DF4DD型内燃机车增压器喘振故障分析与处理

摘要：增压是提高柴油机功率最主要、最有效的途径，随着空气增压压力的提高，柴油机的功率成比例提高，因此增压器发生故障对柴油机的工作性能影响很大。本文通过对DF4DD内燃机车配备的ZN290D涡轮增压器喘振故障现象分析，对增压器特性进行探讨，对增压器与柴油机的配合进行讨论，找出发生喘振的原因，并针对性的提出预防和排除机车喘振的方法，提出机车日常运用中对增压器的保护要求。

关键词：增压器；故障分析；处理；

DF4DD内燃机车是大连机车车辆有限公司完善东风4D机车产品，开发设计制造的新型调车内燃机车。机车轴列式为C0-C0，装用16V240ZJD型柴油机，标称功率2425KW，最大运用功率2940KW，采用单侧司机室，双操纵台控制，最大运用速度80KW/H。是目前机车功率和牵引力最大的调车机车。普遍使用于铁路重载大编组作业和厂矿小运转运输牵引作业。鹤煤集团公司铁运处自2007年开始使用该型机车，至今已使用7年有余。

增压是提高柴油机功率最主要、最有效的途径。DF4DD内燃机车柴油机采用废气涡轮恒压增压系统，装有两台ZN290D型涡轮增压器。其主要作用为：利用柴油机废气驱动涡轮带动压气机旋转，空气经压气机压缩，压力升高，经冷却后密度提高，这样在同样的汽缸体积下，就可以吸入更多的空气，从而使柴油机能够充分燃烧更多的柴油，实现在不增加柴油机体积的情况下成倍地增大功率。因此增压器作用是否良好对柴油机的工作性能影响很大。最近两年我处机车增压器频繁出现喘振故障，损坏了好几台。增压器的维修和更换非常复杂，经常需要几天，甚至更长时间，给机车的正常运用造成了严重影响，并且也增加了很多配件和维修成本。分析喘振故障的原因，有效的采取处理措施显得尤为必要。

1.喘振故障现象

喘振是指流体机械及其导管系统在特定的周期内，排出压力和排量发生变化时，流体和固体相互作用，引起的一种自激振动。增压器喘振是压气机在某一小流量下工作，引起叶轮的扩压器的叶片通道内产生强烈的气流分离所致。

增压器工作状态正常时，运转平稳，虽然转子高速旋转，但声音柔和。当发生喘振时，由于压气机进气端空气堵塞，部分空气与压气机叶片之间发生脱离、涡旋，空气波动而发生刺耳的尖叫声，造成增压器前的进气管道振动，增压器的转子轴也产生轴向颤动，进排气不稳定，柴油机的工作状态、功率不稳定，增压器与柴油机的寿命也受到影响。在增压器与柴油机匹配工作中，产生增压器喘振的根本原因是增压器两端气体压力的不平衡。

2.原因分析及处理

2.1.柴油机转速突降或柴油机突停时，发生喘振。

由于柴油机转速突降，而增压器转子转速不能很快随之下降而降低，造成柴油机过渡过程喘振。由于柴油机气缸内所需的空气量是与机车功率的大小有关的，发出的功率越大，所需空气量越多。当柴油机转速下降，空气量也急剧下降。在此过程中，增压器转子的转速需与柴油机转速同步下降，才能保证工作过程中增压器与柴油机的良好匹配。柴油机转速从1000转/分下降到430转/分为18秒，而增压器从匹配转速28000转/分下降到3000转/分需要30秒，如果从最高转速降到最低转速短于30秒增压器就会发生喘振。

2.1.1.如因突发事件或机车保护造成柴油机突然停机，发生喘振，而恢复正常工作时，喘振随之消失，则属正常现象；

2.1.2.对乘务员进行业务培训，指导其操纵时造成掌握降手柄时间，避免因降速或减载较快引起喘振；

2.1.3.检查联合调节器减载针阀开度，调整到正常范围。如针阀开度过大，柴油机降速减载过快，使增压器转子转速的下降不能与柴油机转速下降相适应，易造成喘振。

2.2.柴油机过载或载荷波动过大，发生喘振。

当柴油机过载时，柴油机的燃烧状态变差，排气温度升高，排气总管的废气能量增加，使增压器转子的转速升高。当柴油机的转速和载荷出现波动时，柴油机功率不稳定，转子转速不能适应波动的变化时，易产生喘振。日常使用时，应避免柴油机过载或过大的载荷波动。

2.3.增压器部件积碳易发生喘振。

压气机和扩压器叶片严重积垢。增压器工作一段时间后，工作叶轮以及扩压器叶片上常累积一些污垢，厚度可达0.5—1.5毫米；喷嘴环积碳或截面积过小，导致涡轮通道截面减小和流量下降，喷嘴环截面的减小又促使增压器转速提高，增压压力提高，因而当积垢达到一定程度时，将使运行线左移而使工作点进入喘振区，产生喘振。

空气滤清器脏堵，使气流的流动阻力增大，压气机背压升高，同时流经压气机的空气流量也减少而发生喘振。

因此需要定期做好增压器的常规检修工作，按照规范要求对增压器进行全面的检查、维修和清理工作，确保无积碳和污垢。日常使用中如柴油机发生燃烧状态不良，表现在冒黑烟、排气总管发红或喷机油时，必须对喷嘴环进行清理；空气滤清器一般一个辅修期清洗一次，运用中当进气阻力增加到2.4kpa以上时应及时清理。

2.4.中冷器冷却水温过高，发生喘振。

中冷器冷去水管因裂漏而堵焊过多，易造成中冷器效率下降，增压后的空气因冷却不足，影响到增压后的空气通过能力而发生喘振。

加强对机车用水的化验和管控，保证软化水符合机车使用要求。严格控制中冷器冷却水的进口温度，对焊堵冷却水管过多的冷却单节进行更换，防止中冷器效率下降。

2.5.气门打不开或关闭不严，发生喘振。

如进、排气门弹簧断裂、气门杆弯曲、气门间隙调整过小、气门阀盘裂纹或掉块等均会造成气门不严；横臂跳转、横臂导杆折断等均会造成气门打不开。当进气门打不开时，该缸无法进入新鲜空气，使增压器的空气量过剩，促使增压器喘振。

发生喘振时，应对上述故障进行全面检查，及时查找故障处理。

2.6.柴油机工作状态不良易发生喘振。

柴油机排气阀泄露、燃油雾化不良、喷油提前角太小、后燃严重等原因导致排烟高温，使柴油机在一定转速下，排出的废气能量较高，使增压器转速更高 ，压气机背压升高而发生喘振。

应经常检查废气总管是否温度过高，查明柴油机排烟高温的原因及时处理，使柴油机作用良好，排温正常。

2.7.同一台机车两台增压器性能不同，易发生喘振。

装在同一台柴油机上的两台增压器应使用同一型号（东风4DD为ZN290D），性能及作用良好的增压器。如性能相差较大，则效率低的那台增压器易发生喘振。故无论进行任何修程维修，都必须使两台增压器型号一致，性能相同。

2.8.小波纹管衬套脱落堵塞进气壳，造成增压器喘振。

小波纹管经过一段时间的使用后，其内部衬套易腐蚀脱落，进而堵塞进气壳，导致空气流量减少而发生喘振。

加强对中检、小辅修机车增压器的检查力度，发现小波纹管衬套腐蚀、脱落，及时更换。

3.机车日常运用中对增压器的保护要求

3.1.涡轮增压器工作环境恶劣，其全浮动轴承对润滑油的要求很高，应保证增压器润滑油路畅通，并保持一定的机油压力和温度，柴油机起动时，机油温度不能低于20℃；定期清洗和更换增压器机油滤清器，机油的滤清度应保证小于20微米，确保机油清洁，否则，将加剧轴承磨损，噪声增大，寿命缩短。

3.2.新机和长期停用的涡轮增压器以及涡轮增压器拆装清洗后，起动前应拧开进油管接头，加注50毫升左右的机油，以防起动时因缺油而烧坏增压器。柴油机更换润滑油、清洗滤清器或停机一周以上时，起动后须在怠速运转工况下拧松涡轮增压器上的进油接头，直至润滑油流出旋紧接头，再怠速运转3分钟后方可加速。

3.3.要求乘务员操纵机车时，从满负荷到停车，应逐渐减少负荷，停机前应让柴油机空转3分钟；无特殊情况不要突然停车，以免使涡轮增压器轴承处于高温无油状态，产生过热，甚至咬死。如柴油机突然停机，应迅速启动辅助机油泵补充机油。

3.4.应尽可能使柴油机在额定负荷下运转。柴油机长时间超负荷运转或经常“轰油门”，会导致排气温度过高，造成增压器过热，缩短使用寿命。

3.5.如遇增压器喘振，应立即停机检查。因此时进气管压力不稳定，柴油机转速也随之不稳定，整台柴油机振动加剧极易发生机械故障。如检查故障不大需维持运行时，可将压气机蜗壳上的两个测试堵卸下进行放气以缓解喘振，或安装防喘阀，实际作用也是放气。不过前者放出的增压空气进入机车的动力间，发出的声音较大，后者放出的增压空气送回到压气机吸气口，消除了放气声音。

总之，增压器发生喘振时，压气机叶轮与扩压器叶片等发生强烈振动，增压压力显著下降，造成柴油机的工作状态、功率极不稳定，严重影响增压器和柴油机的使用寿命，因此增压器不允许在喘振状态下工作。

参考文献：

[1]《东风4D型内燃机车（2）》，大连机车车辆有限公司；

[2]《内燃机车增压器检修规范（试行）》，铁道部，2006年6月；

[3]《东风4D型调车内燃机车检修手册》，大连机车车辆有限公司，2005年2月；

[4]《16V240JZD型柴油机运用保养说明》，大连机车车辆有限公司，2005年；

作者简介：刘钢（1978.7—），男，汉族，河南滑县人，工程师，本科学历，现任河南能源化工集团鹤煤公司铁运处工程师。

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