氣缸套高頻振動(dòng)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(wèn)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(wèn)題，引起國(guó)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(wèn)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(wèn)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(shuō)來(lái)，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(huì)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(duì)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(huì)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(duì)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(duì)運(yùn)動(dòng)，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(lái)；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?zèng)_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(dòng)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(dòng)。缸套高頻振動(dòng)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(dòng)時(shí)產(chǎn)生渦漩使冷卻水通道內(nèi)壓力變化，也會(huì)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(dòng)。柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中氣缸套高頻振動(dòng)是產(chǎn)生穴蝕的根本原因，缸套振動(dòng)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(dòng)時(shí)，活塞對(duì)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(duì)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(dòng)增強(qiáng)。（2）缸套剛度：缸套剛度直接影響缸套的振動(dòng)。剛度大，受活塞沖擊時(shí)缸套變形小，振動(dòng)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(duì)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(guò)高將加速腐蝕的進(jìn)程，但也不宜長(zhǎng)期水溫過(guò)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(lái)防止和降低缸套穴蝕外，對(duì)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(duì)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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你知道柴油發(fā)電機(jī)的泵噴嘴燃油系統(tǒng)分為哪三部分嗎
  泵噴嘴燃油供給系統(tǒng)高壓部分主要山分配管、驅(qū)動(dòng)裝置和泵噴嘴組成。泵噴嘴一般均直接安裝在氣缸蓋上，低壓燃油由低壓輸油泵先送入氣缸蓋上的油道中，然后再分別向固定在缸蓋上的泵噴嘴供油。低壓燃油送人泵噴嘴，由泵噴嘴內(nèi)的柱塞在凸輪軸、推桿、搖臂及回位彈簧的作用驅(qū)動(dòng)下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將低壓燃油升壓，然后由泵噴嘴噴出。
  由于泵噴嘴是每缸一個(gè)，所以每個(gè)泵噴嘴上，均有一個(gè)控制泵噴嘴噴油提前角和噴油量的電磁閥，電磁閥由ECU控制其開啟和關(guān)閉時(shí)刻。由此可知，ECU必須有判缸號(hào)和曲軸轉(zhuǎn)速號(hào)，以便準(zhǔn)確掌握是哪個(gè)氣缸處于壓縮行程，并判斷活塞運(yùn)動(dòng)距上止點(diǎn)前的角度，然后才能控制該缸電磁閥的通斷，以保持發(fā)電機(jī)工況對(duì)噴油正時(shí)和噴油量的要求。
  柴油發(fā)電機(jī)泵噴嘴可分為三部分，即高壓燃油形成部分、燃油霧化噴射部分和電控電磁閥部分。
  高壓燃油形成部分高壓燃油形成部分由凸輪、柱塞和回位彈簧組成。凸輪在凸輪軸帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，凸輪壓動(dòng)泵噴嘴柱塞上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使柱塞與套筒之間的容積發(fā)生變化，將泵腔內(nèi)的燃油形成高壓，并由泵噴嘴噴人氣缸。
 泵噴嘴燃油供給系統(tǒng)的噴射過(guò)程包括高壓腔充注燃油階段、預(yù)噴射階段、主噴射階段和噴射結(jié)束階段。
  ①高壓腔充注燃油階段。這個(gè)階段的作用是向高壓腔充注燃油，為噴射循環(huán)做準(zhǔn)備。其工作過(guò)程如下：泵柱塞在彈簧壓力作用下向上移動(dòng)，這樣使高壓腔內(nèi)容積擴(kuò)大。泵噴嘴電磁閥不動(dòng)作，電磁針閥處于靜止位置，供油管到高壓腔的通道打開，供油管內(nèi)的油壓使燃油流人高壓腔。

  ②預(yù)噴射階段。在主噴射階段開始之前，少量燃油在低壓下噴人燃燒室，使燃燒室內(nèi)的壓力和溫度上升，可以減少點(diǎn)火延遲（點(diǎn)火延遲是開始噴油和燃燒室內(nèi)壓力開始上升之間的時(shí)間），這段時(shí)間應(yīng)該短暫，否則在此期間噴油量大，壓力會(huì)突然上升并產(chǎn)生很大的燃燒噪聲。在預(yù)噴射循環(huán)和主噴射循環(huán)之間的“噴射間隔"，燃燒室內(nèi)的壓力平緩上升，而不是一個(gè)突然的壓力上升，使得燃燒噪聲低，排放的氮氧化合物也少。
 噴射凸輪通過(guò)搖臂將泵柱塞壓下，將高壓腔內(nèi)的燃油排出供油管。發(fā)電機(jī)ECU將給泵噴嘴電磁閥通電，在此時(shí)，電磁閥針閥被壓人閥座內(nèi)，關(guān)閉高壓腔到供油管的通道，高壓腔內(nèi)開始產(chǎn)生壓力。當(dāng)壓力達(dá)到18MPa時(shí)，壓力高于噴射彈簧，玉力，噴射針閥上升
  噴嘴針閥打開后，預(yù)噴射立即結(jié)束。上升的壓力使輔助柱塞下移，使高壓腔內(nèi)容積擴(kuò)大。于是，壓力瞬時(shí)下降，噴嘴針閥關(guān)閉，此時(shí)，預(yù)噴射結(jié)束。輔助柱塞的下移增加了噴嘴彈簧的壓緊程度。在接下來(lái)的主噴射循環(huán)，若想再次打開針閥，油壓必須比預(yù)噴射過(guò)程中的油壓高。
  ③主噴射階段。這個(gè)階段的作用是以高噴射壓力將燃油噴人燃燒室?？諝夂腿加突旌稀㈧F化良好，充分燃燒，從而減少排放污染并確保發(fā)電機(jī)率運(yùn)轉(zhuǎn)。噴嘴針閥關(guān)閉后短時(shí)間內(nèi)，高壓腔內(nèi)壓力立即重新上升。噴嘴電磁閥仍然關(guān)閉，泵柱塞下移。約30MPa時(shí)，燃油壓力高于噴嘴彈簧作用力，噴嘴針閥再次上升，主噴油開始。壓力上升到205MPa時(shí)，進(jìn)人高壓腔的燃油多于經(jīng)噴孔噴出的燃油。柴油發(fā)電機(jī) 功率時(shí)的噴油壓力 ，高轉(zhuǎn)速時(shí)，噴人的油量也大，發(fā)電機(jī) 功率時(shí)的噴油壓力 。
 當(dāng)發(fā)電機(jī)ECU停止給泵噴嘴電磁閥通電時(shí)，燃油被泵柱塞排出到供油管，壓力下降。噴嘴針閥關(guān)閉，噴嘴彈簧將旁通活塞壓回開始位置，主噴射循環(huán)結(jié)束。
  ④噴射結(jié)束階段。主噴射循環(huán)結(jié)束后，進(jìn)人噴射結(jié)束階段。此時(shí)燃油壓力迅速下降，噴嘴迅速關(guān)閉。防止燃油在低噴射壓力下以大顆粒滴人燃燒室，造成燃燒不完全，排放污染嚴(yán)重。

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