浅析船舶涡轮增压器喘振机理及其预防措施
船舶废气涡轮增压器喘振故障分析及排除
图 ２
喘 振 故 障 树 图
由图 ２可 知 ， 于二 冲程柴 油机 来讲 ， 对 增压 器 产生 喘振 一般 是 由于空 气 流 通 阻力 的增 加 、 压 增 器本 身故 障 、 油 机 长期 低 速 运 行 以及 增 压 器 和 柴 柴 油机 的运行 失 配 等 ， 而最 主要 的 原 因就 是 气 流 通道 的 堵 塞 。气 流 行 进 过 程 为 ： 气 机 进 口滤 压
出“ 隆” 轰 的响声 ， 致柴 油 机 的 工作 不 稳 定 。压 导 气 机产 生 喘振 的原 因 ， 由于流量 过小 时 ， 叶片 是 在
扩 压器 和 叶轮进 口产生 强烈 的气 流分离 引起 的。
（ ） 计 工 况 １设
象， 而此 时叶轮 的 气体 惯 性 力 和 进入 扩 压 器 的气
（ ） 压 器 的 空 气流 动 情 况 ｂ扩
图 １ 空 气 流动 情 况
图 １中 ， ｌ 为绝 对 速度 ； ｌ为 相对 速 度 ； ｌ Ｃａ ￣ ｏ ｔ ｉ
为叶轮 剖切处 圆周 速度 ； ２ Ｃ ｕ为 工作 轮 圆周 速度 ； Ｃｒ ２ 为气 流相 对速 度 ； ２为气 流绝 对速 度 。 Ｃ
不会 引起压 气机 的工作 不 正常 。 （ ） 速不 变而 空气量 减少 ３转
Ｃｌ ａ
航 行性 能 ， 因此 ， 有必要 对 涡轮增 压器 喘振 故障进
废 气 涡轮 增 压 器 由废 气 涡 轮 和 压 气 机 所 组
成 ， 油机 的废 气驱 动涡 轮来带 动压 气机 ， 柴 以来 压
当压气 机在 设计 工况 运 转 时 ， 流 能 平顺 的 气 进 入 叶片通 道 ， 会产 生 冲击 。 不 （ ） 速不变 而空 气量 增大 ２转
船舶柴油机废气涡轮增压器喘振故障分析与排除
54交通科技与管理技术与应用0 引言 为了提高船舶柴油机的功率以及废气能量的再利用，世界各国的船舶柴油机多数采用废气涡轮增压器。
但随着船龄的增加，废气涡轮增压器不免会产生故障[1]。
其中废气涡轮增压器最常见的故障—喘振是很难分析和排除的故障。
喘振事故一旦发生，就会严重影响柴油机的正常运行，甚至会产生破坏性的事故，影响船舶的正常航行。
1 喘振的故障机理 废气涡轮增压器由压气机和废气涡轮两部分组成如图1所示。
柴油机的废气驱动涡轮来带动压气机来压缩空气，并送入气缸，可以看出废气涡轮增压器与柴油机本体无任何的机械联系。
只要增压器与柴油机匹配合适在正常工作范围内，压气机是不会发生喘振现象的。
但当空气流量减少到某一值时，压气机工作变得不稳定，流过压气机的气流产生强烈的振荡，引起叶片强烈振动并发出噪声，而此时压气机出口压力明显下降并伴随波动，进气管发出“轰隆”的响声，导致柴油机的工作不稳定如图1所示。
图1 废气涡轮增压器图2 废气涡轮增压器喘振原因分析 压气机产生喘振的原因，是由于流量过小时，在叶片扩压器和叶轮进口产生强烈的气流分离引起的。
喘振的根本原因就是小流量，高背压。
对于二冲程柴油机来讲，增压器产生喘振一般是由于空气流通阻力的增加、增压器本身故障、柴油机长期低速运行原因以及增压器和柴油机的运行失配等[2]，而最主要的原因就是气流通道的堵塞，气流行进过程为：压气机进口滤网—压气机—中冷器—扫气箱—扫气口—排气口—排气管—涡轮机—废气锅炉，各部分的通道面积是固定的，虽然进、排气口按发火顺序，但不管什么时候总有1或2缸的换气通道是相通的，在整个管路中气流是不会受堵的，但如果在通道中产生脏污、结炭、变形、结垢等，就会增加空气流通的阻力，造成压气机喘振。
2.1 增压器离喘振故障机理的数学分析 离心式压气机的特性曲线可用一条抛物线来描述。
该特性曲线描述在低流量范围内，可压缩流体的绝热压头H 与吸入气体流量Q 之间的关系，在低压缩比下，H 与压缩比（p 2/p 1）近似成线性关系。
船舶废气涡轮增压器喘振现象浅析
船舶废气涡轮增压器喘振现象浅析作者：周海洋来源：《中国科技博览》2017年第35期[摘要]本文讲述了可能影响船上增压器喘振的因素。
主要有柴油机因素，中冷器因素，增压器因素，环境因素。
提出了可能导致喘振的具体原因和解决方法。
[关键词]柴油机；废气涡轮增压器；喘振中图分类号：TP251 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）35-0039-011.增压器喘振的机理增压器喘振现象是发生在增压器偏离工况的情况下的。
喘振的具体现象为压气机振动并发出异常的响声。
到底有什么因素会导致增压器的喘振现象呢？经过分析，当气流很微弱时，会导致增压器喘振现象的发生。
例如：增压器中气流不通畅会引起增压器喘振。
当流道阻塞时，增压器内的压力会急剧增高，导致流量减少，破坏了增压器正常工作时的特性曲线。
在设计流量下，气流会平静地流进压气机端，气流与其中的部件不会发生撞击，也不会发生分离。
如果流量大于设计流量会怎样呢？气流会产生分离现象。
经分析可以知道，压气机喘振的主要因素是扩压器叶片内气流的分离。
通过学习废气涡轮增压器可以知道，增压器喘振的根本原因是压气端与废气端的能量不平衡导致的。
但是，其中的原因也是非常多的。
比如：气道和滤网阻塞，柴油机自身零部件问题。
一般刚出厂的柴油机，通常没有喘振现象的发生，因为增压器是新的，慢慢地，时间长了，增压器各个部件就可能发生损坏，导致增压器和柴油机的匹配性能会逐渐恶化，愈发恶劣，从而压气机气流流量会减少，从而引起喘振现象。
引起喘振现象的原因很多，一般来讲并不会是单方面的原因，也有可能是由其他因素造成的或者由其二者共同引起的。
2.影响增压器喘振的因素2.1 柴油机因素柴油机转速或载荷波动引起喘振假如柴油机转速突然从高速降速那么会引起喘振吗？答案是肯定的。
因为增压器转子转速非常大，它所具有的能量非常高，短时间能量并不能随着转速的减少而减小，此时柴油机内气体量急剧增多造成喘振现象。
当柴油机内的气体变少后，柴油机与增压机匹配良好后，喘振现象消失。
大型船用柴油机透平喘振的原因分析及应对措施
作者简介 ： 高林 波 （ ９ ７一） 男 ， 东省 潍 坊 人 ， １６ ， 山 甲类 轮 机 长， 现从 事船舶 轮机管理工作 。
天津航海
２ １ 年第 ４期 ０１
辅助电动鼓 风机 建立） 的绝对值非 常低 ， 压力表几 乎没有显示， 但透平发生 了喘振。原 因是在备车时 由于疏忽忘记将透平滤网外 的帆布罩 揭去， 造成压 气机内部压力 比扫气总管 内的 的稳 定
缩的， 当气体进人压气机吸口后 ， 被高速旋转的机翼 型后弯叶片甩向四周压向后方 ， 在设计工况下气体
的流动是均匀、 稳定 的， 流动轨迹呈流线型 ， 处在流
体力学上所称的稳流状态 ； 但在背压增加或流量减
小 的情况下 ， 气体 的正常流动受阻 ， 不能及时排除的 气体失去了动能 ， 在静压能的作用下寻找其他的出 路， 哪里 压力 低就 到 哪里 去 ， 口首选 ， 片背 面次 进 叶
移 向墙 壁 ， 就会发 现 气流 噪音 和振动 越来越 大 ， 运转
中的机舱风机逐渐关闭挡板 ， 其振动和噪音也会逐 渐加大 。所 以需要经常检查机舱风机挡板的开关灵 活性。可见 ， 离心式的压气机在流量减小、 背压增高 的情况下会发生喘振现象。透平压气机作为特殊结 构的离心式压气机同样不可避免。因为气体是可压
大型船用柴油机透平喘振的原 因分析及应对措施
高林 波
２ １
大型 船 用 柴 油 机 透 平 喘振 的原 因分 析 及 应对 措 施
高林 波
（ 青岛远 洋运输有限公 司 山 东 青岛 ２６７ ） ６０ １
摘 要 ： 文章从结构上分析 了 用主机增压器发生喘振的原 因， 船 并针对 问题 阐明了应对
３ 喘振 现象 的应急处 理
船用柴油机废气涡轮增压器喘振现象分析
船用柴油机废气涡轮增压器喘振现象分析摘要：大型船用柴油机广泛应用废气涡轮增压技术,喘振是增压器一种典型现象，本文阐述了增压器喘振产生的机理和成因,并结合多年来的实际经验对增压器的日常维护管理提出了使用建议。
关键词：船用柴油机；废气涡轮增压器；喘振现象一、概述目前，大型船舶上不论是主动力柴油机还是发电机组柴油机，都普遍采用废气涡轮增压器，其基本原理就是利用柴油机排出的废气能量，驱动涡轮高速旋转，带动与涡轮同轴的压气机叶轮高速旋转，压气机将空气压入发动机的气缸，增加了发动机的进气量，可供更多的燃油完全燃烧，从而提高了柴油机的功率，并且充分利用柴油机的废气能量，提高了柴油机的经济性。
涡轮增压器是柴油机上主要部件，目前一台柴油机根据气缸数和进气量可以装备有2台增压器和4台增压器（2至3个气缸使用一个增压器）。
增压器处在高温高压和高速运转的工作状况，工作环境恶劣，各种机械故障多发，比如叶片烧蚀、轴承抱死等故障，可以这样说增压系统工作的好坏，直接影响着柴油机的工作乃至整个船舶的正常运营。
近些年来，船舶柴油机上的涡轮增压器故障越来越令人关注，在废气涡轮增压器故障中，又以压气机的喘振最容易发生也最为常见。
因此，对涡轮增压器喘振分析十分必要。
二、喘振概念和机理概念：压气机在工作中,由于种种原因使进入压气机的空气流量减少,导致气流在扩压器中发生旋涡分离,甚至出现倒流,产生压力波动,因而引起涡轮增压器的结构振动，并发出喘叫声,这种现象称为喘振。
机理：当流量小于设计值很多时，叶轮进口和扩压器叶片内产生强烈的气流分离引起喘振。
在叶片扩压器进口处，当转速一定，而流量变化时的气体流动情况如图1所示。
当流量等于设计值时，气流速度c2的方向与叶片进口的构造角相一致，气流能平顺地进入叶片通道，如图1（a）所示。
当流量大于设计值时，气流径向分速ω2增加，使气流速度c2增加，且c2的方向也偏离设计值，导致气流以某一冲角进入叶道，并在叶片凸面引起气流脱离，如图1（b）所示。
船舶主机增压器喘振原因剖析
CWT 中国水运2010·1某轮系从国外购进的二手杂货船，建于1982年，载重量6760吨，定距桨，直接传动，集控室和机旁操纵。
主机型号为日本产6EL-40，四冲程六缸单独脉冲废气涡轮增压柴油机，无废气锅炉，额定转速227r/min ，额定功率2500KW ，增压器1台，型号VTR321。
船舶在海况良好航行时，不论满载还是空载，增压器不会发生喘振，机动操作时也未曾发生过。
在较大风浪时，不论在何种装载情况下，增压器发出断续的喘叫声，声音短促，间隔时间较长，过后即恢复正常平稳运转，从接船开始近三年时间一直维持这种现状，有时不得不减速航行，威胁船舶安全。
增压器喘振机理在不同转速下压气机的排出压力和效率随空气流量的变化规律，称之为离心式压气机的特性。
当转速n k 等于常数时，随着流量G k 的减少，压比πk 开始是增加的，当流量G k 减少到某一值时，πk 值达到最大值，然后随G k 的减小开始下降，特性曲线如图1所示。
当压气机流量减小到某一值后，气体进入工作叶轮和扩压器的方向偏离设计工况，造成气流从叶片或扩压器上强烈分离，同时产生强烈脉动，并有气体倒流，引起压气机工作不稳定，导致压气机振动，并发出异常的响声，称为压气机喘振。
不同转速下压气机开始发生喘振流量值点连线称为喘振线，如图1虚线所示。
喘振线左侧为喘振区，右侧为稳定工作区。
增压器喘振原因从根本上讲，是由于压气机的流量小于该转速下引起喘振的限制流量，造成气流与叶片的强烈撞击与脱流。
对于新造的增压柴油机，配合运行线与喘振线之间留有足够喘振裕量，无论航行条件及柴油机工况如何变化，使用初期增压器一般都不会发生喘振。
喘振裕量dVs 的定义为dVs =（Q －Qs ）/Qs （dVs 通常应大于10﹪）,如图1所示。
从图上看起来低负荷时配合运行线离喘振线比高负荷还近些，而其实其喘振裕量较大，这是因为低负荷时分母Qs 减小得更多，实际也是如此，柴油机在低负荷时较不易喘振。
船舶柴油主机增压系统故障及其防范措施
一增压系统故障成因及分析1．增压器喘振压气机如果在喘振的条件下工作，不仅达不到预期的增压效果，还会造成压气机叶轮叶片断裂，转子发生轴向振动，严重缩短增压器使用寿命。
一般产生喘振是由于增压系统流道阻塞、温度变化、船舶负荷变化，柴油机单缸熄火等。
（1）增压系统流道阻塞。
它是引起增压器喘振的最主要的原因。
在柴油机运行时，增压系统的气体是循着以下的流动线路进行：空气滤清器—压气机—空气冷却器—进气管—气缸—排气管—废气涡轮—废气锅炉—烟囱。
其中的任意一个环节出现故障，都有可能造成柴油机气路不顺或气体流量减少，背压升高，引起喘振，同时还可能造成柴油机油耗率升高等一系列其他的故障，通过分析发现其阻塞的原因主要有：脏污、结碳、变形。
其中在进口滤器、压气机叶轮和扩压器、空气冷却器、气缸的进排气口、涡轮的喷嘴环和叶轮部位容易堵塞。
在日常管理中，应关注检查上述部件的污损并经常加以清洁。
防止因流道阻塞而引起的喘振。
（2）环境温度变化。
由于增压器和柴油机与水域温度条件的匹配不同而造成的，比如可以匹配在低温条件下的不带空冷器的增压系统用在高温水域时，或者匹配在高温条件下的增压系统用在低温海域时，由于配合运行点的不同，气温升高时，空气密度降低，进入增压系统的空气流量减小，排气管压力下降，涡轮能量减少，导致增压系统转速降低，转速降低进一步减小空气流量，从此进入恶性循环，发生增压系统喘振。
（3）船舶负荷变化。
船舶负荷变化导致增压系统中增压器和柴油机的匹配不良，导致喘振。
当船泊满载、顶风遇阻严重时，由于船身阻力增加，主发动机负荷增大，柴油机长时间处于低转速高负荷运行状态，使得气缸耗气量降低但是同时循环喷油量增大，提升了增压器转速，使得供气量增多，出现喘振。
在风浪天航行中的船舶发生飞车时，也容易发生喘振。
（4）柴油机单缸熄火。
除了发生故障问题外，为了调整各缸负荷或检查压缩压力,一般会实施单缸停油。
由于在正常的脉冲增压系统中，三个气缸共同连接到一台增压器上面，三个气缸属于并联状态，同时向进气总管进行供气，如果某个单缸熄火，与之相连接的涡轮功率便会减小，供气能力下降，但是其他增压器工作正常，所以压气机的出口背压依旧不变，这样便导致熄火缸增压器的背压过高，压气机排量减小，涡轮所获能量不均匀,发生喘振。
浅析船舶涡轮增压器喘振机理及其预防措施
浅析船舶涡轮增压器喘振机理及其预防措施摘要：涡轮增压器是船舶增压系统的核心部件，它的可靠性是保证船舶动力装置正常安全运行的主要环节，增压器最容易出现的故障即为喘振。
本文首先介绍了增压系统的工作原理，然后阐述了增压器喘振的机理。
最后，分析了喘振发生的原因并提出相应的预防措施。
关键词：涡轮增压器；增压；喘振；预防措施作为当今热效率最高的动力机械，柴油机以其良好的经济性广泛应用于远洋船舶和内河船舶。
为了增加功率，改善热效率，提高经济性，柴油机增压程度不断提高。
增压技术使柴油机的动力性、经济性上了一个台阶，增压也成为提高柴油机功率的主要途径。
船用柴油机增压器一般应用废气涡轮增压的方法，利用柴油机排出的废气能量驱动涡轮高，带动与涡轮同轴的压气机叶轮高速旋转，压气机将空气压入柴油机的气缸，增加了柴油机的充气量，可供更多的燃油完全燃烧，不仅柴油机工作过程得到改善，燃油消耗下降，经济性提高，排放也得到改善。
因此，其工况的好坏直接影响柴油机的工作。
涡轮增压器工作时，当压气机的排出压力和流量减少时，其工作点落在压气机的喘振区时，压气机排出的压力忽高忽低，空气流量忽正忽负，引起机器强烈振动，并发出沉重的喘息声和吼叫声。
如果增压器轴承处于良好保养的状态，这种偶尔发生的喘振是没有危害的。
但是应该避免进一步喘振的发生，因为那将损坏转子，引起增压器转轴振动和整个增压器的机械颠簸，对增压器的安全运行危害极大。
发生喘振的主要因素：1.增压系统流道阻塞增压器系统流道阻塞是引起增压器喘振的最常见的原因，增压系统的气体流动线路为：“空气滤器---压气机---中冷器---进气管---气缸---排气管---废气涡轮---废气锅炉---烟囱---大气”特别是外来杂质，如油气、粉尘等赃物进入进气管道排气管道积碳，进气管道变形等，使流道阻力增大，压气机流量减小，背压升高，特性线左移（如右图）引起喘振。
此外，柴油机长期燃烧不良，涡轮喷嘴、涡轮叶片、轮盘及气封间隙两旁壁面等地方聚集大量未燃尽的碳粒的油垢，增压器停车后，油垢会冷却凝固，加大增压器运转时的机械阻力，使涡轮性能下降，最后使增压压力下降而导致喘振。
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浅析船舶涡轮增压器喘振机理及其预防措施
发表时间：2019-07-23T12:14:57.237Z 来源：《知识-力量》2019年9月34期作者：顾卫标
[导读] 涡轮增压器是船舶增压系统的核心部件，它的可靠性是保证船舶动力装置正常安全运行的主要环节，增压器最容易出现的故障即为喘振。
本文首先介绍了增压系统的工作原理，然后阐述了增压器喘振的机理。
最后，分析了喘振发生的原因并提出相应的预防措施。
（江苏省海洋渔业指挥部，江苏南通 226006）
摘要：涡轮增压器是船舶增压系统的核心部件，它的可靠性是保证船舶动力装置正常安全运行的主要环节，增压器最容易出现的故障即为喘振。
本文首先介绍了增压系统的工作原理，然后阐述了增压器喘振的机理。
最后，分析了喘振发生的原因并提出相应的预防措施。
关键词：涡轮增压器；增压；喘振；预防措施
作为当今热效率最高的动力机械，柴油机以其良好的经济性广泛应用于远洋船舶和内河船舶。
为了增加功率，改善热效率，提高经济性，柴油机增压程度不断提高。
增压技术使柴油机的动力性、经济性上了一个台阶，增压也成为提高柴油机功率的主要途径。
船用柴油机增压器一般应用废气涡轮增压的方法，利用柴油机排出的废气能量驱动涡轮高，带动与涡轮同轴的压气机叶轮高速旋转，压气机将空气压入柴油机的气缸，增加了柴油机的充气量，可供更多的燃油完全燃烧，不仅柴油机工作过程得到改善，燃油消耗下降，经济性提高，排放也得到改善。
因此，其工况的好坏直接影响柴油机的工作。
涡轮增压器工作时，当压气机的排出压力和流量减少时，其工作点落在压气机的喘振区时，压气机排出的压力忽高忽低，空气流量忽正忽负，引起机器强烈振动，并发出沉重的喘息声和吼叫声。
如果增压器轴承处于良好保养的状态，这种偶尔发生的喘振是没有危害的。
但是应该避免进一步喘振的发生，因为那将损坏转子，引起增压器转轴振动和整个增压器的机械颠簸，对增压器的安全运行危害极大。
发生喘振的主要因素：
1.增压系统流道阻塞
增压器系统流道阻塞是引起增压器喘振的最常见的原因，增压系统的气体流动线路为：“空气滤器---压气机---中冷器---进气管---气缸---排气管---废气涡轮---废气锅炉---烟囱---大气”特别是外来杂质，如油气、粉尘等赃物进入进气管道排气管道积碳，进气管道变形等，使流道阻力增大，压气机流量减小，背压升高，特性线左移（如右图）引起喘振。
此外，柴油机长期燃烧不良，涡轮喷嘴、涡轮叶片、轮盘及气封间隙两旁壁面等地方聚集大量未燃尽的碳粒的油垢，增压器停车后，油垢会冷却凝固，加大增压器运转时的机械阻力，使涡轮性能下
降，最后使增压压力下降而导致喘振。
在日常管理中，应周期性清除汽缸进气口和排气口的积碳，并经常对空气滤清器、压气机进气流道、空气冷却器、涡轮喷嘴环和叶轮等进行清洗。
当增压器流道阻塞严重时，须将增压器拆开进行清洗。
而在运行时对压气机和涡轮机进行清洗，既可以减少增压器的拆装次数，有可避免此类原因引起的喘振。
2.增压器和柴油机的运行失配
柴油机与增压器匹配良好是指：柴油机达到预定的增压指标，增压器在柴油机全部工作范围内能稳定低运行，既不喘振也不超速，并尽可能在高效区工作。
对于设计时选配良好的柴油机和增压器，在正常情况下是不会发生喘振的。
但是，由于柴油机本身的某些故障或者由于装载、顶风、污底、大风浪航行或者轮机员操作不当，都可能导致柴油机和增压器匹配不良，引起喘振。
柴油机喷油系统出现故障，会使柴油机燃烧不良，引起严重的后然；柴油机的活塞环断裂或者粘着，气阀烧损气阀间隙过小，都可能导致汽缸漏气，热负荷增大，排烟温度升高。
若柴油机供油量不变，因而有功功率减小，柴油机转速下降。
而排烟温度升高引起废气能量增加增压器转速增高，供气量增多，从而破坏了柴油机与增压器的正常匹配关系，导致压气机处于高背压小流量状态，容易发生喘振，但此种情况下，排除了柴油机的故障，也就消除了喘振。
船舶满载、顶风航行时，主机处于高负荷、低转速状态。
柴油机燃油系统供油量增加，后燃引起废气能量增加，增压器转速升高，而汽缸耗气量却因为柴油机转速降低而减少，这同样容易引起增压器与柴油机匹配不佳而出现喘振。
此情况下，减小柴油机油门就可消除喘振。
3.柴油机负荷骤变
如船舶遇到大风浪，螺旋桨出水，柴油机负荷骤然减少，转速升高，各缸供油大量减少，使供给增压器的废气量减少，增压器转速下降，从而是压气机空气流量减少，达到一定程度时会发生喘振，为防止这种情况，应避免飞车现象的发生。
4.环境温度的变化
当航行在不同温度的海域或季节，增压器与柴油机的配合运行点不同；气温升高，空气密度降低使进入压气机的空气流量减小，尽管排烟温度升高，排气管冷却能力下降，涡轮获得的能量反而减少，这样增压器转速降低将进一步导致空气流量减小，从而发生增压器喘振。
持续的喘振可以通过调节扫气总管顶部的阀来临时处理。
结语
增压器出现故障，不要匆忙地更换增压器，应该寻找和判断故障原因和部位，并尽可能地加以排除。
这样可以避免换上增压器后同样
的故障重复出现。
涡轮增压器是船舶动力装置的关键部件，轮机员要在日常管理中做好涡轮增压器的维护保养工作，将故障发生率降低到最低，使柴油机性能处于最好的状态。
参考文献
[1]李斌.船舶柴油机.大连:大连海事大学出版社.2008.
[2]满一新.轮机维护与修理.大连:大连海事大学出版社.2000.
[3]TURBOCHARGER INSTRUCTION MANUAL OF MAN B&WDIESEL.
作者简介：顾卫标（1967-），男，江苏南通人，江苏省海洋渔业指挥部，大专，轮机。