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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、喷油泵注塞、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、强载度提高和高速、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、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、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、含气量、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、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、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、结构、爆发压力、冷却水腔和冷却介质、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、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、渗氮、喷陶瓷、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、结构和产生穴蚀的原因而定，以取得良好效果。

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发电机的正常启动特点与条件

  柴油发电机组的运行方式：正常情况下，柴油发电机组保持在热备用状态，做好启动的准备，预润滑和预熟系统保持连续运行状态，以便能使柴油发电机启动后在尽可能短的时间里达到满功率。柴油发电机从接到动号开始，经过带载程序终达到稳定运行。

  柴油发电机组能启动应满足以下条件：
  a所有的控制设备有电，（部分设备失电也可能不影响启动）；
  b.没有优先连锁（柴油发电机在“维护”模式，盘车啮合，A/B列压空压力低三者之一）和跳闸号；
  c.启动失败记忆号。
  柴油发电机组的启动命令有如下几个：a.LHA、LHB母线电压低（≤0.8Un）延时0.9秒；b.LGC、LGD母线电压低（≤0.8Un）延时0.9秒；c.安注号：d.壳高高压（0.24MPa);e.主控室手动启动。一旦接到以上启动命令，只要机组无优先连锁号和跳闸号以及无启动失败记忆，机组将立即启动，即使有正常跳闸号和正常连锁号，也无法禁止启动。柴油发电机在接到启动号10杪内，能够达到额定转速和额定电压。一旦达到额定转速和额定电压后正常电断路器001JA断开同时扫负荷，断路器002JA合上，并启动一个带载程序。由于电动机启动功率比其额定功率大，柴油发电机的容量又不是按照由配电装置供电的全部厂用电设备同时启动来选择的。带载程序用于：切除大部分专设厂用电设各，以便当电源断路器002JA合闸时不致使全部专设厂用电设各同时启动；b．按照需要和柴油发电机组的容量使被切除的专设厂用电设备分批重新启动。
  柴油发电机一旦接到启动命令后，只有以下保护可以使柴油发电机跳闸：①超速保护，转速达到575r/min（额定转速的115％）；②低电压保护，电压低于70％额定电压2/3即在三个低电压检测回路中出现两个低电压头）；③手动切断：在柴油发电机厂房按下001PP就地控制盘上的紧急停运按钮001TO或就地的停机杆。
  就地运行模式:这个模式主要用于柴油发电机的定期试验。通过就地OOIPP盘面002CC开关来启动柴油发电机，与启动不同，在手动启动柴油发电机的过程中，励磁开关不会自动合闸，必须在002JA断开以及转速大于80％条件下就地用015CC手动合闸。在就地运行模式下，正常连锁和连锁都将闭锁柴油发电机的启动。正常停机保护有：①发电机保护，②励磁保护；③高温水出口温度高高；④低温水进口压力低；囹润滑油目用油箱150BA低低液位，⑥润滑油温度高：⑦主轴承温度高；⑧燃油压力低；⑨柴油发电机曲轴箱压力高；⑩排气或涡轮增压器进出口温度高。就地运行模式并不妨碍柴油发电机的启动，一旦柴油发电机接到启动命令，一切运行过程同启动一样，尽管此时在就地运行模式。
  维护模式:将OOICC置于“维护”模式，此模式下，柴油发电机组不可能就地或启动。这种情况主要用于柴油发电机组的维护状态，并为维护人员进入中乐盘柜进行检修创造条件。需要启动盘车装置时，也要置于此模式。
  柴油发电机的停运：不论柴油发电机以何种方式启动，手动停机只能在就地进行。对于启动运行工况下，首先，在主控室按下014TO停机认可按钮，允许就地停机的情况下，才能在就地使用001PP上的002CC开关使柴油发电机停机。对于柴油发电机就地启动的工况下，就地手动停机，不需通过主控制室认可。在发出正常停机号的同时出现启动号，则后者具有优先权。不管是何种性质的启动号，就地停机按钮001TO都能使柴油发电机跳闸，并发出报警号。

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