某船用柴油机增压器涡轮叶片断裂故障分析.pdf
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1、 29 某船用柴油机增压器涡轮叶片断裂故障分析某船用柴油机增压器涡轮叶片断裂故障分析 李向阳1,白 雪2,胡志龙2,张 琨2(1.海军装备部驻上海地区军事代表局,上海 201206;2.上海船舶设备研究所,上海 200231)摘摘 要:要:针对某船舶电站用柴油机增压器涡轮叶片断裂导致柴油发电机组无法正常运行的故障,开展增压器涡轮叶片断裂故障原因分析。对可能导致涡轮叶片断裂的各种因素进行分析排查,结果表明:涡轮浇铸温度趋近于上限,导致晶粒偏大,使涡轮叶片抗疲劳能力下降;增压器运行过程中,涡轮叶片受长期交变应力作用,粗大结晶区萌生裂纹,裂纹以疲劳方式扩展,最终导致涡轮叶片断裂。根据分析结果可知,减
2、小涡轮浇铸温度控制范围,避免浇铸温度趋近上、下限值,按照改进浇铸温度后生产的涡轮增压器经过 3 000 h 的验证,未发生涡轮叶片裂纹、断裂故障。对柴油机零部件国产化过程中关键工艺参数确定需注意的问题具有借鉴意义。关键词:关键词:船舶电站;柴油机;增压器;故障分析;叶片断裂 中图分类号:中图分类号:U664.121 文献文献标志标志码:码:A DOI:10.16443/ki.31-1420.2023.03.009 Turbine Blade Fracture Analysis of Turbocharger for Marine Diesel Engine LI Xiangyang1,BAI
3、Xue2,HU Zhilong2,ZHANG Kun2(1.The Shanghai Military Representatives Bureau of Naval Armament Department,Shanghai 201206,China;2.Shanghai Marine Equipment Research Institute,Shanghai 200231,China)Abstract:In view of the failure of the diesel generator set that can not operate normally due to the frac
4、ture of the turbocharger turbine blade of a marine power station,the cause analysis of the fracture failure of the turbocharger turbine blade is carried out.The causes of the turbine blade fracture are analyzed based on the marine power station diesel engine,which cause the failure of the diesel gen
5、erator set operating normally.The factors result in blades fracture are analyzed and investigated.The results show that the casting temperature of the turbine approaching the upper limit resulted in the grain size rather larger,which led to the turbine blade fatigue resistance reduction.Under the ac
6、tion of long-term alternating stress during the operation of the turbine blades,cracks are initiated in the coarse crystallization zone and expanded in a fatigue manner,which result in the fracture of the turbine blades.According to the analysis results,the manufacturer reduces the control range of
7、turbine casting temperature to avoid the temperature approaching the upper and lower limit.The turbochargers production according to the improved casting temperature have been verified for more than 3 000 h,and turbine blade cracks or fractures have not occurred.It has reference significance for the
8、 problems needed attention in the determination of key technological parameters in the localization of diesel engine parts.Key words:marine power station;diesel engine;turbocharger;fault analysis;blade fracture 作者简介:李向阳(1983),男,工程师。研究方向:船舶机电设备质量监督与检验验收。30 cademic Research 技术交流 A 0 引言引言 某船用电站柴油机是一款引进
9、专利技术在国内生产的高速四冲程涡轮增压柴油机,该柴油机具有结构紧凑、比功率高的特点,常用作船舶电站的原动机。涡轮增压在燃油消耗率、噪声、功率密度和排放等方面具有很大的优势,因此广泛应用于柴油机领域1-2。20世纪90年代末,国内厂家对该柴油机的涡轮增压器开始国产化研制,并通过了配机、结构考核、耐久等试验,现该型国产化增压器已批量应用于该型柴油机。该型增压器在应用过程中曾发生过多次故障,本文针对其中一次涡轮叶片断裂故障原因进行排查和分析,确定故障原因后,采取相应的解决措并进行验证。1 故障现象故障现象 在某船用电力系统试验过程中,3#电站柴油机转速迅速跌落直至停机,导致逆功继电器动作,主开关跳闸
10、,经检查未见异常后,再次起机合闸;3#柴油机出现B列排气温度高报警,再次排查,发现B列增压器(编号为3#_B)出现涡轮叶片断裂故障。拆检过程中,发现1片涡轮叶片断裂,余下的涡轮叶片外侧严重磨损,如图1(a)所示,其余零件受损较轻。为排查其他发电机组增压器,对4台机组其余7台增压器涡轮叶片进行探伤检查,结果发现:4#机组柴油机B列增压器(编号4#_B)中,1片涡轮叶片从出气边中间位置延伸出约5 cm的表面裂纹,如图1(b)所示;2#机组柴油机B列增压器(编号为2#_B)中,1片涡轮叶片背面中部有锯齿状疑似微裂纹,如图1(c)所示;其余增压器涡轮均正常。进一步对3个有故障的增压器拆检,拆检结果如表
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