導讀

某油田的動力系統是由5臺MAN 16V32/40型發動機和1臺Solar titan130型透平組成的，MAN 16V32/40 發動機是原油/柴油雙燃料主機，主機轉速750r/min，柴油機額定功率是7540kW。

MAN16V32/40 型主機有2臺軸流式渦輪增壓器，型號為NR34/S，增壓器最大轉速26500r/min，用于柴油機給AB側進氣增壓。

在主機帶載6MW左右時，增壓器轉速在21000r/min左右。

在近幾年的運行中，該型號增壓器轉子反復出現轉子進氣端、廢氣端葉片及轉子軸承損壞情況，不僅對現場操作人員造成很大的操作風險，同時也造成巨大的財產損失。

在問題原因查找中，也未找到增壓器損壞相同故障現象的案例參考借鑒。

由于這幾次增壓器轉子損壞前設備運轉正常，突然的設備故障危害更大，而增壓器損壞一般有外部和內部原因兩種，本文從這兩個方面入手，希望找到故障根源。

在國內柴油機增壓器運用比較廣泛，這些故障的查明和解決，不僅能處理棘手的問題,同時也能為現在使用的柴油機公司和企業提供借鑒，通過一些措施和方法，避免設備資產損失及人員傷害。

一、主機增壓器工作原理、故障現象及檢查

動力值班人員在日常的主機房巡檢時，發現2號主機B側增壓器突然發生進氣氣流不穩定，氣流出現流向逆反并從進氣濾棉側反流出來;增壓器振動和噪聲瞬間增大。

隨后2號主機在幾秒內自動緊急關停。

1、MAN NR34/S主機渦輪增壓器的工作原理

柴油機增壓器運行中，利用發動機排出的廢氣來推動渦輪室內的渦輪，渦輪又帶動同軸上的葉輪轉動，葉輪的轉動時會吸入空氣并壓縮，壓縮后的空氣壓力增大，通過空氣冷卻器冷卻后進入氣缸，空氣壓力和密度增大可以增加柴油主機的輸出功率。

NR34/S增壓器包含一個一級徑流式廢氣葉輪和一個一級徑流式壓氣葉輪,整個轉子通過2個滑動軸承支撐。

廢氣葉輪與轉子軸是整合一體的，近氣壓縮葉輪通過外部鎖緊螺母裝配到轉子軸上。

圖1 NR34/S型增壓器整體結構

NR34/S型增壓器整體結構如圖1所示，在柴油機的運行中，柴油機燃燒后的廢氣進入排煙總管后，從①位置進人增壓器廢氣渦輪入口，經過廢氣渦輪入口的噴嘴環②葉片導向，推動廢氣渦輪③轉動，之后廢氣進入尾端的排煙管⑤排到大氣中。

在廢氣渦輪轉動同時，新鮮空氣通過進氣濾器(6.1)、 消 音 器(6.2) 進人進氣渦輪⑧，通過進氣渦輪的轉動壓縮空氣，壓縮后的空氣通過擴壓器⑨和壓氣機外殼①進入進氣管內。

增壓器轉子軸承箱里有兩個軸承支撐整個轉子，一個滑動軸承，一個推力軸承，推力軸承靠近壓氣機葉輪側，起到定位及支撐作用。

兩個軸承通過公用管線提供潤滑油。

2、MAN主機增壓器故障檢查

MAN主機停機后，首先檢查了主機的現場控制盤故障記錄，從主機的運行記錄中查看,在主機A/B側排煙溫度高關停前并無其他不正常的報警，因此初步判斷為主機增壓器故障，并且在主機關停前8s,增壓器轉速助推氣打開，說明因為某種原因，增壓器當時出現了轉速降低的現象。

隨后對主機增壓器B進行了拆卸檢查，同時內窺檢查了主機缸頭氣門。氣門及缸頭并未發現異常。

在主機增壓器拆解中，增壓器壓氣機葉片與導流罩之間有摩擦痕跡，葉片邊緣磨損嚴重，葉片整體無缺損，如圖2所示。

圖2 壓氣機進氣葉片

檢查增壓器的軸向竄量及徑向跳動，數值超過正常值數倍。

拆除增壓器轉子后對轉子總成進行解體檢查發現:

廢氣端轉子葉片邊緣都有磨損痕跡，其中一片的轉子葉片出現了4cmx6cm左右的缺損，缺損的葉片未在后邊的排煙管中找到，如圖3所示。

圖3 廢氣端葉片

檢查增壓器主軸及軸瓦，主軸的表面有磨損痕跡,浮動軸承的外表面有磨損，推力軸承的壓氣機側的推力面磨損嚴重，另一側輕微磨損，如圖4所示。

圖4 增壓器推力軸承

二、主機增壓器故障原因分析及改進措施

1、主機EDS曲線分析

增壓器的進排氣葉輪及軸承都出現了磨損，為了排查葉輪和軸承損壞的先后順序，對主機的EDS運行曲線進行分析，找出問題的根源。

圖5 主機轉速/油門刻度/功率曲線

主機轉速/油門刻度/功率曲線如圖5所示，在主機增壓器出現問題前，主機的各項參數無異常(圖中數據標注從上到下，參數依次為主機轉速/油門刻度/主機功率/增壓器轉速)。

在6點19分33秒，主機增壓器轉速(AB兩側)突然下降，轉速從21000r/min左右下降至16000r/min左右(A側轉速比B側高400 r/min左右)，并持續下降。

同時主機的功率從5800kW下降至4100 kW,并在6點19分41秒主機功率突降為0，即主機關停;而主機轉速在最初只是有一點輕微下降，在主機關斷后平緩下降為0;主機的油門為了保持轉速不變，出現了小幅拉升，控制系統為保持增壓器轉速，開啟了增壓器增速裝置保持轉速，但效果不明顯。在6點19分41秒主機關停，說明增壓器最早出現問題，而主機的控制系統做了一系列的穩速措施，所以其他的參數數據會延遲幾秒。

圖6 主機增壓器前/后排煙溫度曲線

主機增壓器前/后排煙溫度曲線如圖6所示(圖中從上到下，參數標注依次為增壓器前排煙問題/增壓器后排煙問題)，紅色為A側，藍色為B側，在曲線的前段時間內增壓器的整個排煙溫度參數都是比較平穩的。

在6點19分33秒,增壓器A/B側的前/后排煙溫度都出現快速上升趨勢，而增壓器前的排煙溫度上升更快;在6點33分41秒，主機增壓器前排煙溫度高報警，并關停主機。

從數據中判斷，排煙溫度的增高是因為轉速下降，導致排煙集聚進而高溫關停。

圖7 TE2580增壓器軸承回油溫度曲線

TE2580增壓器軸承回油溫度曲線如圖7所示，圖中的TE2580指示為增壓器軸承回油溫度，用于檢測增壓器軸承的狀態。

從圖中可以看出，在6點19分38秒增壓器的藍色曲線(B側)出現上升趨勢，紅色曲線相對比較穩定，藍色曲線上升到最高點后又逐步下降;因此從時間上可以大致判斷出，在6點19分33秒時，增壓器的葉片首先出現問題，造成增壓器轉子動平衡破壞，動平衡失效后造成轉子運轉不平穩，壓氣機葉片和廢氣端葉片與外側的導流罩發生了接觸摩擦，造成增壓器轉子轉速的快速下降，同時轉子的不平衡進而影響軸承的穩定，軸承的推力軸承和浮動軸承出現了損毀，造成滑油的溫度升高。