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)致的宏觀和微觀電化學(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)生微觀電化學(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(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。

從4個(gè)方面來(lái)分析并比較發(fā)電機(jī)的風(fēng)冷和水冷系統(tǒng) 柴油發(fā)電機(jī)過(guò)冷或者過(guò)熱（即發(fā)電機(jī)冷卻能力過(guò)強(qiáng)或者過(guò)弱）都會(huì)對(duì)其動(dòng)力性，經(jīng)濟(jì)性，工作可靠性帶來(lái)不利的影響。因此設(shè)計(jì)良好的冷卻系統(tǒng)，能夠保證發(fā)電機(jī)始終處于適宜的溫度下工作，以獲得較高的發(fā)電機(jī)經(jīng)濟(jì)性能，動(dòng)力性能，工作可靠性指標(biāo)等。冷卻系統(tǒng)的功用就是使發(fā)電機(jī)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(jī)過(guò)熱，又要防止冬季發(fā)電機(jī)過(guò)冷，在冷態(tài)下的發(fā)電機(jī)啟動(dòng)之后，冷卻系統(tǒng)還要保證發(fā)電機(jī)迅速升溫，盡快達(dá)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(duì)柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)行冷卻，保證柴油發(fā)電機(jī)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(jī)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(dòng)噪聲、冷卻效果、低溫性能、使用壽命，進(jìn)行分析比較。 1.系統(tǒng)構(gòu)造：水冷柴油發(fā)電機(jī)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(yùn)動(dòng)時(shí)，將熱量傳給缸套，缸套又將熱量傳遞給冷卻液來(lái)實(shí)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(jī)則省去許多部件和環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，但風(fēng)冷系統(tǒng)對(duì)材料的耐熱，耐磨，膨脹系數(shù)要求更高，制造起來(lái)技術(shù)工藝要求也比水冷要高。 2.振動(dòng)噪聲：水冷系統(tǒng)由于在缸套外側(cè)配備水套，噪音經(jīng)過(guò)水后變小，從而大大降低了發(fā)電機(jī)內(nèi)部噪音，相對(duì)來(lái)說(shuō)水冷柴油發(fā)電機(jī)的噪聲更小、震動(dòng)較小，擁有更高的壓縮比，爆發(fā)力更強(qiáng)，功率更高，風(fēng)冷系統(tǒng)需要風(fēng)扇高速運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)進(jìn)行抽風(fēng)與排風(fēng)，風(fēng)燥比較大，震動(dòng)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(qiáng)度高，發(fā)電機(jī)內(nèi)部和外部冷卻均勻，冷卻水路設(shè)計(jì)自由度大，工作可靠，循環(huán)性好，降溫迅速，不容易過(guò)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(shì)更為明顯。 4.低溫性能：風(fēng)冷系統(tǒng)啟動(dòng)方便、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)，啟動(dòng)后氣缸的溫度上升較快，在短時(shí)間內(nèi)即可進(jìn)入大負(fù)荷工作狀態(tài)，沒(méi)有凍裂和過(guò)熱沸騰的危險(xiǎn)，其低溫性能優(yōu)良；水冷系統(tǒng)啟動(dòng)后，溫升比較緩慢，而且冷卻液更換不及時(shí)容易凍壞發(fā)電機(jī)，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(shì)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(jī)在露點(diǎn)以下的工作時(shí)間也大大縮短了，因而風(fēng)冷系統(tǒng)機(jī)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(huì)像水冷系統(tǒng)一樣存有水垢；水冷系統(tǒng)時(shí)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(zhǎng)。