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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)致的宏觀和微觀電化學(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)生微觀電化學(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)_擊和微觀電化學(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。活塞質(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。
從4個方面來分析并比較發(fā)電機的風(fēng)冷和水冷系統(tǒng) 柴油發(fā)電機過冷或者過熱（即發(fā)電機冷卻能力過強或者過弱）都會對其動力性，經(jīng)濟性，工作可靠性帶來不利的影響。因此設(shè)計良好的冷卻系統(tǒng)，能夠保證發(fā)電機始終處于適宜的溫度下工作，以獲得較高的發(fā)電機經(jīng)濟性能，動力性能，工作可靠性指標等。冷卻系統(tǒng)的功用就是使發(fā)電機在各種工況下都保持在適當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi)，冷卻系統(tǒng)既要防止發(fā)電機過熱，又要防止冬季發(fā)電機過冷，在冷態(tài)下的發(fā)電機啟動之后，冷卻系統(tǒng)還要保證發(fā)電機迅速升溫，盡快達到正常的工作溫度。 冷卻系統(tǒng)，顧名思義，其主要作用就是對柴油發(fā)電機進行冷卻，保證柴油發(fā)電機在一定的溫度范圍內(nèi)可靠的工作，根據(jù)冷卻介質(zhì)的不同，分為風(fēng)冷系統(tǒng)和水冷系統(tǒng)兩種。下面康明斯發(fā)電機公司結(jié)合風(fēng)冷系統(tǒng)和水冷系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)造、振動噪聲、冷卻效果、低溫性能、使用壽命，進行分析比較。 1.系統(tǒng)構(gòu)造：水冷柴油發(fā)電機的氣缸套分為干式氣缸套（不直接與水接觸）和濕式氣缸套（直接與水接觸），活塞在缸套內(nèi)往復(fù)運動時，將熱量傳給缸套，缸套又將熱量傳遞給冷卻液來實施冷卻，需要有水泵、水管、節(jié)溫器等專用零部件，構(gòu)造復(fù)雜；風(fēng)冷柴油發(fā)電機則省去許多部件和環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)相對簡單，但風(fēng)冷系統(tǒng)對材料的耐熱，耐磨，膨脹系數(shù)要求更高，制造起來技術(shù)工藝要求也比水冷要高。 2.振動噪聲：水冷系統(tǒng)由于在缸套外側(cè)配備水套，噪音經(jīng)過水后變小，從而大大降低了發(fā)電機內(nèi)部噪音，相對來說水冷柴油發(fā)電機的噪聲更小、震動較小，擁有更高的壓縮比，爆發(fā)力更強，功率更高，風(fēng)冷系統(tǒng)需要風(fēng)扇高速運轉(zhuǎn)來進行抽風(fēng)與排風(fēng)，風(fēng)燥比較大，震動較為明顯。 3.冷卻效果：水冷系統(tǒng)的缸體和缸蓋剛度好，冷卻強度高，發(fā)電機內(nèi)部和外部冷卻均勻，冷卻水路設(shè)計自由度大，工作可靠，循環(huán)性好，降溫迅速，不容易過熱，不受環(huán)境影響；風(fēng)冷系統(tǒng)的冷卻介質(zhì)為空氣，空氣的比熱容大約為水的比熱容的1/4左右，空氣的傳熱系數(shù)大概為水的傳熱系數(shù)的1/20—1/30左右，空氣的降溫效果不如水明顯，尤其在夏季使用中，水冷系統(tǒng)的優(yōu)勢更為明顯。 4.低溫性能：風(fēng)冷系統(tǒng)啟動方便、運行經(jīng)濟，啟動后氣缸的溫度上升較快，在短時間內(nèi)即可進入大負荷工作狀態(tài)，沒有凍裂和過熱沸騰的危險，其低溫性能優(yōu)良；水冷系統(tǒng)啟動后，溫升比較緩慢，而且冷卻液更換不及時容易凍壞發(fā)電機，需要定期檢查冷卻液的質(zhì)量，低溫環(huán)境下風(fēng)冷系統(tǒng)的優(yōu)勢更大。使用壽命風(fēng)冷系統(tǒng)中于氣缸壁溫度高，升溫速度快，酸性腐蝕和磨損在很大程度上降低了，柴油發(fā)電機在露點以下的工作時間也大大縮短了，因而風(fēng)冷系統(tǒng)機件腐蝕、銹蝕程度小，而且缸體、缸蓋、散熱器、冷卻部件上也不會像水冷系統(tǒng)一樣存有水垢；水冷系統(tǒng)時間久了，冷卻管道容易受到腐蝕和損壞，相關(guān)部件容易老化、開裂，水箱容易產(chǎn)生水垢反而影響冷卻效果，風(fēng)冷系統(tǒng)使用壽命更長。
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唯有切斷供氣才是制止柴油發(fā)電機飛車行之有效的方法 柴油發(fā)電機飛車的實質(zhì)是噴油泵調(diào)速器作用失靈，供油量不能隨負荷減小（轉(zhuǎn)速相應(yīng)升高）而減小引起的飛車；或者是氣缸內(nèi)進入了額外的燃油或過多的機油，使燃料燃燒產(chǎn)生的動力大大超過柴油發(fā)電機的運轉(zhuǎn)阻力（機械摩擦阻力及外界負荷），柴油發(fā)電機工作失去平衡而引起的飛車。 “飛車”產(chǎn)生的原因： 1.調(diào)速器部分（1）油泵齒條（拉桿）卡滯在 供油位置。原因是裝配過緊，或進入臟物，或固定螺母、銷子和腱等連接件漏裝或脫落。（2）調(diào)速器彈簧斷裂，飛錘脫出或卡滯；高速限制螺釘不起作用。（3）調(diào)速器內(nèi)加入潤滑機油太多，影響飛錘的慣性作用而無法靈嫩地控制噴油泵油量。在冬季機油如果凍結(jié)，飛錘不能飛甩，更易造成“飛車"。 2.油泵部分（1）油泵柱塞卡滯在 供油位置造成“飛車”。若在柴油發(fā)電機工作過程中發(fā)生“飛車”，多是因油泵內(nèi)進入了臟油，油中帶進的水和機械雜質(zhì)進人柱塞副的間隙中，引起柱塞卡滯。（2）安裝不當(dāng)，如帶動油泵柱塞的齒條和齒輪的嚙合關(guān)系裝錯了，或柱塞裝反。（3）為了調(diào)大供油量，使柱塞螺旋槽旋度過大。 防止“飛車”的措施：（1）調(diào)試噴油泵總成時，要嚴格地按照調(diào)試工藝檢修。調(diào)整噴油泵和調(diào)速器的各個零件和組合件、各連接點磨損時必須修復(fù)，指壞件要及時更換。裝配時要嚴格按照工藝步驟與要求進行， 要在技術(shù)狀態(tài)良好的噴油泵試驗臺上進行的調(diào)試。調(diào)試內(nèi)容包括三方面：不同工作情況供油量的調(diào)整，調(diào)速器的調(diào)整，供油角度的調(diào)整。現(xiàn)在有輕視噴油泵的傾向，認為手工就可以解決油泵的切問題，就是上試驗臺也只是調(diào)一下供油量與供油均勻性，這種看法和做法是造成“飛車"的重要原因。若在工作中油泵進入了臟油致使柱塞卡滯，應(yīng)首先檢查清洗柴油粗細弗列加濾清器，放出油箱中沉淀物和水，然后排除柱塞卡滯現(xiàn)象，必要時應(yīng)拆卸油泵柱塞（包括噴油嘴）進行清詵。（2）當(dāng)發(fā)生“飛車"時，應(yīng)沉著、果斷、采取緊急熄火措施。這樣就可避免機器事故和保障人身。常采用緊急熄火的方法有：立即停止供油，將凋速手柄拉到熄火位置，順手關(guān)掉油箱開關(guān)或用扳手卸掉高壓油管，（3）立即停止供氣，用棉衣緊緊包住弗列加濾清器的空氣入口，或用力拔下弗列加濾清器，堵死進氣口。（4）打開減壓裝置。減壓后氣門不能關(guān)死，致使柴油發(fā)電機熄火。不過采用此法等于在配氣機構(gòu)中造成數(shù)毫米的間隙，在高速下，這樣大的間隙，將形成很大的沖擊，可能摜壞減壓機構(gòu)、氣門彈簧或配氣系統(tǒng)的其它零件。如果減壓機構(gòu)被打壞，則會停不住車。如在行進中，可剎車增大負荷，迫使發(fā)電機熄火。 飛車后的應(yīng)急措施處理飛車的措施基本上有3個：加大負荷；切斷供油（高壓油）；切斷供氣短加大負荷的方法是掛高擋并強行制動迫使發(fā)電機熄火、這樣做雖然有效，但容易造成發(fā)電機和傳動部分零件的損壞，并容易導(dǎo)致交通事故。 切斷供油從原理上是說得通的、但實際上卻不怎么有效。原因是飛車多發(fā)生在發(fā)電機空載運行時，由于噴油泵柱塞套上的吸、排油口在高速下產(chǎn)生了較強的節(jié)流作用，使供油量比額定油量還大，這些燃油噴入氣缸后無法完全燃燒，除以大量濃黑煙的形式排出外，必然還有部分燃油滯留在發(fā)電機活塞頂部。因此即使在發(fā)生飛車時立即切斷高壓油供給，但活塞頂部的殘油足以維持相當(dāng)時間的繼續(xù)燃燒，不能使發(fā)電機轉(zhuǎn)速立即降下來，浪費了寶貴的時回，眼睜睜地看著發(fā)電機損壞而束手無策。 唯有切斷供氣才是制止飛車行之有效的方法，沒有空氣中的氧氣助燃，燃油就沒有辦法繼續(xù)燃燒。切斷供氣的方法按發(fā)電機結(jié)構(gòu)不同而有所區(qū)別。有減壓機構(gòu)的，應(yīng)立即使發(fā)電機減壓；有由機械縱或氣動操縱的進、排氣動裝置的，應(yīng)立即實行阻氣能動；若這些機構(gòu)都沒有，可堵住發(fā)電機進氣口，使其缺氧而自熄。
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