增压器和船舶轴系的检修

教师备课专用纸45第九章增压器和船舶轴系的检修§9-1废气涡轮增压器主要件的检修组成：废气涡轮机和离心式压气机，两者装在同一根轴上构成一个整体，利用柴油机的废气推动涡轮，带动同轴的压气机旋转，为柴油机提供高压空气，从而提高柴油机的功率。废气涡轮增压器是在高转速、高的废气温度、空气和废气的流量和流速大的情况下工作。一般废气的压力为0.25～0.45MPa，废气温度为500～600℃；转速随增压器尺寸不同，一般大尺寸增压器最高转速达10000r／min，小尺寸增压器最高转速可达40000～50000r／min，所以，废气涡轮增压器属于精密机械。柴油机——废气涡轮增压器联合装置运转时，废气涡轮增压器容易产生涡轮壳体腐蚀、轴承损坏、叶片损伤、振动等故障。轮机员日常维护管理工作良好、可减少这些故障的发生。1涡轮壳体的腐蚀与修理废气涡轮增压器涡轮壳体是由废气进气壳与排气壳（即废气经过涡轮叶片后排出的部分）组成。进气壳与排气壳通常采用合金铸铁制成，分为冷却式和非冷却式。冷却式壳体为双层，形成水夹层。进气壳与排气壳内表面经常与具有腐蚀性的高温废气和水接触。壳体内部水夹层——冷却水腔的冷却水自底部引入，经上部排出。为了防止电化学腐蚀，除用淡水冷却外，还在淡水中加防锈剂和在壳体上安装防腐锌块等。1.1涡轮壳体腐蚀部位涡轮壳体内表面与废气接触发生腐蚀，特别是在排气壳的底部A处常发生腐蚀烂穿，如图9-7所示。通常由于对涡轮壳体腐蚀缺乏认识和应有的重视，不能及时发现腐蚀，以致故障突然发生，造成增压器不能继续运转，需停航修理。因此突然故障需临时紧急订购备件，造成很大的经济损失。1.2原因分析壳体一般分为三部分：废气进气壳和排气壳：一般为铸铁材料，采用冷却水腔冷却。压气机壳，一般为铝壳，无冷却水腔。受腐蚀的主要是废气进气壳和排气壳。低温酸腐蚀是主要原因。1.3壳体腐蚀的防止与修理方法教师备课专用纸451）防止腐蚀的方法提高冷却水进口温度防止硫酸腐蚀；彻底清除涡轮端喷水清洗后的残水；选用非冷却式增压器等。在进、排气壳内表面容易腐蚀部位钎焊一层耐热耐蚀M合金的非冷却式增压器可使其壳体寿命从3～6年延长至10年以上。2）修理（1）壳体腐蚀使其最小壁厚不小于设计壁厚的50％，壳体冷却水腔经1.5倍工作压力（不少于0.4MPa）水压试验，合格后可继续使用。（2）壳体腐蚀后，局部最小壁厚超过设计壁厚的50％或破损时，允许焊补或用无机胶粘剂修补，1.5倍工作压力的水压试验合格后可继续使用。（3）壳体腐蚀使壁厚很薄或已烂穿时，采用低温焊补厚度适宜的钢板，经水压试验合格后方可使用。2轴承的检修船用增压器多为滚动轴承，另外还有止推轴承。滚动轴承摩擦系数小，产生热量少，润滑油消耗量少，一般采用透平油只要设置油池和自带油泵。滚动轴承拆装方便，但是受其使用寿命的限制（8000h），使用寿命期满，必须换新。压气机端轴承采用成对双列向心推力球轴承，除起支承转子外还起止推作用；涡轮端轴承采用单列向心球轴承或单列向心短圆柱滚子轴承，起支承转子作用。径向减震弹簧片安装在轴承外圈和轴承座之间，弹簧片间有0.25～0.55mm的间隙，用以减少震动；轴向减震弹簧片用以减震和调整、确定转子的轴向位置。弹簧片是由数个薄钢片叠成，彼此之间有0.13～0.18mm的间隙。涡轮端轴承中只有径向减震弹簧片，如图9-8所示。增压器转子两端的轴承均设有自带油泵，应根据增压器使用说明书定期进行油泵检查。例如ABBVTR-…0,1,4型增压器每隔12000h～16000h对油泵进行一次检查，以掌握其磨损和漏泄情况。一般应由生产厂专门维修。油泵的轴线必须与转子同轴，偏差在0.01mm以内。注意润滑油的使用和管理。3叶片与气封装置检修3.1叶片损伤形式：涡轮叶片和压气机叶片的损伤形式主要是碰撞引起的叶片变形、裂纹和断裂。涡轮叶片变形主要是异物撞击所致。如吊缸检修时由于粗心使工具等物特别是尺寸不大的工具或螺帽等遗在气缸教师备课专用纸45中，或者活塞环折断后的碎块，甚至由于安装不良使喷油头落入中等。当柴油机运转时，这些异物被排气自排气口吹至排气管和增压器涡轮进口壳，这些高速飞来的异物冲破废气进口处的金属隔栅进入涡轮，与高速回转的涡轮叶片相撞击，轻者使叶片变形、裂纹，重者造成叶片折断，并随之碰撞其它叶片导致涡轮叶片的大部分乃至全部损坏。例如，某轮副机在75％负荷下运转，突然增压器发生剧烈震动和巨响，值班轮机员立即切换另一台副机。后经检查发现，由于涡轮上有一叶片折断，其碎块在增压器高速回转时又接连打伤3只、打弯1只叶片，因及时停车才免遭更严重的破坏。3.2修理：1）叶片变形：检查有无裂纹存在，如有裂纹，换新。海上条件下更换叶片不便时，可将断叶取出并将其对称位置的叶片取下，以保持转子的动平衡性，减少增压器的振动。如叶片有轻微变形可进行冷校。2）压气机叶轮叶片的弯曲变形：如果是钢制的，加热矫正；铝制的换新。涡轮叶片凹面上的撞击伤痕等少量缺陷允许修磨；磨去深度不得超过相应部位叶片厚度的1／6，磨去的面积符合规定要求。叶片上的上、中部区域内的一定缺陷允许焊补修复（详见CB／T3563－94）。3）涡轮叶片的腐蚀：较浅（0.2mm）时，用砂轮、砂布打磨；较深时，换新。增压器的转子或叶片经修理或换新后均应进行动平衡试验，并使之符合要求。3.3密封装置的检修1）密封装置废气涡轮增压器的密封装置包括气封和油封两种。气封的作用是防止压气机端的压缩空气和涡轮端的燃气漏泄。压气机端的压缩空气大量漏泄使增压效率降低，涡轮端燃气漏泄造成涡轮功率下降，高温燃气漏人轴承箱污染滑油和损坏轴承。油封的作用是防止增压器轴承箱中润滑油的漏泄。滑油漏泄不仅增加润滑油的消耗量和造成轴承润滑不良，还会因润滑油漏至涡轮进气壳燃烧使燃气温度升高以致涡轮叶片烧毁。所以，良好的密封装置是废气涡轮增压器正常可靠地工作不可缺少的组成部分。密封装置的结构分为接触式、活塞式和迷宫式三种。活塞环式密封装置如图9-9，常用于小型废气涡轮增压器中作为油封。教师备课专用纸45迷宫式密封装置的结构很多，图9-10a）为大型增压器的轴向密封装置，b）为径向密封装置。气封片的间隙越小，密封效果越好。从压气机端引入增压空气到密封装置，可增强密封效果。2）密封装置的安装部位涡轮端：转子与废气进口壳体之间有一定的径向间隙，为防止废气进入轴承箱和润滑油泄入废气排气壳，在转子轴上安装迷宫式轴向密封装置；为了防止增压空气自压气机叶轮背部与隔热墙之间的间隙漏入涡轮端使转子的轴向推力增大，所以在压气机叶轮背面和隔热墙之间安装迷宫式径向密封装置。压气机端：在转子与进气壳体之间的间隙安装迷宫式轴向密封装置。3）密封装置的检修密封装置的损坏，大多是在增压器拆装过程中不慎碰伤密封带，或增压器运转中的剧烈振动，或者安装间隙不符合要求等造成。密封带顶部有较轻的弯曲变形时，可用于嘴钳将其夹直校正；若损伤严重时则应换新密封带和压紧丝。在船上条件下更换新的密封带可按增压器说明书中规定的要求和步骤进行。4增压器振动检修废气涡轮增压器运转中产生剧烈振动，使转速下降，柴油机不能正常运转。作高速回转的精密动力机械的废气涡轮增压器，要保持平稳、无振动的高速运转的条件：其一是动平衡精度符合要求，即转子的重心在其回转中心线上或保持要求的偏心距；其二是增压器的安装精度高，对中性好，即回转件转子与固定件壳体的对中精度符合要求；其三是运转中良好的管理与正确地操作，增压器运转中由于种种不能满足以上条件的原因使增压器产生剧烈振动。4.1振动原因：1）压气机喘振引起强烈振动这种振动包含径向振动和轴向振动。喘振是由于压气机流通部分出现气流与叶片强烈撞击与脱流现象的结果。增压系统流道阻塞是增压器喘振的常见原因。管理中注意压气机进气滤器、叶轮、扩压器、空气冷却器、进气口和排气口、涡轮喷嘴环、叶片等流通部分的清洁，就会防止和消除喘振，也就会使振动消失。教师备课专用纸452）轴承损坏引起振动轴承长时间使用后产生磨损、变形、裂纹和烧伤时，使摩擦力矩增大，转速下降，振动和噪声大增。轴承中的减振弹簧片的磨损、变形或断裂等使转子安装位置发生变化，转子对中不良产生强烈振动。为此应按轴承规定的使用期按时更换轴承，发生损坏时更应即时更换轴承。3）转子弯曲变形引起振动增压器转子轴上安装着压气机和涡轮的叶轮等部件，结构复杂、重量大。若船舶停航时间较长，增压器转子就会由于长期不运转自重使其产生弯曲变形，破坏了转子与壳体、气封等的配合间隙，使转子失中。严重时转子转动困难，摩擦严重；运转时产生很大的离心力使增压器产生剧烈振动。所以，船舶长时间停航，应注意增压器的管理，防止转子变形。4）转子不平衡引起振动增压器经过一段时间的运转，由于涡轮叶片上严重积炭或叶片变形、折断；压气机叶轮、叶片变形或损坏等都会使转子质量分布发生变化，改变了转子原有的重心位置，破坏了转子原有的动平衡精度，即偏心距e值增大超过规范要求，造成转子不平衡。当增压器运转时，由于转子动不平衡而产生剧烈振动，工作不平稳。5）增压器装配、修理质量差增压器进行自修或厂修时，如修理质量差或修后装配不良时，就会造成增压器运转时转子与壳体或气封相碰，产生摩擦导致振动。例如气封、轴封安装不正、轴承安装不正确或轴承间隙不符合要求、转子轴线不对中等。特别是轴承安装问题不容忽视。例如VTR型增压器压气机端采用双列滚珠止推轴承，涡轮端为单列滚柱轴承。在轴承座内装有弹性减振装置，滚动轴承装于其上。弹性减振装置是由一组带孔的弹簧钢片组成，润滑油在钢片之间形成油膜，产生阻尼作用，吸收和缓冲转子可能产主的振动，并有助于延长轴承寿命和使增压器运转平稳。如果减振弹簧片安装不正确或产生变形、断裂或轴承在减振装置内安装不正确等，都直接影响轴承的位置，因而与转子轴线对中不良，各配合间隙不符合标准，增压器运转时产生振动。4.2振动检修：1）清洗利用增压器上的喷水装置清洗涡轮端和压气机端的叶片教师备课专用纸45和通道，减轻或完全消除由此引起的振动。2）换新轴承若产生振动时轴承已接近换新时间，则可能是因轴承损坏引起的振动，故应首选换新轴承的措施来消除增压器振动。3）检查转子的磨损和变形增压器解体抽出转子检查压气机和涡轮的叶轮、气封和工作轴颈外圆表面有无擦伤、变形和磨损。必要时吊入车间在平台上检测转子轴线状态，以判断转子的弯曲变形和变形程度。4）转子动平衡检验在专用动平衡试验机上检测转子的平衡精度，依测量出的不平衡质量的大小与位置进行修理，除去不平衡质量后再次检验，直至达到要求的平衡精度为止。5）安装间隙的检查安装间隙反映了转子与增压器壳体的对中情况。进行粗检：手动转子使之回转、听声判断对中情况；精检：测量L、M等配合间隙，精确判断对中情况。应该注意的是压气机进气道壳体如果发生下沉也会影响对中性，从而引起增压器振动，这种情况虽少见，但在ABBVTR631-1N型增压器上曾出现过，而且一般不易发现是由此引发的振动故障。5增压器的拆装与检验（重点）5.1拆装：要求：熟悉增压器的结构、拆装的顺序和要求、采用专用的工具等。组装时要求保证说明书中规定的装配间隙，并按一定方法进行间隙调正与检验。1）拆装增压器的要求（1）认真阅读增压器说明书，结合实际掌握增压器内部结构：压气机和涡轮的结构形式、轴承的结构形式、润滑方式、叶轮与转子轴的连结方式、密封装置的形式与位置、各零部件的相对安装位置、配合间隙等。（2）拆卸时正确使用随机专用拆装工具，才能保证顺利地拆装。按照规定的拆卸顺序和要求进行，不可破坏零部件原有的精度与表面粗糙度，尤其是轴承和轴颈工作表面，应清洁、上油、防止生锈。（3）安装时应严格按照说明书的安装顺序和要求、规定的装配间隙进行增压器的组装，并按照一定的方法进行间隙检验与调整，以保证转子与壳体的对中性，保证增压器可靠教师备课专用纸45地运转。2）增压器拆装顺序在对增压器结构了解、要求明确的基础上进行拆卸和安装。在船上拆装增压器，不必拆下增压器壳体，只需拆下转子进行检修。下面以VTR400为例简要说明拆下和安装转子的顺序。（1）拆卸压气机端：拆开放油旋塞，放出润滑油；