发电机活塞发生烧顶熔化的因由

导读：活塞烧蚀是柴油发电机使用中较常见的现状，烧蚀部位大多产生在活塞顶部和第一、第二道活塞环槽处及活塞头部圆周处，通常以活塞顶而熔洞、穿孔和头部圆周处键槽状缺口、蜂窝眼为主要形式，损坏状况详细表现为发电机下排烟增大，甚至机油从呼吸孔冲出。活塞烧蚀将引起柴油发电机作业异样，直接引起缸压减轻，功率无劲，间接引起拉缸、抱瓦等，并故障涡轮增压器、缸盖等机件。下面，根据深圳发电机出租公司康明斯K38发电机活塞烧蚀的修理经验，结合相关相关技术资料后，对康明斯K38系列发电机活塞烧蚀的缘由作剖析。

      通常表现为发电机下排烟明显增大，运行中忽然发生排烟冒白烟且有机油从废气管中窜出，严重烧蚀后，排烟管与缸盖接口处冒柴油。

      表现为（早期）轻微烧蚀，第一道活塞环上部出现蜂窝眼；（晚期）严重烧蚀，第一道活塞环镶槽断裂或活塞烧缺，随着发电机的继续操作，这一现象进一步扩大，最后恶化到活塞环槽脱落所形成的异物在燃烧室中受活塞的往复撞击而导致缸套拉伤、缸盖底平面和气门被碎块打坏、喷油嘴喷嘴打坏、碎块进入排气道和增压器将高速运转的增压器废气涡轮打坏。

      水泵作为冷却装置心脏，它使防冻液以一定的压力（KTA38系列康明斯发电机较低防冻液压力48KPa）和速度在发电机相关冷却通道内流动，将发电机各部分的热量带走，当水泵压力由于泵内部部件磨损泄露等因由而低于正常值时，就无法对发电机（特别是燃烧室）进行有效的冷却，使活塞、缸套始终处于发烫状态，活塞受发热强度降低而造成烧蚀。

      自来水因为含有大量的杂质，过热时极易在水箱和发电机防冻液道生成水垢，水垢一旦形成，一则减少了水箱宝的正常流通面积，二则阻碍了正常的热传递，从而危害发电机燃烧室热量的正常散热。

      节温器的初开启温度为80℃，全开温度为90℃，无论是卡死和动作值变化，都会危害水箱宝在流往水箱这一冷却大循环的流通性，而使发电机得不到及时冷却。

      柴油膨胀冲程所发生的热量，一方面以膨胀爆发的形式将热能切换成机械能推动活塞作功，另一方面通过排气、活塞—活塞环一缸套一防冻液、机油冷却将多余的热量传散出去。冷却喷嘴与机油主油道直接连通的机油通过冷却喷嘴喷入活塞底面的一侧，从活塞底面另一侧流出，以达到冷却高温活塞的目的。（拆除喷嘴时一定要仔细，千万别碰撞喷嘴，同时安装时要充分保证其畅通性和紧固螺栓25磅的扭紧力矩。)

      喷孔直径超过标准时，过多的柴油喷入气缸，在某工况下，由于进气量一定，同时过量空气系数也一定，从而不能保证喷入缸内的柴油都能够完全燃烧，甚至出现柴油附在活塞上燃烧，造成积炭和活塞过热。严重时可以在活塞顶部看见一个个与喷孔数量相同的喷油痕迹，活塞头部也会有一层厚厚的不规则的积炭，造成活塞过热烧蚀。

      PT泵油量过度也会使过多的柴油喷入气缸而不能完全燃烧，而发生发电机排黑烟，工作粗暴，缸内异样高温。

      提前角过度，发电机作业粗暴，提前角过小，发电机燃烧滞后致使后燃，极易造成活塞因高温而烧蚀。KTA38系列康明斯发电机喷油正时由静态喷油正时和动态喷油正时结构。静态喷油正时由齿轮室内主轴齿轮和左、右排凸轮轴齿轮（以及偏心键）的相对位置而确定，对它的检验须借助专门的正时检测工具来完成。而其独特的动态喷油正时用途能够使发电机在运行中根据外界负载情况自动调节喷入汽缸的柴油油量，以达到较佳的燃烧效果。动态喷油正时系统主要由：STC控制阀、STC油管、带STC的喷油器构造。大概的控制机理为：不一样工况时，STC控制阀根据检测到的PT喷油泵柴油压力一控制STC阀内柱塞的位置一机油进入喷油嘴的STC油腔形成一段液力柱塞一改变喷油嘴柱塞的总行程一改变喷油器的开启和关闭时间这一过程来达到动态调整喷油正时的目的。如果因为机油里混有机械杂质等缘由造成STC阀柱塞磨损或卡死以及STC机油油路有泄露存在，就会使发电机丧失这一功能而致使喷油正时紊乱，燃烧不佳，活塞积炭，活塞过热而烧蚀。

      活塞在发烫、高压、高速、润滑不良的恶劣因素下作往复直线运动，直接与发热气体接触，瞬时温度可达2500℃以上，受热严重、散热因素差，故而活塞作业时温度很高顶部可达600～700℃，且温度分布很不均匀；活塞顶部承受气体压力很大，特别是做功行程压力较大，柴油发电机高达6～9MPa，这就使得活塞产生冲击，并承受侧珏力的功用活塞在汽缸内以很高的转速（8～12m/s）往复运动，且转速在不断地变化，产生了很大的惯性力，使活塞受到很大的附加载荷。活塞在这种恶劣的因素下作业，会产生变形并加载损伤，还会发生附加载荷和热应力。若活塞品质不过关，铸造时存在气孔、疏松、微裂纹、夹渣等短处，则在发热高压功能下，这些气孔、疏松、微裂痕会导致疲劳损坏；活塞中的夹渣首先熔化，诰成活塞烧熔，致使活塞烧蚀损坏。

      积碳的生成比较复杂，它与发电机组成以及使用燃科、润滑油科的种类及发电机所处作业要素、工况等密切相关。在燃烧室中，氧气供给不足，燃料和窜入燃烧室的润滑油料不能完全燃烧，而产生油烟和焦油微粒，它们和润滑油混合在一起后，进一步氧化成为稠性胶状液体羟基酸，羥基酸又进一步氧化变成一种半流体树脂状胶质，牢因地粘附在零件上，随后在高温的不断作用下胶质又聚合成更复杂的聚合物，成为一种硬质胶结碳，即形成了积碳。

      积碳的结构成分有润滑油、轻基酸、沥清质、油焦质、碳青质、硫酸盐、硅化合物（来自进气中的灰沙）和微量金属到及其化合物等。发电机温度越高，形成的积碳也越硬越紧密，与金属粘接越牢固。活塞环槽中的积碳会使活塞环失去弹性而卡死，活塞环密封性下降，引起烧枳油状况，进而加剧了积碳的生成，进、排气门上的积碳会使气门关闭不严，过热颗粒积碳附着在气门上也会使气门及气门座烧蚀，加剧气门漏气。气门漏气，又使发烫气冲气门及气门座，进一步使气门及气门座烧蚀发生漏气，较终致使缸床减少，燃烧黑烟大促使活塞积碳的生成。活塞积碳使其散热功用减弱，温度升高，当温度超出活塞的热承受极限时，将引发活塞烧蚀。造成发电机燃烧黑烟大、积碳严重的详细缘由是过气门密封不严进、排烟门关闭不严，会诰成发烫、高压的可燃混合气冲蚀气门及气门座作业面，使二者作业面产生嘛点、积碳、烧蚀，麻点、积碳、烧蚀又会加载进、排烟门关闭不严，形成恶性循环。气门关闭不严，缸压降低，燃烧不佳，造成缸内积炭过多，致使发电机动力性，经济性下降。

      若活塞环槽内会形成积炭，将活塞环嵌在活塞环槽中无法转动。可将活塞总成浸泡在煤油中，待其软化后再进行解除或拆装，如图1 所示。

      活塞环槽的磨损较大，一般第一道活塞环槽的磨损较为严重，以下几道环槽的损伤依次减轻。其起因是因为燃烧室高压燃气的作用和活塞高速往复运动，使活塞环对环槽冲击增大。损伤后的环槽断面成梯形，外宽里窄，侧隙增大 ，导致汽缸漏气、室油，使发电机动力性下降，润滑恶化，燃烧室大量积炭等。活塞产生上述状况，在发电机大修时应全部更替。

      活塞裙部虽与汽缸壁直接接触，但接触面积较大，润滑要素较好，于是磨损也较轻。一般只在侧压力较大的一侧发生轻微的磨耗和擦伤。当活塞裙部与气缸壁间隙过量时，发电机工作易出现敲缸，并出现严重的窜油状况。查看裙部磨损时，用千分尺测量与活塞销垂直方向的活塞裙部直径，如图4所示；千分尺的使用方法如图5所示。测得的数值与标准尺寸的较大偏差量不得超过0.04 mm。超过规定值时，在发电机大修时应替换全部活塞。

      排气背压是指发电机排烟的阻力压力。例如K38康明斯柴油发电机排烟压力小于0.09kPa，若消声器产生堵塞或排气管改装“非法”，将会增大排气阻力，导致排气背压过大。因为发电机排气背压过高，气缸内混合气烧后生成的废气难以排出，废气只能返流，热量相对积聚在缸内，致使缸内温度偏高，较终导致活塞烧蚀。

这些酸性物质随空气进入气缸并与柴油一起参与燃烧，在燃烧中会形成磷酸和硫酸等酸性化学物质，而腐蚀缸套、活塞。

如果活塞和缸套铸造时存在气孔、疏松、微裂痕及夹渣等缺陷，这些弊端就会作为疲劳源而致使疲劳事故，活塞中的夹渣会引起活塞烧熔。铸造材质及工艺也关系到活塞和缸套的机械强度以及耐发烫能力。

      康明斯发电机在操作流程中，产生活塞烧蚀损坏，在平常保养维保工作中一般不多发现，但一旦发生，对发电机则是致命的故障。为了保证发电机长周期安全运行，除使用员工的精心操作、细心维保外，按要求做好康明斯讲解的发电机A、B、C、D级保养作业显得十分重要，特别是发电机的C、D级维保。不论是对喷油嘴、气门间隙的就机查验调整，还是将喷油器、PT泵、STC控制阀送外校检，都要遵循康明斯发电机技术标准，不能一味的片面追求发电机动力，而忽视发电机本身的实际工况。