新聞主題	柴油發(fā)電機(jī)散熱水箱的材質(zhì)結(jié)構(gòu)和防腐處理措施

 

為了防止和減輕冷卻水中的雜質(zhì)對(duì)柴油發(fā)電機(jī)的腐蝕作用，某些柴油發(fā)電機(jī)（如康明斯N855型）在冷卻系統(tǒng)中還設(shè)有防腐裝置。可在防腐裝置的外殼中裝有用鎂板夾緊著包有離子交換樹(shù)脂的零件，其作用是由金屬鎂作為化學(xué)反應(yīng)的金屬離子的來(lái)源，當(dāng)冷卻水流經(jīng)防腐裝置的內(nèi)腔時(shí)，水中的碳酸根離子便和金屬離子形成碳酸鎂而沉淀，在該裝置中被濾去，從而減小了冷卻水對(duì)柴油發(fā)電機(jī)水套及冷卻系統(tǒng)各部件的腐蝕。康明斯公司在本文中針對(duì)散熱水箱的防銹、防腐問(wèn)題進(jìn)行了分析與研究，找出了影響散熱水箱的防銹、防腐問(wèn)題主要因素并做出相應(yīng)改善。

散熱水箱模型正面圖

散熱水箱模型軸測(cè)圖

 

 

一、散熱器材質(zhì)結(jié)構(gòu)

散熱器的作用是將冷卻水所攜帶的熱量散入大氣以降低冷卻水的溫度。散熱器必須有足夠的散熱面積，并用導(dǎo)熱性好的材料制造，其構(gòu)造由上散熱水箱（有的帶有空氣一蒸汽閥）、芯部和下散熱水箱三部分組成。上、下散熱水箱用來(lái)存放冷卻水，上散熱水箱頂部開(kāi)有注入冷卻水的加水口，用散熱水箱蓋封閉。柴油發(fā)電機(jī)水套中的熱水從汽缸蓋上的出水口流進(jìn)上散熱水箱，經(jīng)散熱器芯子冷卻后流到下散熱水箱，再經(jīng)下散熱水箱的出水管被吸入水泵。

1、散熱散熱水箱的分類

散熱器芯部構(gòu)造常用的有管片式和管帶式兩種。

（1）管片式的芯部構(gòu)造由許多扁形水管焊在多層散熱片上構(gòu)成。其芯部的散熱面積大、對(duì)氣流的阻力小、結(jié)構(gòu)剛度好、承壓能力強(qiáng)、不易破裂，所以目前被廣泛采用。其缺點(diǎn)是制造工藝比較復(fù)雜。

（2）管帶式芯部的構(gòu)造由波紋狀散熱帶與扁形水管相間排列組合而成。帶上開(kāi)有縫槽，可以破壞氣流附面層以增加傳熱效果。該型芯部的剛度不如管片式好，但制造工藝簡(jiǎn)單，便于大量生產(chǎn)，其應(yīng)用有逐漸增多之勢(shì)。

散熱器芯子多用黃銅制造。黃銅具有較好的導(dǎo)熱和耐腐蝕性能，易于成型，有足夠的強(qiáng)度且便于焊修。為了節(jié)約銅，近年來(lái)，鋁合金散熱器也有一定發(fā)展。

2、空氣蒸汽閥工作原理

閉式強(qiáng)制循環(huán)冷卻系統(tǒng)是一個(gè)封閉的系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的蒸汽壓力后，可以提高冷卻水的沸點(diǎn)。由于冷卻水溫和外界氣溫溫差加大，因而也就提高了整個(gè)冷卻系統(tǒng)的散熱能力。但如果冷卻系統(tǒng)內(nèi)蒸汽壓力過(guò)大，就可能使散熱器芯的焊縫或水管破裂。當(dāng)冷卻系統(tǒng)中的水蒸氣凝結(jié)時(shí)，會(huì)使系統(tǒng)中的蒸汽壓力低于外界大氣壓力，如果這個(gè)壓力過(guò)低，散熱器芯部就可能被外界大氣壓壓壞。因此閉式冷卻系統(tǒng)的散熱水箱蓋上裝有空氣蒸汽閥，其結(jié)構(gòu)及工作原理：

當(dāng)冷卻系統(tǒng)內(nèi)蒸汽壓力低于大氣壓力0.01~0.02MPa時(shí)，在壓差作用下，空氣閥便克服彈簧的預(yù)緊力而開(kāi)啟。空氣從蒸汽引出管經(jīng)空氣閥進(jìn)入上散熱水箱，使冷卻系統(tǒng)的壓力升高。當(dāng)冷卻系統(tǒng)內(nèi)蒸汽壓力超過(guò)大氣壓0.02~0.03MPa時(shí)，蒸汽閥彈簧被壓縮，蒸汽閥便開(kāi)啟，此時(shí)將從蒸汽引出管中放出一部分蒸汽，使冷卻系統(tǒng)的壓力下降。此時(shí)，冷卻水的沸點(diǎn)可提高到108℃左右，減少了冷卻水的消耗。空氣一蒸汽閥一般安裝在散熱器蓋上，有的柴油發(fā)電機(jī)則安裝在散熱器上儲(chǔ)散熱水箱的側(cè)面。當(dāng)柴油柴油發(fā)電機(jī)過(guò)熱時(shí)，如需打開(kāi)閉式強(qiáng)制循環(huán)冷卻系統(tǒng)的散熱器蓋，應(yīng)將其慢慢旋開(kāi)，使冷卻系統(tǒng)內(nèi)的壓力逐漸降低，以免蒸汽和熱水噴出傷人。如果要旋松放水開(kāi)關(guān)放出冷卻水時(shí)，也需先打開(kāi)散熱器蓋，才能將水放盡。

二、試驗(yàn)分析

備用柴油發(fā)電機(jī)組的散熱水箱長(zhǎng)期處于半干半濕狀態(tài)，氧氣、水含量充足。根據(jù)電化學(xué)腐蝕情況分析，發(fā)生的腐蝕反應(yīng)為：Fe-2b=Fe2+，F(xiàn)e2+被進(jìn)一步氧化成Fe*，溶解于水中。一方面使散熱水箱水質(zhì)變成黃褐色，影響產(chǎn)品的形象；另一方面腐蝕使散熱水箱鋼板厚度減薄，影響使用壽命。

1、漆膜加速耐水試驗(yàn)

針對(duì)散熱水箱過(guò)早銹蝕的情況，首先考慮涂料的性能是否滿足 防腐蝕要求，制定漆膜加速耐水試驗(yàn)辦法，釆用五種油漆制作樣 板，進(jìn)行了漆膜耐水試驗(yàn)。加速耐水試驗(yàn)流程為：試板前處理一 噴涂一自干一封邊一自干一水浴試驗(yàn)一結(jié)果分析。

以記錄下述破壞現(xiàn)象為試驗(yàn)結(jié)果：起泡、起皺、銹污、失光、 變色、脫落、附著力降低以及脫漆后底材銹蝕狀況。試板邊緣 8 mm內(nèi)的破壞現(xiàn)象及明顯的人為造成的破壞現(xiàn)象均不列入試驗(yàn) 結(jié)果。

一個(gè)月后加速試驗(yàn)結(jié)果：除5號(hào)油漆漆之外，其余油漆均完 好，無(wú)起泡、起皺、銹污、脫漆后底材銹蝕等情況，僅表面殘存少 量水垢。說(shuō)明油漆性能至少能夠滿足耐水一年，散熱水箱3個(gè)月出現(xiàn) 明顯銹蝕，原因不在油漆性能。

2、漏噴情況下的耐水試驗(yàn)

將加速試驗(yàn)后完好的四塊試板均挖去一塊1 cm見(jiàn)方的漆 膜。然后繼續(xù)放入50龍的恒溫水浴箱中，三天后即出現(xiàn)較為明顯 的銹蝕，繼續(xù)觀察發(fā)現(xiàn)腐蝕情況在不斷加劇。

3、 噴鋅與噴漆在漏噴后對(duì)比銹蝕現(xiàn)象

選用與散熱水箱厚度相當(dāng)?shù)匿摪遄鰧?duì)比試驗(yàn)。放入50 T的恒溫水箱中，一個(gè)月后的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：噴涂油漆的試件漏噴處出現(xiàn)嚴(yán) 重的銹蝕，向周圍擴(kuò)散流銹水，噴鋅試件的長(zhǎng)縫漏噴處銹蝕則不 明顯。說(shuō)明噴鋅較噴漆具有較好的防腐效果。

4、試驗(yàn)結(jié)果分析

噴漆和噴鋅的耐水性能差異大，電弧噴鋅優(yōu)于噴漆；采用電 弧噴鋅加涂料防腐，值得再分析研究漏噴后金屬表面因電極電位不同而出現(xiàn)的“大陰極小陽(yáng)極” 現(xiàn)象。漏噴處為陽(yáng)極，失電子。噴漆處為陰極，得電子。由于陰極 面積比陽(yáng)極大得多，因此陽(yáng)極釋放的電子遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠陰極得到的， 促使陽(yáng)極失電子的反應(yīng)Fe—Fe2++2e-加速進(jìn)行并被繼續(xù)氧化成 Fe七從而使局部腐蝕加速進(jìn)行。在現(xiàn)有條件下散熱水箱使用涂料防 腐行不通。

三、小樣試驗(yàn)

1、 散熱水箱防腐蝕工藝路線

根據(jù)噴鋅防腐蝕的原理，調(diào)研噴鋅工藝，考慮工藝和經(jīng)濟(jì) 性，釆用電弧噴鋅方法進(jìn)行防腐。工藝路線如下：散熱水箱鋼板下 料一鋼板開(kāi)焊接坡口一散熱水箱鋼板拋丸一焊接部位預(yù)保護(hù)一電弧 噴鋅一散熱水箱組焊一內(nèi)壁焊縫涂富鋅漆一散熱水箱組焊一散熱水箱內(nèi)壁蓋 板焊縫涂富鋅漆一涂裝。

2、 防腐原理

噴鋅防腐試驗(yàn)基于鋅和鐵組成原電池，犧牲陽(yáng)極鋅保護(hù)陰極鐵，原理如下：

（1）電化學(xué)保護(hù)用。

由于鋅比鐵活潑，容易失去電子，在腐蝕前 期過(guò)程中，鋅粉和鋼鐵基材組成原電池，鋅的電極電位比鐵的電 極電位低（Fe->Fe2++2e--0.44V；Zn-Zn2++2e--0.758V）。鋅為陽(yáng)極，鐵為陰極，電流由鋅流向鐵，鋼鐵基材便得到了陰極保護(hù)。其 腐蝕產(chǎn)物的形成，使涂層與底材的電位差減小，當(dāng)涂膜被損傷 時(shí)，露出新的金屬鋅，電位差立即增大，產(chǎn)生較強(qiáng)的陰極保護(hù)作 用，因此銹蝕不會(huì)從漆膜損傷處向周圍擴(kuò)散。

（2）鋅腐蝕沉積物屏蔽保護(hù)。

在腐蝕后期過(guò)程中，鋅在應(yīng)用過(guò) 程中不斷被腐蝕，鋅粉間隙和鋼鐵表面沉積了腐蝕產(chǎn)物，即堿式 碳酸鋅，俗稱“白銹”（見(jiàn)下面反應(yīng)式），其結(jié)構(gòu)致密，且不導(dǎo)電，是難溶的穩(wěn)定化合物，能夠阻擋和屏蔽腐蝕介質(zhì)的侵蝕，起到防 腐蝕效果。鋅在使用環(huán)境中潮氣條件下生成腐蝕沉積物，其反應(yīng) 如下：

Zn+2H₂O=Zn（ OH ）₂+H₂，Zn（OH ）₂=ZnO+H₂O,

5ZnO+2CO₂=2ZnCO₃ • 3Zn（OH ）₂+H₂O

5ZnO+2CO₂+3H₂O = 2ZnCO₃ -3Zn（OH）₂（堿式碳酸鋅)

噴鋅層通過(guò)上述兩種機(jī)理最終使鋼鐵基材得到保護(hù)。散熱水箱 內(nèi)壁進(jìn)行長(zhǎng)效防腐，其防腐壽命可以達(dá)到5年以上。

以上試驗(yàn)表明，噴鋅焊接工藝的柴油發(fā)電機(jī)散熱水箱水溶液中腐蝕性產(chǎn)物較少，腐蝕特征低于拋丸后焊接、未拋丸焊接工藝的散熱水箱水溶液，證明噴鋅具有較好的抗腐蝕效果。

 

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