王 璞，姬慧勇，馮國(guó)勇

解放軍理工大學(xué)工程兵工程學(xué)院，江蘇 南京 210007

1 渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)原理

廢氣渦輪增壓器是增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件。實(shí)際上是一種空氣壓縮機(jī)，通過(guò)壓縮空氣來(lái)增加進(jìn)氣量。它由渦輪機(jī)、中間體和壓氣機(jī)三大部分組成。渦輪機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管相接，中間體與潤(rùn)滑系統(tǒng)相接，壓氣機(jī)與進(jìn)氣管相接[1]。

其工作原理為：發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣通過(guò)絕熱膨脹做功，驅(qū)動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)同軸的壓氣機(jī)葉輪高速轉(zhuǎn)動(dòng)(轉(zhuǎn)速30000轉(zhuǎn)/min ～120000轉(zhuǎn)/min)。新鮮空氣在壓氣機(jī)葉輪離心力的作用下，以146～392KPa的壓力進(jìn)入氣缸，由于空氣密度增大，進(jìn)入氣缸的空氣量也增大，從而噴入更多的燃油以提高功率，同時(shí)改善燃燒。能有效提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率20%～50%，降低油耗8%左右，廢氣中的有害氣體也大幅減少[2]。

2 正確使用

由于增壓器安裝于發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣一側(cè)，工作溫度很高，進(jìn)入渦輪的廢氣溫度常在600℃以上，并且轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速非常高，因此采用浮動(dòng)軸承。針對(duì)這種結(jié)構(gòu)原理，在使用中應(yīng)當(dāng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題：

1）停機(jī)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，或者在冬季以及更換增壓器時(shí)，必須預(yù)先潤(rùn)滑增壓器。在安裝使用增壓器之前，用手撥動(dòng)葉片，確保葉片沒(méi)有卡滯。

2）發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后應(yīng)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)3～5min。使?jié)櫥瓦_(dá)到一定的壓力，并能對(duì)轉(zhuǎn)子充分潤(rùn)滑，以避免增壓器轉(zhuǎn)速突然增加，軸承缺乏潤(rùn)滑而加速磨損，甚至出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，造成增壓器的損壞[3]。

3）車(chē)輛停車(chē)時(shí)候不要立即熄火。應(yīng)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)3～5min，使增壓器的轉(zhuǎn)子的溫度和轉(zhuǎn)速能緩慢下降，突然熄火會(huì)造成機(jī)油壓力驟降，但增壓器轉(zhuǎn)子軸在慣性的作用下仍在高速轉(zhuǎn)動(dòng)，容易因缺油而引起轉(zhuǎn)軸與軸承咬死。

4）定期清洗更換空氣濾芯，空氣濾芯過(guò)臟會(huì)增大進(jìn)氣阻力，使發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降，油耗增加；并且空濾過(guò)臟會(huì)使進(jìn)入燃燒室的氣體含有灰塵，對(duì)活塞環(huán)、氣缸，以及氣門(mén)等處產(chǎn)生磨損。

5）按規(guī)定加注機(jī)油。增壓器普遍采用全浮動(dòng)軸承，對(duì)機(jī)油的要求很高，應(yīng)按規(guī)定加注，并適當(dāng)減少換油間隔路程。一般要求使用CD級(jí)15W/40或CD級(jí)20W/40(夏季)、CD級(jí)20W/30(冬季)柴油機(jī)油。機(jī)油必須保持清潔，嚴(yán)防泥砂和殘雜物摻入。

6）經(jīng)常檢查進(jìn)氣系統(tǒng)的氣密性，避免因?yàn)槁馕牖覊m或者雜物，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)損壞。渦輪處的氣密性不好也會(huì)使增壓效率下降。

7）渦輪增壓器由于工作原理以及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，都有一定的使用壽命，通常為5～8萬(wàn)km。應(yīng)注意檢查增壓器的狀態(tài)并及時(shí)更換，避免增壓器帶病作業(yè)，是發(fā)動(dòng)機(jī)的效率降低，甚至可能損壞發(fā)動(dòng)機(jī)。

3 主要故障

廢氣渦輪增壓器主要故障現(xiàn)象有壓力機(jī)喘振、振動(dòng)強(qiáng)烈并且伴有異響、增壓壓力下降、渦輪或泵輪端漏油、增壓器過(guò)熱等。由于風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)工作環(huán)境比較差，往往造成渦輪增壓器故障率大于一般的水冷增壓發(fā)動(dòng)機(jī)。

基層裝配8缸增壓風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)的裝備有兩種，某型輪式裝甲車(chē)以及履帶式輸送車(chē)。作者對(duì)268臺(tái)此類(lèi)裝備發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓器故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并分析故障原因，發(fā)現(xiàn)浮動(dòng)軸承損壞、渦輪或壓氣機(jī)葉片損壞是導(dǎo)致增壓器故障最主要的2個(gè)因素。

3.1 浮動(dòng)軸承損壞

這是增壓器最常見(jiàn)的故障之一，發(fā)生此類(lèi)故障后，軸承與軸的間隙過(guò)大，油膜失穩(wěn)，承載能力下降，轉(zhuǎn)子軸系振動(dòng)加劇，破壞了動(dòng)平衡。在發(fā)生此類(lèi)故障時(shí)，一般會(huì)伴隨出現(xiàn)噪音增大、振動(dòng)強(qiáng)烈的現(xiàn)象。過(guò)大的旋轉(zhuǎn)半徑使兩端的油封損壞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞整臺(tái)增壓器。

1）未按照說(shuō)明書(shū)使用機(jī)油

增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的熱負(fù)荷以及機(jī)械負(fù)荷都高于自然吸氣的發(fā)動(dòng)機(jī)。尤其是風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)，高溫使機(jī)油的粘度下降，承載能力減弱，而且增壓器的轉(zhuǎn)速極高（F413系列為60000～90000轉(zhuǎn)/min），增壓器軸承部位的油溫遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于曲軸處的油溫。因此必須按照說(shuō)明使用機(jī)油。

2）機(jī)油清潔度太差

機(jī)油的主要作用是潤(rùn)滑、降溫、清洗。往往機(jī)油中含有大量金屬屑，并且由于高溫，一部分機(jī)油膠化，這些雜質(zhì)會(huì)加快軸承的磨損，或者堵塞潤(rùn)滑油道，造成軸承潤(rùn)滑不良。

3）缺油干磨

增壓器的機(jī)油來(lái)自于機(jī)油泵，如果機(jī)油泵不工作或壓力不足，以及機(jī)油管路中的問(wèn)題，都可能導(dǎo)致供油量下降，軸承不能得到充分潤(rùn)滑和降溫，嚴(yán)重時(shí)轉(zhuǎn)子會(huì)看到燒成藍(lán)色的現(xiàn)象。增壓器機(jī)油的壓力差應(yīng)大于0.2MPa，才能保證轉(zhuǎn)子的充分潤(rùn)滑[4]。

3.2 渦輪或壓氣機(jī)葉輪損壞

1）發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管中進(jìn)入雜物

增壓器在正常的高速運(yùn)轉(zhuǎn)中，若發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管中出現(xiàn)異物，必然會(huì)造成渦輪葉片的損壞，甚至擊壞殼體，轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡受到破壞，轉(zhuǎn)子軸系的振動(dòng)加劇，造成增壓器損壞。同時(shí)，由于風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)燃油燃燒不充分，在排放氣體中有大量的顆粒物，在高速運(yùn)動(dòng)中，高溫氣體和顆粒對(duì)渦輪葉片產(chǎn)生打磨，久而久之，也會(huì)引起葉片損壞。

2）未按照要求使用空濾或者進(jìn)氣道密封不嚴(yán)

在風(fēng)沙較大的地區(qū)使用增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，沙塵經(jīng)過(guò)空濾的縫隙進(jìn)入增壓器，能導(dǎo)致葉輪進(jìn)氣口出的葉片均勻磨損，使增壓效果降低，甚至破壞轉(zhuǎn)自平衡，因此應(yīng)當(dāng)經(jīng)常對(duì)進(jìn)氣管道及空濾進(jìn)行檢查保養(yǎng)，避免發(fā)生此類(lèi)故障[5]。

3）未及時(shí)清除油泥

增壓器長(zhǎng)期使用后，空氣中的粉塵會(huì)和油霧結(jié)成油泥，聚集在增壓器殼進(jìn)口的通道上，使葉輪和殼體產(chǎn)生弄擦，引起增壓器轉(zhuǎn)子軸系的振動(dòng)。

4）排氣溫度過(guò)高

當(dāng)供油系統(tǒng)產(chǎn)生故障，發(fā)生供油延遲、供油量過(guò)大或者排氣門(mén)漏氣等現(xiàn)象，都可能導(dǎo)致排氣溫度過(guò)高，造成進(jìn)口處的葉片燒損變形，高溫還能使渦輪端密封處的機(jī)油炭化，以及局部過(guò)熱，造成油封和軸承失效。

4 結(jié)論

渦輪增壓器是增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件。因此，在裝備日常使用中，重視渦輪增壓器的正確使用和保養(yǎng)，才能保證裝備的良好性能和狀態(tài)，保持戰(zhàn)斗力，同時(shí)對(duì)降低使用成本、減少能源消耗和保護(hù)環(huán)境都有重要的意義[6]。

[1]曹孝謹(jǐn).渦輪增壓器與柴油機(jī)的匹配[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,1984.

[2]于世元.渦輪增壓器原理、結(jié)構(gòu)和使用[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,1985.

[3]甘茂治,等.軍用裝備維修工程學(xué)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2005.

[4]董大為.渦輪增壓器的故障分析與合理使用[J].建筑機(jī)械化,2004(7):43-52.

[5]丁能勝,范鵬,等.康明斯柴油機(jī)渦輪增壓器的使用與維護(hù)[J].軍用汽車(chē)管理,2008,(2):42-43.

[6]于啟洋,張琳,等.渦輪增壓器的使用與維護(hù)[J].河北水利水電技術(shù),2004(4):39-40.