n一定时，随着空气流量G的减小，

kk

增压比π开始是增加的。当G减小到某一值时π值达到最

kkk

大，然后随G的减小开始下降。效率η随流量G的变化规

kkk

律与π类似。当压气机中气体流量显著小于设计值时，在叶

k

轮进口及叶片扩压器处，气体的分离现象随流量的减少而迅

速扩大。当流量少到某一最小值时，气流分离现象扩展到整

个叶片扩压器和叶片通道内，使气流产生剧烈的振荡和倒

流，引起压气机工作不稳定，导致压气机振动，并发出异常

[1]

的响声，这就是压气机的喘振现象。

增压器产生喘振一般是由于空气流通阻力的增加、柴油

机或增压器本身故障、柴油机长期低速运行原因以及增压器

[2]

和柴油机的运行失配等。

1．由于压气机匹配不当引起

在设计、修理、更换增压器主要零部件时，由于尺寸选

择不当而导致压气机喘振。

（1）涡轮喷嘴环截面尺寸过小，涡轮流通能力