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柴油發(fā)電機組氣缸和氣缸套磨損原因 |
應急柴油發(fā)電機組作為供電系統的最后一道防線(xiàn)，在主電源和輔助電源失效時(shí)啟動(dòng)，向安全執行機構和設備提供電力，確保反應堆安全停堆。近幾年，某型應急柴油發(fā)電機組在國產(chǎn)化歷程中發(fā)生了多起氣缸套異常磨損問(wèn)題，對該型機缸套異常磨損問(wèn)題的分析及解決迫在眉睫。
一、缸套異常磨損常見(jiàn)現象及影響：
缸套異常磨損分為兩種
1、缸套磨損速率過(guò)快。
2、缸套內表面出現肉眼可見(jiàn)的機械損傷。
通常發(fā)生在磨合期間及柴油發(fā)電機最初運行期內，按照損傷程度的不同又可以分為線(xiàn)狀劃傷、片狀擦傷及缸套與活塞間粘連抱死等幾類(lèi)。
圖1 氣缸做功磨合示意圖
二、氣缸磨損規律
1、沿長(cháng)度方向成“錐形”
圖2是氣缸沿長(cháng)度方向磨損示意圖，圖中的陰影部分表示磨損量，由圖可知：在活塞環(huán)運動(dòng)區域內磨損較大；這種磨損是不均勻的，上重下輕，使氣缸沿長(cháng)度方向成“錐形”；其最大磨損發(fā)生在活塞處于上止點(diǎn)時(shí)，與第一道活塞環(huán)相對的氣缸壁稍下處；最小的磨損發(fā)生在氣缸的最下部，即活塞行程以外的氣缸壁。
圖2 氣缸沿長(cháng)度方向磨損示意圖
2、沿圓周方向“失圓”
氣缸沿圓周方向的磨損規律如圖3所示。正常情況下，沿圓周方向的磨損也不均勻，有的方向磨損較大，有的方向磨損較小，使氣缸橫斷面呈失圓狀態(tài)，在通常情況下，氣缸橫斷面磨損最大部位是:與進(jìn)氣門(mén)相對的氣缸壁附近以及沿連桿擺方向的氣缸壁兩側。
圖3 氣缸沿圓周方向的磨損規律
3、在活塞環(huán)不接觸的上面，幾乎沒(méi)有磨損而形成“缸肩”
在氣缸的最上沿，不與活塞接觸的部位，幾乎沒(méi)有磨損。柴油機經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間工作后，在第一道活塞環(huán)的上方，形成明顯的臺階，這一臺階俗稱(chēng)為“缸肩”。
4、對多缸機而言，各缸磨損不一致。
主要是由各缸的工作性能、冷卻強度、裝配等不可能完全一致而造成的。錐形磨損和失圓磨損嚴重影響柴油機工作性能，當其超過(guò)一定范圍，將破壞活塞、活塞環(huán)與氣缸的正常配合，使活塞環(huán)不能?chē)烂艿鼐o壓在氣缸壁上，造成漏氣和竄機油，嚴重時(shí)還會(huì )產(chǎn)生“敲缸”，使柴油機耗油量增加，功率顯著(zhù)下降。
三、缸套異常磨損故障樹(shù)
根據氣缸套異常磨損的機理，對零部件生產(chǎn)制造、發(fā)電機組裝配、試驗、現場(chǎng)調試、運維等各環(huán)節關(guān)聯(lián)要素進(jìn)行全面分析，建立故障樹(shù)。
1、珩磨網(wǎng)紋原因
缸套珩磨網(wǎng)紋技術(shù)復雜，控制要求精度高，目前國內制造水平與國外制造水平存在一定差距。在前期2臺缸套異常磨損發(fā)電機組的檢查中發(fā)現：缸套珩磨網(wǎng)紋三個(gè)形態(tài)參數、雖滿(mǎn)足圖紙規定的要求，但網(wǎng)紋高點(diǎn)過(guò)多，微觀(guān)形態(tài)控制不當，從而引發(fā)了大面積缸套異常磨損問(wèn)題。
2、清潔度問(wèn)題
應急柴油發(fā)電機對清潔度因素非常敏感，從而對零部件制造、發(fā)電機組裝配、試驗及運維全過(guò)程都提出了很高的要求。但該項要素的控制涉及多個(gè)環(huán)節，且和環(huán)境、工藝規范、人員意識等密切相關(guān)，控制難度大，也是缸套異常磨損最常見(jiàn)的主要原因。歷次缸套異常磨損涉及到的清潔度問(wèn)題主要有：零部件加工過(guò)程倒角存毛刺，試驗過(guò)程中廠(chǎng)房環(huán)境不良，拆檢防護不當，長(cháng)期停車(chē)后缸套表面銹蝕等。
3、裝配問(wèn)題
某臺機出現缸套異常磨損后，依據故障樹(shù)進(jìn)行排查分析，發(fā)現活塞環(huán)裝反，導致活塞環(huán)與缸套在往復運動(dòng)過(guò)程中相互摩擦，破壞油膜建立，最終導致異常磨損。該問(wèn)題的發(fā)生，主要是裝配和檢驗人員工作不到位所致。
4、銹蝕問(wèn)題
現場(chǎng)某臺機在小修期間檢查缸套時(shí)發(fā)現異常磨損，同時(shí)，缸套表面可見(jiàn)明顯銹蝕痕跡。銹蝕問(wèn)題可歸為清潔度因素，但因其銹蝕現象明顯，加之產(chǎn)生的原因多種，故而單獨提出。
產(chǎn)生銹蝕的原因有現場(chǎng)環(huán)節：
（1）柴油發(fā)電機停放時(shí)間過(guò)長(cháng)（一般為1年），超過(guò)油封期要求，沒(méi)有進(jìn)行二次油封；
（2）現場(chǎng)二次油封時(shí)，未按照油封工藝進(jìn)行油封；
（3）柴油發(fā)電機在現場(chǎng)開(kāi)箱，起油封過(guò)早（預潤滑系統不具備連機工作條件），海邊空氣潮濕、空氣鹽分含量較高，沒(méi)有及時(shí)進(jìn)行防護或油封；
（4）冷凝水或雨水通過(guò)排氣管進(jìn)人缸內；
（5）發(fā)電機組運行操作不當。
5、預供滑油進(jìn)機壓力低
根據技術(shù)專(zhuān)利方的要求：預供滑油在45℃以上時(shí)，其需≥0.05MPao，現場(chǎng)某臺出現缸套異常磨損的發(fā)電機組，經(jīng)核查參數記錄，發(fā)現其現場(chǎng)預供滑油進(jìn)機壓力為0.020、0.025MPao由于預供滑油爍力低，在預潤滑階段，滑油較難在缸套表面建立起良好的油膜，加之現場(chǎng)一般采用快速起動(dòng)方式，更容易引起缸套表面異常磨損。
通過(guò)對故障樹(shù)中各個(gè)因素進(jìn)行分析，結合氣缸套異常磨損的現象，可得出造成上述氣缸套異常磨損的主要因素有珩磨網(wǎng)紋、清潔度、裝配、預供滑油進(jìn)機壓力低及銹蝕等。以上歸納的幾種原因是各次缸套異常磨損的主要原因，一般情況下，缸套異常磨損是由幾種原因綜合作用引起。
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