氣缸套高頻振動是柴油發(fā)電機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)普遍存在的嚴(yán)重問題。隨著柴油發(fā)電機(jī)的功率增加、強(qiáng)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(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的首要問題，嚴(yán)重地影響柴油發(fā)電機(jī)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(jī)，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(jī)投入運(yùn)轉(zhuǎn)不久(僅幾十小時(shí))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(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不足千小時(shí)缸套就因穴蝕穿孔而報(bào)廢，此時(shí)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(jī)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(jī)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(jìn)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(shí)存在或交替進(jìn)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(jī)理
  1）一般穴蝕機(jī)理：迄今為止，關(guān)于穴蝕機(jī)理的論述很多，其中較為普遍接受的一種理論認(rèn)為：機(jī)件發(fā)生穴蝕的先決條件是機(jī)件浸于液體中，并與液體有相對運(yùn)動，或機(jī)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(shí)高壓或瞬時(shí)高真空。在瞬時(shí)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(shí)，空泡、氣泡被壓縮，泡內(nèi)氣體迅速液化而使氣泡潰滅，這時(shí)周圍液體急速沖向潰滅處，產(chǎn)生極強(qiáng)的沖擊波作用在金屬表面。頻繁地沖擊，使機(jī)件表面金屬逐漸剝落。與此同時(shí)，金屬表面還產(chǎn)生觀電化學(xué)腐蝕，兩種腐蝕交替進(jìn)行共同作用致使機(jī)件穴蝕破壞。

  2) 柴油發(fā)電機(jī)氣缸套外圓表面與氣缸體(或機(jī)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(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，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(shí)受拉伸作用形成瞬時(shí)低壓，被壓縮時(shí)形成瞬時(shí)高壓。此外，冷卻水進(jìn)口和流動時(shí)產(chǎn)生渦漩使冷卻水通道內(nèi)壓力變化，也會形成瞬時(shí)高壓或低壓。在瞬時(shí)低壓時(shí)產(chǎn)生氣泡，瞬時(shí)高壓時(shí)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(jī)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(jī)的機(jī)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(jī)的工藝參數(shù)等有關(guān)。

  1）缸套振動。柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)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(qiáng)度與以下各點(diǎn)有關(guān)：（1）活塞與氣缸套之間的配合間隙：活塞在氣缸中運(yùn)動時(shí)，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(shí)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(qiáng)。（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(shí)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(jī)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(jī)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(jī)設(shè)計(jì)時(shí)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(jī)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(jìn)程，但也不宜長期水溫過低。實(shí)驗(yàn)表明，鋼鐵和鋁等金屬材料在淡水溫度為50～60oC時(shí)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(jī)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(jìn)來防止和降低缸套穴蝕外，對柴油發(fā)電機(jī)氣缸套穴蝕，還可采用以下措施：

（1）缸套外圓表面覆蓋保護(hù)層或強(qiáng)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(qiáng)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(shí)施陰極保護(hù)防止電化學(xué)腐蝕；例如柴油發(fā)電機(jī)氣缸套外表面安裝鋅帶并堅(jiān)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(hù)膜，不僅可以防止電化學(xué)腐蝕，而且可以減弱空泡破裂時(shí)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(shí)踐中防止或減輕穴蝕的方法很多，選用時(shí)依具體機(jī)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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柴油、潤滑油、混合油的選用

柴油機(jī)使用前，應(yīng)根據(jù)使用環(huán)境和條件選用適當(dāng)牌號的柴油和機(jī)油。選用恰當(dāng)與否對康明斯柴油發(fā)電機(jī)發(fā)動機(jī)的性能、工作可靠性及使用壽命均有很大的影響。

（1)柴油的選用

柴油的牌號由辛烷值決定，同時(shí)柴油的牌號也是柴油抗爆性的指標(biāo)。常用車用柴油按辛烷值的高低可分為90號、93號、97號三種牌號。

選用柴油時(shí)，主要考慮因素是發(fā)動機(jī)的壓縮比。當(dāng)然從全局上還應(yīng)考慮燃燒室結(jié)構(gòu)、材料、冷卻強(qiáng)度、混合氣濃度和點(diǎn)火提前角以及負(fù)荷和轉(zhuǎn)速等。高原或高山地區(qū)空氣稀薄，壓縮終了的壓力和溫度也較低，選用較低辛烷值的柴油，也不易發(fā)生爆燃使用柴油應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

①在炎熱的夏季和高原高山地區(qū)，由于氣溫高、氣壓低、易發(fā)生氣阻，應(yīng)加強(qiáng)發(fā)動機(jī)的散熱，并盡量使油管隔抹

②不要將加鉛的車用柴油作清洗油或溶劑油用，以防四乙基鉛中毒。

③不要使用經(jīng)長期存放已變質(zhì)的柴油，否則結(jié)膠積炭嚴(yán)重。

④柴油的閃點(diǎn)低，是易燃易爆品，必須遵守使用、保管柴油的措施。

（2）潤滑油的選用

潤滑油的主要作用是潤滑柴油機(jī)的運(yùn)動部件，并使運(yùn)動部件冷卻散熱、清洗，還能防止銹蝕。機(jī)油品質(zhì)的好壞和使用正確與否，不僅影響柴油機(jī)的性能和使用壽命，還影響機(jī)油的使用期限。因此應(yīng)根據(jù)柴油機(jī)的使用環(huán)境溫度，選用適當(dāng)牌號的機(jī)油。在機(jī)組工作的 環(huán)境溫度下，機(jī)油應(yīng)具有良好的流動性；在 溫度時(shí)，應(yīng)具有適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動黏度，這一點(diǎn)對風(fēng)冷柴油機(jī)尤為重要。

柴油發(fā)電機(jī)組所使用的潤滑油，除按說明書規(guī)定的以外，還可根據(jù)所在地區(qū)及季節(jié)的不同，進(jìn)行合理選擇。

（3）混合油的配制

混合油是柴油與機(jī)油按一定比例混合而成的，通常用在二沖程油霧潤滑的柴油機(jī)中?；旌嫌椭械牟裼湍軡M足正常燃燒條件，混合油中的機(jī)油能滿足汽缸及運(yùn)動部件的潤滑要求，所以在曲軸箱中不需加注機(jī)油。

混合油一般按柴油、機(jī)油的容積比配制。柴油機(jī)的混合油容積比一般為22L柴油與1L機(jī)油混合，即其柴油與機(jī)油的體積混合比為22：1；在各機(jī)型的配制過程中，切記一定要認(rèn)真閱讀該機(jī)型說明書。

柴油和機(jī)油一定要攪和拌勻，讓機(jī)油均勻地稀釋在柴油中。若某一時(shí)刻進(jìn)人汽缸中的機(jī)油過多，就會造成柴油機(jī)在工作過程中燒機(jī)油排氣冒藍(lán)煙，甚至導(dǎo)致燃油不易點(diǎn)燃并引起發(fā)動機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)機(jī)油過多還會造成火花塞、活塞環(huán)處嚴(yán)重積炭；當(dāng)機(jī)油過少時(shí)，汽缸壁得不到潤滑，加劇其磨損，甚至導(dǎo)致“拉缸”的嚴(yán)重事故。

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