大型船用柴油机透平喘振的原因分析及应对措施.docx

一

透平在提高了柴油机功率的同时,也给柴油机管理带来了新课题

增压(提高扫气压力)是提高柴油机功率最主要的有效途径，废气涡轮增压技术的发展是柴油机发展史上的革命，在不增加额外能耗的情况下，大大增加了扫气空气的密度，在不增加柴油机尺寸的情况下喷油量、功率可以大幅度提高。

但随着透平转速的不断提高(10000r／min以上)和扫气压力的不断加大(0.3MPa以上)，透平故障频发。

据挪威船级社DNV统计数据表明，低速柴油机的损坏事故四分之一是由透平引起的，而透平故障中最常见的是透平喘振。

透平喘振不仅影响到柴油机工作的稳定性，严重的可造成透平叶片损坏、轴承损坏、油封气封损坏，地角螺栓、废气和扫气端膨胀接头(波纹管)的损坏，所以一旦发生，就要立即采取措施消除喘振现象，避免事故的发生。

作为一名轮机管理人员，只有充分了解透平喘振的机理，熟悉可能引起透平喘振的原因，平时的维保工作才会有的放矢，极大地减少透平喘振现象，这是柴油机管理中的新课题。

二

透平喘振机理

湍流和气体冲撞形成喘、气体冲击叶片和壳体引起振动。

所谓透平喘振，是指压气机的喘振而非废气涡轮端的喘振。

压气机喘振是其本身的固有特性，无法从根本上消除。

我们做一试验，将运转中的电吹风或者移动式轴流风机的出口(或进口)逐渐移向墙壁，就会发现气流噪音和振动越来越大，运转中的机舱风机逐渐关闭挡板，其振动和噪音也会逐渐加大。

所以需要经常检查机舱风机挡板的开关灵活性。

可见，离心式的压气机在流量减小、背压增高的情况下会发生喘振现象。

透平压气机作为特殊结构的离心式压气机同样不可避免。

因为气体是可压缩的，当气体进入压气机吸口后，被高速旋转的机翼型后弯叶片甩向四周压向后方，在设计工况下气体的流动是均匀、稳定的，流动轨迹呈流线型，处在流体力学上所称的稳流状态；但在背压增加或流量减小的情况下，气体的正常流动受阻，不能及时排除的气体失去了动能，在静压能的作用下寻找其他的出路，哪里压力低就到哪里去，进口首选，叶片背面次之。

这样，压气机内部的气流由稳流状态变成了湍流状态，气体有进有出，内部(特别是叶片背面)压力忽大忽小、忽正忽负，气体之间的冲撞造成了压气机的喘，气体与叶片、壳体之间的冲撞造成了压气机的振。

造成透平压气机喘振的所谓高被压、小流量是相对的，不同结构尺寸的透平不能比较，同一透平在不同转速下不能比较。

实例：

SEALINKPROSPERITY轮在主机试车过程中，扫气总管中空气压力(由辅助电动鼓风机建立)的绝对值非常低，压力表几乎没有显示，但透平发生了喘振。

原因是在备车时由于疏忽忘记将透平滤网外的帆布罩揭去，造成压气机内部压力比扫气总管内的压力更低。

三

喘振现象的应急处理

当透平压气机的背压高于设计压力不多时，透平喘振现象并不严重，透平会发出低重的呼哧呼哧喘息声，振动也不明显；当背压突然增加太多，透平会发出尖锐的吼叫声，整个机舱甚至生活区都可以听到，透平整体振动剧烈，气体倒灌现象明显，如果在透平压气机吸口滤网处放一块布，会发现该布时吸时离、漂浮不定，同时扫气压力、透平转速和主机转速会不停波动。

当发现透平喘振时，作为轮机人员，第一反应是对主机降速，绝大部分的透平喘振会因主机降速而消失，必要时可以停车，避免引起增压器叶片、轴承、油封、气封或膨胀接头损坏等事故的发生。

四

透平喘振深层原因及应对

透平喘振的机理是压气机内部气体湍流，而造成湍流的最根本原因是高背压、小流量，造成高背压、小流量的具体原因基本上可以分为三大类。

1.透平、机、桨、船的失配问题

在船舶的设计工况下，透平是不会发生喘振的，实际管理中碰到透平喘振多是由暂时失配引起的。

实例1：

老旧船舶ORIENTFORTUNE轮，主机为MITSUBISHISULZERRTA76，直流扫气，配备的透平是BBCVTR401系列，因是透平壳体内部锈穿漏水无法修复，从拆船厂购得一部旧透平安装。

开航后，主机无论低速还是高速，透平都会出现喘振。?

原因是透平设计容量明显高于主机的耗气量；

措施是从扫气总管上引出一支管泄压，喘振现象消失。?

实例2：

WINNER轮，主机型号：HITACHIZOSENBW6L80MCE，直流扫气；配备的透平型号：IHIBBCVTR564，2台脉冲增压。

该轮在满载过土耳其海峡时，主机突然负荷变大(由7.5左右增至9.0)，主机转速突降(由79r／min降至73r/min)，两台透平转速均由8000左右升至12000多，透平喘振，各缸排烟温度普遍升高(360℃升至390℃)，航速降低(11kn降至7kn)。

原因分析：

故障的突然性和剧烈性，使我们将气体流道脏污或流通部件异常这一项大的原因基本排除。

柴油机各缸热负荷升高存在普遍性和均匀性，两台透