摘要：穴蝕破壞會造成柴油發(fā)電機(jī)組氣缸套缸壁穿透而報廢，給用戶或使用單位造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。重慶柴油發(fā)電機(jī)組生產(chǎn)廠家-重慶斯坦福機(jī)電在本文中分析了穴蝕產(chǎn)生的原因，并給出了康明斯發(fā)電機(jī)組穴蝕的預(yù)防措施。

柴油發(fā)電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)中，全新缸套（如圖1）原本是非常光滑的，使用一段時間后缸套外表面和缸體內(nèi)表面浸水的某些部位，會產(chǎn)生不同于一般腐蝕和機(jī)械磨損的呈蜂窩狀密集麻點或魚鱗狀剝落痕跡，這種現(xiàn)象在發(fā)動機(jī)中稱為“穴蝕”。近年來，伴隨高速大功率柴油發(fā)電機(jī)組的出現(xiàn)，氣缸套及機(jī)體越來越多地出現(xiàn)穴蝕破壞，而穴蝕一旦發(fā)生，其發(fā)展會很快，有的柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行不到1000 h，缸套就因穴蝕穿透缸壁而報廢，給用戶或使用單位造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，研究其形成的原因，以便采取預(yù)防措施延緩穴蝕的產(chǎn)生，對減少機(jī)械故障和延長機(jī)械壽命是有必要的。

新鋼套外觀

一、穴蝕現(xiàn)象

穴蝕區(qū)域有很多孔徑為1～5 mm、深達(dá)2～3 mm的孔群（如圖2所示），成片狀分布。孔洞表面清潔，沒有腐蝕生成物的沉積。隨著柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)時間的延長，這些孔洞逐漸擴(kuò)大、變深，會引起氣缸套穿透漏水而失效。缸套穴蝕發(fā)生的部位都聚集在連桿擺動平面以內(nèi)，且在下述三個區(qū)域內(nèi)最易產(chǎn)生：

穴蝕缸套外觀

（1）連桿擺動平面的兩側(cè)，缸套中上部及下部聚集如帶狀的深孔群，且在活塞主推力面一側(cè)穴蝕較為嚴(yán)重。

（2）在進(jìn)水口處及水流轉(zhuǎn)彎處孔洞聚集，是振動和水力共同作用下產(chǎn)生的穴蝕。

（3）在支承及上下腰帶處產(chǎn)生細(xì)小穴蝕，呈蠕蟲形、條狀凹坑或不規(guī)則的環(huán)形凹坑，嚴(yán)重時會形成裂紋。

二、穴蝕產(chǎn)生的原因

穴蝕是腐蝕的一種特殊形式， 它是物理破壞和化學(xué)破壞結(jié)合的產(chǎn)物?；钊麑Ω滋桩a(chǎn)生撞擊，使缸套高頻振動，引起了流體的動壓變化，使冷卻水受到交變的作用力，時而拉伸，時而壓縮。當(dāng)水受拉伸時，水層中形成低壓區(qū)。當(dāng)壓力低于該溫度下的飽和蒸汽壓力時，引起局部流體汽化，產(chǎn)生空泡。隨后水受壓縮時，空泡內(nèi)壓力驟然升高，使空泡潰滅產(chǎn)生高達(dá)數(shù)千兆帕的壓力波和微射流，射速可達(dá)130 m/s。壓力波和微射流直接作用在氣缸套外壁極小的面積上，使金屬表面受到很高的沖擊擠壓應(yīng)力。當(dāng)這種周而復(fù)始的沖擊載荷超過材料的屈服強(qiáng)度時，受沖擊處便產(chǎn)生塑性變形和疲勞剝落破壞。由于機(jī)械剝落破壞了金屬表面的氧化層，露出金屬本體，使得電位差增大，又加速了電化腐蝕（包括不同材料間的電化學(xué)腐蝕、應(yīng)力腐蝕和氧濃度差腐蝕等）。而電化學(xué)腐蝕的結(jié)果，又使金屬表面疏松，力學(xué)性能下降，這樣又加速了機(jī)械剝落的破壞。因而穴蝕破壞是機(jī)械作用的疲勞剝落破壞與電化學(xué)腐蝕破壞共同作用的結(jié)果。兩者互為因果，相互影響，相互促進(jìn)，使得穴蝕破壞速度加快，在氣缸套外壁上產(chǎn)生蜂窩狀孔群，嚴(yán)重時可缸套擊穿。缸套的穴蝕破壞除上述原因外，還有柴油發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造工藝、金屬材料、維護(hù)保養(yǎng)和使用管理等方面的因素。

三、預(yù)防與修理

對于高速柴油發(fā)電機(jī)組來說，缸套的穴蝕破壞速度是很快的，一般可達(dá)（1.5～5） mm/1000 h。因此，穴蝕破壞直接影響了柴油發(fā)電機(jī)組工作的可靠性和使用壽命。有資料統(tǒng)計表明，穴蝕破壞可使缸套的使用壽命降低0.5～5年。所以要提高發(fā)電機(jī)組工作的可靠性和延長其使用壽命，就要對柴油發(fā)電機(jī)缸套的穴蝕進(jìn)行預(yù)防與修理。

（1）盡量減小缸套的振動，振動是穴蝕的根源。在重慶柴油發(fā)電機(jī)組修理中，一是應(yīng)盡量減少活塞與缸套的配合間隙；二是要保證缸套的支承剛度。缸套的上、下腰帶處與機(jī)體上、下支承孔的配合間隙不宜過大，更小的間隙有利于限制氣缸套振動的振幅，從而減少穴蝕破壞；三是要盡量保證修理和裝配質(zhì)量，以減少柴油發(fā)電機(jī)的振動。引起發(fā)電機(jī)組較大振動的主要因素有：曲軸的直線度、曲軸的動平衡、各缸活塞連桿組件的質(zhì)量差、供油量和供油時間，及與所帶機(jī)械的對中性不好和固定不牢等。

（2）使用管理中提高冷卻水的溫度。冷卻水溫度不宜過低，較高的水溫容易形成蒸汽，對空泡的潰滅有阻尼作用，從而減輕穴蝕。試驗和實踐證明，當(dāng)冷卻水溫度在55 ℃時，缸套穴蝕最為嚴(yán)重，提高冷卻水溫度至85 ℃時，對減輕穴蝕最為有利。此外，減少水中的含氧量、清除水中的雜質(zhì)、提高水的潔凈度均有利于減輕穴蝕。

（3）有些重慶柴油發(fā)電機(jī)組在氣缸套左右兩側(cè)采用焊鋅帶的辦法，即減輕汽缸套的穴蝕，又防止電化學(xué)腐蝕。

（4）改善腐蝕環(huán)境和冷卻水中的介質(zhì)是使用最普遍和行之有效的辦法之一，即在冷卻水中加入添加劑，可起到防腐蝕、防穴蝕、防垢和防凍等作用。目前國內(nèi)外普遍采用在柴油發(fā)電機(jī)組冷卻液中加入添加劑，來預(yù)防缸套穴蝕的產(chǎn)生，如康明斯DCA系列冷卻液添加劑（如圖3所示），能夠在發(fā)動機(jī)缸套表面形成保護(hù)膜，并隨著液體的流動不斷沖刷生成于缸套外表面的氣泡，從而大大降低產(chǎn)生穴蝕的機(jī)率。目前國產(chǎn)的HG-KB冷卻液添加劑在防穴蝕和防腐蝕等性能方面均優(yōu)于美國、日本和國內(nèi)的同類產(chǎn)品。將HG-KB多功能添加劑加入冷卻水后，緩蝕率可達(dá)90%以上。

DCA4弗列加（Fleetguard） 防銹水

（5）當(dāng)缸套的穴蝕深度超過壁厚的1/2時，一般都作報廢處理。穴蝕深度小于壁厚的1/2時，可用膠補(bǔ)的辦法進(jìn)行修理。膠補(bǔ)時先將孔穴清洗干凈，使金屬基體露出，然后用環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑將孔穴填平，待粘結(jié)劑固化后，再涂上一層防穴蝕的涂料。對穴蝕較深的孔用銅焊條焊補(bǔ)也有一定的作用。對穴蝕不是很嚴(yán)重的缸套，可將缸套換位90°使用。但這種方法只能在缸套結(jié)構(gòu)許可換位的情況下才能采用，如195型發(fā)電機(jī)組的缸套就不能換位90°使用。