摘要：依据GB50737—2011石油储备库设计规范，当具备双电源条件时，消防冷却水和泡沫给水主泵应采用电动泵，备用泵应采用柴油机泵，因此柴油机的日常维护保养及故障处理显得尤为重要，其完好性将大大提高油库消防系统的可靠性。
关键词：消防泵柴油机；涡轮增压器；故障诊断；处理
一、涡轮增压器结构和原理
涡轮增压器是提高柴油机输出功率的重要设备，其优点是于提高功率的同时还能降低燃料的消耗量，增压会给燃烧室提供更多的空气，使燃烧更彻底，排放更干净，减少废气对大气的污染。在不改变柴油机结构的基础上，以重庆康明斯生产的NTAA855-G7柴油机为例，可以大幅提高功率输出，油耗降低5%～10%，排放值降低10%以上，广泛应用于汽车、发电、消防、船舶、工程机械和航空等领域。
目前普遍采用的一种脉冲式增压器，增压器主要由废气涡轮机和压气机两部分组成。其工作原理为涡轮机与发动机排气管相连，利用发动机排出的高能量废气高速进入蜗壳并推动涡轮高速运转，涡轮带动同轴安装的压气机叶轮，压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压后经水冷和空冷进入气缸。当柴油机转速增加，废气排出的速度与涡轮的转速同步增加，叶轮压缩更多的空气进入气缸，进气密度得以增加，可以燃烧更多的燃料，增加燃料量和调整柴油机转速，从而可以提高发动机的功率输出。涡轮和压气机叶轮轴上装有浮动轴承，轴承的润滑依赖于柴油机的润滑系统，配有相应的机油滤清器和进出油管，与油底壳相通。
二、故障现象及分析
某大型原油商业储备库消防泡沫给水泵柴油机自2009年投产以来，一直未长时间运行，每周只是对柴油机的备用状态进行试启动，该6缸柴油机型号为重庆康明斯生产的NTAA855-G7。近年开始对柴油机不低于30min的试运行，泵和消防水罐流程采取自循环方式，出现启机5min后涡轮增压器蜗壳严重发红，9min左右涡轮增压器后空气进气汇管压力增加，与水箱连接的软连接崩脱，导致柴油机低转速停机现象。
1、涡轮增压器蜗壳严重发红
1.1排气温度过高
柴油机压缩比不对、点火正时错误、废气受到节流、柴油机的其他控制系统有问题等都能导致排烟温度过高。
1.2超载运行
排查柴油机和泵铭牌，柴油机的铭牌上仅标识备用功率为407kW，无常用功率参数；而消防泡沫给水泵的铭牌上显示配用功率为366kW。柴油机组在国内是用主用功率即常用功率来标称的，机组能够在24h之内连续使用的最大功率称之为常用功率，而在某一时段内，标准是每12h之内有1h可在常用功率的基础上超载10%，此时的机组功率就是最大功率，即备用功率。备用功率标定的发动机，按平均负荷率为80%计算是326kW，低于泵的配用功率40kW。
1.3柴油机压缩比改变
柴油机压缩比发生改变，会引起活塞在缸内做功的过程中部分柴油随排气门排除，在排气管处燃烧，温度会骤然升高，排气门、活塞与活塞环、活塞与缸套、活塞环与缸套的间隙变大，气门顶杆有磨损或轻微拉缸产生。
2、涡轮增压器后空气管道软连接崩脱
2.1发动机进气歧管压力过大
根据康明斯发动机标定使用准则，对发动机功率使用有非常严格的要求，即发动机在备用功率使用情况下，不能超载运行。根据康明斯NTAA855-G7发动机性能参数列表，在备用功率情况下，发动机进气歧管压力为221kPa。发动机进气歧管压力是发动机输出功率主要指标，发动机进气歧管压力越高表示发动机输出功率越高。现场测试当单罐喷淋时，进气歧管压力为220kPa，当内部循环时为300kPa，两储罐喷淋切换时为280kPa，数据表明该机组发动机功率配置是按照单罐消防喷淋正常工作负载配置的。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆消防水泵内部循环及两储罐喷淋切换时，发动机有严重超载情况。
2.2软连接强度不够，U形卡子紧固不严
压气机出口与钢制进气管道采用耐高温、防火、耐磨橡胶软连接相连，钢制进气管道与水箱也是采用软连接，强度不够或者紧固不严也会导致崩脱。
3、涡轮增压器有异响
长时间排气温度过高，使涡轮叶片烧蚀变形，叶轮与转子轴的径向间隙过大，使得叶轮在高速重载工况下的转速滞后于涡轮，转速降低，达不到设计要求，使柴油机的进气量相对减少，而高压油泵的循环供油量并未减少，从而造成缸内混合气过浓，后燃期延长，再加上柴油机长期处于高速重载工况，导致柴油机输出功率不足，进一步加剧蜗壳发红。另外，发动机处于消防泵房相对密闭的空间，冷却系统的热空气无法及时排出，在室内形成循环，散热条件差，故油温居高不下，影响对浮动轴承的润滑和冷却，加快磨损，降低转速。
三、处理方法
1、针对废气收到节流，拆除柴油机排气管道上的消音器进行检查，发现排气管消音器排气下进上出，导致排气管排气不畅进而引起较高排气背压，影响发动机功率输出。现场先用直管替换消音器，蜗壳发红有所减弱，试验证明有效果后，对消音器内部进行直管改造并重新安装，降低了废气阻力。
2、针对部分柴油从排气门排出在排气管燃烧，重新研磨全部气门并调整气门间隙，更换了变形的气门顶杆，消除了气门漏气情况。也重新调整了喷油器，改善喷油嘴雾化不良的情况。检查了活塞与活塞环、活塞与缸套、活塞环与缸套的间隙，均正常。
3、针对涡轮增压器异响，将涡轮增压器进行了分解，发现叶轮轴向和径向间隙过大，叶轮有擦边现象，更换了新的增压器。
4、针对发动机输出功率不足，检查机油品质、机油滤芯、润滑油泵及管路均正常，检查冷却系统发现发动机节温器阀芯被取掉，但小循环孔未封堵，重新安装后封堵了小循环孔，水温明细降低。
5、针对消防水泵内部循环及两储罐喷淋切换时，发动机有严重超载的情况，测试发现泵出口阀及回流阀全开时，泵出口压力只有0.6MPa，而泵的扬程是100m，加大了泵的排量，同时发动机进气汇管压力达到280kPa，说明发动机超载运行，蜗壳会严重发红。减小回流阀的开度，调节泵出口压力约为1.0MPa，蜗壳发红现象消失，柴油机能正常连续运行4h以上。
四、建议
1、维修人员在处理柴油机涡轮增压器故障时，一定要熟悉涡轮增压器结构和工作原理，另外要建立牢固的柴油机整体概念，每个故障现象的产生不是孤立存在，它是一个系统。
2、涡轮增压器是柴油机供给系的一个重要零部件，与功率非常相关。因此，在进行有关柴油机功率的故障诊断时，除了考虑柴油机压缩比、缸头、活塞、喷油嘴故障外，还应考虑负载及其工艺流程。另外，涡轮增压器的正常工作依赖柴油机的润滑系和冷却系，故在诊断这2个系统的故障成因时也应考虑涡轮增压器的因素。
3、由于涡轮增压器修复起来较困难，建议采用排除法进行故障诊断，用换修法进行维修。一定要找出损坏的原因并在排除之后再换增压器，如果不找原因，就更换增压器将会出现与上一台同样的故障。总之，分析增压器的故障是一个系统的工作，切莫轻率了事，一换了之。
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论文作者:傅华均
论文发表刊物:《基层建设》2019年第15期
论文发表时间:2019/8/5
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