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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、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、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、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，以取得良好预防效果。
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柴油发电机组在使用运行之前必须正确安装的必要性
机组安装前的准备工作
柴油发电机组是高速旋转设备，在使用运行之前，必须正确安装，才能保证机组安全可靠、经济合理的正常运行。因此，安装时应给予足够的重视，本节主要介绍柴油发电机组及其辅助设备的安装方法和注意事项。
（1）机组的搬运与存放
机组及其他电气设备一般都有包装箱，在搬运时应注意将起吊的钢索结扎在机器的适当部位，轻吊轻放。为了安装而吊起机组时，首先连接好底架上突出的升吊点，然后检查是否已牢牢挂住，焊接处有无裂缝，螺钉是否收紧等。另外， 用横杆起吊，以防机器碰伤，吊装的点应在重力的中心（靠近发动机）而不是整机的中心，这样才可以垂直吊起。一旦机器离地，就要用导索来防止钢丝绳扭结或机器摇摆。机器放下时要放置在平坦及能承载发电机重量的地方。如果吊起发电机，应安装一个单点的悬吊装置，标准有天盖的机器已有单点悬吊装置。
当机组运到目的地后，如需存放则应放在库房内。若无库房需放在露天存放时，则应将箱体垫高，防止雨水浸蚀，箱上应加盖防雨篷布，以防日晒雨淋损坏设备。由于柴油发电机组的质量和体积较大，因此，安装前应事先考虑好搬运路线，在机房应预留适当的搬运孔口。如果门窗不够大时，可利用门窗位置留出较大的搬运孔，待机组搬入后，再补砌砖墙和安装门窗。
（2）开箱检查
开箱之前将箱上的灰尘泥土扫除干净，并查看箱体有无损伤，核实箱号及数量。开箱时要注意切勿碰伤机件。开箱的顺序一般从顶板开始，在顶板开启后，看清是否属于准备起出的机件。然后再拆其他箱板，如拆顶板有困难时，则可选择适当处拆除几块箱板，观察清楚后，再进行开箱。开箱后应做好以下几项工作。
①根据机组清单及装箱单清点全部机组及附件。
②查看机组及附件的主要尺寸是否与图纸相符。
③检查机组及附件有无损坏、锈蚀。
④机组在开箱后要注意保管，放置平整，法兰及各种接口必须封盖、包扎，防止雨水及灰沙侵入。
⑤如果机组经检查后，不能及时安装，应将拆卸过的机件精加工表面重新涂上防锈油，妥善保存。对机组的传动部分和滑动部分，在防锈油尚未清除之前不要转动或滑动。若因检查已除去防锈油，在检查完后应重新涂上防锈油。
（3）划线定位
按照平面布置图所标注的各机组与墙或柱中心之间，机组与机组之间的关系尺寸，划定机组安装地点的纵、横基准线。机组中心与墙、柱的允许偏差为20mm，机组与机组之间的允许偏差为10mm。
（4）了解设计内容，准备施工材料
检查设备，了解设计内容，明了施工图纸，参阅说明书。根据设计图上所需要的材料进行备料，然后根据施工组织计划的先后，将材料送到现场。
如果无设计图纸，应以设备说明书为依据，根据设备的用途及安装要求，同时考虑到水源、电源、维修和使用等情况确定土建平面的大小及位置，画出机组布置平面图。
（5）准备起吊设备和安装工具
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分析柴油机的工作原理及使用：柴油发电机柴油机的基本工作原理就是将高压柴油喷入燃烧室中燃烧，释放出热能，再将热能转变成机械能做功。要想全面掌握柴油机的工作原理，首先必须了解上止点、下止点、活塞行程、配气相位、燃烧室容积、汽缸工作容积、压缩比、进气行程、压缩行程、做功行程和排气行程等概念。
①上止点：指活塞离曲轴中心远的位置或离汽缸盖近的位置。
②下止点：指活塞离曲轴中心近的位置。
③活塞行程；指活塞在上、下两个止点间的距离。从目前使用的柴油发电机柴油机情况看，135系列柴油机中活塞行程有140mm和150mm两种，两者之间有的配件相同，有的则不同，选购配件时应注意。
④配气相位：柴油发电机组柴油机的进气门和排气门开始开启和关闭的时刻用曲轴转角表示时称为配气相位。
⑤燃烧室容积；指上止点以上的空间。
动到下止点时所对应的汽缸的容积。
⑦压缩比汽缸总容积（即燃烧室容积与汽缸工作客积之和）与燃烧室容积之比，称为压缩比。
⑧进气行程：其目的是保证汽缸内充满足够的新鲜空气。活塞往下运动时，进气门打开，周围环境中的空气被吸入汽缸，直到活塞到达下止点时，进气门才关闭。
⑨压缩行程；活塞由下止点向上止点运动的过程中，进气门经下止点后延续了一定角度后关闭（主要目的是多吸入新鲜空气）。此时，排气门仍然关闭，汽缸处于密封状态。由于活塞的向上运动，汽缸内的空气被压缩，压缩终点的压力达3~4Wa，温度可达500℃一750℃。注意，柴油喷入燃烧室内开始燃烧的时刻是在上止点前一定角度而不是正好在上止点。
⑩做功行程；当活塞运行到上止点前一定角度时，喷油器开始向撒饶室内喷入高压雾化柴油，柴油与高温高压空气混合后，很快着火燃烧并释放出大量的热能。
这时，汽缸内气体的压力和温度急速上升。在高压气体的推动下，活塞向下止点运动并通过连杆使曲轴旋转输出动力。做功行程实际上是柴油机将热能转化为机械能的过程。
排气行程：在这个行程里，汽缸内的废气全部排出并再次吸入新鲜空气，便进行下一个工作循环。
实际上活塞在做功行程下止点前就打开了排气门，越过下止点后活塞上行，此时排气门已完全打开，进气门仍然关闭着，这时汽缸内的废气压力高于大气的压力而冲出排气门。为了使汽缸内的废气排干净，排气门在活塞过了上止点后才关闭。
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如何通过排气的颜色判断发动机的技术状态
柴油发电机工作时，燃料在气缸内燃烧后生成废气排出机外。当发动机工作正常和燃料燃烧时，废气中主要有水蒸气(H2O)、二氧化碳(CO2)和氮气(N2)，废气一般呈浅灰色。当燃料不燃烧或发动机工作不正常时，废气中还会有碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)、氮氧化合物(NOx)和碳粒等有害物质存在，使废气的颜色呈现白色、黑色或蓝色。可见，发动机排气的颜色能反映燃料燃烧状况和发动机技术状态。因此，维修人员可以通过发动机排气的颜色判断发动机的技术状态。
一、 排气冒黑烟
排气中的黑烟主要是燃料不燃烧的碳粒。因此，燃油供给系统燃料的过量供给，进气系统空气量减少，缸体、缸盖与活塞构成的燃烧室的密封性差，喷油器喷射质量差等因素都会使燃料燃烧不全，从而使排气冒黑烟。排气冒黑烟主要有以下原因：
1.高压油泵供油量过大或各缸供油量不均匀
2.气门密封不严，造成漏气，气缸压缩压力低
3.空气滤清器进气道阻塞、进气阻力大，使进气量不足
4.缸套、活塞、活塞环严重磨损
5.喷油器工作不良
6.发动机负荷运转
7.喷油泵供油提前角过小，燃烧过程后移到排气过程进行
8.汽油电喷系统控制失效故障等
对于冒黑烟的发动机可通过高压油泵调校，喷油器喷射试验检查，气缸压缩压力测量，进气道清洁，供油提前角的调整、汽油电喷系统故障诊断等工作予以检查和排除。
二、 排气冒白烟
排气中的白烟主要是未充分雾化和燃烧的燃油颗粒或水汽，因此，凡是导致燃油无法雾化或水进入气缸内都会使排气冒白烟。归纳主要有以下原因：
1.气温低且气缸压力不足，燃油雾化不好，特别是冷起动初期排气冒白烟
2.缸垫损坏，冷却水渗入气缸内
3.缸体裂，冷却水渗入气缸内
4.燃油中含水量大等
冷起动时排气冒白烟，发动机暖机后白烟消失应视为正常，若机组（修理服务）正常运行时仍冒白烟则为故障，应通过观察水箱内冷却水是否不正常消耗，各缸工作是否正常，油水分离器是否水量过多等进行检查和分析，排除故障部位
三、排气冒蓝烟
排气中的蓝烟主要是机油过量窜入燃烧室参与燃烧的结果。因此，凡是导致机油窜入燃烧室的原因都会使排气冒蓝烟。归纳主要有以下原因：
1.活塞环断
2.油环上回油孔被积碳堵塞，失去刮油作用
3.活塞环开口转到一起，造成机油从活塞环开口上窜
4.活塞环磨损严重或被积碳卡滞在环槽内，失去密封作用
5.气环上下方向装反，把机油刮入气缸内烧掉
6.活塞环弹力不够，质量不合格
7.气门导管油封装配不当或老化失效、失去密封作用
8.活塞、缸筒严重磨损
9. 机油加入量过多，使机油飞溅过多，油环来不及刮下缸壁多余的机油等
排气冒蓝烟必然伴随着油消耗增多，有的操作员称“烧机油”。机油、燃油消耗比一般为0.5%～0.8%，机油消耗过此值时排气中将有蓝烟产生。发动机冒蓝烟的故障，一般要通过发动机解体、检查，才能找出原因并确定排除故障的方案。冷机状态排烟发蓝，但机油消耗正常的，与燃料有关，视为正常。
发动机排烟一般应在发动机暖机状态时检查，通过发动机低速、中速、高速及加速过程中排烟颜色的变化进行分析
