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气缸套高频振动是柴油发电机产生穴蚀的根本原因
导读:发生穴蚀破坏的除了柴油发电机气缸套零件外,还有轴瓦、同城喷油泵注塞、同城螺旋桨桨叶及离心泵叶轮等。机件穴蚀破坏问题日益引起人们的关注,尤其是缸套穴蚀已是柴油发电机的重要问题,引起国内外的重视与研究。气缸套穴蚀是柴油发电机普遍存在的严重问题。随着柴油发电机的功率增加、同城强载度提高和高速、同城轻型化,气缸套穴蚀破坏就成为妨碍柴油发电机正常运转的首要问题,严重地影响柴油发电机的工作可靠性和气缸套的使用寿命。
一般说来,高速、同城轻型大功率柴油发电机,不论是开式冷却还是闭式冷却,气缸套都有不同程度的穴蚀。有的柴油发电机投入运转不久(仅几十小时)就会在气缸套外圆表面上出现穴蚀小孔,甚至柴油发电机运转不足千小时缸套就因穴蚀穿孔而报废,此时缸套内表面尚未磨损。二冲程十字头式低速柴油发电机气缸套基本不发生穴蚀破坏。
1.穴蚀部位:缸套穴蚀发生在湿式气缸套外圆表面上,一般集中在柴油发电机的左右侧方向,特别是承受侧推力 一侧的偏上方;冷却水进口、同城水流转向处和水腔狭窄处对应的缸壁上;缸套下部密封圈附近缸壁。缸套冷却水腔除缸套穴蚀外,不应忽视气缸套和气缸体材料的差异和材料内部的各种电化学不均匀性导致的宏观和微观电化学腐蚀。这两种腐蚀同时存在或交替进行均会加重缸套的腐蚀。此外,冷却水(海水或淡水)的水质、同城含气量、同城流速等均对穴蚀有影响。
2.气缸套穴蚀机理
1)一般穴蚀机理:迄今为止,关于穴蚀机理的论述很多,其中较为普遍接受的一种理论认为:机件发生穴蚀的先决条件是机件浸于液体中,并与液体有相对运动,或机件在液体中受到某种能量的传递作用,形成液体中的局部瞬时高压或瞬时高真空。在瞬时高真空区,液体汽化形成气泡,或溶于水中的空气以空泡形式从液体中分离出来;在另一瞬间形成高压时,空泡、同城气泡被压缩,泡内气体迅速液化而使气泡溃灭,这时周围液体急速冲向溃灭处,产生极强的冲击波作用在金属表面。频繁地冲击,使机件表面金属逐渐剥落。与此同时,金属表面还产生微观电化学腐蚀,两种腐蚀交替进行共同作用致使机件穴蚀破坏。
2) 柴油发电机气缸套外圆表面与气缸体(或机体)构成冷却水空间,在狭小的环形通道中流动着淡水或海水。柴油发电机运转时,由于缸套和活塞之间的间隙,活塞在侧推力作用下不断地冲撞着缸壁的左、同城右侧,使气缸套产生高频振动。缸套高频振动和缸壁的弹性变形使冷却水空间的容积交替地增大和减小,冷却水相应交替地膨胀与被压缩。膨胀时受拉伸作用形成瞬时低压,被压缩时形成瞬时高压。此外,冷却水进口和流动时产生涡漩使冷却水通道内压力变化,也会形成瞬时高压或低压。在瞬时低压时产生气泡,瞬时高压时气泡溃灭,缸套外圆表面频繁受到冲击和微观电化学腐蚀作用而破坏。
3.影响缸套穴蚀的因素:生产中并非所有的筒状活塞式柴油发电机气缸套都发生穴蚀破坏,即使是发生穴蚀破坏其程度也各不相同。缸套穴蚀与柴油发电机的机型、同城结构、同城爆发压力、同城冷却水腔和冷却介质、同城柴油发电机的工艺参数等有关。
1)缸套振动。柴油发电机运转中气缸套高频振动是产生穴蚀的根本原因,缸套振动强度与以下各点有关:(1)活塞与气缸套之间的配合间隙:活塞在气缸中运动时,活塞对气缸壁的冲击能量的大小取决于活塞质量和活塞在气缸中横摆时的速度。活塞质量固定不变,但速度随着活塞与缸套之间的配合间隙的增加而增大。所以,活塞对缸壁的冲击能量取决于活塞与缸套配合间隙的大小。配合间隙大,活塞横摆加速度大,冲击前壁能量大,则缸套振动增强。(2)缸套刚度:缸套刚度直接影响缸套的振动。刚度大,受活塞冲击时缸套变形小,振动小,可有效地防止穴蚀。缸套刚度除与其材料有关外,还与缸套壁厚和纵向支承跨距的大小有关,缸壁厚度增加,支承跨距缩短,缸套刚度增大。气缸套与气缸体(机体)之间的配合间隙对缸套的刚度亦有影响。如果柴油发电机缸套与缸体铸成一体,缸套刚度增大,可有效地防止穴蚀。(3)冷却水腔结构 冷却水腔通道太窄,水流速度增高,容易产生空泡。柴油发电机设计时要求冷却水腔内水流速度应小于2m/s,水腔宽度t为14%D (D为气缸套内径)或不小于10mm,各处均匀一致,水流畅通不形成死水区和涡流区,有利于降低缸套穴蚀。柴油发电机把冷却水腔窄处由1.5mm增至7mm,大大降低缸套穴蚀。
2)冷却水温度与压力:冷却水温度过高将加速腐蚀的进程,但也不宜长期水温过低。实验表明,钢铁和铝等金属材料在淡水温度为50~60oC时穴蚀严重,随着水温的升高,穴蚀破坏减轻。从发挥柴油发电机的效能和降低腐蚀、同城穴蚀出发,冷却水腔淡水温度在80~90oC为好。冷却水压力高可以抑制空泡的形成,减少穴蚀的发生。但冷却水压力提高将使其温度升高而加速穴蚀。
4.防止缸套穴蚀的措施
除从材料和结构上的改进来防止和降低缸套穴蚀外,对柴油发电机气缸套穴蚀,还可采用以下措施:
(1)缸套外圆表面覆盖保护层或强化层。采用镀铬、同城渗氮、同城喷陶瓷、同城涂环氧树脂或涂尼龙等工艺使金属表面与冷却水隔开,或使缸套外圆表面强化,可有效地防止电化学腐蚀与穴蚀。
(2)在冷却水腔内安装锌块实施阴极保护防止电化学腐蚀;例如柴油发电机气缸套外表面安装锌带并坚持定期更换取得防止穴蚀的良好效果。
(3)在冷却水中加入缓蚀剂;例如乳化油缓蚀剂或被膜缓蚀剂,使在缸套外表面上形成一层较薄的连续保护膜,不仅可以防止电化学腐蚀,而且可以减弱空泡破裂时的冲击波对缸套外表面的冲击作用,从而减轻穴蚀。
结论:在实践中防止或减轻穴蚀的方法很多,选用时依具体机型、同城结构和产生穴蚀的原因而定,以取得良好效果。
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柴油发电机组的停车注意事项
1.停车前柴油机要怠速运转几分钟
停车前使柴油机怠速运转3~5min,让润滑油和冷却液带走燃烧室、当地轴承和轴等部件的热量,这是很重要的。这对涡轮增压式柴油机尤为重要。
涡轮增压器中的轴承和油封,均要受到排气高温的影响。柴油机在运转时,这些热量由循环的机油带走,但是,如果柴油机突然停车,增压器温度可能升高56℃(100 °F)之多。过热的结果将会使轴承咬死或油封失效。
2.不要使柴油机过于长时间急速运转
长时间怠速运转对柴油机是不利的,因为燃烧室温度过低,使燃油不可能完全燃烧。这将引起积炭,从而堵塞了喷油嘴喷孔和活塞环,并可能造成气门卡位。
如果柴油机冷却液的温度变得太低,一些未燃烧的柴油将冲刷气缸壁上的润滑油并稀释曲轴箱中的机油,使柴油机中的所有运动零件受到润滑不良之害。
如果柴油机不使用,就应停车。
3.将钥匙开关转至“关”(OFF)的位置来关掉柴油机
对装有电动截流阀的柴油机,通过关掉钥匙开关或者通过转动手动截流阀均可使柴油机完全停熄。只要截流阀上的控制旋钮不是锁在开启位置,关掉钥匙开关就可以使柴油机停车。如果使用电动截流阀上的控制旋钮,按逆时针方向将旋钮转到头可使柴油机停车。柴油机完全停车以前不能用钥匙开关再将截流阀重新打开。
注意:当柴油机停车时决不要将钥匙开关或控制旋钮放在使阀打开的位置或在运转位置上,否则高位油箱将会使柴油流入气缸,从而引起液力锁紧。
4.不要用减压杆使柴油机停车
一些柴油机上装有减压杆。拉起减压杆将顶起进气门或排气门(根据柴油机型号)推杆而使气门打开。由于使用减压杆停车而将推杆顶离推杆座,这样将会使推杆上球座和球头产生很大的磨损。
减压杆只能在起动前作为转动柴油机的辅助手段,或者在调整喷油嘴和气门时使用,而不能用来停止柴油机。
5.任何零件有故障应立即停下柴油机
实际上,在零件出现故障和柴油机损坏前,所有故障现象总会给操作者一些警告的,如机油压力突然下降、当地声音不正常等。
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柴油发电机的知识
柴油发电机组调节供油量大小要注意哪些问题?
柴油发电机组的供油量对机组的工作稳定性产生重要影响。那么调节机组的供油量大小有哪些注意事项呢?
1.松开拔叉(或齿圈、本地或法兰套筒)的固定螺钉,只需微量移动便可改变供油量,切不可移动过大,否则难以调整准确(如有必要,可先标记出初始位置,便于对照)。
2.每次调整后,必须确认固定螺钉的拧紧度。
发电机供油量调节注意事项
3.在进行供油量的调整时,应确保油量不得高于标准供油量。这是因为调整是在低速下进行的,考虑到漏油等诸多因素的影响,此时允许有较大的不均匀度(30%),但高速时受节流作用等因素的影响,其允许不均匀度较小(3%)。如果在低速时的油量高于标准供油量,那么高速油量可能会有较大变化,甚至超过额定供油量。
4.如果在同一发动机上 供油量与小供油量相差较大,不要急于调整,可先将两分泵的出油阀对调安装,进行检查比较,这样做有时也可以改变供油量。若对调后没有改变供油量,则需对两分泵逐一进行调整。
5.采用比较法调整供油量,操作必须谨慎细致。