第36卷第9期腐蝕與防護(hù)Vol. 36 No. 92015 年9月CORROSION & PROTECTIONSeptember 2015 .應(yīng)用技術(shù)DOI:10. 1973/+5yfh-201509018甲醇對(duì)直流泵的腐蝕及改進(jìn)建議韓國(guó)鹛' ,姚安仁2 ,姚春德' ,劉軍恒'(1.天津大學(xué)內(nèi)燃機(jī)燃燒學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,天津300072; 2.天津大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,天津300072)摘要: 實(shí)踐發(fā)現(xiàn),采用直流泵供應(yīng)甲醇時(shí)其使用壽命較供應(yīng)汽油時(shí)大幅縮短。為探索原因,對(duì)已損壞的大量甲醇泵進(jìn)行了故障統(tǒng)計(jì),并從電化學(xué)腐蝕的角度分析了甲醇泵正負(fù)極不均勻腐蝕的現(xiàn)象和機(jī)理;自行設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)易的醇泵試驗(yàn)臺(tái),通過(guò)醇泵耐久性試驗(yàn)驗(yàn)證了理論分析的正確性。結(jié)果表明:直流泵正負(fù)極線路之間發(fā)生了類似“陰極保護(hù)”的電化學(xué)作用,加速了正極線路的腐蝕并使負(fù)極線路得到保護(hù)?；诖?，測(cè)試并分析了電液分離式和電液-體式無(wú)刷泵耐醇特性,指出將電液-體泵正負(fù)極銅絲與流體分離是提高直流泵耐醇能力的可行措施。關(guān)鍵詞:甲醇;直流泵;腐蝕;改進(jìn)建議中圖分類號(hào): TG174文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A文章編號(hào): 1005-748X(2015)09-0878-05Corrosion of Methanol to DC Pump and Suggestions for ImprovementHAN Guo-peng' , YAO An-ren2，YAO Chun-de'，LIU Jun-heng'(1. State Key Laboratory of Engines, Tianjin University, Tianjin 300072, China;2. School of Materials Science and Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China)Abstract: Previous practical studies showed that the life of DC pumps subtanially reduced when supplyingmethanol compared with supplying gasoline. To explore the reason, the fault statistics was made on a large number ofdamaged nethanol pumps, while the phenomenon and mechanism of the non-uniform corrosion between the positiveand negative electrodes were analyzed from the point of electrochemical corrosion. A simple methanol pump test benchwas designed and durability tests of methanol pumps were performed using the bench, the theoretical analysis wasverified to be correct. The results show that a kind of electrochemical action, which was similar with cathodicprotection, happened between the positive and negative circuit of the DC pump. This effect accelerated the corrosionof the positive line but protected the negative line at the same time. Based on this, testing and analyzing were made onboth the integrated and separate electro hydraulic pump. It is pointed out that separating both the positive andnegative copper wires from the fluid for the electro .hydraulic integration pump is a feasible way to improve thmethanol- resistant capability of the DC pump.Key words: methanol; DC pump; corrosion; improvement suggestion甲醇來(lái)源廣泛,生產(chǎn)技術(shù)成熟,且在我國(guó)有很大熱效率,降低燃料成本[田。目前，該技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始在的富余產(chǎn)能,將甲醇作為替代燃料應(yīng)用到壓燃式發(fā)重載車.上應(yīng)用,并有大規(guī)模推廣的趨勢(shì)。動(dòng)機(jī)上是針對(duì)我國(guó)結(jié)構(gòu)性缺油的特點(diǎn)提出的有效措甲醇泵是甲醇供應(yīng)系統(tǒng)中一個(gè)重要的裝置,考施["。柴油/甲醇組合燃燒(DMCC)技術(shù)是在進(jìn)氣慮到DMCC技術(shù)在車上使用、安裝的便利性,一般道上加裝-套甲醇噴射系統(tǒng),形成甲醇空氣混合.選用傳統(tǒng)的直流碳刷泵。在應(yīng)用中發(fā)現(xiàn),供應(yīng)甲醇?xì)?并在缸內(nèi)由直噴柴油引燃[2]。大量的臺(tái)架試驗(yàn)的直流泵的使用壽命遠(yuǎn)低于其供應(yīng)汽油等其他燃料和車輛道路試驗(yàn)表明,該方法能有效提高發(fā)動(dòng)機(jī)的的使用壽命。隨著DMCC技術(shù)在重載車上進(jìn)- -步推廣，該問(wèn)題8益突出,已經(jīng)成為甲醇使用過(guò)程中的收稿日期:2014-08-15-個(gè)技術(shù)瓶頸。因此，開(kāi)發(fā)具有較長(zhǎng)使用壽命的耐基金項(xiàng)目:國(guó)家高新技術(shù)發(fā)展計(jì)劃(2012A111719)醇泵具有實(shí)際意義。通信作者:姚春德(1955 - ),教授,博士生導(dǎo)師,從事發(fā)動(dòng)機(jī)目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)耐腐蝕直流泵的研究較多,且已代用燃料研究,022-27406649 , arcdyao@ tju. edu. cn經(jīng)見(jiàn)諸產(chǎn)品。這些技術(shù)包括將有刷泵改為無(wú)刷泵、韓國(guó)鵬等:甲醇對(duì)直流泵的腐蝕及改進(jìn)建議電路和液路分離、采用耐腐蝕材料,如三元乙丙膠,在換向器上。正極線路故障類型如圖3所示,圖3氟橡膠等[4-5]。新技術(shù)的應(yīng)用在一-定程度上提高了(a)是壓緊碳刷的扭力彈簧斷裂,碳刷無(wú)法與換向器直流泵供應(yīng)甲醇的可靠性,但甲醇類燃料對(duì)直流泵有效接觸導(dǎo)致開(kāi)路;圖3(b)是接線柱和電感間的銅的腐蝕機(jī)理有待進(jìn)-步研究。本工作以傳統(tǒng)的直流導(dǎo)線蝕斷導(dǎo)致斷路;圖3(c)是電感和碳刷之間的銅碳刷泵為研究對(duì)象,對(duì)使用過(guò)程中損壞的大量甲醇辮腐蝕嚴(yán)重導(dǎo)致斷路。泵進(jìn)行了故障統(tǒng)計(jì),分析了甲醇造成直流泵壽命大幅縮減的原因。隨后,采用自行設(shè)計(jì)的醇泵試驗(yàn)臺(tái),在排除偶然故障的條件下進(jìn)行了耐久性試驗(yàn),驗(yàn)證了理論分析的正確性?；诖?對(duì)目前使用較多的兩種無(wú)刷直流泵進(jìn)行了測(cè)試和分析,給出從機(jī)理上改善直流泵耐醇特性的建議。(a) 彈簧斷裂(b) 銅導(dǎo)線腐蝕(c) 銅辮腐蝕1甲醇泵故障統(tǒng)計(jì)圖3正極線路故障Fig. 3 Faults of the positive line圖1是目前使用最為廣泛,同時(shí)也是DMCC技a) Spring broken (b) Copper wire corroded術(shù)試驗(yàn)過(guò)程中所采用的直流碳刷泵示意圖。該泵由(c) Copper braid corroded直流電動(dòng)機(jī)和滾柱式容積泵組成,通電后直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)子軸通過(guò)花鍵與滾柱式容積泵2甲醇泵故障 原因分析及試驗(yàn)驗(yàn)證的轉(zhuǎn)軸相連,帶動(dòng)滾柱泵轉(zhuǎn)動(dòng)。2.1故障分析從圖2的統(tǒng)計(jì)結(jié)果看,除去質(zhì)量問(wèn)題外，發(fā)生泵Pump-@Motor體內(nèi)部燒蝕和碳刷磨損的概率均較小。在直流碳刷泵運(yùn)行期間，碳刷和換向器始終接觸并相對(duì)滑動(dòng),若采用此種直流泵供應(yīng)汽油且在其使用過(guò)程中無(wú)偶然圖1直流泵示意圖性故障,則泵的使用壽命受限于碳刷的磨損;直流泵Fig. 1 Schematic diagram of the DC pump發(fā)生燒蝕時(shí)，泵體中含有的塑料元件(包括頭部塑料為探索供應(yīng)甲醇直流泵的使用壽命大幅縮減的結(jié)構(gòu)體和密封轉(zhuǎn)子線圈的塑料樹(shù)脂)熔化，如圖4所原因,收集了損壞的甲醇泵并進(jìn)行拆分,分析了其故示。無(wú)論是燒蝕還是碳刷磨損,在供應(yīng)其他燃料的障原因,統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖2所示。直流泵中均較為常見(jiàn),但在甲醇泵中獨(dú)有的,也是出現(xiàn)頻率最高的是正極線路故障,包括正極接線柱上銅導(dǎo)線、碳刷上銅導(dǎo)線的腐蝕以及壓緊正極碳刷用蘭12的扭力彈簧斷裂。正極線路故障內(nèi)部燒灼質(zhì)量問(wèn)題 碳刷磨損圖2甲醇泵故障原因統(tǒng)計(jì)Fig. 2 Fault reason statistics of methanol pumps其中，質(zhì)量問(wèn)題指在測(cè)試時(shí)即不運(yùn)轉(zhuǎn)或不正常運(yùn)轉(zhuǎn)的新泵,其故障或是正負(fù)極碳刷在運(yùn)輸過(guò)程中損壞，或是轉(zhuǎn)子與滾柱泵連接的花鍵斷裂等。正極圖4泵體燒蝕Fig. 4 Burned pumps線路是正極接線柱、電感元件、石墨碳刷組成的通路，接線柱和電感元件之間通過(guò)銅導(dǎo)線相連,電感元2.2甲醇泵正 負(fù)極腐蝕不均勻的原因件和碳刷之間通過(guò)編織的銅辮相連,各節(jié)點(diǎn)焊接而甲醇具有較強(qiáng)的腐蝕性,這是應(yīng)用甲醇燃料必成，碳刷通過(guò)套裝在頭部結(jié)構(gòu)體上的扭力彈簧壓緊須考慮的問(wèn)題。甲醇腐蝕性的強(qiáng)弱主要受純度和溫●879●.韓國(guó)鵬等:甲醇對(duì)直流泵的腐蝕及改進(jìn)建議(a)第一組圖7醇泵試驗(yàn)臺(tái)Fig. 7 Methanol pump test bench常為12 v。為了探索不同工作電壓對(duì)直流泵使用壽命的影響，與直流泵生產(chǎn)廠合作,試制了一批24 V碳刷泵。試驗(yàn)時(shí)讓兩個(gè)泵同時(shí)持續(xù)運(yùn)行,并監(jiān)(b) 第二組測(cè)出醇?jí)毫捅皿w溫度,直至泵損壞。試驗(yàn)共使用圖8試驗(yàn)泵故障現(xiàn)象了四個(gè)泵分兩組進(jìn)行,各個(gè)泵運(yùn)行時(shí)間如表1所示。Fig. 8 Fault phenomenon of the experimental pumps表124 V泵運(yùn)行時(shí)間統(tǒng)計(jì)(a) Group one (b) Group twoTab.1 Statistical running time of the 24V pumps醇腐蝕的性能與銅基本相同，且工藝上并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)泵編號(hào)持續(xù)運(yùn)行時(shí)間/h鎳對(duì)銅辮的嚴(yán)密包裹。正極線路出現(xiàn)的上述故障現(xiàn)I03象驗(yàn)證了電化學(xué)腐蝕在甲醇泵損壞中發(fā)生的作用，324證實(shí)了上文理論分析的正確性。2081133無(wú)刷直流泵作為耐醇泵的可行性測(cè)試結(jié)果表明,24 V泵的平均運(yùn)行時(shí)間為3.1無(wú)刷直流泵工作原理目前,解決碳刷泵中碳刷磨損問(wèn)題的無(wú)刷直流187 h。根據(jù)甲醇/柴油雙燃料技術(shù)在車上的使用情泵已經(jīng)投入應(yīng)用,圖9是全橋式無(wú)刷直流電機(jī)的電況,正在使用的12 V泵(需加裝一個(gè)24 V轉(zhuǎn)12 V路圖,此外還有半橋式、H橋式等多種形式，工作原的電源轉(zhuǎn)換器)出現(xiàn)正極線路腐蝕故障的壽命為理與此類似。1~2個(gè)月,雖然尚未測(cè)得其連續(xù)運(yùn)行時(shí)間，但也可Inventor以發(fā)現(xiàn)12 V泵壽命明顯高于24 V,由此可見(jiàn),工作電壓對(duì)泵的運(yùn)行壽命影響很大,與上文的分析相MotorJ"JS"JS"吻合。圖8是24V泵故障后頭部線路的實(shí)物圖。第- -組泵(編號(hào)1,2)故障原因是正極碳刷銅導(dǎo)線腐蝕,第二組泵的故障原因分別是正極碳刷銅導(dǎo)線腐蝕和正極接線柱銅導(dǎo)線蝕斷,在所有進(jìn)行測(cè)試的泵圖9全橋式無(wú)刷電機(jī)中,負(fù)極線路均保存完好。測(cè)試泵沒(méi)有出現(xiàn)正極扭Fig. 9 The full bridge brushless motor力彈簀斷裂的情況,原因是在試制時(shí)將扭力彈簧改為不銹鋼材質(zhì),增強(qiáng)了其耐腐蝕能力。第二組泵是無(wú)刷電機(jī)工作時(shí)首先要通過(guò)霍爾傳感器感應(yīng)電在第一-組泵的基礎(chǔ)上將正極碳刷銅導(dǎo)線涂覆一層機(jī)轉(zhuǎn)子目前所在位置,然后依照定子繞線決定開(kāi)啟鎳,結(jié)果顯示正極腐蝕發(fā)生的部位逐漸向沒(méi)有進(jìn)行(或關(guān)閉)換流器中功率晶體管的順序,使通電的線任何改動(dòng)的接線柱銅導(dǎo)線上轉(zhuǎn)移,但測(cè)試結(jié)果也表圈能夠與磁場(chǎng)作用產(chǎn)生磁力矩推動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。圖9明改動(dòng)后泵的使用壽命并沒(méi)有增強(qiáng),原因是鎳耐甲中上下橋臂對(duì)應(yīng)位置的功率晶體管不能同時(shí)打開(kāi),●881●