两起船用增压器故障分析及管理建议

文/ 大连海事大学轮机工程学院 叶朝阳

废气涡轮增压器是柴油机的一个关键性设备，其工作环境恶劣，转速高，装配间隙小，一旦发生故障通常损坏程度较大，轻则耽误船期，造成经济损失，重则影响船舶和船员安全。保持增压器的良好工况，不仅能降低主机的燃油消耗，保持主机的高效率运转，而且对降低排放、保护环境有着积极的意义。为了降低故障的发生率，管理者应不断学习和总结，提高管理水平。本文对两起增压器的故障进行分析总结，与同行交流分享管理心得。

一、故障案例一

1. 故障现象

X船主机型号为MAN B&W 7S50MC-C, 增压器型号为MAN B&W TCA66。某航次航行途中突然发生全船失电事故，主机自动保护停车。待全船失电恢复正常后重新启动主机，发现增压器滑油低压报警，报警设定值为0.16 MPa, 调整压力调节阀，将压力升至0.19 MPa，主机缓慢加速，发现增压器异响，油雾从压气机消音器溢出。手动停车，对增压器进行拆检，发现推力轴承盘碎成4块，推力环和推力轴承之间滑动表面有拉痕，并附着炭化的滑油，轴颈轴承内表面严重咬伤，内径扩大5 mm之多。由于没有备件，只能停用增压器，主机降速维持到港。

2. 增压器轴承的结构特点及润滑

从故障现象可以得出结论：此次损坏是由于各润滑部件缺少润滑油而导致的。TCA66增压器是曼恩公司2002年研发成功的高压比轴流式新型增压器，其结构有较大的改进：一体式轴承室；滑动式轴颈轴承位于压气机叶轮和涡轮机叶轮之间，属内支撑式；组合式推力轴承位于压气机叶轮和压气机端轴颈轴承之间，包括正反向推力轴承、推力环、推力轴承盘。轴承室的滑油正常情况下由主机系统油供给，应急情况下由设置在增压器上部的应急油柜供给（见图1和图2）。

图1 增压器滑油供给图

图2 增压器应急供油时间

由图1和图2可知：正常情况下主机活塞冷却油分支经节流孔板（Φ8 mm）、压力调节阀和进油单向阀（此时打开）给增压器轴承室供油，一路去润滑各部件，另一路通过供油单向阀（此时关闭）的旁通小孔向应急油柜补油，当油柜油位没过溢流管后油柜顶部空气开始被压缩，由于溢流管内径（Φ3 mm）小于旁通小孔内径（Φ7.2 mm），油位会继续上升，直至顶部空气压力与补油压力相等时停止（液位4）。当主机滑油泵停止供油时，轴承室进油单向阀关闭，应

急油柜里储存的滑油在其上部压缩空气的作用下一路通过供油单向阀（此时打开）向增压器轴承室供油，一路通过溢流管流出。大约30 s后，油位降至液位3，溢流管露出，滑油只供给增压器。此时油压接近大气压，故需依靠重力作用供油，而应急油柜安装在增压器轴承室的上方，位置不高，因此供油将变得困难，供油量会大幅下降。大约160 s后，油位由液位3降至液位2，进油管管口露出，滑油开始通过进油管底部的两个小孔（Φ3.5 mm）给增压器轴承室供油。大约30 min后油位由液位2降至液位1，应急供油结束。

3. 故障的分析和调查

全船失电时，主机滑油泵立即停止供油，应急油柜向增压器轴承室供油。此时增压器转速大约有10 000 r/min, 在惯性作用下依然高速旋转，然而由于应急油柜未供油或供油不足，润滑部件高速干磨，产生的磨粒附着在运动副表面，摩擦阻力加大，温度急剧升高，运动副烧熔，装配间隙增大，震动加剧，进而导致推力轴承盘碎裂。全船失电恢复正常后再次启动主机，由于装配间隙变大，滑油压力自然就会降低，乃至报警。在人为调整压力后慢慢加速，增压器由于运动部件的损坏发生强烈震动，产生的高温蒸发滑油，油雾从压气机消音器溢出。

此次故障是由于应急油柜未供油或供油不足而引起的，故决定将其解体以调查缘由。应急油柜为筒形，两端有法兰，卧式安装，外观检查油柜发现其一端端盖上部有微量漏油痕迹，打开端盖发现油柜内部较干净，供油单向阀和供油管正常，这表明故障可能是因供油不足引起。仔细分析应急油柜供油原理发现：在主机滑油向油柜补油时，当补油压力与油柜上部被压缩的空气压力相等时，补油动作停止。如果此压缩空气慢慢由泄漏点漏出，那么补油动作将慢慢继续，直至液位在泄漏点保持动态平衡，然后滑油可能从空气泄漏处缓慢渗出。当需要油柜应急供油时，少量滑油（低于正常应急供给量）流出油柜后，油柜里的滑油压力就等于大气压，因为泄漏处很细微，油柜基本密封（因溢流管还浸在滑油中），因此油柜中的滑油很难再流出为增压器供油，则各润滑部件会因为应急供油不足而损坏。外观检查油柜时发现一端端盖上部有微量漏油痕迹支持了以上的推断。

4. 故障总结

这起增压器故障较为罕见，产生原因系管理人员通过分析而得出，受限于各种客观因素，船方无法通过科学实验来验证。曼恩公司的服务工程师也参与了故障的调查，在共同的调查和分析下，决定更换应急油柜，筒形新油柜两端将采用焊接式，以降低泄漏发生的几率。由于焊接式的端盖会给日后的油柜清洁保养带来困难，可考虑在两端的端盖上安装可以打开的盲板，方便油柜的清洁。根据应急供油原理，盲板的最高位置应低于溢流管的高度，这样即使盲板有微小的渗漏，渗漏的也只是滑油，仍然能保证应急油柜顶部有足够的被压缩空气，从而油柜在需要应急供油时能发挥作用。在油柜未更换期间，注意检查油柜有无泄漏。船舶在港或锚地时，检查油柜的应急供油功能，停止主机滑油泵的同时通过回油观察镜检查供油量和供油时间。

二、故障案例二

1. 故障现象

Y船和X船是姐妹船，主机和增压器的选型是一样的，其出厂时间早于X船半年。某日X船收到船舶管理公司来电，要求检查主机增压器废气进气管中的保护格栅工作状况，并通报了Y船主机增压器的损坏情况：在航行途中保护格栅损坏，损坏的格栅进入涡轮机导致涡轮叶片等部件损坏。

2. 检查的结果和分析

TCA66是一款定压增压器，主机各缸的排气支管都接到一根排气总管上，排气总管体积较大，各缸排出的废气进入后迅速膨胀、扩散并很快稳定下来，排气总管实际上成了一个具有稳压作用的集气箱，集气箱中的废气再经过连接管进入废气涡轮。连接管中安装一保护格栅，用以防止异物损坏废气涡轮。

打开集气箱一端的人孔进入其中，通过连接管管口检查格栅的状况，发现网状的格栅向涡轮机侧鼓起。从连接管中拆下格栅仔细检查发现，网状格栅焊接在一法兰上，有几处焊接点已经断裂，让人庆幸的是格栅未脱落。

保护格栅使用寿命很长，通常从集气箱过来的异物都不能将其损坏。X船服务时间只有大半年，本该起阻止异物作用的格栅自己却险些成了损坏涡轮机的异物。由于格栅向增压器侧鼓起，如果其材料和制作工艺等没有缺陷，那么可能有异常的高压废气进入连接管冲刷了格栅。再次进入集气箱详细检查，发现主机第四缸排气支管口的对面布置的就是连接管管口。正常情况下，当主机第四缸排气阀开启排气时，高压的废气进入集气箱膨胀降压、扩散并稳定下来进入连接管。由于增压器的连接管管口在集气箱上的位置为第四缸排气支管管口的对面，部分第四缸的排气来不及膨胀降压就进入连接管，直接冲刷保护格栅，从而降低格栅寿命并引起其损坏。

3. 故障总结

故障是由于设计缺陷而引起的，通常船舶管理者很难在故障发生前察觉。如果增压器布置在集气箱的端侧，显然不会出现这样的故障。如果由于布置困难，增压器位于集气箱的侧面，进入集气箱检查连接管管口的位置就变得很有意义。将检查结果反馈给船舶管理公司，公司在与船厂进行技术探讨后决定进行改造，此后格栅再未出现类似的状况。

三、管理建议

1. 针对船公司的技术管理者

船上管理者由于条件所限，获得的外部信息较少，船公司管理者应建立一个有效的机制，将搜集的内外部资料传递给船舶，避免同样或类似的故障在本公司船舶发生。故障案例二很好地证明了信息分享的重要性。

2. 针对船上的设备管理者

增压器技术发展较快，近几年ABB公司推出了新型的A100系列增压器，曼恩公司的TCA和TCR系列增压器开始引入可变喷嘴环（VTA）技术，新近研发了二级涡轮增压系统并于今年推出了专门针对二级增压技术的TCX系列斜流式增压器，这些先进的技术对管理者的水平提出了更高的要求。设备管理者一方面应依据说明书的要求和经验对增压器进行常规的维护保养，另一方面应认真分析增压器的改进部件，了解其工作原理，理解其管理要点，方能减少故障发生。

[1]孙培廷.船舶柴油机[M].大连:大连海事大学出版社,2002.