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)電機運轉不足千小時缸套就因穴蝕穿孔而報廢，此時缸套內表面尚未磨損。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)電機的左右側方向，特別是承受側推力 一側的偏上方；冷卻水進口、水流轉向處和水腔狹窄處對應的缸壁上；缸套下部密封圈附近缸壁。缸套冷卻水腔除缸套穴蝕外，不應忽視氣缸套和氣缸體材料的差異和材料內部的各種電化學不均勻性導致的宏觀和觀電化學腐蝕。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、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)電機運轉時，由于缸套和活塞之間的間隙，活塞在側推力作用下不斷地沖撞著缸壁的左、右側，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、結構、爆發(fā)壓力、冷卻水腔和冷卻介質、柴油發(fā)電機的工藝參數(shù)等有關。

  1）缸套振動。柴油發(fā)電機運轉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：（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量和活塞在氣缸中橫擺時的速度?；钊|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外，還與缸套壁厚和縱向支承跨距的大小有關，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）冷卻水腔結構  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)電機設計時要求冷卻水腔內水流速度應小于2m/s，水腔寬度t為14%D (D為氣缸套內徑)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

  除從材料和結構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腐蝕與穴蝕。

（2）在冷卻水腔內安裝鋅塊實施陰極保護防止電化學腐蝕；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、結構和產(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、驅動裝置和泵噴嘴組成。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，由泵噴嘴內的柱塞在凸輪軸、推桿、搖臂及回位彈簧的作用驅動下往復運動，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，所以每個泵噴嘴上，均有一個控制泵噴嘴噴油提前角和噴油量的電磁閥，電磁閥由ECU控制其開啟和關閉時刻。由此可知，ECU必須有判缸號和曲軸轉速號，以便準確掌握是哪個氣缸處于壓縮行程，并判斷活塞運動距上止點前的角度，然后才能控制該缸電磁閥的通斷，以保持發(fā)電機工況對噴油正時和噴油量的要求。
  柴油發(fā)電機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。凸輪在凸輪軸帶動下旋轉，凸輪壓動泵噴嘴柱塞上下往復運動，使柱塞與套筒之間的容積發(fā)生變化，將泵腔內的燃油形成高壓，并由泵噴嘴噴人氣缸。
 泵噴嘴燃油供給系統(tǒng)的噴射過程包括高壓腔充注燃油階段、預噴射階段、主噴射階段和噴射結束階段。
  ①高壓腔充注燃油階段。這個階段的作用是向高壓腔充注燃油，為噴射循環(huán)做準備。其工作過程如下：泵柱塞在彈簧壓力作用下向上移動，這樣使高壓腔內容積擴大。泵噴嘴電磁閥不動作，電磁針閥處于靜止位置，供油管到高壓腔的通道打開，供油管內的油壓使燃油流人高壓腔。

  ②預噴射階段。在主噴射階段開始之前，少量燃油在低壓下噴人燃燒室，使燃燒室內的壓力和溫度上升，可以減少點火延遲（點火延遲是開始噴油和燃燒室內壓力開始上升之間的時間），這段時間應該短暫，否則在此期間噴油量大，壓力會突然上升并產(chǎn)生很大的燃燒噪聲。在預噴射循環(huán)和主噴射循環(huán)之間的“噴射間隔"，燃燒室內的壓力平緩上升，而不是一個突然的壓力上升，使得燃燒噪聲低，排放的氮氧化合物也少。
 噴射凸輪通過搖臂將泵柱塞壓下，將高壓腔內的燃油排出供油管。發(fā)電機ECU將給泵噴嘴電磁閥通電，在此時，電磁閥針閥被壓人閥座內，關閉高壓腔到供油管的通道，高壓腔內開始產(chǎn)生壓力。當壓力達到18MPa時，壓力高于噴射彈簧，玉力，噴射針閥上升
  噴嘴針閥打開后，預噴射立即結束。上升的壓力使輔助柱塞下移，使高壓腔內容積擴大。于是，壓力瞬時下降，噴嘴針閥關閉，此時，預噴射結束。輔助柱塞的下移增加了噴嘴彈簧的壓緊程度。在接下來的主噴射循環(huán)，若想再次打開針閥，油壓必須比預噴射過程中的油壓高。
  ③主噴射階段。這個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?、霧化良好，充分燃燒，從而減少排放污染并確保發(fā)電機率運轉。噴嘴針閥關閉后短時間內，高壓腔內壓力立即重新上升。噴嘴電磁閥仍然關閉，泵柱塞下移。約30MPa時，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，進人高壓腔的燃油多于經(jīng)噴孔噴出的燃油。柴油發(fā)電機 功率時的噴油壓力 ，高轉速時，噴人的油量也大，發(fā)電機 功率時的噴油壓力 。
 當發(fā)電機ECU停止給泵噴嘴電磁閥通電時，燃油被泵柱塞排出到供油管，壓力下降。噴嘴針閥關閉，噴嘴彈簧將旁通活塞壓回開始位置，主噴射循環(huán)結束。
  ④噴射結束階段。主噴射循環(huán)結束后，進人噴射結束階段。此時燃油壓力迅速下降，噴嘴迅速關閉。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，排放污染嚴重。

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