本文以某輪主發(fā)電柴油機(jī)透平喘振故障為研究對象，通過對故障現(xiàn)象的捕捉、系統(tǒng)排查與深度分析，明確故障根源為噴嘴環(huán)葉片長期燒蝕導(dǎo)致的效能不均，并結(jié)合故障處理過程提煉透平日常管理要點(diǎn)與核心經(jīng)驗(yàn)，為同類型柴油機(jī)透平喘振故障的診斷與解決提供實(shí)踐參考。

　　故障概況

　　(一)發(fā)電柴油機(jī)基本參數(shù)

　　本次發(fā)生故障的設(shè)備為某輪主發(fā)電四沖程柴油機(jī)，型號為 DAIHATSU-6DE23，額定功率 1345KW，額定轉(zhuǎn)速 900rpm，配套增壓器(透平)型號為 ABB TPS57-F32。

　　該柴油機(jī)采用 6 缸結(jié)構(gòu)，發(fā)火順序?yàn)?1-2-4-6-5-3，通過脈沖增壓方式實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣增壓，保障柴油機(jī)高效運(yùn)行。

　　(二)故障現(xiàn)象

　　某航次中，船舶從國外返航途徑印度洋，即將進(jìn)入龍目海峽水域時(shí)，№2 發(fā)電機(jī)透平突然出現(xiàn)異?，F(xiàn)象：運(yùn)行過程中間隔一段時(shí)間便發(fā)出 “砰” 的一聲異響，伴隨明顯的喘振特征。

　　喘振現(xiàn)象的出現(xiàn)不僅影響發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，更對船舶動(dòng)力系統(tǒng)的安全性構(gòu)成潛在威脅。

　　輪機(jī)技術(shù)團(tuán)隊(duì)立即對該故障展開監(jiān)測與分析，以明確故障原因并及時(shí)處理。

　　二、故障排查與分析

　　透平(渦輪增壓器，T/C)喘振是輪機(jī)運(yùn)行中的常見故障，其核心機(jī)理通?？筛爬?“高背壓、小流量”—— 當(dāng)壓氣機(jī)的供氣流量偏離設(shè)計(jì)工況，運(yùn)行點(diǎn)進(jìn)入喘振區(qū)時(shí)，便會出現(xiàn)氣流脈動(dòng)、壓力波動(dòng)及異響等現(xiàn)象。

　　基于這一機(jī)理，本輪技術(shù)團(tuán)隊(duì)從運(yùn)行參數(shù)、廢氣路徑、關(guān)聯(lián)因素及部件拆檢四個(gè)維度展開系統(tǒng)排查。

　　(一)運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測與分析

　　為判斷故障是否源自柴油機(jī)本身，團(tuán)隊(duì)首先對№2 發(fā)電機(jī)喘振時(shí)的關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行了全面記錄，具體數(shù)據(jù)如下表所示：

　　

　　從表中數(shù)據(jù)可見，各缸排溫偏差控制在 15℃以內(nèi)，爆壓偏差在 2bar 以內(nèi)，均處于柴油機(jī)正常運(yùn)行的允許范圍;掃氣壓力、掃氣溫度及透平進(jìn)出口溫度等參數(shù)無明顯異常;同時(shí)檢查發(fā)現(xiàn)空氣濾網(wǎng)清潔無堵塞，排除了進(jìn)氣量不足導(dǎo)致的故障可能。

　　綜合判斷，柴油機(jī)本體運(yùn)行狀態(tài)良好，故障并非由柴油機(jī)自身問題引發(fā)。

　　(二)廢氣鍋爐煙氣壓差檢查

　　該發(fā)電機(jī)的廢氣排放路徑為：透平出口→排煙總管→廢氣鍋爐→脫硫塔→大氣。

　　廢氣鍋爐作為廢氣路徑中的關(guān)鍵設(shè)備，其煙管臟污會導(dǎo)致廢氣流動(dòng)阻力增大，形成高背壓，進(jìn)而誘發(fā)透平喘振。

　　團(tuán)隊(duì)通過監(jiān)測廢氣經(jīng)鍋爐煙管的前后壓差，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前壓差為 6mmAQ，與歷史運(yùn)行參數(shù)記錄對比基本一致，說明廢氣鍋爐煙管無明顯臟污，廢氣流動(dòng)壓差損失處于正常水平，排除了廢氣鍋爐對透平喘振的影響。

　　(三)其他關(guān)聯(lián)因素排查

　　除上述核心參數(shù)外，團(tuán)隊(duì)還對可能影響透平運(yùn)行的其他因素進(jìn)行了排查：一是檢查機(jī)艙負(fù)荷變化，確認(rèn)除間歇性小負(fù)荷設(shè)備啟停外，無大功率設(shè)備突然啟停，排除了負(fù)荷波動(dòng)導(dǎo)致的喘振;二是檢查透平壓氣端的機(jī)艙風(fēng)筒，發(fā)現(xiàn)風(fēng)量調(diào)節(jié)板處于全開狀態(tài)，出風(fēng)量正常，保障了壓氣機(jī)的進(jìn)氣環(huán)境穩(wěn)定。

　　綜合來看，外部關(guān)聯(lián)因素未對透平運(yùn)行造成顯著干擾。

　　(四)透平拆檢與喘振原因深度分析

　　結(jié)合該透平的預(yù)防性維護(hù)計(jì)劃(PMS 工單)，其運(yùn)行時(shí)長即將達(dá)到 6000 小時(shí)維護(hù)節(jié)點(diǎn)，團(tuán)隊(duì)決定對透平進(jìn)行拆檢，以精準(zhǔn)定位故障原因。

　　拆檢后發(fā)現(xiàn)，透平其他部件狀態(tài)正常，但噴嘴環(huán)存在明顯異常 —— 多個(gè)葉片燒蝕嚴(yán)重，已超出允許使用極限，需報(bào)廢處理。查閱保養(yǎng)記錄可知，該噴嘴環(huán)累計(jì)運(yùn)行時(shí)長已達(dá) 26422 小時(shí)，長期處于高溫廢氣沖蝕環(huán)境中。

　　1.噴嘴環(huán)燒蝕狀況詳細(xì)描述

　　該噴嘴環(huán)圓周上共設(shè)置 24 個(gè)葉片，形成 24 個(gè)噴嘴通道。

　　為便于分析，團(tuán)隊(duì)對葉片進(jìn)行編號，并將№1～№12 葉片所在區(qū)域定義為 #1 半圓環(huán)，№13～№24 葉片所在區(qū)域定義為 #2 半圓環(huán)，具體燒蝕情況如下：

　　

　　#1 半圓環(huán)(№1～№12 葉片)：

　　僅№5 葉片無明顯損壞，其余 11 個(gè)葉片均存在不同程度損傷。其中，№1、6、7、8、9、10、11 葉片的氣流出口邊緣燒蝕尤為嚴(yán)重，部分葉片出現(xiàn)穿透性蝕槽;部分葉片鍍層局部脫落，直接影響廢氣能量轉(zhuǎn)換效率。

　　#2 半圓環(huán)(№13～№24 葉片)：

　　損傷程度較 #1 半圓環(huán)輕?！?3、14、23 葉片僅鍍層局部微脫落;№15、16、19、20、22 葉片無明顯損壞;№17、24 葉片氣流出口邊緣局部燒蝕;№18 葉片效能因燒蝕略有下降;僅№21 葉片存在長約 1cm 的穿透蝕槽。

　　通過對比可見，#1 半圓環(huán)葉片整體損傷更嚴(yán)重，廢氣能量轉(zhuǎn)換效率顯著降低;#2 半圓環(huán)葉片狀態(tài)相對較好，效能損失較小。

　　這種周向分布的效能差異，成為誘發(fā)喘振的關(guān)鍵因素。

　　2. 渦殼結(jié)構(gòu)與廢氣路徑特性

　　該型透平采用雙渦殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)與廢氣路徑特性直接影響噴嘴環(huán)的受力狀態(tài)：

　　

　　

　　雙渦殼結(jié)構(gòu)：透平外部渦殼的廢氣進(jìn)口與柴油機(jī)№1、4、5 缸排氣口相連;內(nèi)部渦殼的廢氣進(jìn)口與№2、3、6 缸排氣口相連。

　　這種設(shè)計(jì)基于脈沖增壓原理，可避免同組內(nèi)各缸排氣時(shí)的相互干擾，保障排氣脈沖能量的有效利用，其連接方式由柴油機(jī)發(fā)火順序、排氣角度等核心參數(shù)決定。

　　廢氣出口路徑：渦殼內(nèi)流向噴嘴環(huán)的廢氣流道沿圓周分為兩個(gè)半圓環(huán)流道 —— 其中一個(gè)半圓環(huán)流道與外部渦殼相通，接收№1、4、5 缸排出的廢氣;另一個(gè)半圓環(huán)流道與內(nèi)部渦殼相通，接收№2、3、6 缸排出的廢氣。

　　廢氣經(jīng)對應(yīng)半圓環(huán)的噴嘴環(huán)葉片加速后，驅(qū)動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，最終經(jīng)渦殼出口、排煙總管等路徑排出。

　　3. 喘振原因機(jī)理分析

　　結(jié)合噴嘴環(huán)損傷狀況與透平結(jié)構(gòu)特性，喘振原因可歸納為 “效能不均導(dǎo)致的轉(zhuǎn)速波動(dòng)累積效應(yīng)”：

　　在正常運(yùn)行狀態(tài)下，雙渦殼對應(yīng)的兩組排氣通道(№1/4/5 缸與№2/3/6 缸)應(yīng)通過噴嘴環(huán)將廢氣能量穩(wěn)定轉(zhuǎn)換為渦輪轉(zhuǎn)子的驅(qū)動(dòng)力，保障透平轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。

　　但本次故障中，#1 半圓環(huán)葉片因嚴(yán)重?zé)g導(dǎo)致效能大幅下降，使得該半圓環(huán)對應(yīng)的廢氣能量轉(zhuǎn)換效率遠(yuǎn)低于 #2 半圓環(huán)。

　　同時(shí)，由于采用脈沖增壓方式，柴油機(jī)各缸排氣呈間歇性脈沖狀態(tài)，№1/4/5 缸的排氣脈沖進(jìn)入 #1 半圓環(huán)后，因葉片效能不足，無法為轉(zhuǎn)子提供穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)力;而 #2 半圓環(huán)葉片效能相對正常，可提供較強(qiáng)驅(qū)動(dòng)力。

　　這種周向驅(qū)動(dòng)力的不均衡，導(dǎo)致渦輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速出現(xiàn)周期性波動(dòng)，進(jìn)而引發(fā)壓氣機(jī)供氣量波動(dòng)。

　　隨著轉(zhuǎn)速波動(dòng)的持續(xù)累積，壓氣機(jī)運(yùn)行點(diǎn)逐漸偏離設(shè)計(jì)工況，當(dāng)進(jìn)入喘振區(qū)時(shí)，便出現(xiàn)了 “砰” 聲異響與喘振現(xiàn)象。

　　因此，噴嘴環(huán)葉片的不均勻燒蝕是本次故障的根本原因。

　　三、故障處理

　　明確故障原因后，團(tuán)隊(duì)立即實(shí)施針對性處理：將嚴(yán)重?zé)g的噴嘴環(huán)更換為新備件，嚴(yán)格按照透平說明書要求完成裝配與調(diào)試。

　　裝機(jī)后啟動(dòng)№2 發(fā)電機(jī)進(jìn)行試車，透平轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在設(shè)計(jì)范圍，未再出現(xiàn)喘振異響，各運(yùn)行參數(shù)(排溫、爆壓、掃氣壓力等)恢復(fù)正常，故障成功排除。

　　四、透平日常管理要點(diǎn)

　　為避免類似故障再次發(fā)生，結(jié)合本次案例經(jīng)驗(yàn)，需強(qiáng)化透平的日常管理，重點(diǎn)關(guān)注以下方面：

　　(一)空氣濾網(wǎng)定期維護(hù)

　　透平壓氣機(jī)的進(jìn)氣質(zhì)量直接影響設(shè)備壽命。

　　機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)通常設(shè)有出風(fēng)口對著壓氣端，為其提供新鮮空氣。

　　但船舶在裝卸貨期間，貨物揚(yáng)塵易隨氣流進(jìn)入壓氣機(jī)吸氣口，導(dǎo)致空氣濾網(wǎng)臟污，影響進(jìn)氣量;若濾網(wǎng)破損，揚(yáng)塵還會進(jìn)入空冷器、燃燒室，最終隨廢氣流入透平渦輪，對噴嘴環(huán)葉片造成沖蝕。

　　因此，需根據(jù)航行環(huán)境定期檢查并更換空氣濾網(wǎng)，確保濾網(wǎng)完好清潔。

　　(二)渦輪端清洗規(guī)范操作

　　渦輪端清洗(干洗或水洗)是清除葉片積碳的重要手段，但操作不當(dāng)易造成二次損傷：干洗次數(shù)過于頻繁，會因固體顆粒的沖擊對葉片產(chǎn)生額外沖蝕;水洗時(shí)若未控制好水溫、水壓或清洗時(shí)機(jī)，可能導(dǎo)致葉片因熱應(yīng)力過大出現(xiàn)裂紋與變形。

　　因此，清洗必須嚴(yán)格遵循設(shè)備說明書要求，控制清洗頻率與操作參數(shù)，避免盲目作業(yè)。

　　(三)燃油凈化與燃燒管理

　　燃油品質(zhì)直接影響廢氣中硬質(zhì)顆粒含量，進(jìn)而影響噴嘴環(huán)壽命：柴油機(jī)廠家要求進(jìn)機(jī)燃油固體顆粒量≤15mg/kg、顆粒度≤5μm，需通過嚴(yán)格的燃油凈化流程(儲存沉淀、分油機(jī)凈化、濾器維護(hù))達(dá)標(biāo);同時(shí)，需根據(jù)燃油粘溫特性調(diào)控進(jìn)機(jī)粘度至 11~14 mm²/s，并定期維護(hù)高壓油泵與噴油器，確保燃油霧化良好、燃燒完全，減少不完全燃燒產(chǎn)生的碳質(zhì)硬顆粒。

　　燃油凈化越徹底、燃燒越充分，廢氣中硬質(zhì)顆粒越少，對噴嘴環(huán)葉片的沖蝕強(qiáng)度越弱。

　　(四)定期拆檢與負(fù)荷管理

　　需嚴(yán)格執(zhí)行透平 PMS 維護(hù)保養(yǎng)計(jì)劃，定期拆檢噴嘴環(huán)、轉(zhuǎn)子葉片等關(guān)鍵部件，及時(shí)發(fā)現(xiàn)燒蝕、積碳等問題;同時(shí)避免柴油機(jī)長期低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，低負(fù)荷狀態(tài)下燃燒不良易導(dǎo)致噴嘴環(huán)積碳堵塞，加速葉片損傷。通過定期維護(hù)與合理負(fù)荷控制，可保障透平長期穩(wěn)定運(yùn)行。

　　五、經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

　　本次故障處理實(shí)踐為同類型柴油機(jī)透平喘振故障的診斷與預(yù)防提供了***度經(jīng)驗(yàn)：

　　(一)故障診斷需結(jié)合結(jié)構(gòu)特性

　　透平喘振原因復(fù)雜，但需緊扣設(shè)備結(jié)構(gòu)與運(yùn)行原理。本次案例中，雙渦殼與脈沖增壓的特性決定了噴嘴環(huán)周向效能的重要性，因此在排查時(shí)需重點(diǎn)關(guān)注部件周向狀態(tài)差異，避免遺漏關(guān)鍵細(xì)節(jié)。

　　(二)核心部件維護(hù)需強(qiáng)化

　　噴嘴環(huán)雖為非運(yùn)動(dòng)部件，但長期承受高溫與廢氣沖蝕，是透平的易損件。

　　需將其納入重點(diǎn)維護(hù)清單，定期檢查狀態(tài)，同時(shí)船上應(yīng)儲備備品，確保故障時(shí)可及時(shí)更換。

　　(三)基礎(chǔ)管理決定設(shè)備壽命

　　空氣濾網(wǎng)清潔、燃油凈化、規(guī)范清洗等基礎(chǔ)管理工作，直接影響噴嘴環(huán)等部件的損傷速度。

　　強(qiáng)化日常管理可有效延緩部件老化，降低故障發(fā)生率。

　　(四)合規(guī)記錄需同步完善

　　換新透平噴嘴環(huán)后，需按要求在《氮氧化物排放控制》文件夾中做好記錄，確保設(shè)備維護(hù)符合環(huán)保法規(guī)要求。

　　小結(jié)

　　本次 DAIHATSU-6DE23 型柴油機(jī)透平喘振故障，根源在于噴嘴環(huán)葉片長期受廢氣沖蝕導(dǎo)致的周向效能不均，進(jìn)而引發(fā)渦輪轉(zhuǎn)速波動(dòng)并進(jìn)入喘振區(qū)。

　　通過拆檢發(fā)現(xiàn)問題、換新噴嘴環(huán)解決故障，并結(jié)合實(shí)踐提煉出透平日常管理的關(guān)鍵要點(diǎn)，為同類設(shè)備的故障處理與預(yù)防提供了切實(shí)可行的參考。

　　在輪機(jī)管理中，唯有緊扣設(shè)備特性、強(qiáng)化細(xì)節(jié)維護(hù)，才能保障動(dòng)力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

　　作者：

　　1.張獻(xiàn)寶輪機(jī)長

　　2.崔榮健：江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院輪機(jī)學(xué)院老師