陳龍殿

上海能垣海運有限公司，中國·上海 200090

1 引言

船用柴油機喘振是船上管理者非常頭疼的事情，因為它帶來了一系列問題，比如損壞軸承，破壞油密封、氣密封等。那么怎樣避免這樣事情發(fā)生呢？首要的問題我們要了解發(fā)生喘振的機理，喘振是發(fā)生在壓氣器端的，所以有必要了解離心式壓氣機的工作特性。

2 離心式壓氣機

離心式壓氣機在各種不同工況工作時，它的各主要參數會隨之變化。在不同轉速下壓氣機的排出壓力和效率隨空氣流量的變化規(guī)律稱之為離心式壓氣機的特性。表示這種特性的曲線叫壓氣機的特性曲線。

從圖1中可以看到，當轉速（速度線）等于常數時，隨著流量的減少，壓力比開始是增加的。當流量減少到某一值時，壓力比值最大，然后隨流量減少開始下降。效率（效率線）隨流量的變化規(guī)律與壓力比類似，不過比速度線更明顯。當壓氣機的流量減少到一定值后，氣體進入工作葉輪和擴壓器的方向偏離設計工況，造成氣流從葉片或擴壓器上強烈分離，同時產生強烈脈動，并有氣體倒流，引起壓氣機工作不穩(wěn)定，導致壓氣機振動，并發(fā)出異常的響聲。這種現象稱為壓氣機喘振。喘振是壓氣機的固有特性。如圖1喘振線，其左方為喘振區(qū)，右方為穩(wěn)定工作區(qū)。壓氣機是不允許在喘振區(qū)工作。

圖1 壓氣機的特性曲線

產生喘振的原因是當流量小于設計值很多時在葉輪進口和擴壓器葉片內產生強烈的氣流分離。如上兩圖分別為壓氣機流量變化時空氣在葉輪前緣和擴壓器中的流動情況。在設計流量下，如圖2（a）和圖3（a）所示，氣流平順地流進葉片前緣和擴壓器，氣流與葉輪葉片、擴壓器葉片既不發(fā)生撞擊，也不產生分離。當流量大于設計流量時，如圖2（b）和圖3（b）中所示，氣流在葉輪葉片前緣沖向葉片的凸面，與葉片的凹面發(fā)生分離；在擴壓器中氣流沖向葉片的凹面，與葉片的凸面發(fā)生分離。但是，由于葉輪葉片的轉動壓向氣流分離區(qū)，擴壓器中氣流的圓周向流動壓向氣流分離區(qū)，氣流的分離區(qū)受到限制，不致隨流量的增壓而過分地擴大。當流量小于設計流量時，如圖3（c）中所示，氣流在葉輪葉片前緣沖向葉片的凹面，與葉片的凸面發(fā)生分離；在擴壓器中氣流沖向葉片的凸面，與葉片的凹面發(fā)生分離。由于葉輪葉片在轉動中要離開氣流分離區(qū)，擴壓器中氣流的圓周向流動也使氣流離開氣流分離區(qū)，氣流分離區(qū)有擴展的趨勢。隨著流量的減少，氣流分離區(qū)會愈來愈大，以致在葉輪和擴壓器中造成氣體倒流，發(fā)生不穩(wěn)定流動，最終導致喘振的產生。一般擴壓器葉片內氣流分離的擴展是壓氣機喘振的主要原因，而葉輪進口處氣流分離的擴展會使喘振加劇。機理理清楚了，那么針對引起氣體流量減少有哪些原因呢？

圖2 空氣在工作輪片前緣附近的流動情況

圖3 空氣在擴壓器前緣附近的流動情況

首先最有可能是氣流通道堵塞，增壓系統(tǒng)的氣體流動路線是這樣的：壓氣機進口濾器和消音器→壓氣機葉輪→壓氣機擴壓器→空氣冷卻器→掃氣箱（進氣總管）→柴油機的進氣口（閥）→排氣口（閥）→排氣管→廢氣渦輪噴嘴環(huán)→廢氣渦輪葉輪→廢氣鍋爐→煙囪 上述流動路線中的任何一個環(huán)節(jié)發(fā)生阻塞，如臟污、結炭變形等都會因流阻增大而使壓氣機流量減少，背壓升高，引起喘振。其中易臟堵的部件是進口濾器，壓氣機葉輪和擴壓器，空氣冷卻器，氣缸進氣口和排氣口，渦輪噴嘴環(huán)和葉輪，另外，渦輪的噴嘴環(huán)極易發(fā)生熱變形[1]。

3 船用柴油機增壓器維護管理

管理中應注意檢查上述部件的污損，并加以清潔。特別是噴嘴環(huán)和空冷器，一個在廢氣端，直接影響渦輪的轉速，最終影響進氣量；一個在進去端直接影響進氣流量，而且比較難以拆除清潔的，做起來是比較大的工程，一般上船上做不了，所以作為公司管理船舶人員要對此引起足夠重視，當發(fā)現臟了，及時找外協(xié)專業(yè)人員到船上把這個問題解決掉，以免引起嚴重后果。

另外是增壓器和柴油機的運行失配造成的：對于設計時選配良好的柴油機和增壓器，在正常情況下不會發(fā)生喘振的，但是由于柴油機本身的某些故障或者由于裝載、頂風、污底、環(huán)境溫度變化等原因，或者由于輪機員操作不當以及在大風浪天航行都可能導致柴油機和增壓器匹配不良引起喘振。具體如下：

①柴油機噴油設備出現故障，柴油機活塞環(huán)斷裂或者粘著，氣閥燒損，這時如果柴油機的供油量不變，就會破壞柴油機和增壓器的正常匹配關系，導致壓氣機在高背壓小流量的狀態(tài)下工作，嚴重時就會發(fā)生增壓器喘振[2]。②當船舶滿載，頂風，污底嚴重時，因阻力增加主機負荷加大，柴油機在低轉速高負荷下運行氣缸耗氣降低而循環(huán)噴油量增加，廢氣量增大，也會使增壓器轉速升高，供氣量增多，這也容易引起增壓器和柴油機匹配不良而出現喘振。③若輪機人員操作不慎，可能使增壓器與柴油機失配而發(fā)生喘振，但不久又能恢復匹配關系，喘振即可自動消失，如高速下停車，需急速將操縱桿拉到停油位置，急速降低主機轉速時也會出現喘振現象；主機加速過快時增壓器也會發(fā)生短暫喘振。④船舶在風浪航行發(fā)生飛車時，并聯(lián)增壓系統(tǒng)和單獨增壓系統(tǒng)會發(fā)生喘振。在并聯(lián)增壓時，輔助泵因轉速高供氣增多，使壓氣機背壓較高而流量減少，引起喘振；在單獨增壓系統(tǒng)時，若螺旋槳入水時柴油機轉速過低，也會造成壓氣機阻塞而發(fā)生喘振。⑤有一種相對特殊脈沖增壓，一般都是定壓增壓的，這種增壓一缸熄火時，與之相連的渦輪功率減少，轉速下降，供氣能力降低，而其他增壓器正常工作，壓氣機的出口背壓仍與正常運轉時相同，這對于同熄火缸相連的增壓器來說背壓就顯得過高排量減少，發(fā)生喘振。由于喘振使得壓氣機出口壓力波動幅度較大，甚至可能引發(fā)多臺增壓器交替喘振[3]。

⑥環(huán)境溫度的變化，在低溫時匹配的不帶空冷器的增壓器和柴油機如用在高溫海域時，或者在高溫時匹配的帶有空冷的增壓器和柴油機用在低溫海域時，由于兩者匹配關系的改變，運行點更靠近喘振區(qū)，因而容易引起喘振。

如果船舶出現喘振了，怎樣去解決？案例分析：

某輪主機是8G32A，增壓器是TPL65-A33該輪空載從中國南方港口開往北方港口裝貨，在舟山附近遇到寒流，風力有8-9級，因為船是空載，所以搖得很厲害，螺旋槳忽高忽低，主機轉速變化很大，就聽見增壓器喘振聲不絕于耳，連續(xù)不斷，主機降速還是沒有多少改觀，壓載艙已經壓滿，不能再壓了，沒有辦法只能進行風暴壓載，貨艙也基本上壓滿，此時船搖晃好多了，主機降速到一個合適速度，增壓器喘振明顯好多了，不連續(xù)了，偶爾一下船可以開了，以上喘振現象已經很嚴重了，公司決定到北方某個船廠進行臨航修，解決這個喘振問題。

通過對喘振機理、匹配分析，結合本船實際情況，因為在上一段時間在南方拋錨很長時間，接近半個月，估計船底長很多海蠣子，主機有接近七千小時沒有打開檢查排氣閥、進氣閥、活塞環(huán)、進氣道、排氣道等檢查，增壓器渦輪端噴嘴環(huán)，渦輪，進去端葉輪和擴壓器等都檢查。船進塢后真如分析判斷一樣，船底很臟，如圖4所示船底附著海生物確實很嚴重，進塢能徹底清除干凈，然后涂上油漆。機器方面經檢查發(fā)現渦輪葉片有兩個損壞，不完整了，缺少一部分，噴嘴環(huán)已經變形。進氣方面空冷器也很臟，對以上的發(fā)現的問題，在修船廠逐一解決掉，吊缸檢查，清潔進氣口、排氣口，增壓器渦輪更換新的，噴嘴環(huán)換新，空冷器化學清洗，經過這一系列操作后，船再開出去，工況大為改觀，喘振現象徹底消失，這就是理論結合實際典型案例。

圖4 船底附著海生物

那么怎樣避免喘振發(fā)生，又怎樣維護保養(yǎng)以及管理使喘振少發(fā)生甚至不發(fā)生呢？我想從以下幾個方面著手來做：

①從選配上入手，主機和增壓器配置要合理，增壓器容量要大些，這樣主機在很寬的負荷范圍內都不會喘振即基本上都在喘振線右邊區(qū)域工作。

②定時維護保養(yǎng)和視情維護保養(yǎng)相結合，特別要重視視情維護，根據觀察設備實時運行工況，參數及時分析，這樣才能及時掌握設備要不要維護和修理，不要等到故障后再修理，那就非常被動了，也會造成不必要損失。

③操作主機要規(guī)范，最好辦法是有一個帶負荷限制操作系統(tǒng)，用程序來限制粗暴操車的陋習，這樣就會避免因操車帶來的喘振。

④航行時若遇到惡劣海況，特別夏季臺風，冬季強冷空氣這種狀況時，船舶能拋就盡量拋錨躲避，等海況好轉時再開，這樣就避免因大風浪導致轉速變化太大，從而避免喘振的可能。

⑤船舶常規(guī)保養(yǎng)一定要及時到位，比如增壓器壓氣端濾網臟了就立即更換或清洗，渦輪要用核桃殼粉沫按時干洗，壓器端要定期水洗，油頭、排氣閥發(fā)現問題及時解決，燃油濾器、空冷器水側等及時清洗和疏通。

4 結語

總而言之，船舶建成后基本上不會改變，關鍵是后期管理工作，怎樣做到科學有效管理是至關重要的，是決定是否杜絕或者極少發(fā)生喘振最重要的要素。