氣缸套高頻振動是柴油發(fā)電機產(chǎn)生穴蝕的根本原因
導(dǎo)讀：發(fā)生穴蝕破壞的除了柴油發(fā)電機氣缸套零件外，還有軸瓦、噴油泵注塞、螺旋槳槳葉及離心泵葉輪等。機件穴蝕破壞問題日益引起人們的關(guān)注，尤其是缸套穴蝕已是柴油發(fā)電機的重要問題，引起國內(nèi)外的重視與研究。氣缸套穴蝕是柴油發(fā)電機普遍存在的嚴(yán)重問題。隨著柴油發(fā)電機的功率增加、強載度提高和高速、輕型化，氣缸套穴蝕破壞就成為妨礙柴油發(fā)電機正常運轉(zhuǎn)的首要問題，嚴(yán)重地影響柴油發(fā)電機的工作可靠性和氣缸套的使用壽命。
一般說來，高速、輕型大功率柴油發(fā)電機，不論是開式冷卻還是閉式冷卻，氣缸套都有不同程度的穴蝕。有的柴油發(fā)電機投入運轉(zhuǎn)不久(僅幾十小時)就會在氣缸套外圓表面上出現(xiàn)穴蝕小孔，甚至柴油發(fā)電機運轉(zhuǎn)不足千小時缸套就因穴蝕穿孔而報廢，此時缸套內(nèi)表面尚未磨損。二沖程十字頭式低速柴油發(fā)電機氣缸套基本不發(fā)生穴蝕破壞。
1．穴蝕部位：缸套穴蝕發(fā)生在濕式氣缸套外圓表面上，一般集中在柴油發(fā)電機的左右側(cè)方向，特別是承受側(cè)推力 一側(cè)的偏上方；冷卻水進口、水流轉(zhuǎn)向處和水腔狹窄處對應(yīng)的缸壁上；缸套下部密封圈附近缸壁。缸套冷卻水腔除缸套穴蝕外，不應(yīng)忽視氣缸套和氣缸體材料的差異和材料內(nèi)部的各種電化學(xué)不均勻性導(dǎo)致的宏觀和觀電化學(xué)腐蝕。這兩種腐蝕同時存在或交替進行均會加重缸套的腐蝕。此外，冷卻水(海水或淡水)的水質(zhì)、含氣量、流速等均對穴蝕有影響。
2.氣缸套穴蝕機理
1）一般穴蝕機理：迄今為止，關(guān)于穴蝕機理的論述很多，其中較為普遍接受的一種理論認(rèn)為：機件發(fā)生穴蝕的先決條件是機件浸于液體中，并與液體有相對運動，或機件在液體中受到某種能量的傳遞作用，形成液體中的局部瞬時高壓或瞬時高真空。在瞬時高真空區(qū)，液體汽化形成氣泡，或溶于水中的空氣以空泡形式從液體中分離出來；在另一瞬間形成高壓時，空泡、氣泡被壓縮，泡內(nèi)氣體迅速液化而使氣泡潰滅，這時周圍液體急速沖向潰滅處，產(chǎn)生極強的沖擊波作用在金屬表面。頻繁地沖擊，使機件表面金屬逐漸剝落。與此同時，金屬表面還產(chǎn)生觀電化學(xué)腐蝕，兩種腐蝕交替進行共同作用致使機件穴蝕破壞。
2) 柴油發(fā)電機氣缸套外圓表面與氣缸體(或機體)構(gòu)成冷卻水空間，在狹小的環(huán)形通道中流動著淡水或海水。柴油發(fā)電機運轉(zhuǎn)時，由于缸套和活塞之間的間隙，活塞在側(cè)推力作用下不斷地沖撞著缸壁的左、右側(cè)，使氣缸套產(chǎn)生高頻振動。缸套高頻振動和缸壁的彈性變形使冷卻水空間的容積交替地增大和減小，冷卻水相應(yīng)交替地膨脹與被壓縮。膨脹時受拉伸作用形成瞬時低壓，被壓縮時形成瞬時高壓。此外，冷卻水進口和流動時產(chǎn)生渦漩使冷卻水通道內(nèi)壓力變化，也會形成瞬時高壓或低壓。在瞬時低壓時產(chǎn)生氣泡，瞬時高壓時氣泡潰滅，缸套外圓表面頻繁受到?jīng)_擊和觀電化學(xué)腐蝕作用而破壞。
3．影響缸套穴蝕的因素：生產(chǎn)中并非所有的筒狀活塞式柴油發(fā)電機氣缸套都發(fā)生穴蝕破壞，即使是發(fā)生穴蝕破壞其程度也各不相同。缸套穴蝕與柴油發(fā)電機的機型、結(jié)構(gòu)、爆發(fā)壓力、冷卻水腔和冷卻介質(zhì)、柴油發(fā)電機的工藝參數(shù)等有關(guān)。
1）缸套振動。柴油發(fā)電機運轉(zhuǎn)中氣缸套高頻振動是產(chǎn)生穴蝕的根本原因，缸套振動強度與以下各點有關(guān)：（1）活塞與氣缸套之間的配合間隙：活塞在氣缸中運動時，活塞對氣缸壁的沖擊能量的大小取決于活塞質(zhì)量和活塞在氣缸中橫擺時的速度?；钊|(zhì)量固定不變，但速度隨著活塞與缸套之間的配合間隙的增加而增大。所以，活塞對缸壁的沖擊能量取決于活塞與缸套配合間隙的大小。配合間隙大，活塞橫擺加速度大，沖擊前壁能量大，則缸套振動增強。（2）缸套剛度：缸套剛度直接影響缸套的振動。剛度大，受活塞沖擊時缸套變形小，振動小，可有效地防止穴蝕。缸套剛度除與其材料有關(guān)外，還與缸套壁厚和縱向支承跨距的大小有關(guān)，缸壁厚度增加，支承跨距縮短，缸套剛度增大。氣缸套與氣缸體(機體)之間的配合間隙對缸套的剛度亦有影響。如果柴油發(fā)電機缸套與缸體鑄成一體，缸套剛度增大，可有效地防止穴蝕。（3）冷卻水腔結(jié)構(gòu) 冷卻水腔通道太窄，水流速度增高，容易產(chǎn)生空泡。柴油發(fā)電機設(shè)計時要求冷卻水腔內(nèi)水流速度應(yīng)小于2m/s，水腔寬度t為14%D (D為氣缸套內(nèi)徑)或不小于10mm，各處均勻一致，水流暢通不形成死水區(qū)和渦流區(qū)，有利于降低缸套穴蝕。柴油發(fā)電機把冷卻水腔窄處由1.5mm增至7mm，大大降低缸套穴蝕。
2）冷卻水溫度與壓力：冷卻水溫度過高將加速腐蝕的進程，但也不宜長期水溫過低。實驗表明，鋼鐵和鋁等金屬材料在淡水溫度為50～60oC時穴蝕嚴(yán)重，隨著水溫的升高，穴蝕破壞減輕。從發(fā)揮柴油發(fā)電機的效能和降低腐蝕、穴蝕出發(fā)，冷卻水腔淡水溫度在80～90oC為好。冷卻水壓力高可以抑制空泡的形成，減少穴蝕的發(fā)生。但冷卻水壓力提高將使其溫度升高而加速穴蝕。
4．防止缸套穴蝕的措施
除從材料和結(jié)構(gòu)上的改進來防止和降低缸套穴蝕外，對柴油發(fā)電機氣缸套穴蝕，還可采用以下措施：
（1）缸套外圓表面覆蓋保護層或強化層。采用鍍鉻、滲氮、噴陶瓷、涂環(huán)氧樹脂或涂尼龍等工藝使金屬表面與冷卻水隔開，或使缸套外圓表面強化，可有效地防止電化學(xué)腐蝕與穴蝕。
（2）在冷卻水腔內(nèi)安裝鋅塊實施陰極保護防止電化學(xué)腐蝕；例如柴油發(fā)電機氣缸套外表面安裝鋅帶并堅持定期更換取得防止穴蝕的良好效果。
（3）在冷卻水中加入緩蝕劑；例如乳化油緩蝕劑或被膜緩蝕劑，使在缸套外表面上形成一層較薄的連續(xù)保護膜，不僅可以防止電化學(xué)腐蝕，而且可以減弱空泡破裂時的沖擊波對缸套外表面的沖擊作用，從而減輕穴蝕。
結(jié)論：在實踐中防止或減輕穴蝕的方法很多，選用時依具體機型、結(jié)構(gòu)和產(chǎn)生穴蝕的原因而定，以取得良好效果。
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不重視潤滑系統(tǒng)磨損問題有可能導(dǎo)致柴油發(fā)電機報廢
隨著國內(nèi)技術(shù)進步、材料品質(zhì)的，柴油發(fā)電機日益向大馬力、重負(fù)荷方向發(fā)展需要。較之以往柴油發(fā)電機對其各工作機構(gòu)系統(tǒng)以及運動部件可靠性的要求也相應(yīng)提高。其中潤滑系統(tǒng)的技術(shù)狀況就直接影響發(fā)電機的動力性、經(jīng)濟性、耐用性和使用可靠性。潤滑系統(tǒng)的工作不正常，可加速個部零件的早期磨損，或造成機件或發(fā)電機總成的損壞直至報廢等嚴(yán)重的機械事故。下面康明斯公司結(jié)合具體工作，試對柴油發(fā)電機潤滑系統(tǒng)統(tǒng)的常見故障加以分析。
1. 機油壓力忽高忽低。發(fā)電機在剛啟動到溫度正常時機油壓力也隨之正常。轉(zhuǎn)速高時高，轉(zhuǎn)速低時略低也屬正常。壓力忽高忽低、機油壓力表指針反復(fù)擺動屬不正常故障現(xiàn)象。應(yīng)從以下幾方面著手分析處理。（1）油量不足，通過機油尺可以發(fā)現(xiàn)。當(dāng)發(fā)電機啟動時，油壓正常，隨后下降到0.1MPa以下，中高速運轉(zhuǎn)時壓力又會上升一點，一會隨著溫度的升高，機油壓力會降的更低。（2）機油粘度過大過臟，使機油集濾器部分堵塞。隨著油門的變化，機油壓力表的表針也上下擺動。此時應(yīng)及時清洗油道。機油集濾器和粗、細(xì)濾器、更換機油。（3）機油限壓閥或旁通閥壓力彈簧形變或折斷、開閉失常，也能造成機油壓力的忽高忽低，應(yīng)及時的應(yīng)對修理。
2. 機油消耗量增加。柴油發(fā)電機在正常運轉(zhuǎn)時機油的消耗量相當(dāng)于柴油消耗量的1%～1.5%，為0.7～3.7克/千瓦.小時。超過此標(biāo)準(zhǔn)則視為過量消耗。一般機油過量耗損的原因應(yīng)從以下幾方面著手分析處理。（1）漏機油。曲軸前后油封損壞漏油；油管、油箱、機油弗列加濾清器、機油散熱器、增壓器油封油管漏油；油底殼與機體、油管接頭、正時齒輪室與缸體等結(jié)合密封不嚴(yán)而漏油，使機油消耗量增加。（2）機油參與了發(fā)電機的燃燒。就是我們常說的燒機油。由于活塞環(huán)過度磨損，活塞環(huán)邊隙、側(cè)隙、背隙、開口間隙過大；活塞環(huán)失去彈力，或因積炭燒結(jié)卡死在環(huán)槽內(nèi)；刮油環(huán)油孔道堵塞；此時伴有排氣管有大量的藍(lán)色濃煙冒出，且冷車時有金屬敲擊聲（敲缸），使機油消耗量過大。（3）曲軸箱通風(fēng)不暢。發(fā)電機工作過程中，使用中應(yīng)保持曲軸箱通風(fēng)管的通暢，負(fù)壓閥片不變形、粘連或裝錯；通風(fēng)管不能有急彎；更不能圖省事取消通風(fēng)管而用木塞之類的東西將其堵死。
柴油發(fā)電機工作時，各運動零件之間存在一定的相互作用力，并伴隨高速的相對運動，零件表面必然要產(chǎn)生摩擦，加速磨損。因此，為了減輕磨損，減小摩擦阻力，延長使用壽命，發(fā)電機上都必須有潤滑系統(tǒng)。潤滑系統(tǒng)在柴油發(fā)電機工作時連續(xù)不斷地把數(shù)量足夠、溫度適當(dāng)?shù)臐崈魴C油輸送到全部傳動件的摩擦表面。并在摩擦表面之間形成油膜，實現(xiàn)液體摩擦。到減小摩擦阻力、降低功率消耗、減輕機件磨損，提高發(fā)電機工作可靠性和耐久性。
柴油發(fā)電機潤滑系統(tǒng)的功用：潤滑作用：將機油不斷她供給運動零件的摩擦表面，形成一定的油膜，少零件的摩擦和磨損；冷卻作用：潤滑油在潤滑各摩擦表面的同時，吸收各摩擦表面的熟量，降低各摩擦表面的溫度；清潔作用：潤滑油在循環(huán)流動中，可摩擦表面的磨屑等雜質(zhì)；密封作用：在運動零件之間、氣缸壁上形成的油膜可以高零件的密封效果；防銃作用。在零件表面形成油膜，防止金屬機件發(fā)生氧化銃蝕；液壓作用：可以利用潤滑油作液壓油；緩沖作用．在運動零件表面形成油膜，吸收沖擊小振動。
柴油發(fā)電機燃油系統(tǒng)機油的早期變質(zhì)，消耗量過大；系統(tǒng)壓力過高、過低；溫度不正常等都是柴油發(fā)電機常見的故障在系統(tǒng)的表現(xiàn)形式。及時準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)、分析、判斷故障在系統(tǒng)中的位置，認(rèn)真的加以排除，對保障柴油發(fā)電機的正常運行，提高使用壽命，充分發(fā)揮機械的使用性能至關(guān)重要
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