某高速客船主机RR151增压器轴承 非正常损坏原因分析及防止办法
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摘 要：分析MWM16V620主机RR151增压器轴承出现磨损坑槽的原因，提出预防办法。
关键词：涡轮增压器 轴承磨损坑槽 原因分析 防止办法
RR151增压器是ABB公司为高速大功率柴油机生产的离心式增压器，因其结构简单紧凑、工作效率高、维护保养方便而广泛应用于大功率高速柴油机上。RR151增压器最高转速61000转/分，最高废气温度750°C，最大工作压力比为3.5，即外界气压为1个bar时，最大增压压力为3.5bar。航行于粤港水路的某高速客船主机道尔兹MWM16V620就选用rr151增压器，每台主机配置二台，每缸排各一台。
1.RR151增压器基本结构
RR151增压器的工作方式是定压涡轮增压。主机每个缸排8个气缸的排气经排气总管进入增压器推动废气涡轮高速转动并带动压气机工作，压气机将吸入气体压力升高至工作压力，压气机为离心式压气机。
图1是RR151增压器基本结构图，其轴承支撑方式为内支撑，两轴承均在涡轮和压气机内侧，叶轮两端悬臂放置。轴承为铜合金滑动轴承，两个轴承尺寸完全一致，如图2所示，轴承安装在本体的座孔中，由一颗固定在本体上的定位钉定位，轴承与其座孔有0.03mm左右的间隙，定位钉与轴承上的定位孔之间有约0.5mm的间隙，因此，安装后的轴承在座孔内不是完全固定亦不能全周转动，仅有0.5mm轴向和周向窜动。轴承的油由主机的系统供给，其方法为压力。
该高速客船其中一台主机在2007年进行大修，期间解体检查增压器。解体后发现两台增压器涡轮端轴承外表均有一条坑槽，如图3右方两个轴承，坑槽从轴承定位孔开始延伸，方向与转子转向相反，其中一轴承坑槽长度超过1/2圆周长，另一轴承坑槽约1/6圆周长；坑槽宽度约6MM，比定位钉直径大，深约4MM；很明显，此坑槽是由轴承的定位钉磨出来的。但是压气机端的轴承没有出现坑槽，定位孔非常完整，如图3最左边方一个轴承。
进一步检查测量两台增压器轴承内孔径和外径，发现废气涡轮端轴承内孔磨损量比压气机端的大，平均相差0.02MM。检查增压器的其它零件没有不正常损坏现象。
此外一个问题是，该船另一台主机B排增压器此前不久因增压器涡轮端轴承断裂烧熔，废气涡轮、压气机叶轮、压气机壳、废气涡轮壳均损坏而使整台增压器报废，直接经济损失超过12万港元。事故原因是由于涡轮端轴承损坏造成该机损事故。
3.RR151增压器轴承非正常损坏原因
检查增压器转子，发现废气涡轮叶片上积碳比较严重而且不均匀，有些地方比较厚有些地方比较薄；将涡轮叶片上的积碳清洗干净后，还有许多白色的金属氧化物牢固的附着在叶片表面上，叶片的凸面和凹面均有覆盖，白色金属氧化物在叶面上的分布亦不规则，部分呈花斑状分布。叶片上不规则的附着物必然改变整个转子的质量分布，破坏转子原有的动平衡性能，从而影响到轴承的工作状况，缩短轴承的工作寿命。
RR151增压器轴承是用来支承其转子及转子运行时产生的离心力。转子本身重量轻，如果转子的动平衡性能良好，轴承受的力非常小；但若转子动平衡受到破坏，有少许的质量不平衡，高速运行时将产生巨大的离心力并作用在轴承上。RR151增压器在主机额定功率时的转速约为50000转/分，假设在离转子中心线50MM的涡轮叶片处总共有1克的质量不平衡，则该1克不平衡质量在转速50000转/分时所产生的离心力为F=mù2r=0.001X（2X3.14X50000/60） 2X0.05=1369千克。离心力在转子高速转动时作用在轴承上产生高频震动，使得轴承定位螺钉与定位孔之间磨损加剧，出现如图3所示的磨损坑槽，严重时轴承损废造成增压器机损事故。
4.增压器涡轮叶片污染的原因分析
增压器转子动平衡性能差的原因有多个方面，一是转子本身的动平衡性能不高，如大修后未经动平衡检测的转子，因经过一段时间的使用，原良好的动平衡性能受到破坏；二是转子被外物损伤，如叶片打到金属硬物等，这容易检查出来；三是转子在使用过程中不断的受到污染，特别是涡轮叶片，其工作条件恶劣，长期受到废气的侵蚀、燃烧副产物的附着、堆积。
造成增压器废气涡轮叶片污染的直接原因是废气中未充分燃烧产生的碳和金属氧化物附着在叶片上，而废气中产生碳粒和金属氧化物的原因比较复杂，对于船用的MWM16V620主机而言，主要影响因素有：
①进气不干净，如主机周围的空气盐份大，粉尘含量高。②进气滤网性能差，过滤效果不好。③增压器效率低，进气压力低，进气量不足。④中冷器及进气道堵塞，进气不畅通。⑤气阀间隙过大或过小。⑥燃烧室密闭性能差，造成压缩压力低，如气阀、活塞环、缸套严重磨损等。⑦喷油器性能下降，喷油压力降低，雾化状况不良。⑧燃油品质差，水份、硫份及金属含量高。⑨高压油泵喷油定时不正确，喷油太早或过迟。⑩长期超负荷使用主机或长期低速运行。
5.防止RR151增压器轴承非正常损坏的方法
为防止该客船主机RR151增压器轴承继续出现磨损坑槽而受损，在该次主机修理和修理后的使用及维护保养过程中采取了如下措施：
将增压器转子送ABB服务中心做动平衡检测，将转子的动平衡值做到高精度级别。增压器的大修手册没有这个要求，但使用过的涡轮叶片上的附着物不能百分百清除干净，叶片部分表面受到废气的侵蚀出现凹点，转子动平衡性能已受到破坏，应重新检测动平衡。如果将动平衡状态差的转子装上去，增压器一开始运行，轴承就承受转子不平衡产生的巨大离心力而剧烈磨损，寿命大幅缩短，甚至出现机损事故。做动平衡之前用吹沙机将涡轮叶片上的积碳及金属氧化物细心清除干净。
使用适合MWM16V620主机要求的低含硫轻质柴油。
按MWM16V620主机的维护保养规程执行各级维护保养工作。
改进主机的吸气，采用舷外进气。该船主机原来是直接从机舱中吸气，因MWM16V620排气管常有漏气现象，造成机舱内的空气不干净，长期吸入高含废气的空气，主机进气系统特别是中冷器容易受到污染。为避免这个弊病采用舷外进气的办法，方法是把增压器的进气滤器用箱体包封并用风管将机舱鼓风机从舷外吸入的干净大气道入到进气箱体中。
更换滑油过滤器芯时解体检查滤芯是否有黄色金属颗粒。
6.效果
该台主机大修后正常运行两年，期间每次更换滑油过滤器芯时解体检查滤芯均未发现有黄色金属颗粒；两年后主机再次大修，大修时拆检增压器，涡轮端和压气机端的轴承没有出现磨损坑槽，定位孔的最大直径均未大于5.5MM；两年中增压器亦没有出现任何故障。