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(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(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；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：冷卻水溫度過高將加速腐蝕的進(jìn)程，但也不宜長(zhǎng)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(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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只有正確的操作和保養(yǎng)才能減少柴油發(fā)電機(jī)氣缸套的異常磨損
柴油發(fā)電機(jī)氣缸套磨損的形式多樣而復(fù)雜，主要有：磨粒磨損、粘著磨損、腐蝕磨損、表面疲勞磨損和穴蝕等，通常是幾種磨損形式同時(shí)存在，互相影響，相互作用，從而加劇了氣缸套的磨損。柴油發(fā)電機(jī)氣缸套異常磨損與操作、保養(yǎng)方法有很大關(guān)系，只有保持正確的操作和保養(yǎng)方法，才能有效減少和柴油發(fā)電機(jī)氣缸套的異常磨損，延長(zhǎng)使用壽命和大修間隔期，降低使用成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
  氣缸套異常磨損的原因分析：氣缸套的磨損分為正常磨損和異常磨損。正常磨損是在正常工作條件下所發(fā)生的磨損，一般分3個(gè)階段，即：初始磨合期、穩(wěn)定磨損期和后期急劇磨耗期。正常磨損的磨損率較低，一般為0.01～0.08mm/1000h；異常磨損率則達(dá)到10～15mm/1000h。根據(jù)維修經(jīng)驗(yàn)分析，在灰塵多的環(huán)境下工作的柴油發(fā)電機(jī)的氣缸套異常磨損主要與下列因素有關(guān)：
  1.操作不正確造成的氣缸套異常磨損分為以下幾類：
  超速超負(fù)荷作業(yè)：柴油發(fā)電機(jī)超速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，活塞運(yùn)動(dòng)速度加快，缸套和活塞環(huán)間摩擦表面溫度隨速度增加而升高，當(dāng)缸套表面溫度升高至200℃左右時(shí)，缸套表面潤(rùn)滑油膜遭到破壞，摩擦狀態(tài)也由邊界摩擦變?yōu)楦赡Σ?。同樣，超?fù)荷作業(yè)時(shí)，進(jìn)油量增多，燃燒室內(nèi)空氣充量相對(duì)較為不足，造成燃料燃燒不完全，導(dǎo)致排氣溫度高，缸套表面溫度隨之上升，潤(rùn)滑油膜被燒蝕、破壞，使摩擦面間潤(rùn)滑不良，產(chǎn)生干摩擦。燃燒不完全和潤(rùn)滑油被燒蝕，使缸套表面積炭增多，產(chǎn)生了磨粒磨損；同時(shí)潤(rùn)滑油的高溫?cái)U(kuò)散性差，易產(chǎn)生高溫腐蝕。因此，長(zhǎng)期超速超負(fù)荷作業(yè)，缸套異常磨損特別嚴(yán)重。
  頻繁變換工況：當(dāng)發(fā)電機(jī)在變換工況下運(yùn)行時(shí)，如啟動(dòng)、停機(jī)、變負(fù)荷等，缸套和活塞環(huán)表面間的潤(rùn)滑油膜會(huì)隨之發(fā)生變化，容易使缸套磨損。
 為以下幾類：
  （1）“三濾”未清潔或失效而沒能及時(shí)更換：煙塵主要含有石英砂等，柴油發(fā)電機(jī)在含塵量較多的環(huán)境中作業(yè)時(shí)，灰塵易隨著空氣經(jīng)進(jìn)氣系統(tǒng)帶入氣缸中。此外也有可能是污染了灰塵的機(jī)油和燃油一道進(jìn)入發(fā)電機(jī)。當(dāng)空氣弗列加濾清器、燃油弗列加濾清器和機(jī)油弗列加濾清器因灰塵堵塞而未清潔或失效而無及時(shí)更換時(shí)，灰塵就較易進(jìn)入發(fā)電機(jī)，這些塵埃進(jìn)入摩擦面后，由于硬度比摩擦面高，引起磨粒磨損。有試驗(yàn)表明，當(dāng)磨粒直徑在30m左右時(shí)，所造成的磨粒磨損為劇烈，而磨粒粒度太大或太小的磨粒磨損則較輕。在弗列加濾清器過濾效果良好的情況下，弗列加濾清器一般能過濾掉10m以上的磨粒，因此經(jīng)常清潔弗列加濾清器和及時(shí)更換失效的弗列加濾清器，對(duì)減少磨粒磨損有很大作用。
  （2）冷卻水溫度太低或太高：冷卻水溫度過低，則因燃燒生成的二氧化碳、硫的氧化物容易與凝結(jié)于缸壁的水滴結(jié)合成碳酸、硫酸和亞硫酸，對(duì)缸壁造成嚴(yán)重的酸腐蝕；同時(shí)溫度低，燃料不能完全燃燒，一部分成為廢氣排出，一部分則滲入并破壞缸壁的潤(rùn)滑油，導(dǎo)致摩擦面間潤(rùn)滑不良，磨損加劇。冷卻水溫度太高，則使?jié)櫥宛B(yǎng)化嚴(yán)重。有試驗(yàn)表明，溫度每增加10℃，氧化速度將增加一倍，因此，缸套壁溫度過高，潤(rùn)滑油膜氧化速度進(jìn)行得很快，此時(shí)潤(rùn)滑油粘度降低，油膜容易破壞，加劇磨損，根據(jù)對(duì)許多柴油機(jī)的試驗(yàn)表明，冷卻水溫度在75～80℃為宜，此時(shí)磨損量較低；另外，潤(rùn)滑油在高溫氧化后生成的積炭使摩擦表面產(chǎn)生磨粒磨損，使磨損更加嚴(yán)重。造成冷卻水溫度太低和太高的原因主要有：發(fā)電機(jī)頻繁開開停?；騿?dòng)時(shí)節(jié)溫器失效致冷卻水始終未能進(jìn)行小循環(huán)使冷卻水溫度太低。水箱水量太少，水泵風(fēng)扇皮帶太松致風(fēng)扇風(fēng)力不足；冷卻水道堵塞水流不暢，水箱冷卻片污物多致散熱差；冷卻水道滲入高溫氣體；潤(rùn)滑油變質(zhì)缸套積碳散熱差、磨損嚴(yán)重等，均會(huì)造成水溫偏高。
  （3）燃燒室內(nèi)積炭多：柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后，就會(huì)在活塞頂、進(jìn)排氣門、氣缸蓋的燃燒室上面積聚一定數(shù)量的積炭，若沒有及時(shí)清理，這些積炭就會(huì)在摩擦面間形成磨粒，使摩擦面產(chǎn)生磨粒磨損；同時(shí)因積炭造成表面散熱差，導(dǎo)致磨擦面間表面溫度升高，降低潤(rùn)滑油的潤(rùn)滑性能，也同樣加劇了氣缸套的磨損。
  （4）潤(rùn)滑油變質(zhì)：潤(rùn)滑油變質(zhì)后對(duì)金屬表面的吸附力和分散力下降，從而使有腐蝕磨損表面更加嚴(yán)重，表面摩擦狀態(tài)也由于潤(rùn)滑油的變質(zhì)而粘度下降，容易破壞潤(rùn)滑油膜，使表面磨損加大，對(duì)此，應(yīng)定期更換潤(rùn)滑油，確保表面處于良好潤(rùn)滑狀態(tài)。
為防止氣缸套發(fā)生類似上面的異常磨損，應(yīng)做好以下幾點(diǎn)措施：
  1）柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)后，應(yīng)適當(dāng)?shù)芈D(zhuǎn)一段較短時(shí)間，待溫度升高后，再帶負(fù)荷工作；柴油發(fā)電機(jī)在帶負(fù)荷工作時(shí)轉(zhuǎn)速應(yīng)均勻，不應(yīng)在超負(fù)荷情況下工作，工作溫度要保持在規(guī)定的范圍內(nèi)，不可過高或過低；
  2）按時(shí)清潔更換失效的空氣弗列加濾清器、燃油弗列加濾清器和機(jī)油弗列加濾清器；按不同季節(jié)更換不同的潤(rùn)滑油，定期添加或更換油底殼的潤(rùn)滑油；定期清潔活塞頂、氣門及氣缸蓋上的積炭；經(jīng)常清洗水箱，清通冷卻水道，檢查、調(diào)整風(fēng)扇皮帶，檢查節(jié)溫器性能，失效應(yīng)及時(shí)更換。
  3）發(fā)現(xiàn)柴油發(fā)電機(jī)有故障時(shí)要及時(shí)排除，避免因小故障而造成大的損失；

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