柯良雄 周海寧
摘? 要:通過分析渦輪增壓器在運(yùn)行過程中的常見故障及典型案例剖析,了解其工作原理和性能,為日后處理故障提供參考依據(jù)
關(guān)鍵詞:工作原理;典型案例;故障排查;分析處理
1 前言:
液壓挖掘機(jī)在露天礦開采中有至關(guān)重要的作用,可用于采坑巖石剝離、煤炭裝運(yùn)、道路修筑等多用途功能,而渦輪增壓器作為其發(fā)動機(jī)的核心部件,工況好壞直接影響輸出功率,渦輪增壓器在同樣排量狀況下增加了輸出功率,具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。下面將對渦輪增壓器故障進(jìn)行系統(tǒng)分析,以供日后檢修作參考。
2 渦輪增壓器工作原理介紹:
渦輪與壓氣輪在同一根軸上安裝,當(dāng)發(fā)動機(jī)正常運(yùn)行時排出的廢氣驅(qū)動渦輪,以使壓氣輪以相同的速度旋轉(zhuǎn),渦輪的速度取決于廢氣的壓力、溫度、數(shù)量,再通過控制裝置如旁通閥、噴頭等調(diào)整,達(dá)到符合要求的轉(zhuǎn)速,同時進(jìn)入增壓器的熱空氣經(jīng)過中冷器冷卻后再進(jìn)入發(fā)動機(jī),使密度和溫度都增高,在同樣的排量下,燃燒更充分,發(fā)動機(jī)功率明顯提高,獲得了很好的經(jīng)濟(jì)性效益。
3、常見故障分析
3.1油路故障
渦輪增壓器故障常因油路引起為主,故障有漏油,供油壓力不足或回油不暢,油質(zhì)不佳等。
3.1.1漏油的主要因素
增壓器以密封環(huán)為間隔,確保各密閉腔室軸承潤滑良好,如密封環(huán)損壞或與軸間隙過大,就會出現(xiàn)漏油現(xiàn)象;安裝不規(guī)范或由增壓器本體溫度過高,都會造成密封失效;軸承與軸之間產(chǎn)生間隙,旋轉(zhuǎn)振動加劇,增大沖擊,破壞了動平衡,當(dāng)間隙達(dá)到一定程度會使兩端密封破壞,損壞增壓器。
3.1.2供油壓力不足或回油不暢
若發(fā)動機(jī)油泵供油壓力低或回油不暢,造成軸承和軸潤滑不良而損壞。渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速隨負(fù)荷增加而增加,機(jī)油供給量隨之增加,如果供油滯后將造成軸承損壞;日常要定期清理供油管路,確保供油正常。
3.1.3油質(zhì)不佳
若機(jī)油中含有雜質(zhì),在高速旋轉(zhuǎn)中加速對渦輪增壓器軸承及密封環(huán)的磨損;若機(jī)油長時間未更換,逐漸會氧化變質(zhì),摻雜燃油和廢棄物等直接影響機(jī)油粘度和耐高溫性。
3.2氣路故障
3.2.1雜質(zhì)進(jìn)入發(fā)動機(jī)氣路
增壓器高速運(yùn)轉(zhuǎn)中若有雜質(zhì)進(jìn)入氣路,先是異常響聲再到損壞渦輪葉片,功率損失,進(jìn)而擊壞增壓器機(jī)外殼。
3.2.2進(jìn)氣量不足
空濾需根據(jù)工作狀況定期清理和更換,如若空濾不干凈,進(jìn)氣不暢,會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速降低和動力不足。
3.2.3進(jìn)氣溫度過高
每個渦輪增壓器都有設(shè)計最高速度和最高溫度,持續(xù)的超速超溫運(yùn)轉(zhuǎn)會造成機(jī)械失效。增壓器正常運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)動機(jī)排氣溫度不允許高于750℃。氣門損壞或間隙調(diào)整不當(dāng),噴油提前角過小等原因,造成柴油燃燒不充分,進(jìn)去排氣管二次燃燒,導(dǎo)致排氣溫度過高,排氣管和增壓器發(fā)紅。增壓器機(jī)體溫度過高會引起增壓器密封損壞,機(jī)件變形,潤滑油老化變質(zhì),軸承咬死等。
4、典型故障案例分析與處理
4.1典型故障1
4.1.1故障描述:某露天礦一臺液壓挖掘機(jī)CAT374正在采坑挖掘土方,司機(jī)突然感覺行動緩慢,挖掘無力,發(fā)動機(jī)冒黑煙。
4.1.2故障排查:修理工針對司機(jī)描述的故障,進(jìn)行初步排查,對燃油系統(tǒng)和進(jìn)氣系統(tǒng)逐項排除后,對渦輪增壓器進(jìn)行了拆解,打開后發(fā)現(xiàn)葉輪葉片損壞,更換新的渦輪增壓器后,挖掘機(jī)可以正常作業(yè),故障排除。
4.1.3故障原因分析:在12月初,北方氣候寒冷,司機(jī)午后操作時,直接將發(fā)動機(jī)調(diào)到強(qiáng)行挖掘模式,轉(zhuǎn)速升至1800-2100rpm之間,挖掘裝車10車以后,發(fā)現(xiàn)挖掘無力,手柄操作明顯感覺動作緩慢,發(fā)動機(jī)冒黑煙,司機(jī)趕緊停車報修。經(jīng)現(xiàn)場檢查,渦輪增壓器外殼有損傷,初步判斷是渦輪增壓器故障,于是拆解渦輪增壓器,發(fā)現(xiàn)進(jìn)氣葉輪、葉片和葉輪殼體發(fā)生觸碰而損壞,浮動軸承嚴(yán)重磨損,渦輪增壓器軸斷裂。為了分析原因,進(jìn)一步檢查了渦輪增壓器進(jìn)油管和回油管,屬正常無堵塞。通過發(fā)動機(jī)Insite,查看發(fā)動機(jī)ECU記錄,無增壓器超速故障記錄,進(jìn)一步查看顯示,確定為發(fā)動機(jī)啟動時沒有怠速運(yùn)轉(zhuǎn)而是直接進(jìn)入強(qiáng)行挖掘模式,短時間內(nèi)告訴運(yùn)轉(zhuǎn),機(jī)油壓力無法到達(dá)渦輪增壓器進(jìn)行潤滑,造成浮動軸承與轉(zhuǎn)子軸間未形成潤滑油膜,在高速高溫下加劇浮動軸承與轉(zhuǎn)子軸間磨損,長時間后,轉(zhuǎn)子軸在承受壓氣機(jī)葉輪和渦輪高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的扭矩下斷裂。
4.2典型故障2
4.2.1故障描述:某露天礦一臺利勃海爾964C液壓挖掘機(jī)在夜晚作業(yè),司機(jī)發(fā)現(xiàn)渦輪增壓器及排氣管亮紅,以前未出現(xiàn)類似狀況,及時匯報停機(jī)。
4.2.2故障排查:維修工排查發(fā)動機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng),空濾芯和進(jìn)氣管道沒有堵塞進(jìn)灰跡象,發(fā)動機(jī)進(jìn)氣管無泄漏,中冷器外觀無裂紋漏氣,然后拆解了渦輪增壓器,查看渦輪增壓器正常,沒發(fā)現(xiàn)問題。鑒于這種情況,技術(shù)部門查找了相關(guān)渦輪增壓器發(fā)紅及高溫的相關(guān)資料,再對其他設(shè)備跟蹤對比,發(fā)現(xiàn)另外一臺同型號挖掘機(jī)作業(yè)無此癥狀,于是決定對發(fā)動機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)一步拆解深層次檢查。把中冷器短路,直接與發(fā)動機(jī)連接,發(fā)現(xiàn)故障現(xiàn)象消除進(jìn)而判斷為中冷器堵塞。由此確定為進(jìn)氣量不足,燃油在氣缸內(nèi)燃燒不充分,而未完全燃燒的油氣進(jìn)入排氣管后二次燃燒,從而導(dǎo)致排氣溫度過高,對渦輪增壓器構(gòu)成危害。
4.2.3故障原因分析:渦輪殼和軸承外殼發(fā)紅、渦輪卡死增壓器對柴油機(jī)的排氣溫度(渦輪進(jìn)氣溫度)要求很嚴(yán),一般不能超過750℃。長時間使增壓器過熱發(fā)紅,將導(dǎo)致增壓器的軸和軸承退火、燒死,葉輪和葉片變形,密封損壞,甚至卡死或因供油管路高溫造成機(jī)油劣化變質(zhì)而導(dǎo)致局部乃至發(fā)動機(jī)整體潤滑不良。發(fā)動機(jī)排氣溫度過高的原因很多,具體原因有:(1)氣門間隙過小,使氣門封閉不嚴(yán),燃燒過程中部分油氣外逸,氣缸工作壓力過低,導(dǎo)致燃燒不完全;(2)氣門間隙過大,引起配氣相位不正確,或配氣相位本來就有偏差,導(dǎo)致氣缸內(nèi)燃燒不完全;(3)氣門座燒損、有裂紋,被壓縮氣體流失,燃燒過程上中出現(xiàn)富油燃燒,氣缸的實際壓縮比小于設(shè)計值;(4)噴油提前角過小,造成滯后燃燒;(5)噴油器工況不良,燃油霧化程度低,易產(chǎn)生富油燃燒或滯后燃燒;(6)發(fā)動機(jī)缸套及活塞環(huán)磨損后密封不良,出現(xiàn)類似氣門間隙不正確和配氣相位有偏差時的情況;(7)進(jìn)氣歧管出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象,實際起不到增壓作用,吸氣行程中缸內(nèi)負(fù)壓較高,實際進(jìn)氣量減少,燃燒過程中因油氣濃度過高而燃燒不完全;(8)對于帶中冷器的增壓發(fā)動機(jī),若中冷器損壞,則稀薄的高溫、高壓空氣進(jìn)入氣缸,運(yùn)行過程中會因油氣濃度過高燃燒不完全。
5、注意事項
(1)發(fā)動機(jī)啟動后應(yīng)怠速運(yùn)轉(zhuǎn) 2~3min,然后空載提升大臂,進(jìn)行全車熱車,這樣即可使發(fā)動機(jī)的潤滑機(jī)油達(dá)到工作溫度和壓力,以免突然增加負(fù)荷時因浮動軸承與轉(zhuǎn)子軸間無油而加速磨損,也可使全車液壓系統(tǒng)和機(jī)械部件“預(yù)熱”。(2)使用符合標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)油并經(jīng)常檢查機(jī)油量,若潤滑油不合格會造車潤滑不良。粘度過高的機(jī)油,冷啟動時油膜建立滯后;粘度低的機(jī)油不能建立穩(wěn)定的潤滑油膜。(3)按照說明書要求保養(yǎng)發(fā)動機(jī),更換三濾,清洗進(jìn)氣系統(tǒng)。(4)挖掘機(jī)在大功率工作后應(yīng)怠速運(yùn)轉(zhuǎn) 2~3min后關(guān)閉發(fā)動機(jī),以免潤滑機(jī)油喪失壓力,轉(zhuǎn)子靠慣性轉(zhuǎn)動時得不到潤滑而損壞。
6 結(jié)論
挖掘機(jī)發(fā)動機(jī)渦輪增壓故障維修是一件技術(shù)要求較高的工作,我們必須悉知發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理,掌握基本構(gòu)造的情況下,才能有效的排除故障。同時在日常使用中要科學(xué)保養(yǎng),確保機(jī)械正常運(yùn)行。
參考文獻(xiàn):
[1]北龍 渦輪增壓器? 2010
[2]呂軍華 淺談液壓挖掘機(jī)渦輪增壓器發(fā)動機(jī)故障處理? 2013
[3]徐培勝 廢氣渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計.