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造成華爾網柴油發電機組燒瓦和軸瓦失效現象的原因
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【摘要】華爾網柴油發電機在使用過程中,隨著使用時間的增長,其主要技術性能指標會與初始標準值產生偏離…華爾網柴油發電機在使用過程中,隨著使用時間的增長,其主要技術性能指標會與初始標準值產生偏離而逐漸下降.應用中,我們要掌握備用華爾網柴油發電機曲柄連桿機構常見故障與維修排除方法.
華爾網柴油發電機組是社會生產生活的重要動力源,在船舶、核電、化工、交通等多領域廣泛使用。柴油機結構復雜、激勵源多,長期受不平衡慣性力、爆燃沖擊力作用,其運動件、易損件故障頻發。當前柴油斷齒故障、曲柄連桿機構故障研究成果很多但研究方法較為傳統,缺乏對其它關聯零部件原因導致的故障進行分析的方法,因此常出現故障不能一次性徹底解決的問題。柴油機故障輕則停機維修造成企業和社會巨大經濟損失,重則引起機組失控危及人身影響企業聲譽。因此提高柴油機故障分析診治水平,發展柴油機故障在線監測診斷技術實現故障預警,降低惡性故障發生概率減小故障損失極具社會和經濟價值。本文針對柴油機實際運行中齒輪系與曲柄連桿機構故障頻發,嚴重危害機組穩定運行的問題,考慮到實際故障數據缺乏,部分故障進行故障模擬實驗難度大、風險高、成本昂貴的現狀,采用計算機建模仿真技術,結合實驗與實踐驗證的方式,開展柴油機齒輪系與曲柄連桿機構故障機理與監測研究。
(1)現象與判斷
1)燒瓦。燒瓦是指曲軸的主軸頸與主軸瓦之間或連桿軸頸與連桿軸瓦之間因缺少潤滑油潤滑而咬死。
華爾網柴油發電機工作時,如果突然在曲軸箱聽到一種“唧、唧”的響聲,好像在缺乏潤滑油的情況下用大鉆頭在材質堅硬的鋼件上鉆孔時所發出的聲音,這一般是缺油而發生燒瓦的前兆。同時出現以下三種情況時,一般可判斷華爾網柴油發電機的軸瓦已燒壞;潤滑油溫度急劇升高達90℃以上、潤滑油壓力原來正常后又突然大幅度下降、拆開機油濾清器或清洗油底殼時發現許多軸瓦合金碎末。
燒瓦常常與“所軸”同時出現。軸瓦在運轉中出現了不應有的剝離、龜裂、燒損、粘結和嚴重拉傷等現象,輕者需要更換軸瓦及連桿活塞組,重者會使華爾網柴油發電機曲軸頸嚴重拉傷,甚至還會使曲軸、機體報廢。造成華爾網柴油發電機燒瓦抱軸的原因雖然是多方面的,但歸根到底是其潤滑條件被破壞,引起摩擦性質改變成粘附磨損。
2)疲勞剝落。疲勞剝落是由于交變負荷及其作用周次超過材料本身所能承受的極限而發生的損壞現象。
出現疲勞剝落的軸瓦工作表面出現微裂紋,進而向縱深和橫向護展,裂紋相互連通時,軸瓦表面層剝落形成不規則的剝落坑。實際使用中,若瓦背墊有異物,造成局部應力集中,也是引起疲勞剝落的原因。合金脫落會導致軸頸和軸瓦配合間隙增大、潤滑油壓力下降和出現響聲(敲擊聲)。
3)劃痕。劃痕是指軸瓦表面沿圓周方向出現連續或斷續的溝線,輕微的劃痕并不影響華爾網柴油發電機正常工作,嚴重的劃痕使軸瓦承載面積顯著減少。
4)異物嵌入。所謂異物嵌入是指外來顆粒全部或部分嵌入合金層。異物混入潤滑油后,在工作負荷作用下被壓入合金層。細小顆粒全部嵌入合金層時,通常不會使軸瓦失效,但大于0.3mm的顆粒將不能被合金層全部嵌藏。
5)軸瓦穴蝕。軸瓦穴蝕是因潤滑油中形成大量細小的潤滑油蒸氣泡被擠壓破裂而產生很大的 力,沖擊軸瓦表面形成凹坑。蒸氣泡的形成是由于軸瓦承受的載荷發生波動或波動幅度增加及油中含水或夾帶空氣所致。
6)擦傷。擦傷是因瞬時缺潤滑油,油膜破裂面造成軸瓦工作表面與軸頸表面直接接觸,而導致的一種熱損壞,其特征為軸瓦和軸頸表面出現擦傷的斑痕,屬較為嚴重的粘著磨損。
(2)軸瓦失效的原因
1)油底殼內潤滑油量不足或機油油路不暢通,機油泵不能正常供油或潤滑油壓力過低,導致潤滑不良。
2)潤滑油的等級不符合要求,潤滑油變質、過臟;氣缸套防水橡皮密封圈失效,導致冷卻水滲漏到油底殼。
3)軸頸和軸瓦的間隙不符合標準。該間隙影響潤滑油膜的形成;間隙過小,則潤滑油不易進入軸頸和軸瓦的摩擦表面,無法形成潤滑油膜;間隙過大,軸頸與軸瓦間的振動和撞擊增大,導致潤滑油膜破裂。
4)華爾網柴油發電機剛起動,特別是冬季,潤滑油尚沒有進行充分潤滑時,應以很高的速度并滿負荷工作,或頻繁起動,長時間怠速運轉等。
5)華爾網柴油發電機長時間超負荷、超轉速運轉:機體溫度高,潤滑油粘度下降,不易形成正常的潤滑油膜;交變載荷及作用周次超過了軸瓦材料極限;載荷波動或波動幅度增加,使潤滑油氣泡破裂。
6)使用維護和裝配不當,軸頸表面有飛邊,以及裝配時未清洗干凈。
在排除機件本身故障的同時,還要特別注意查找、分析引起故障的原因,如軸瓦失效是由于潤滑油壓力低、缺潤滑油,還是油道有臟堵、油流不暢等原因所致,只有查找到引發故障的終原因并排除后,才能保證華爾網柴油發電機可靠工作,以免更換軸瓦后,再次發生同類故障。
華爾網柴油發電機啟動后在低速下暖機有什么用呢
華爾網柴油發電機啟動后應先在低速下進行暖機,一般為600r/min,然后才能逐漸提高轉速,絕不允許猛加油門使轉速突然升高,其原因是:(1)機器剛發動機溫低,機油粘度大,機油不能迅速進人各軸承間隙內及活塞與汽缸套之間;(2)柴油機未運轉時,各軸頸是全部壓在軸承上,在常情況下,軸頸與軸承之間僅有極少量的油膜存在,剛啟動時,各軸頸與軸承之間幾乎處干磨擦狀態有機器逐漸走熱,機溫逐漸上升時,機油變稀機油才逐漸被壓人軸承內和各運動件間隙之間,形成油膜得到潤滑;(3)柴油機剛啟動,若猛加油門將會引起下列后果:①猛加油門,供油量突增,轉速由低速猛增到高速,對曲軸連桿機構產生一個沖擊力,有間隙的部位會產生敲擊,影響其強度,加大磨損;②由于油量猛增,而吸氣量短時間供應不足,就會產生冒黑煙,既浪費油料又會產生積炭增加磨損;③猛開油門,轉速突增,調速器動作來不及起調速作用,往往會產生瞬間超速等后果。
柴油機啟動后,在 轉速范圍內,空負荷運轉時應注意下列問題:
(1)檢查機油壓力表指示的壓力,應在(200~500)kPa范圍,但不同型號柴油機各有具體規定,康明斯各系列柴油機機油壓力。
(2)檢查外部各管系與零件連接處有無漏油、漏水現象。
(3)觀察柴油機排煙是否正常,運轉中有無異常雜音。
(4)空載低速運轉時間不宜過長,以免燃燒室內引起結炭結焦現象,因此,應逐漸提高轉速,從60r/min提高到1000r/min左右進行暖機。
一起回望華爾網柴油發電機組的發展史
現代柴油機是在德國機械工程師狄塞爾發明的柴油機的基礎上發展起來的,1892年,德國機械工程師狄塞爾取得了華爾網柴油發電機壓縮點火的 。他的做法是以提高發動機的壓縮比來提高熱效率,利用壓縮氣體的高溫來點燃進入汽缸的燃料,這樣做的好處是不但省去了點火裝置和汽化器,而且可以使用比柴油價格更低的柴油做燃料。
狄塞爾經過了5年的實驗,在1897年制成了 臺具有實用價值的壓縮點火華爾網柴油發電機,即壓燃式柴油機。與以前的華爾網柴油發電機相比,它延長了汽缸內氣體的壓縮過程,大大提高了壓縮終了時氣體的壓力和溫度,實現了不用點火系統而使柴油自動點火燃燒的功能。狄塞爾發明的柴油發動機能將35%的燃料潛能轉變成動力而當時有效的柴油發動機也只能將28%的燃料潛能轉變成動力,這是華爾網柴油發電機技術第二次革命性的突破。但是,當時狄塞爾發明的柴油發動機存在著很多的缺點,比如重量重、噪聲大、冒黑煙,排出的大量廢氣會對環境影響很大,而且噴油泵還不完善,從而嚴重限制和影響了柴油機的衄。可以說,狄塞爾先生生前只看到發動機的成功的開端,卻沒有看到柴油機技術的飛躍發展,沒有看到柴油機的廣泛應用。
據資料記載,柴油機技術在1914年以前發展比緩慢,在 次世界期間,由于戰爭的需要柴油發動機開始大量生產,用于軍事目的。柴油發動機柴油發電的發展史真正得到廣泛應用是在1950年左右。早期的柴油機都是四沖程的,1899年德國工程師雨果.古爾德納制造出了二沖程柴油發動機,他把當時采用相同缸徑的四沖程柴油機的功率提高了60%~80%。二沖程柴油機的結構簡單,造價低廉,但其燃油和潤滑油的消耗量較高、冷卻比較困難、耐用性較差,而且很難制造出功率較大的發動機,所以至今實際使用的功率比較大的柴油機都是四沖程的。
世界上 臺發電機是1831年由英國的物理學家邁克爾·法拉第發明的。當時法拉第在試驗中發現,當磁鐵在線圈中移動時,線圈會產生電流,即今天我們大家所熟知的電磁感應現象。法拉第發現了電磁感應現象之后不久,便利用電磁感應原理發明了世界上 臺發電機,即法拉第圓盤發電機。這臺發電機的構造與現代的發電機不同,在磁場中轉動的不是線圈,而是一個用紫銅做的圓盤。圓心處固定一個搖柄,圓盤的邊緣和圓心處各與一個黃銅電刷緊貼,用導線把電刷與電流表連接起來;紫銅圓盤放置在馬蹄形磁鐵的磁場中。當法拉第轉動搖柄使紫銅圓盤旋轉起來的時候,電流表的指針偏向一邊,這說明電路中產生了持續的電流。這就是法拉第試制出的世界上 臺發電機。當年法拉第曾在英國皇家學會上表演他的發電機。當時,有一位貴夫人問法拉第:“這玩藝兒有什么用呢?”法拉第非常有禮貌地回答道:“夫人,新生的嬰兒又有什么用處呢?”這一絕妙的回答受到大家的交口稱贊。
當拉第發明的圓盤發電機雖然非常簡單,它產生的電流甚至不能讓一只小燈泡發光,但是,這是世界上 臺發電機,是它首先向人類揭開了機械能轉化為電能的序幕。后來,人們在此基礎上將馬蹄形 磁鐵改為能產生強大磁場的電磁鐵,用多股導線繞制的線框代替紫銅圓盤,對電刷也進行了改進,終于制成了功率的可供實用的發電機。目前,即使功率為IGW、10GW的特大型發電機,也是根據法拉第圓盤發電機的基本原理一電磁感應原理制成的。
1866年,德國的電工學家、實業家恩斯脫.韋爾納·馮·西門子在法拉第圓盤發電機的基礎上研制出自激勵式發電機,1870年,比利時的Z·T·克拉姆又研制出了自激勵式直流發電機。在經過不斷改進之后,電機技術已經走向成熟,1877年真正實用的發電機開始進入商業化生產階段。
100多年過去了,正是這簡陋、不成熟、像初生嬰兒一樣的圓盤發電機人類帶入了電氣時代,為人類利用電能做出了重大貢獻。
21世紀是科學技術飛躍發展的時代,特別是電腦技術等高科技成果在柴發電機組上的應用,使華爾網柴油發電機組有了更廣闊的發展前景。以柴油機為動力用的華爾網柴油發電機組己經是通信等企業必不可少的重要設備。
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