第九章 增压器和船舶轴系的检修
前一章介绍了船舶动力装置中主柴油机零部件的检修。本章介绍动力装置中的增压器、轴系、螺旋桨和舵系的检修。
第一节 废气涡轮增压器主要件的检修
废气涡轮增压器是柴油机增压系统中的主要设备，由单级废气涡轮和离心式压气机组成，二者装于同一轴上构成废气涡轮增压器的运动件——转子。废气涡轮增压器的作用是利用柴油机废气能量驱动涡轮带动同轴上的压气机把空气压力提高送入气缸，使柴油机功率大幅度提高。废气涡轮增压器约使柴油机功率增加一倍，而重量只增加10%。
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、流速大的情况下工作的。一般废气的压力为0.25～0.45MPa，废气温度为500～600oC；转速随增压器尺寸不同，一般大尺寸增压器的最高转速达10000r/min，小尺寸增压器的最高转速可达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的故障有涡轮壳体腐蚀、轴承损坏、叶片损伤、气封损坏和增压器振动等。轮机员日常良好的维护管理工作，可减少这些故障的发生。
一、涡轮壳体腐蚀的检修
废气涡轮增压器涡轮壳体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．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9-1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。由于突发故障需临时紧急订购备件，造成很大的经济损失。
2．壳体腐蚀原因 1）硫酸腐蚀
柴油机燃用含硫较多的重油产生含有SO2、SO3和水蒸气的废气。废气进入涡轮端进气壳的温度可达500～600oC，自排气箱壳排出的温度为300oC左右。排气壳体内壁面温度为150oC左右，低于硫酸露点（170oC）。所以，当废气与排气壳内壁面接触时，在壁面上生成亚硫酸或硫酸，并顺壁面流至底部，聚集在排气壳底部的硫酸溶液使铸铁壳体受到强烈的电化学腐蚀，甚至腐蚀烂穿。
废气涡轮增压器压气机端，受到空气灰尘等污染，涡轮端喷嘴、叶片及通道受到废气的严重污染和积炭堵塞通道，不仅使增压器工作性能受到影响，而且影响转子动平衡性。为此两端采用喷水清除污垢。涡轮端是在低负荷下喷水清洗，一般每周一次，约l0min，喷水量随机型而异。低负荷下废气温度较低，会产生更多的酸附在壁面上，同时喷水后若未彻底清除排气壳底部积水，使腐蚀更加严重。
2）高速气流引起的腐蚀
柴油机排气以高速流入增压器进气壳。排气中含有未燃尽的炭粒与壳体壁面接触造成对壁面的浸蚀，特别是在气流方向改变处，离心力使炭粒冲击壁面。受到浸蚀的壁面裸露在气流中受到更大的腐蚀作用。涡轮端进气壳进气道附近壁面的穿孔大多属于这种腐蚀。
3）冷却水腔腐蚀
增压器采用海水冷却时，冷却水腔壳体壁面受到电化学腐蚀。 3．壳体腐蚀的防止与修理 1）防止腐蚀的方法
防止涡轮端壳体腐蚀的方法主要采用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l0年以上。
2）修理
(1)壳体腐蚀后，其最小壁厚大于设计壁厚的50%，壳体冷却腔经1.5倍工作压力(不少于0.4MPa的水压试验，合格后可继续使用。
(2)壳体腐蚀后，局部最小壁厚小于设计壁厚的50%或破损时，允许焊补或用无机胶粘剂修补，经1.5倍工作压力的水压试验合格后可继续使用。
二、轴承的检修
轴承在涡轮增压器中居重要地位，它不仅保证转子安全可靠地高速回转，还必须保证转子固定在准确的位置上。所以，轴承的可靠性对增压器和柴油机正常运转均关系极大。涡轮增压器轴承分为滚动式和滑动式，船用增压器多采用滚动轴承，另外还有止推轴承。滚动轴承摩擦系数小，产生热度少，润滑油消耗量少，可使润滑系统简化，一般采用透平油只需设置油池和自带油泵。滚动轴承拆装方便、起动性能好，效率高。但受其使用寿命限制，规定的使用寿命期满必须更换。
滑动轴承结构简单，造价低，可与柴油机使用同一个润滑系统或专门设置一套外供油装置，所以使增压器整体结构复杂化，并且维护管理要求高，否则容易发生故障。
增压器轴承是在高温、高速和轻负荷条件下工作的，保证轴承在工作条件下可靠运转，除了保证轴承的结构设计、材料和制造等满足要求外，使用中良好的维护管理也是至关重要的。
1．滚动轴承的检修
压气机端轴承多采用成对双列向心推力轴承，起支承转子和止推作用；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。增压器工作时，滚动轴承应转运灵活、无异常声音、无过热，轴承的各零件应无损伤、腐蚀、裂纹和松动等缺陷。
1）滚动轴承使用寿命
滚动轴承累计工作时间达到其额定使用寿命时应更换新轴承。一般累计工作时间达8000h左右进行检修，更换压气机端和涡轮端的轴承。
2）减振弹簧片
滚动轴承中装有减轻振动的弹性减振装置，它是由一组带孔的弹簧钢片——减振弹簧片组成。润滑油在钢片之间形成油膜，产生阻尼作用，吸收和缓冲转子的振动，以便延长轴承的寿命和使增压器运转平稳。在压气机端的轴承中装径向和轴向两组弹簧片。径向弹簧片5安装在滚珠座圈与轴承外套4之间，弹簧片间有0.25～0.55mm的间隙，用以减轻径向振动；轴向弹簧片7安装在轴承的前后端处，由数个薄钢片组成，片间有0.13～0.18mm的间隙，除用以减振外。还具有调整和确定转子轴向位置的作用，如图9-2所示。涡轮端轴承中只有径向减振弹簧片。
滚动轴承减振片的弹性应具有良好的均匀性，无咬毛、过度磨损和断裂等缺陷。如产生上述缺陷或间隙超过规定值时应予以换新。新换的减振片的材料、技术性能应与原来的相同。船上条件下无法更换减振片，只能换新轴承。
2．润滑与润滑油泵
废气涡轮增压器转子两端轴承的润滑是由其自带油泵将高质量的无酸矿物透平油或高
质量的含或不含清净添加剂的柴油机油喷至轴承，保证轴承充分润滑。
为了保证油泵的正常工作，根据说明书的要求，定期检查油泵的磨损和漏泄情况。例如VTR型增压器每隔12000～16000h进行一次检查。油泵工作的可靠性与其安装质量有关，故在安装油泵时应保证油泵的轴线与增压器转子轴心线同铀，泵端的径向跳动量不应超过0.02mm。
三、叶片与气封装置的检修
1．叶片损伤与检修
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。 1)涡轮叶片
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留在气缸中，或者是柴油机运转中的活塞环折断后的碎块，甚至由于安装不良使喷油头落入缸中等。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气壳，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，或者造成叶片折断，并随之碰撞其他叶片导致涡轮叶片的大部分乃至全部损坏。例如，某船副机在75%负荷下运转，突然增压器发生剧烈振动和巨响，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。
对损伤较轻的叶片仔细观察有无裂纹；必要时进行无损探伤检验，如有裂纹或断裂应换新叶片。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。
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l/6，磨去的面积符合规定要求。叶片的上、中部区域内的缺陷允许焊补修复(详见CB/T3563-94)。
2)压气机叶片
压气机叶片损伤是由于轴承严重磨损、吸入硬质颗粒、增压器振动等造成，或者发生碰撞破坏了转子与壳体间的正常间隙等造成撞击或摩擦，使叶片擦伤、变形或裂纹。例如某船离港后刚刚进入正常航行，突然主机l号增压器发生尖叫声，值班轮机员立即采取主机降速航行的对策。停车检查发现压气机叶轮上20个叶片中有12个叶片完全断裂。原因是推力轴承推力面上的白合金中嵌入几块铁屑，大小约为2mm X 2mm X lmm，由于止推轴承白合金严重磨损，引起转子轴向窜动。压气机叶轮完全报废，只能换新。压气机叶轮边缘、叶片的任何部位均不允许有裂纹，否则换新。叶片表面缺陷较小时，允许修磨。
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。 2．密封装置的检修 1）密封装置
废气涡轮增压器的密封装置分为气封和油封两种。
气封的作用是防止压气机端的压缩空气和涡轮端的燃气废气的漏泄。压气机端压缩空气的大量漏泄将会降低增压效率；涡轮端废气漏泄将造成涡轮功率下降，高温气体漏入轴承箱污染润滑油和损坏轴承。
油封的作用是防止增压器轴承箱中的润滑油漏泄。润滑油漏泄不仅增加其消耗量和影响轴承润滑，还会因滑油漏入涡轮进气壳使燃气温度升高，甚至烧毁涡轮叶片。
所以，良好的密封装置是废气涡轮增压器正常可靠工作不可缺少的组成部分。密封装置按结构分为接触式、活塞环式和迷宫式三种。活塞环式密封装置如图9-3所示，常用于小型增压器中作为油封。迷宫式密封装置种类很多，图9-4为大型，增压器的轴向和径向迷宫式密封装置，作为气封使用。气封片之间的间隙越小，密封效果越好。当从压气机端引入一股
增压空气到气封，可增强密封效果。
2）密封装置的安装部位
从图9-1中可以看出，涡轮端转子与废气进口壳体之间有一定的径向间隙，在转子轴上安装迷宫式轴向密封装置208，以防废气漏入轴承箱；活塞环式油封505防止轴承箱中润滑油滑入涡轮。
在压气机叶轮背面与隔热墙之间设有径向迷宫式气封702，转子轴上装有迷宫式气封705和725防止新气的漏泄。压气机端转子轴上装有活塞环式油封726防止轴承箱中的滑油滑入压气机。
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的。
密封带顶部有较轻的弯曲变形时，可用平嘴钳将其夹直校正；若损伤严重时则应换新密封带和压紧丝。在船上条件下更新密封带可按增压器说明书中规定的要求和步骤进行。
四、增压器振动检修
废气涡轮增压器是作高速回转的精密动力机械，使其平稳、无振动的高速运转的条件是： (1)转子动平衡精度符合要求，即转子重心在其回转中心线上或具有要求的偏心距； (2)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；
(3)运转中良好的管理和正确地操作。
增压器运转中，由于各种原因不能满足上述条件时，增压器就会产生剧烈振动。 1．增压器振动的原因
1）压气机喘振引起强烈振动
喘振是压气机流通部分出现气流与叶片强烈撞击和脱流的结果。增压系统流道阻塞是增压器喘振的常见原因。管理中应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、叶片等流通部分的维护与清洁，就可有效地防止和消除喘振及其引起的振动。
2）轴承损坏引起振动
轴承长时间使用后产生磨损、变形、裂纹和烧伤刺，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。
为此应按规定的轴承使用期按时更换轴承，发生损坏时更应及时更换。 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、气封与壳体等的配合间隙，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，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的转子与壳体或气封与壳体相碰，产生摩擦导致振动，例如气封和轴封安装不正、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，减振弹簧片安装不正确或弹簧片变形、断裂等都会直接影响轴承的位置和使转子对中不良而导致振动。
2．增压器振动检修 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和通道。清除油垢、积炭，既消除引起喘振的因素，又除去不平衡质量，从而减轻或完全消除由此引起的振动。
2）换新轴承
若增压器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。增压器轴承中，以涡轮端轴承温度高、工作条件差而先损坏，所以应首先更换涡轮端轴承，然后再换压气端轴承。
3）检查转子的磨损和变形 增压器解体抽出转子后，检查压气机和涡轮的叶轮、气封和工作铀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。当然，做转子动平衡检查时，转子应是完好状态，即没有擦伤、变形和磨损等。
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有无下沉，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BBCVTR631-lN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放障。
五、增压器的拆装与校中
废气涡轮增压器是高速回转的精密机械，一般轮机人员对其抱有惧怕心理，不敢进行拆卸和安装。这是由于对其了解和掌握不够所致。为了正确管理和保养增压器，正确地排除故障和处理异常情况，就必须熟悉增压器的内部结构、工作原理，掌握其拆装顺序和要求，就会使增压器保持良好的技术状态。
1．拆装增压器的要求
(1)认真阅读增压器说明书，结含实际掌握增压器内部结构：压气机和涡轮结构形式、轴承的结构形式、润滑方式、叶轮与转子轴的连接方式、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。在掌握内部结构和明确要求的前提下，才能进行增压器的拆装，拆装时才能作到心中有数。
(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需求进行，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。拆下的相关零件的相对位置必要时打上记号，以免产生安装错误。
(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，只需抽出转子进行检修。下面以VTR400为例简要说明拆卸和安装转子的顺序。