防锈水泵、机体、喷油器、缸套气蚀现象产生原因剖析

摘要：气蚀是康明斯发电机组机械或机件与液体相对高速运动时在机件表面上发生的一种破坏，气蚀又称空泡腐蚀，或气蚀， 气蚀也是一种局部腐蚀。由于气蚀主要产生在缸体、防锈水泵、燃油泵、喷油泵和汽缸套部位，因此，发动机中发生的气蚀对燃油装置及配气装置的正常运行和作业将造成极大的危害。销售中心为了减轻或防范产生气蚀，使其运行和工作况达到理想效果，通过本文中对气蚀产生的原由和影响进行了析熟悉，选取相应的举措从而使柴油发电机经济性能得到提高，品质得到保证。

      柴油机在操作一段时间后，冷却系统中循环的防冻液，即使添加防锈剂，仍会对接触部分发生腐蚀；这是由于防锈水中溶解的气体，在柴油机运转造成的振动功用下，在低压时析出气泡，然后气泡在高压下溃灭；机体水腔和缸套外壁等在气泡溃灭时产生的冲击和发热作用下，会形成麻点状和针状的孔洞。该过程在柴油机震动造成的压力变化下不断重复，气泡从而持续对缸体水腔、缸套外壁等造成破坏。

      康明斯柴油机选择弗列加司生产的干式化学添加剂或含干式化学添加剂的水滤器，可以在柴油机作业中不断消除和抑制水箱宝中的空气泡或泡沫。故而康明斯柴油机上的水滤器不仅通过滤纸过滤杂质，而且装有防气蚀的化学添加剂。定期替换水滤器滤清器可代替向冷却装置加添加剂。比如有些由于使用员对康明斯柴油机的特性和水滤器的放气蚀功能缺乏知晓，认为柴油机频繁替换水滤器滤芯得不偿失因而该机常年不换水滤器过滤器，造成水滤器失效是气缸套气蚀的重要因由。因此，应经常查验DCA值，需要时加用添加剂，在B级保养时（250h或三个月），将水滤器预加滤芯换成工作滤清器。

      康明斯发电机组属于冷却系列的闭式循环水箱。膨胀箱上连接两根软管，一根通柴油机前出水口，另一根接散热器加水口；下部连接一根软管，接水泵进口。当柴油机运行时，水道和散热器内的水蒸气都进入膨胀箱，以减少水道内的空气和空气泡，而膨胀箱的防锈水又可补充水泵进口低压区，起防气蚀的用途。但因为操作入员不领会冷却装置的构成特征，误认为不使用膨胀箱冷却装置也能工作，因而该机膨胀箱经常不加水，散热器家说口通膨胀箱的水管接头脱落不焊修。散热器盖事故不更换，甚至膨胀箱无加水口盖，导致尘埃进入膨胀箱将下部出水口堵塞。该机冷却系统无法形成完整的闭式循环，只是压力减轻、散热器缺水康明斯柴油发电机组各型号、空气和空气泡增多，空气泡破裂促使汽缸套加速气蚀。因此，应保证冷却装置完整、密封、膨胀箱水位正常、管路通常，并按要点选择冷却液，应选定含量不超过0.10%的低硅酸盐水箱宝，比例配置要适当，以减小沉淀量。

      当水温在40~71℃时，溶解于水中的空气增多，容易产生空气泡，而且在水箱宝温度未达到71℃以前，腐蚀量随温度升高而增加。这种状态恰好是柴油机处于气蚀较严重的低温状态。

      在冷却装置中，化学添加剂久用沉淀，水箱宝持久使用变质，燃油、润滑油等有害物质浸入等都会造成水道积垢增多，使水套局部变窄，狭窄处水流速度加快，压力减轻，导致空气泡容易产生和破裂，汽缸套气蚀加快。因此，若发现冷却系统积垢过多或机油冷却器渗入润滑油，应及时进行清洗。

       如果油液抗泡沫性差，易于汽化并形成泡沫康明斯柴油发电机型号大全，就容易导致气蚀。

       油位过高，油液受柴油机搅拌而易使气体溶在油液内；油位偏低，工作泵易吸入空气引起循环油液流量不足，加大了油液中空气或水形成气泡的机率，这些气泡流到高压区会迅速破裂从而产生气蚀情形。

      侵入油液装置的空气和水分愈多，产生气蚀的范围愈广。空气侵入的渠道详细是泵的吸油口及管接头处因密封不严，导致空气进入系统。水分侵入的具体渠道是怕冷却器内漏。

      柴油发电机的作业程序粗暴，特别是柴油机，较大爆发压力大，导致侧向敲击力相应增大，从而导致气蚀增加。

       气蚀原由之一是由于所用的金属材料硬度较低。在燃油装置中较硬的元件如喷油泵针阀偶件上发生气蚀的情况相对少一些。但在某些场合中气蚀也可能使喷油泵针阀偶件在运行几十小时后事故。而喷油器针阀阀线的气蚀会破坏喷油器针阀偶件的密封性能，造成雾化不佳滴油甚至不雾化，从而使柴油发电机燃烧状态恶化，油耗量增加，严重的危害柴油发电机的经济性，可靠性和耐久性。

      气蚀破坏是物理效应和化学效应的综合结果。但是详细还是物理效应。柴油发电机在作业时，高压油泵的瞬时供油量和油压都是在变化的。其变化规律取决于供油凸轮的型线。我们知道燃油是有可压缩性的，因为燃油的可压缩性，高压油泵柱塞产生的压力是通较高压管并且以压力波的形式在高压油泵柱塞偶件和喷油咀针阀偶件之间传播的。若此时，压力波不足以使喷油器针阀偶件的针阀升起时，所产生的压力波便全部反射回高压油管的内部，并且与高压油泵新发生的压力波迭加后重新向喷油器的针阀偶件传播。如此往复传播，直到针阀开启，喷油终了为止。因此在喷油流程中，高压油管内各断面的油压是随着时间的变化而变化的。当燃油系统中任何一点的压力下降到等于或低于该温度下的燃油蒸汽压力时便形成气泡。随后因为气泡外边的燃油压力高，气泡周围燃油表面张力低，气泡外面的燃油就有向气泡中心加速前进的趋势，并且有一定的动能，气泡在正压力波作用下就破裂。破裂时被压缩的气泡凝结成少量的燃油，同时产生非常高的压力，使金属表面造成脱落形成麻点，即出现气蚀。随后形成不规则的凹槽。这样周而复始，就会使金属表面遭受破坏。

      燃油系统中的高压油泵柱塞、出油阀、喷油嘴针阀和高压油管均有气蚀发生。燃油装置中因喷油需要发生瞬时高压和瞬时低压。喷油时系统中处于高压供油，喷油终了会使装置内油压骤然减少。此外，随着柴油机强载程度不断提高，燃油喷射压力和喷油率也相应提高。高的喷射压力容易引起二次喷射使柴油机性能下降，并造成系统的气蚀。燃油系统中的气蚀有以下两种：

      具体产生在高压油管上。燃油装置中的高压燃油流动时发生和传播压力波，特别是喷射终了时会使某些部位压力变化很大，甚至产生负压力波，致使气泡发生，高压时又使气泡溃灭产生气蚀，称为波动气蚀。柴油机低负载运转时波动气蚀较为严重。

      详细产生在高压油泵柱塞螺旋槽附近和喷油嘴针阀截面变化处。燃油系统中，高压燃油流经通道截面变化处产生强烈节流，压力下降并形成气泡，随后的压力升高又使气泡溃灭而产生气蚀，称为流动气蚀。柴油机高负载运转时节流作用增大使气蚀更加严重。

      燃油装置中不适当的压力波动致使气蚀，而压力波动主要由于卸载“非法”引起。于是目前对此进行大量的探讨，仿线所示。例如选用缓冲型出油阀、等压出油阀、控制节流和阶梯型螺旋槽柱塞、双锥型针阀等。此外，对容易气蚀部位选择保护性办法等。

图3  柴油机零件表面缺陷穴蚀气泡模拟仿线  柴油机高压铸造零件的穴蚀气泡模拟仿真图

      供油凸轮型面的优化规划合理规划供油凸轮型面，使之适应瞬时间供油量和油压的变化规律。

      当前在一些高压油泵的泵体上选取工艺堵来抗气蚀，延长高压油泵的使用时限；选用高强度合金材料在产品的布置上选择高强度合金材料，防范对配件发生气蚀。

      缓冲型出油阀是在原下置等容卸载组成的基础上改进而成的。出油阀座面的下部增加了直径6毫米的阻尼圆柱，出油阀落座之前，卸载凸缘进入导向中孔之后，阀体内的燃油处于某种程度的密封状态，燃油的排泄只能通过6毫米和14毫米两处的配合间隙。利用燃油的阻尼功用，减缓出油阀落座速度，减轻供油终了后的系统内回油转速。同时还可收到减少压力波震荡的幅度，减轻二次喷射的效果。使喷油器针阀偶件气蚀减小。

      目前东风康明斯柴油发动机使用的就是这种出油阀。它是用看来控制两次喷射之间泵体所保存的装置压力，防范在喷射后燃油从喷油泵逆流。出油阀设有顺流阀和逆流阀各一个。它能保证在柴油发电机全部工况下高压燃油管内的剩余压力保持恒定。不受柴油发电机的负荷及速度的危害，可以改良部分负载时的柴油发电机性能，改善喷油泵的使用寿命；操作部门的举措使用部门的细心维保和精心维护与严格的检修也是保证减小气蚀的必不可少的条件。

       随着柴油发电机容量等级和强化程度的提高，喷油咀偶件的材料选用成为一个重要课题。因为真阀体的选材与其在柴油发电机中的工作温度有及为密切的关系。以上这些是有关布置部门和生产代理商在生产配件时采用的防气蚀的必要措施。

      柴油机OEM主机厂使用手册规定活塞裙部的上部与汽缸间隙为0.27～0.34mm，下部与汽缸间隙为0.24～0.31mm，只能供修复时参考。因为目前用户所使用的缸套通常要进行选型，如硼铸铁缸套、钒钦铸铁缸套等，其膨胀系数不等，安装时的实际摄氏温度也不相同，再加上老缸体变形基础稳定以及加工精度和装配品质有差异等，于是不能把上述间隙作为公式导用。我们在实际维修中建议把活塞裙部的上部与汽缸间隙改为0.28～0.30mm，下部与汽缸间隙改为0.25～0.27mm，能使缸套气蚀有所减轻。一旦发现轻微气蚀，可将缸套装配方向调转90°（即将被气蚀表面转到与连杆摆动面的垂直方向，继续操作）。

      水箱宝流应该是畅通的，不存在“死水区”、“涡流区”和局部狭窄处。较好采取切向进水口，由于水箱宝切向流动会使空泡离开缸套表面附近的强烈震动区。由于空泡破灭时已随水流而去，没有足够的时间挤人气缸套外壁的微小针孔中去，因而不致产生严重的气蚀。如一柴油机较初操作700h就发现气缸套气蚀穿孔，后将水夹层较窄处加宽，并将机体两端处进水改为每缸独立切向进水，气蚀破坏状况有了显着改良。此外，提高防冻液温对减轻气蚀有一定益处。当水温为55℃时较为不利，85℃左右较好。

      如图5所示。在汽缸套外表面镀一层厚约0.02～0.03mm的乳白色镀铬层，可以高效地预防气蚀。因为镀铬层具有偏高的机械性能和良好的耐腐蚀能力，故能抵制气蚀和电化学腐蚀。但铬镀层不宜太厚，否则会因震动而碎裂并剥落。硬的光泽铬层因为脆性大及存在有细微裂痕，是无法可靠地防护气缸套的，因此不宜操作。此外，镀铬工艺较复杂、成本高，品质不易保证柴油发电机厂家价格，再兼之对环境有一定污染，使之在运用上受到一定限制。 在气缸套外表面涂敷环氧酚醛树脂，可以吸收空泡的冲击能量，也可减少气蚀破坏。但短处是脆性较大，不能长久地保留在表面上。 在气缸套外表面多发生气蚀处包裹锌带、电镀锅钦合金层，实践表明颇有成效。 汽缸套外表面进行渗氮、扩渗铬一锰处理，亦能取得较好的防气蚀效果。即使气缸套外圆表面上不作任何覆盖层，如能减轻其表面粗糙度，就能使其材料得以改良，如：使其材料中的石墨呈片状或球状而非细碎的，也可提升其自身的抗气蚀能力。

      构成如图6所示。抗穴蚀的环保型气缸套通过水道壁提升布置及汽缸套支撑肩下端面增加铜垫两种结构布置，增加了气缸套整体刚度，降低了汽缸套工作时震动，以实现来抗穴蚀，能够使燃油燃烧充分，减少积碳及减少因为积碳导致的磨粒磨损，延长了内燃机的使用年限。

      因柴油发电机液压元件精度高、相对运动部件间配合问隙小，产生气蚀后会导致配合表面变黑甚至出现小坑使闽芯卡住，压力失调。缸套气蚀较重时，受损区会发生较深的形状不规则的凹点，就好像缸套表面被强酸腐蚀过一样；气蚀现象较严重时，四点会穿透缸套壁，使机体内的冷却水体进入汽缸，引起发动机发生严重损坏。气蚀与其他型式的腐蚀联合功用时，损坏转速将成倍乃至几十倍地延迟。