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(nèi)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)不足千小時缸套就因穴蝕穿孔而報廢，此時缸套內(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(cè)方向，特別是承受側(cè)推力 一側(cè)的偏上方；冷卻水進口、水流轉(zhuǎn)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(nèi)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(zhì)、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(nèi)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(gòu)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(zhuǎn)時，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。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(nèi)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(jié)構(gòu)、爆發(fā)壓力、冷卻水腔和冷卻介質(zhì)、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(zhuǎn)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(zhì)量和活塞在氣缸中橫擺時的速度?；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(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)電機設計時要求冷卻水腔內(nèi)水流速度應小于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(jié)構(gòu)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(nèi)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(jié)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(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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提高柴油發(fā)電機接地系統(tǒng)重視是保證人員操作的關鍵因素
  柴油發(fā)電機系統(tǒng)不同的市電供電網(wǎng)絡，雖然柴油發(fā)電機的應用已經(jīng)非常廣泛，但是其接地系統(tǒng)的設計并沒有統(tǒng)一的標準來范，再則山于許多柴油發(fā)電機系統(tǒng)地接地設計并沒有完全由專業(yè)的供電管理部門的監(jiān)督管理，致使在實際的應用中，使柴油發(fā)電機的接地系統(tǒng)正確設計往往被忽略。如何做好柴油發(fā)電機的系設計和施工，是值得我們注意的問題，往往大家在實際工作中，

  并沒有對此問題予以高的重視。因為各用系統(tǒng)運行的時間和機會都有限，所以由此而產(chǎn)生的問題會少，但是我們也并不能因此而認為已經(jīng)做得沒問題了。如國接地系統(tǒng)處理不當可能會造成設備的損壞和人員傷害的風險。如何保證提供的供電服務是合格的電源，在各種狀況下不會對客戶造成威脅，其中接地系統(tǒng)的正確設計和施工是非常值得考慮的。接地系統(tǒng)的一個龐大的系統(tǒng)，我們這里不討論如何做接地網(wǎng)，這個一般是由大樓設計方負責完成的。如果你是一個小型電站的承包方，那么這一點也是你應該考慮的。本文主要介紹發(fā)電機中性點與接地網(wǎng)之問的連接。接地其實分為系統(tǒng)接地和設各接地，設備接地就是把發(fā)電機的外殼、底座與接地網(wǎng)用軟電纜或柔性銅排與接地網(wǎng)進行連接，確保外殼與地網(wǎng)之間等電位，在系統(tǒng)發(fā)生接地的時候不會對人身造成威脅，沒備的接地要可靠，而且 有多處進行可靠連接。系統(tǒng)接地時指發(fā)電機組中性點與地網(wǎng)之間的連接。低壓發(fā)電機系統(tǒng)的接地比較簡單，GB14050將接地方式分為TN、TT、TI三種接地方式

TN系統(tǒng)

電源端有一個直接接地，電氣裝置的外露導電部分通過保護中性導體或保護導體連接到此接地點。根據(jù)中性導體和保護導體的組合情況，TN糸統(tǒng)的型式有以下三種：

  1、在實際應用中，市電提供的三相五線制的接線方式就是這種接法。

  2、如果系統(tǒng)中采用的三相些線制接法，PEN合并在一起，則屬十此類解法。

  3、TT系統(tǒng)電源端有一點直接接地，電氣裝置的外露可導電部分直接接地，此接地點在電氣上獨立于電源的接地點。

TI系統(tǒng)電源端的帶電部分不接地或有一點通過阻抗接地，電氣裝置的外露可導電部分直接接地。以上的接地系統(tǒng)方式也適用于低壓發(fā)電機系統(tǒng)，但是由于存在發(fā)電機系統(tǒng)和市電供電兩個系統(tǒng)，所以如何選擇作接地則成為一個認真對待。如果市電供電系統(tǒng)與發(fā)電機系統(tǒng)的換采用了4極ATS，那么可以認為這是兩個獨立電力系

統(tǒng)，其接地應該各自單獨考慮，無論是采用三相四線還是三相五線的配電方式，發(fā)電機的中性點要與地網(wǎng)進行還接。除非供電方式采用的TI系統(tǒng)。

當市電供電系統(tǒng)與發(fā)電機系統(tǒng)的切報采用了3極ATS，一般這時發(fā)電機的接地由市電側(cè)提供，發(fā)電機的中性點在就地不要與地網(wǎng)進行連接，其只能通過巾電側(cè)的N線接地，注意在市電設備檢修的時候不要斷開市電N線與地網(wǎng)的連接，否則會造成各用電源系統(tǒng)在接地斷開的情況下運行：許多安裝人員對于接地系統(tǒng)的重要性認識不足，且不知道如何處理接地問題。發(fā)電機廠家一般都提供發(fā)電機的中性點，有的中性點出廠時就與外殼連接，有的則沒有連接，出于懸空狀態(tài)，在發(fā)電機系統(tǒng)的施工過程中一定要咨詢甲方的工程技術(shù)人員明確系統(tǒng)的接地方式，按照施工圖紙進行接地處理。

如果發(fā)電機的中性點沒有接地和引出，則無法提供單相負荷的正確使用，誤將沒有N線的電源接入單相負載，則可能造成設備的損壞。在3極ATS的應用中，如果市電己經(jīng)提供了系統(tǒng)接地，那么柴油發(fā)電機內(nèi)部的接地就要取消，否則會造成多點接地，會在發(fā)生相接地障時影響系統(tǒng)的接地保戶動作。
本文簡單介紹了低壓系統(tǒng)的接地，旨在幫助大家提高對實際工作中遇到的接地系統(tǒng)重視，如果有任何疑問一定要與客戶進行交流，不可在故意回避接地問，因為系統(tǒng)接地是涉及系統(tǒng)運行中涉及到設備可靠運行和人員操作的關鍵因素。

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