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造成柴油發(fā)電機(jī)組燒瓦和軸瓦失效現(xiàn)象的原因
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柴油發(fā)電機(jī)組是社會(huì)生產(chǎn)生活的重要?jiǎng)恿υ?,在船舶、核電、化工、交通等多領(lǐng)域廣泛使用。柴油機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、激勵(lì)源多,長(zhǎng)期受不平衡慣性力、爆燃沖擊力作用,其運(yùn)動(dòng)件、易損件故障頻發(fā)。當(dāng)前柴油斷齒故障、曲柄連桿機(jī)構(gòu)故障研究成果很多但研究方法較為傳統(tǒng),缺乏對(duì)其它關(guān)聯(lián)零部件原因?qū)е碌墓收线M(jìn)行分析的方法,因此常出現(xiàn)故障不能一次性徹底解決的問(wèn)題。柴油機(jī)故障輕則停機(jī)維修造成企業(yè)和社會(huì)巨大經(jīng)濟(jì)損失,重則引起機(jī)組失控危及人身影響企業(yè)聲譽(yù)。因此提高柴油機(jī)故障分析診治水平,發(fā)展柴油機(jī)故障在線(xiàn)監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)實(shí)現(xiàn)故障預(yù)警,降低惡性故障發(fā)生概率減小故障損失極具社會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。本文針對(duì)柴油機(jī)實(shí)際運(yùn)行中齒輪系與曲柄連桿機(jī)構(gòu)故障頻發(fā),嚴(yán)重危害機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的問(wèn)題,考慮到實(shí)際故障數(shù)據(jù)缺乏,部分故障進(jìn)行故障模擬實(shí)驗(yàn)難度大、風(fēng)險(xiǎn)高、成本昂貴的現(xiàn)狀,采用計(jì)算機(jī)建模仿真技術(shù),結(jié)合實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐驗(yàn)證的方式,開(kāi)展柴油機(jī)齒輪系與曲柄連桿機(jī)構(gòu)故障機(jī)理與監(jiān)測(cè)研究。
(1)現(xiàn)象與判斷
1)燒瓦。燒瓦是指曲軸的主軸頸與主軸瓦之間或連桿軸頸與連桿軸瓦之間因缺少潤(rùn)滑油潤(rùn)滑而咬死。
柴油發(fā)電機(jī)工作時(shí),如果突然在曲軸箱聽(tīng)到一種“唧、唧”的響聲,好像在缺乏潤(rùn)滑油的情況下用大鉆頭在材質(zhì)堅(jiān)硬的鋼件上鉆孔時(shí)所發(fā)出的聲音,這一般是缺油而發(fā)生燒瓦的前兆。同時(shí)出現(xiàn)以下三種情況時(shí),一般可判斷柴油發(fā)電機(jī)的軸瓦已燒壞;潤(rùn)滑油溫度急劇升高達(dá)90℃以上、潤(rùn)滑油壓力原來(lái)正常后又突然大幅度下降、拆開(kāi)機(jī)油濾清器或清洗油底殼時(shí)發(fā)現(xiàn)許多軸瓦合金碎末。
燒瓦常常與“所軸”同時(shí)出現(xiàn)。軸瓦在運(yùn)轉(zhuǎn)中出現(xiàn)了不應(yīng)有的剝離、龜裂、燒損、粘結(jié)和嚴(yán)重拉傷等現(xiàn)象,輕者需要更換軸瓦及連桿活塞組,重者會(huì)使柴油發(fā)電機(jī)曲軸頸嚴(yán)重拉傷,甚至還會(huì)使曲軸、機(jī)體報(bào)廢。造成柴油發(fā)電機(jī)燒瓦抱軸的原因雖然是多方面的,但歸根到底是其潤(rùn)滑條件被破壞,引起摩擦性質(zhì)改變成粘附磨損。
2)疲勞剝落。疲勞剝落是由于交變負(fù)荷及其作用周次超過(guò)材料本身所能承受的極限而發(fā)生的損壞現(xiàn)象。
出現(xiàn)疲勞剝落的軸瓦工作表面出現(xiàn)微裂紋,進(jìn)而向縱深和橫向護(hù)展,裂紋相互連通時(shí),軸瓦表面層剝落形成不規(guī)則的剝落坑。實(shí)際使用中,若瓦背墊有異物,造成局部應(yīng)力集中,也是引起疲勞剝落的原因。合金脫落會(huì)導(dǎo)致軸頸和軸瓦配合間隙增大、潤(rùn)滑油壓力下降和出現(xiàn)響聲(敲擊聲)。
3)劃痕。劃痕是指軸瓦表面沿圓周方向出現(xiàn)連續(xù)或斷續(xù)的溝線(xiàn),輕微的劃痕并不影響柴油發(fā)電機(jī)正常工作,嚴(yán)重的劃痕使軸瓦承載面積顯著減少。
4)異物嵌入。所謂異物嵌入是指外來(lái)顆粒全部或部分嵌入合金層。異物混入潤(rùn)滑油后,在工作負(fù)荷作用下被壓入合金層。細(xì)小顆粒全部嵌入合金層時(shí),通常不會(huì)使軸瓦失效,但大于0.3mm的顆粒將不能被合金層全部嵌藏。
5)軸瓦穴蝕。軸瓦穴蝕是因潤(rùn)滑油中形成大量細(xì)小的潤(rùn)滑油蒸氣泡被擠壓破裂而產(chǎn)生很大的 力,沖擊軸瓦表面形成凹坑。蒸氣泡的形成是由于軸瓦承受的載荷發(fā)生波動(dòng)或波動(dòng)幅度增加及油中含水或夾帶空氣所致。
6)擦傷。擦傷是因瞬時(shí)缺潤(rùn)滑油,油膜破裂面造成軸瓦工作表面與軸頸表面直接接觸,而導(dǎo)致的一種熱損壞,其特征為軸瓦和軸頸表面出現(xiàn)擦傷的斑痕,屬較為嚴(yán)重的粘著磨損。
(2)軸瓦失效的原因
1)油底殼內(nèi)潤(rùn)滑油量不足或機(jī)油油路不暢通,機(jī)油泵不能正常供油或潤(rùn)滑油壓力過(guò)低,導(dǎo)致潤(rùn)滑不良。
2)潤(rùn)滑油的等級(jí)不符合要求,潤(rùn)滑油變質(zhì)、過(guò)臟;氣缸套防水橡皮密封圈失效,導(dǎo)致冷卻水滲漏到油底殼。
3)軸頸和軸瓦的間隙不符合標(biāo)準(zhǔn)。該間隙影響潤(rùn)滑油膜的形成;間隙過(guò)小,則潤(rùn)滑油不易進(jìn)入軸頸和軸瓦的摩擦表面,無(wú)法形成潤(rùn)滑油膜;間隙過(guò)大,軸頸與軸瓦間的振動(dòng)和撞擊增大,導(dǎo)致潤(rùn)滑油膜破裂。
4)柴油發(fā)電機(jī)剛起動(dòng),特別是冬季,潤(rùn)滑油尚沒(méi)有進(jìn)行充分潤(rùn)滑時(shí),應(yīng)以很高的速度并滿(mǎn)負(fù)荷工作,或頻繁起動(dòng),長(zhǎng)時(shí)間怠速運(yùn)轉(zhuǎn)等。
5)柴油發(fā)電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間超負(fù)荷、超轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn):機(jī)體溫度高,潤(rùn)滑油粘度下降,不易形成正常的潤(rùn)滑油膜;交變載荷及作用周次超過(guò)了軸瓦材料極限;載荷波動(dòng)或波動(dòng)幅度增加,使?jié)櫥蜌馀萜屏选?
6)使用維護(hù)和裝配不當(dāng),軸頸表面有飛邊,以及裝配時(shí)未清洗干凈。
在排除機(jī)件本身故障的同時(shí),還要特別注意查找、分析引起故障的原因,如軸瓦失效是由于潤(rùn)滑油壓力低、缺潤(rùn)滑油,還是油道有臟堵、油流不暢等原因所致,只有查找到引發(fā)故障的終原因并排除后,才能保證柴油發(fā)電機(jī)可靠工作,以免更換軸瓦后,再次發(fā)生同類(lèi)故障。
在 2200kw發(fā)電機(jī)出租、2500kw發(fā)電機(jī)出租、2800kw發(fā)電機(jī)出租、3000kw發(fā)電機(jī)出租產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的今天,朔銳機(jī)電設(shè)備(保定市分公司)“以科學(xué)的管理模式,雄厚的技術(shù)力量,完善的服務(wù)體系”對(duì)客戶(hù)永不變的承諾,一定會(huì)在新世紀(jì),“銳不可當(dāng),揚(yáng)帆遠(yuǎn)航”,我們?cè)概c您共同攜手,互惠互利,共創(chuàng)輝煌!
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一起回望柴油發(fā)電機(jī)組的發(fā)展史
現(xiàn)代柴油機(jī)是在德國(guó)機(jī)械工程師狄塞爾發(fā)明的柴油機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的,1892年,德國(guó)機(jī)械工程師狄塞爾取得了柴油發(fā)電機(jī)壓縮點(diǎn)火的 。他的做法是以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比來(lái)提高熱效率,利用壓縮氣體的高溫來(lái)點(diǎn)燃進(jìn)入汽缸的燃料,這樣做的好處是不但省去了點(diǎn)火裝置和汽化器,而且可以使用比柴油價(jià)格更低的柴油做燃料。
狄塞爾經(jīng)過(guò)了5年的實(shí)驗(yàn),在1897年制成了 臺(tái)具有實(shí)用價(jià)值的壓縮點(diǎn)火柴油發(fā)電機(jī),即壓燃式柴油機(jī)。與以前的柴油發(fā)電機(jī)相比,它延長(zhǎng)了汽缸內(nèi)氣體的壓縮過(guò)程,大大提高了壓縮終了時(shí)氣體的壓力和溫度,實(shí)現(xiàn)了不用點(diǎn)火系統(tǒng)而使柴油自動(dòng)點(diǎn)火燃燒的功能。狄塞爾發(fā)明的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)能將35%的燃料潛能轉(zhuǎn)變成動(dòng)力而當(dāng)時(shí)有效的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)也只能將28%的燃料潛能轉(zhuǎn)變成動(dòng)力,這是柴油發(fā)電機(jī)技術(shù)第二次革命性的突破。但是,當(dāng)時(shí)狄塞爾發(fā)明的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)存在著很多的缺點(diǎn),比如重量重、噪聲大、冒黑煙,排出的大量廢氣會(huì)對(duì)環(huán)境影響很大,而且噴油泵還不完善,從而嚴(yán)重限制和影響了柴油機(jī)的衄??梢哉f(shuō),狄塞爾先生生前只看到發(fā)動(dòng)機(jī)的成功的開(kāi)端,卻沒(méi)有看到柴油機(jī)技術(shù)的飛躍發(fā)展,沒(méi)有看到柴油機(jī)的廣泛應(yīng)用。
據(jù)資料記載,柴油機(jī)技術(shù)在1914年以前發(fā)展比緩慢,在 次世界期間,由于戰(zhàn)爭(zhēng)的需要柴油發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始大量生產(chǎn),用于軍事目的。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)柴油發(fā)電的發(fā)展史真正得到廣泛應(yīng)用是在1950年左右。早期的柴油機(jī)都是四沖程的,1899年德國(guó)工程師雨果.古爾德納制造出了二沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī),他把當(dāng)時(shí)采用相同缸徑的四沖程柴油機(jī)的功率提高了60%~80%。二沖程柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,造價(jià)低廉,但其燃油和潤(rùn)滑油的消耗量較高、冷卻比較困難、耐用性較差,而且很難制造出功率較大的發(fā)動(dòng)機(jī),所以至今實(shí)際使用的功率比較大的柴油機(jī)都是四沖程的。
世界上 臺(tái)發(fā)電機(jī)是1831年由英國(guó)的物理學(xué)家邁克爾·法拉第發(fā)明的。當(dāng)時(shí)法拉第在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),當(dāng)磁鐵在線(xiàn)圈中移動(dòng)時(shí),線(xiàn)圈會(huì)產(chǎn)生電流,即今天我們大家所熟知的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象之后不久,便利用電磁感應(yīng)原理發(fā)明了世界上 臺(tái)發(fā)電機(jī),即法拉第圓盤(pán)發(fā)電機(jī)。這臺(tái)發(fā)電機(jī)的構(gòu)造與現(xiàn)代的發(fā)電機(jī)不同,在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)的不是線(xiàn)圈,而是一個(gè)用紫銅做的圓盤(pán)。圓心處固定一個(gè)搖柄,圓盤(pán)的邊緣和圓心處各與一個(gè)黃銅電刷緊貼,用導(dǎo)線(xiàn)把電刷與電流表連接起來(lái);紫銅圓盤(pán)放置在馬蹄形磁鐵的磁場(chǎng)中。當(dāng)法拉第轉(zhuǎn)動(dòng)搖柄使紫銅圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)起來(lái)的時(shí)候,電流表的指針偏向一邊,這說(shuō)明電路中產(chǎn)生了持續(xù)的電流。這就是法拉第試制出的世界上 臺(tái)發(fā)電機(jī)。當(dāng)年法拉第曾在英國(guó)皇家學(xué)會(huì)上表演他的發(fā)電機(jī)。當(dāng)時(shí),有一位貴夫人問(wèn)法拉第:“這玩藝兒有什么用呢?”法拉第非常有禮貌地回答道:“夫人,新生的嬰兒又有什么用處呢?”這一絕妙的回答受到大家的交口稱(chēng)贊。
當(dāng)拉第發(fā)明的圓盤(pán)發(fā)電機(jī)雖然非常簡(jiǎn)單,它產(chǎn)生的電流甚至不能讓一只小燈泡發(fā)光,但是,這是世界上 臺(tái)發(fā)電機(jī),是它首先向人類(lèi)揭開(kāi)了機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的序幕。后來(lái),人們?cè)诖嘶A(chǔ)上將馬蹄形 磁鐵改為能產(chǎn)生強(qiáng)大磁場(chǎng)的電磁鐵,用多股導(dǎo)線(xiàn)繞制的線(xiàn)框代替紫銅圓盤(pán),對(duì)電刷也進(jìn)行了改進(jìn),終于制成了功率的可供實(shí)用的發(fā)電機(jī)。目前,即使功率為IGW、10GW的特大型發(fā)電機(jī),也是根據(jù)法拉第圓盤(pán)發(fā)電機(jī)的基本原理一電磁感應(yīng)原理制成的。
1866年,德國(guó)的電工學(xué)家、實(shí)業(yè)家恩斯脫.韋爾納·馮·西門(mén)子在法拉第圓盤(pán)發(fā)電機(jī)的基礎(chǔ)上研制出自激勵(lì)式發(fā)電機(jī),1870年,比利時(shí)的Z·T·克拉姆又研制出了自激勵(lì)式直流發(fā)電機(jī)。在經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)之后,電機(jī)技術(shù)已經(jīng)走向成熟,1877年真正實(shí)用的發(fā)電機(jī)開(kāi)始進(jìn)入商業(yè)化生產(chǎn)階段。
100多年過(guò)去了,正是這簡(jiǎn)陋、不成熟、像初生嬰兒一樣的圓盤(pán)發(fā)電機(jī)人類(lèi)帶入了電氣時(shí)代,為人類(lèi)利用電能做出了重大貢獻(xiàn)。
21世紀(jì)是科學(xué)技術(shù)飛躍發(fā)展的時(shí)代,特別是電腦技術(shù)等高科技成果在柴發(fā)電機(jī)組上的應(yīng)用,使柴油發(fā)電機(jī)組有了更廣闊的發(fā)展前景。以柴油機(jī)為動(dòng)力用的柴油發(fā)電機(jī)組己經(jīng)是通信等企業(yè)必不可少的重要設(shè)備。
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發(fā)電機(jī)的正常啟動(dòng)特點(diǎn)與條件
柴油發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行方式:正常情況下,柴油發(fā)電機(jī)組保持在熱備用狀態(tài),做好啟動(dòng)的準(zhǔn)備,預(yù)潤(rùn)滑和預(yù)熟系統(tǒng)保持連續(xù)運(yùn)行狀態(tài),以便能使柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)后在盡可能短的時(shí)間里達(dá)到滿(mǎn)功率。柴油發(fā)電機(jī)從接到動(dòng)信號(hào)開(kāi)始,經(jīng)過(guò)帶載程序終達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行。
柴油發(fā)電機(jī)組能啟動(dòng)應(yīng)滿(mǎn)足以下條件:
a所有的控制設(shè)備有電,(部分設(shè)備失電也可能不影響啟動(dòng));
b.沒(méi)有優(yōu)先連鎖(柴油發(fā)電機(jī)在“維護(hù)”模式,盤(pán)車(chē)嚙合,A/B列壓空壓力低三者之一)和跳閘信號(hào);
c.啟動(dòng)失敗記憶信號(hào)。
柴油發(fā)電機(jī)組的啟動(dòng)命令有如下幾個(gè):a.LHA、LHB母線(xiàn)電壓低(≤0.8Un)延時(shí)0.9秒;b.LGC、LGD母線(xiàn)電壓低(≤0.8Un)延時(shí)0.9秒;c.安注信號(hào):d.殼高高壓(0.24MPa);e.主控室手動(dòng)啟動(dòng)。一旦接到以上啟動(dòng)命令,只要機(jī)組無(wú)優(yōu)先連鎖信號(hào)和跳閘信號(hào)以及無(wú)啟動(dòng)失敗記憶,機(jī)組將立即啟動(dòng),即使有正常跳閘信號(hào)和正常連鎖信號(hào),也無(wú)法禁止啟動(dòng)。柴油發(fā)電機(jī)在接到啟動(dòng)信號(hào)10杪內(nèi),能夠達(dá)到額定轉(zhuǎn)速和額定電壓。一旦達(dá)到額定轉(zhuǎn)速和額定電壓后正常電斷路器001JA斷開(kāi)同時(shí)掃負(fù)荷,斷路器002JA合上,并啟動(dòng)一個(gè)帶載程序。由于電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)功率比其額定功率大,柴油發(fā)電機(jī)的容量又不是按照由配電裝置供電的全部廠用電設(shè)備同時(shí)啟動(dòng)來(lái)選擇的。帶載程序用于:切除大部分專(zhuān)設(shè)廠用電設(shè)各,以便當(dāng)電源斷路器002JA合閘時(shí)不致使全部專(zhuān)設(shè)廠用電設(shè)各同時(shí)啟動(dòng);b.按照需要和柴油發(fā)電機(jī)組的容量使被切除的專(zhuān)設(shè)廠用電設(shè)備分批重新啟動(dòng)。
柴油發(fā)電機(jī)一旦接到啟動(dòng)命令后,只有以下保護(hù)可以使柴油發(fā)電機(jī)跳閘:①超速保護(hù),轉(zhuǎn)速達(dá)到575r/min(額定轉(zhuǎn)速的115%);②低電壓保護(hù),電壓低于70%額定電壓2/3即在三個(gè)低電壓檢測(cè)回路中出現(xiàn)兩個(gè)低電壓頭);③手動(dòng)切斷:在柴油發(fā)電機(jī)廠房按下001PP就地控制盤(pán)上的緊急停運(yùn)按鈕001TO或就地的停機(jī)桿。
就地運(yùn)行模式:這個(gè)模式主要用于柴油發(fā)電機(jī)的定期試驗(yàn)。通過(guò)就地OOIPP盤(pán)面002CC開(kāi)關(guān)來(lái)啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī),與啟動(dòng)不同,在手動(dòng)啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)的過(guò)程中,勵(lì)磁開(kāi)關(guān)不會(huì)自動(dòng)合閘,必須在002JA斷開(kāi)以及轉(zhuǎn)速大于80%條件下就地用015CC手動(dòng)合閘。在就地運(yùn)行模式下,正常連鎖和連鎖都將閉鎖柴油發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)。正常停機(jī)保護(hù)有:①發(fā)電機(jī)保護(hù),②勵(lì)磁保護(hù);③高溫水出口溫度高高;④低溫水進(jìn)口壓力低;囹潤(rùn)滑油目用油箱150BA低低液位,⑥潤(rùn)滑油溫度高:⑦主軸承溫度高;⑧燃油壓力低;⑨柴油發(fā)電機(jī)曲軸箱壓力高;⑩排氣或渦輪增壓器進(jìn)出口溫度高。就地運(yùn)行模式并不妨礙柴油發(fā)電機(jī)的啟動(dòng),一旦柴油發(fā)電機(jī)接到啟動(dòng)命令,一切運(yùn)行過(guò)程同啟動(dòng)一樣,盡管此時(shí)在就地運(yùn)行模式。
維護(hù)模式:將OOICC置于“維護(hù)”模式,此模式下,柴油發(fā)電機(jī)組不可能就地或啟動(dòng)。這種情況主要用于柴油發(fā)電機(jī)組的維護(hù)狀態(tài),并為維護(hù)人員進(jìn)入中樂(lè)盤(pán)柜進(jìn)行檢修創(chuàng)造條件。需要啟動(dòng)盤(pán)車(chē)裝置時(shí),也要置于此模式。
柴油發(fā)電機(jī)的停運(yùn):不論柴油發(fā)電機(jī)以何種方式啟動(dòng),手動(dòng)停機(jī)只能在就地進(jìn)行。對(duì)于啟動(dòng)運(yùn)行工況下,首先,在主控室按下014TO停機(jī)認(rèn)可按鈕,允許就地停機(jī)的情況下,才能在就地使用001PP上的002CC開(kāi)關(guān)使柴油發(fā)電機(jī)停機(jī)。對(duì)于柴油發(fā)電機(jī)就地啟動(dòng)的工況下,就地手動(dòng)停機(jī),不需通過(guò)主控制室認(rèn)可。在發(fā)出正常停機(jī)信號(hào)的同時(shí)出現(xiàn)啟動(dòng)信號(hào),則后者具有優(yōu)先權(quán)。不管是何種性質(zhì)的啟動(dòng)信號(hào),就地停機(jī)按鈕001TO都能使柴油發(fā)電機(jī)跳閘,并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
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