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某船涡轮增压器爆燃事故的诊断与预防

文档作者：焦宇飞1，李雷2，徐百汇1，郎勇智3，梁前超2 文档来源： 1．海军某装备部 2．海军工程大学 3．大连舰艇学院		点击数：	更新时间： 2025年09月04日
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第29卷第1期
2016年2月
中国修船
CHINA SHIPREPAIR
V01．29 No．1
Feb．2016
某船涡轮增压器爆燃事故的诊断与预防
焦宇飞1，李雷2，徐百汇1，郎勇智3，梁前超2
(1．海军某装备部，浙江宁波210000；2．海军工程大学，湖北武汉430033
3．大连舰艇学院，辽宁大连116000)
摘要：针对某船涡轮增压器因发生突然爆燃事故而损坏，从理论上计算并结合系统实际分析
了故障产生的原因和机理，提出了预防该船涡轮增压器爆燃事故有效方法和措施。经过近4 000
h的实际增压系统运行且预防措施到位，有效地防止了该型号增压器爆燃事故的发生。
关键词：涡轮增压器；发动机；爆燃；预防
中图分类号：U672；TKl2 doi：10．13352／j．issn．1001—8328．2016．01．004
Abstract：To the damage of turbocharger because of diesel exploding combustion，the reason is analyzed to
propose precaution in the theoretical contribution．And the effective action and method have been put forward．
Turbocharger has been taken to work on the system in nearly 4 000 h，which proposes the proper prevention for the
exploding combustion fault．
Key words：turbocharger；engine；exploding combustion；prevention
1涡轮增压器故障情况
某船在启动主机时，涡轮增压器出现报警，同
时听到机舱发出异常响声，经过详细检查发现A
列涡轮增压器因为主柴油机爆燃而损坏。
该船主柴油机爆燃，造成A列涡轮增压器燃
气进气壳与燃气排气壳连接法兰360。全部断裂
(见图1)，并向柴油机排气管外侧移动约100 mm；
燃气排气壳出口连接方圆接头的D12螺栓24根全
部震断，方法兰和圆法兰完全变形，膨胀节损坏；
压气机的排气壳360。开裂、裂缝间隙为10 mm
(见图2)。
2涡轮增压器拆解
拆解增压器后发现燃气排气壳与燃气排气壳连
接法兰360。断裂(见图1)；压气机排气壳与燃气
排气壳连接侧360。断裂(见图2)；增压器转子涡
轮端轴弯曲，动叶片已松动，中间隔墙270。断裂，
轴保护套损坏，压气机叶轮和导风轮叶片弯曲，整
根转子报废(见图3)；压气机扩压器叶轮弯曲
(见图4)；压气机进气壳油池有裂缝(见图5)；
压气机叶片罩壳法兰断裂(见图6)；压气机端和
涡轮的轴承已全部损坏(见图7)。
图1 涡轮增压器进气排壳断裂
3故障分析及可靠性计算
爆燃的定义是"21当高压喷油器喷入的高热量
燃料进入燃烧室后，发散为许多小的油滴，经过不
断地蒸发、扩散并且与空气混合等物理准备及分解
作者简介：焦宇飞(1961·)，江苏扬州人，高级工程师，硕士，主要从事现代热力学及动力装置的研究工作。
万方数据
2016年第1期中国修船第29卷
图2压气机的排气壳开裂
图3 涡轮增压器整根转子报废
图4压气机扩压器叶轮弯曲
图5压气机进气壳油池有裂缝
氧化等化学准备阶段后发生不规律或不可控制的自
燃。
?昆合气着火的2个条件是混合气浓度和温度。
图6压气机叶片罩壳法兰断裂
图7轴承损坏
同时满足2个条件时缸内的区域为多点自燃且发火
位置随循环不同而不同，着火延迟期内喷人汽缸形
成可燃混合气的燃料一起燃烧造成汽缸压力急剧升
高，当压力升高率大于0．4 MPa／。CA时就是爆燃
现象。产生爆燃现象的主要原因有如下几点。
1)燃烧室内积碳聚集过多，高压喷油器炽热
提前燃烧导致其容积相对变小，致使压缩比相应变
大，积碳的蓄热和不导热性使可燃混合气由于炽热
提前燃烧，同时会降低混合气在压缩终了时产生的
涡流强度，延长了燃烧时间，增大了自燃倾向。
2)发动机过热，当过热故障较严重且得不到
及时改善时，可燃混合气在进入燃烧室的同时会被
预热，造成局部混合气温度过高，从而引发爆燃。
3)高压喷油器燃油使用不当，喷人燃烧室的
油量过多。汽缸内压力上升太快时就会发生爆燃现
象，所以油的十六烷值在40一50之间比较合适。
4)高压泵和喷油器的供油时间发生过早和过
量现象。喷油器将过量的燃料喷入压力和温度都不
够高的压缩空气中，延迟期增长导致工作粗暴、油
耗增高和功率下降。
5)喷油提前角不准确时柴油机性能严重下
降。喷油延续角小则喷油速度过快也会导致柴油机
工作粗暴。
从以上1)、3)、4)、5)几个方面可以看出，
高压泵及喷油器的故障是其故障的主要原因，因此
·12·
万方数据
2016年第1期焦宇飞，等：某船涡轮增压器爆燃事故的诊断与预防第29卷
进行可靠性分析研究非常重要。可靠性计算及分
析：零部件的故障分布虽有多种多样，但常见的是
指数分布、正态分布、对数正态分布和威布尔分
布。因为威布尔故障分布包括了常见的几种形式分
布，所以可以重点研究威布尔分布对舰船故障的影
响，利用现场数据进行可靠性评估时，可以用两参
数的威尔分布"。o处理并用最小二乘法(线性估计
法)进行分布假设检验和参数估计。
威布尔的密度数为：厂(t)=半(￡)一1 exp
[一a
式中：t。为尺度参数；m为形状参数，m=1时，
(t)为指数分布，m≥3．25时为正常分布(近
似)。
现场数据处理采用残存比率法计算有关指标：
1)失效比率x(ti+1)，x(ti+1)=At。+1
内失效的样本数／￡。时刻残存的样本数。
2)残存比率S(t。+1)=1一X(ti+1)。
3)可靠度R(ti)=ⅡS(t。)。
4)置=In(ti)。
5)Yi=lnln[1／R(ti)]。
采用最小二乘法，将威布尔分布函数R(t)
=exp(一￡。／t。)取二次对数后变为Y=bX+A形
式，其中，x，y计算对于设备一级产品采用如上
4)、5)的公式计算，对于机件一级产品则应按相
应的现场数据计算。
现场数据计算收集了13台同类型机器的同类
型故障数据，分类统计计算后，得到的结果如图8
和图9。计算机程序可以自动计算可靠性各参数值
并分析检验分布结果。图8为实际故障数据为指数
分布的曲线，图9为实际故障数据为威布尔分布的
曲线。
通过专业可靠性计算机程序或可靠性软件包可
以自动分析3)、4)、5)，当实际故障数据为威布
尔分布时计算的数据相关系数r t>0．9时说明回归
相关好；当r<0．9时可去掉个别异常样本再计算。
最后可以得到威布尔分布系数参数点估计：形状参
数豌=b，尺度参数2。=exp a I。
可靠性软件包计算出的威布尔分布参数，可以
按下列公式计算常用的可靠性参数。
1)可靠度：R(t)=exp(一￡。／￡。)。
图8 实际故障数据为指数分布图
图9实际故障数据为威布尔分布图
2)失效率：A(t)=(m／t。)t一1。
3)平均寿命：MTBF=rlF(1+1／m)。
4)寿命方差：D(t)=772[厂(1+2／m)一
厂23(1+1／m)]。
5)可靠寿命：P，=叼(一lnR)Ⅳ”。
6)中位寿命：P。，=’7(1nl／2)l／m o
7)特征寿命：即=(t。)l／m。
计算机程序自动计算各参数值，并进行参数估
计后的检验，作出检验结果是或不是该分布，结果
如下。
1)某高压泵及喷油器故障分布服从威布尔，
其参数估计值为：m=1．123 4，n=5 823。
由此可见，高压泵及喷油器故障间隔规律也十
分接近指数分布。
2)估计值为：MTBF=9 925．71 h，Ra。鹎=
831．930，Rao 90=2 925．303 h，Rao 08=16 217．688 h。
根据计算结论，高压泵及喷油器的故障间隔为
9 925 h。我们提出在一定程度的保障容余及安全系
数条件下的4 000 h安全检查措施。也就是说必须在
此期间进行检查，防止涡轮增压器爆燃事故发生。
·13·
万方数据
2016年第1期中国修船第29卷
通过讨论分析爆燃点的部位在增压器燃气排气壳前
段中心，爆燃后的爆炸力向增压器两侧及排气壳出
13烟囱扩散，力量太大使增压器各部件全都报废。
4预防涡轮增压器爆燃的可靠性保障措施
从理论上分析故障产生的原因和机理出
发∞山]：柴油机燃烧室内积碳聚集过多，导致混合
气由于炽热提前燃烧突然爆燃损坏、发动机过热造
成局部混合气温度过高，从而引发爆燃、燃油使用
不当导致工作粗暴、供油时间过早及喷油提前角不
当导致柴油机工作粗暴等。针对以上几点意见提出
预防柴油机爆燃措施主要有以下几点。
1)及时清除燃烧室内积碳。
2)提高冷却系统的冷却功能。对高温的排放
系统采取隔热措施，降低高温排放系统对冷却系统
的影响；改善机舱的通风换气能力。
3)使用合适的燃油。
4)严格按照标准调整供油时间。
5)调整供油提前角满足说明书规定的正确
值。使用工厂规定的专门的调整方法，得到柴油机
喷油泵的正确供油提前角。
5结束语
1)理论上分析了涡轮增压器因发生突然爆燃
损坏的成因。从理论上分析了故障产生的原因和机
理：①柴油机燃烧室内积碳聚集过多，导致混合气
由于炽热提前燃烧，增大了突然爆燃损坏的可能
性；②发动机过热造成局部混合气温度过高，从而
引发爆燃；③燃油使用不当导致汽缸内压力上升过
快，工作粗暴；④供油时间过早导致柴油机工作粗
，’’’’、
2启事：
～It《。，
暴；⑤喷油提前角不当导致柴油机工作粗暴。
2)提出了预防某船涡轮增压器爆燃事故有效
方法和措施。联系实际系统并及时清除燃烧室内积
碳、提高冷却系统的冷却功能、对高温的排放系统
采取隔热措施、严格按照标准调整供油时间及供油
提前角。
3)在一定程度的保障容余度及安全系数条件
下的4 000 h安全检查措施，也就是说必须在此期
间进行检查，防止涡轮增压器爆燃事故发生，经过
4 000 h的实际增压系统运行，预防措施到位，有
效地防止了该型号的增压器的爆燃事故的发生。
参考文献
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社，2008．
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Diesel Engine Powerplants：Measurements&amp;amp;Simulations
[C]．23rd CIMAC Congress．Hamburg：May 7一10．
2001．
收稿日期：2015—10—21
《现代修船管理》
《现代修船管理》是一部全面系统介绍现代修船管理与技术的专著，是在总结改革开放30年来我国
修船管理和技术成果以及参考国内外先进修船管理与技术资料基础上编著而成。该书由时风俊同志策划，
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本书面向修船行业，对船舶维修保障部门技术与管理人员，特别是修船企业从事修船管理与技术的员
工有指导意义，也可作为高等院校船舶维修保障工程专业师生的教材。
本书售价30元(含邮资)，需购买的单位或个人请与《中国修船》编辑部联系。
电话(传真)：022—25792835。

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