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气缸套高频振动是安庆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安庆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安庆柴油发电机的重要问题，引起国内外的重视与研究。气缸套穴蚀是安庆柴油发电机普遍存在的严重问题。随着安庆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安庆柴油发电机正常运转的首要问题，严重地影响安庆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、轻型大功率安庆柴油发电机，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。有的安庆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，甚至安庆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安庆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，一般集中在安庆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) 安庆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。安庆柴油发电机运转时，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安庆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。缸套穴蚀与安庆柴油发电机的机型、结构、爆发压力、冷却水腔和冷却介质、安庆柴油发电机的工艺参数等有关。
1）缸套振动。安庆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。如果安庆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。安庆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。安庆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。从发挥安庆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，对安庆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；例如安庆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。
华龙一号”示范工程福清核电6号机组EMQ应急安庆柴油发电机组首启成功
北极星核电网讯:2021年3月13日21点42分，“华龙一号”示范工程福清核电6号机组B列应急安庆柴油发电机组稳定运行在600转/分额定转速平台，经中核工程福清项目调试部、工程管理部，二三公司和陕柴厂家联合检查确认柴油机各项参数正常，标志着由中核工程总包的华龙一号示范工程 一台应急安庆柴油发电机组首次启动成功！
福清核电5、6号机组的应急安庆柴油发电机由陕西柴油机重工集团成套供货，属于示范工程的大型国产化系统与设备。作为6号机热试的先决条件之一，6DB专项任务重大、工期紧迫，现场团队为此成立了柳鹏（调试）、伍汉升（工程管理）和邵德伟（二三）为主要协调人的“三人小组”，“三人小组”每天组织召开碰头会，建立领导层高效协调群，组织各家单位严格落实福清5号机组和6DA的土建施工、安装、调试和运行经验基础，将一系列变更提前落实到位，在施工工序、调试介入检查等环节进行了优化。经过设备成套中心的全程跟踪协调，诸如AVR调节器、阀门等“卡脖子”物项均按现场需求时间到货，使得系统具备了调试介入条件。调试试验组从2021年1月中旬开始全面介入，开展6EMQ09/10/13试验，将调试工期尽可能并行在油冲洗和管路恢复的主线作业中。3月7日，6DB开始首次进燃油，并进行3台燃油泵试车，经过五天的紧张试车、查漏消缺，柴油机发电机组燃油回路终于能顺畅运转，打通了首启前的“ 一公里”。
为有效贯彻集团公司领导现场调研指示，切实提高政治站位，专项组全面深入开展党史学习教育，在学习教育中激发信念、汲取历史经验，转化为攻坚克难的具体行动，按计划安全高效推动“华龙一号”示范工程全面建成，同时在首启前专门邀请了业主工程管理部门和华东监督站进行检查与指导，并将问题及时整改到位。
3月13日上午，首启工前会准时召开，经过近六个小时的系统在线、检查和执行操作票，柴油机正式开始启动试验。按规程需进行仅机调模式的启动，分别维持在300转/分和600转/分转速平台，随后在这两个转速平台进行带电调模式的启动，检查柴油机组运行正常。首启完成后，调试小组将进行单排快起、空载励磁、二极管断相、假同期和真同期并网、稳态运行与性能验收等一系列调试试验。只有全部试验合格，6EMQ才正式具备可用条件。
接下来，安庆柴油发电机组团队将继续秉持团结拼搏，勇于担当的工作精神，细致准备，精心调试，安全高效完成任务，为6号机组热试提供电源保障！
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