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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(dǎo)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、泉州安溪同城噴油泵注塞、泉州安溪同城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(guān)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(yán)重問題。隨著柴油發(fā)電機的功率增加、泉州安溪同城強載度提高和高速、泉州安溪同城輕型化,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(yán)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、泉州安溪同城輕型大功率柴油發(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、泉州安溪同城水流轉(zhuǎn)向處和水腔狹窄處對應(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)、泉州安溪同城含氣量、泉州安溪同城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(guān)于穴蝕機理的論述很多,其中較為普遍接受的一種理論認(rèn)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、泉州安溪同城氣泡被壓縮,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)生微觀電化學(xué)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、泉州安溪同城右側(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(yīng)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、泉州安溪同城結(jié)構(gòu)、泉州安溪同城爆發(fā)壓力、泉州安溪同城冷卻水腔和冷卻介質(zhì)、泉州安溪同城柴油發(fā)電機的工藝參數(shù)等有關(guān)。
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(guān):(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(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(shè)計時要求冷卻水腔內(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(yán)重,隨著水溫的升高,穴蝕破壞減輕。從發(fā)揮柴油發(fā)電機的效能和降低腐蝕、泉州安溪同城穴蝕出發(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、泉州安溪同城滲氮、泉州安溪同城噴陶瓷、泉州安溪同城涂環(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(xué)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(xué)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(xué)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、泉州安溪同城結(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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從4個方面來分析并比較發(fā)電機的風(fēng)冷和水冷系統(tǒng)
柴油發(fā)電機過冷或者過熱(即發(fā)電機冷卻能力過強或者過弱)都會對其動力性,經(jīng)濟性,工作可靠性帶來不利的影響。因此設(shè)計良好的冷卻系統(tǒng),能夠保證發(fā)電機始終處于適宜的溫度下工作,以獲得較高的發(fā)電機經(jīng)濟性能,動力性能,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)電機過熱,又要防止冬季發(fā)電機過冷,在冷態(tài)下的發(fā)電機啟動之后,冷卻系統(tǒng)還要保證發(fā)電機迅速升溫,盡快達到正常的工作溫度。
冷卻系統(tǒng),顧名思義,其主要作用就是對柴油發(fā)電機進行冷卻,保證柴油發(fā)電機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)電機公司結(jié)合風(fēng)冷系統(tǒng)和水冷系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)造、泉州安溪附近振動噪聲、泉州安溪附近冷卻效果、泉州安溪附近低溫性能、泉州安溪附近使用壽命,進行分析比較。
1.系統(tǒng)構(gòu)造:水冷柴油發(fā)電機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)運動時,將熱量傳給缸套,缸套又將熱量傳遞給冷卻液來實施冷卻,需要有水泵、泉州安溪附近水管、泉州安溪附近節(jié)溫器等專用零部件,構(gòu)造復(fù)雜;風(fēng)冷柴油發(fā)電機則省去許多部件和環(huán)節(jié),結(jié)構(gòu)相對簡單,但風(fēng)冷系統(tǒng)對材料的耐熱,耐磨,膨脹系數(shù)要求更高,制造起來技術(shù)工藝要求也比水冷要高。
2.振動噪聲:水冷系統(tǒng)由于在缸套外側(cè)配備水套,噪音經(jīng)過水后變小,從而大大降低了發(fā)電機內(nèi)部噪音,相對來說水冷柴油發(fā)電機的噪聲更小、泉州安溪附近震動較小,擁有更高的壓縮比,爆發(fā)力更強,功率更高,風(fēng)冷系統(tǒng)需要風(fēng)扇高速運轉(zhuǎn)來進行抽風(fēng)與排風(fēng),風(fēng)燥比較大,震動較為明顯。
3.冷卻效果:水冷系統(tǒng)的缸體和缸蓋剛度好,冷卻強度高,發(fā)電機內(nèi)部和外部冷卻均勻,冷卻水路設(shè)計自由度大,工作可靠,循環(huán)性好,降溫迅速,不容易過熱,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)勢更為明顯。
4.低溫性能:風(fēng)冷系統(tǒng)啟動方便、泉州安溪附近運行經(jīng)濟,啟動后氣缸的溫度上升較快,在短時間內(nèi)即可進入大負(fù)荷工作狀態(tài),沒有凍裂和過熱沸騰的危險,其低溫性能優(yōu)良;水冷系統(tǒng)啟動后,溫升比較緩慢,而且冷卻液更換不及時容易凍壞發(fā)電機,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)電機在露點以下的工作時間也大大縮短了,因而風(fēng)冷系統(tǒng)機件腐蝕、泉州安溪附近銹蝕程度小,而且缸體、泉州安溪附近缸蓋、泉州安溪附近散熱器、泉州安溪附近冷卻部件上也不會像水冷系統(tǒng)一樣存有水垢;水冷系統(tǒng)時間久了,冷卻管道容易受到腐蝕和損壞,相關(guān)部件容易老化、泉州安溪附近開裂,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。
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曲軸的形狀和發(fā)動機的發(fā)火次序
曲軸的形狀及曲柄銷間的相互位置(即曲拐的布置)與沖程數(shù)、泉州安溪附近氣缸數(shù)、泉州安溪附近氣缸排列方式(直列或V形等)和各氣缸做功行程發(fā)生的順序(稱為發(fā)火次序或工作順序)有關(guān)。曲軸的形狀同時要滿足慣性力的平衡以及發(fā)動機工作平穩(wěn)性的要求。
對四沖程發(fā)動機,曲軸每轉(zhuǎn)兩轉(zhuǎn)就是一個工作循環(huán),每個氣缸都發(fā)火做功一次。各缸的發(fā)火間隔時間(用0CA表示)要求均勻。如果發(fā)動機有i個氣缸,則發(fā)火間隔為7200/i0CA,即曲軸每轉(zhuǎn)7200/i時,就有一個氣缸做功,這樣才會使發(fā)動機的工作平穩(wěn)。下面介紹常用的4缸、泉州安溪附近6缸和V形8缸發(fā)動機的發(fā)火次序。
(1)四沖程直列4缸機,缸數(shù)i=4,發(fā)火間隔為7200/4=1800CA。4個曲柄銷布置在同一平面內(nèi),1、泉州安溪附近4缸的曲柄銷朝上時,2、泉州安溪附近3缸的朝下,1、泉州安溪附近4缸與2、泉州安溪附近3缸相隔1800。這種發(fā)動機可能采用的一種發(fā)火次序。
這種發(fā)火次序為1-3-4-2,習(xí)慣上以1缸為準(zhǔn),l缸做功后接著是3缸做功,以此類推。這種發(fā)動機的各氣缸,就是按照1-3-4-2的順序循環(huán),不斷周而復(fù)始地工作著。
如將上述2、泉州安溪附近3缸的工作過程互換,則可得到另一種發(fā)火次序。這種互換之所以可能,是因為2、泉州安溪附近3缸的曲柄銷(即它們的活塞)的位置是相同的。這樣就得到另一種發(fā)火次序,即1-2-4-3。
所以,4缸機可能采用兩種發(fā)火次序,即1-3-4-2和1-2-4-3。不過,對某一種具體的發(fā)動機來說,由于發(fā)火次序還與氣門機構(gòu)的安排等有關(guān),因而是確定而不能變更的。使用一臺發(fā)動機時,必須了解它的發(fā)火次序。
1-3-4-2和1-2-4-3兩種發(fā)火次序在工作平穩(wěn)性和主軸承負(fù)荷方面,沒有什么區(qū)別。一般柴油機采用前一種。
(2)四沖程直列6缸機,發(fā)火間隔為7200CA/6=1200CA。6個曲柄銷分別布置在3個平面內(nèi)(每個平面內(nèi)2個),各平面間互成1200。曲柄銷的具體布置可有兩種方式。當(dāng)1、泉州安溪附近6缸的曲柄銷朝上時,2、泉州安溪附近5缸的朝左,3、泉州安溪附近4缸的朝有,其發(fā)火次序是1-5-3-6-2-4。國產(chǎn)6缸機都采用這種曲軸和發(fā)火次序。
曲柄銷布置的另一種方式是將上述 種方式的2、泉州安溪附近5缸分別與3、泉州安溪附近4缸互換。這種方式的發(fā)火次序是1-4-2-6-3-5。
當(dāng)然,上述兩種6缸機的曲軸還可能采用其他的發(fā)火次序,但由于在實際發(fā)動機上幾乎沒有應(yīng)用,因而不作介紹。
按發(fā)火次序看,前后兩個氣缸的做功行程有600是重疊的,這種現(xiàn)象是容易理解的。因為各氣缸間做功行程的間隔是1200,而每個氣缸的做功行程本身都是1800,就必然有600互相重疊。在這個600中,兩個氣缸都在做功,前一個氣缸做功末完,后一個氣缸的做功已開始了。這種做功行程重疊的觀象對發(fā)動機的工作平穩(wěn)性是有利的。
(3)四沖程8缸機,大多將氣缸排列成雙列V形(兩列氣缸中心線的夾角常取900)。氣缸數(shù)i=8,其發(fā)火間隔為7200CA/8=900CA。這種發(fā)動機左右兩列氣缸中相對的一對連桿共裝在一個曲柄銷上,所以V形8缸機只有4個曲柄銷。通常將4個曲柄銷布置在兩個互成900的平面內(nèi)。
V形8缸機常用的發(fā)火次序為1-5-4-2-6-3-7-8。
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柴油發(fā)電機組保護系統(tǒng)
一、泉州安溪本地溫度及壓力保護系統(tǒng)
1.系統(tǒng)簡介
溫度及壓力的控制在柴油機運行中非常關(guān)鍵。
潤滑油壓力、泉州安溪本地燃油壓力不足,柴油機將無法運行。目前的大功率中速柴油機大都有一套比較完整的監(jiān)控檢測系統(tǒng),對柴油機的一些重要參數(shù)(如溫度、泉州安溪本地壓力等)進行監(jiān)控,一旦這些參數(shù)超出設(shè)定范圍就聲光報警或自動停機。
柴油機組設(shè)有氣缸排氣、泉州安溪本地透平排氣、泉州安溪本地主軸承、泉州安溪本地發(fā)電機定子、泉州安溪本地缸套水、泉州安溪本地潤滑油等溫度監(jiān)測及燃油、泉州安溪本地起動空氣、泉州安溪本地潤滑油、泉州安溪本地生水、泉州安溪本地缸套水、泉州安溪本地油嘴水、泉州安溪本地進氣等壓力監(jiān)測。這些溫度及壓力監(jiān)測、泉州安溪本地報警及停機系統(tǒng)主要由裝在控制屏上的CMR424、泉州安溪本地CMR524單元組成。
2.優(yōu)缺點。這套系統(tǒng)體積小、泉州安溪本地元件少(每一種信號由一個獨立的電路板轉(zhuǎn)化)、泉州安溪本地布局集中、泉州安溪本地便于監(jiān)視,而且有一部分溫度(如缸套水溫度、泉州安溪本地潤滑油溫度等)的控制采用PLC微電腦控制,自動化程度比較高。潤滑油壓力和缸套水壓力的控制就地直接采用壓力開關(guān)作用于跳機。盡管如此,該系統(tǒng)仍有一定的局限性。對于排氣溫度而言,只有單缸和平均溫度的差值報警,沒有單缸溫度超過設(shè)定值的報警,溫度無法實時顯示。傳統(tǒng)的自動記錄儀需要大量的打印紙,打印間隔太長,多種曲線擠在一起不易辯別,且無法數(shù)字化等。幾次渦輪增壓器損壞就是因為沒有及時發(fā)現(xiàn)溫度上升趨勢致使氣閥損壞而打壞渦輪增壓器的。
3.常見故障及防范改進對策。溫度顯示波動且幅度大,有時顯示-1或1該故障原因有: ,連接插頭接觸不良,可以擰緊,當(dāng)插頭松脫時CMR424顯示-1;第二,探頭特性變壞,可以更換探頭,特別當(dāng)熱電阻探頭短路時CMR424顯示1;第三,電子板需要重新調(diào)整。
二、泉州安溪本地全自動保護系統(tǒng)
1.工作原理
柴油發(fā)電機組油霧保護系統(tǒng)的主要保護元件是油霧探測器,它能及時檢測出有否因軸承過熱或活塞環(huán)損傷造成過量漏氣等故障而導(dǎo)致在曲軸箱內(nèi)形成油霧,從而監(jiān)視柴油機的主要運行部件——曲軸和氣缸的工作狀況是否正常。在柴油機運行過程中它通過采樣管系不停地抽出曲軸箱內(nèi)的油氣,并送至一個靈敏且準(zhǔn)確的濃度測量裝置。該濃度測量裝置包括一個紅外線發(fā)射二極管和對側(cè)一個光電接收二級管。光電二級管感受紅外線產(chǎn)生的光強度,并將光強度信號轉(zhuǎn)換為電信號送至電子鑒定裝置。
2.優(yōu)缺點
該保護裝置的快速性、泉州安溪本地靈敏性無可厚非,但經(jīng)過幾年的運行檢修發(fā)現(xiàn),由于外界或裝置自身的原因,使得其選擇性和可靠性大大降低。比如由于潤滑油冷卻器的泄漏(水進入并污染了潤滑油),油霧探測器將會感受到由于水份的增加而引起的不透明度的增加,繼而發(fā)生跳機。油霧探測器的電子元件屬于高精度元件,但因其安裝在柴油機本體上,溫度高、泉州安溪本地振動大,工作環(huán)境極為惡劣,由此使得電子元件的老化加劇,產(chǎn)生溫度漂移,跳機的靈敏度增加,誤動率也增加。而且該保護有時出現(xiàn)指示燈全無指示,使得保護經(jīng)常處于脫離狀態(tài)等。頻繁的保護誤動及保護的無法就緒,不僅會造成因甩負(fù)荷而引起的材質(zhì)疲勞,壽命縮短,而且會使生產(chǎn)人員產(chǎn)生麻痹心理,認(rèn)為該裝置不可靠,是誤動,這樣大大限制并誤導(dǎo)了生產(chǎn)人員的思維,而在真正出現(xiàn)“高油霧”時就會發(fā)生事故。
3.常見故障及防范改進對策
元件老化,溫度漂移等引起靈敏度改變,結(jié)合電廠的實際并經(jīng)有關(guān)專家同意,將報警閥值S開關(guān)調(diào)至第4級,運行至今未發(fā)生跳機現(xiàn)象。
4.電子板故障
當(dāng)油霧探測器出現(xiàn)紅、泉州安溪本地綠指示燈全部熄滅的現(xiàn)象,且檢查24VDC電源正常、泉州安溪本地插頭無松動時,基本上就可判斷為電子板故障,也可以采用對換其它機組的電子板來進行判斷。如確屬電子板故障,就應(yīng)該及時檢修或更換。
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