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I柴油机活塞环常见故障的分析及处理[摘要]活塞环和活塞、缸套、缸盖组成燃烧室，是柴油机燃烧室的重要部分之一。具有保持活塞与气缸套之间的有效密封作用和将活塞热量传递给气缸壁的散热作用，以及调节气缸润滑的作用。活塞环又是柴油机的易损零件，主要损坏形式有：过度磨损、折断、粘着、弹力丧失等。活塞环的工作性能直接影响汽缸和柴油机的工作性能。因为活塞环为易损件，船舶上损坏后一般采用换新处理，所以轮机员应注意活塞环的检修和日常维护管理工作。本文结合活塞环的具体实例，阐述了活塞环产生故障的原因和影响因素，以及处理方法，并对其日常运行提出了切实可行的管理建议。[关键词]活塞环；搭口间隙；损坏；维护管理IIMarineDieselEnginePistonRingCommonFailureofAnalysisandTreatment[Abstract]Thecombustionchamberismadeupofpistonrings,pistons,cylinderandcylinderhead.Pistonringisansignificantpartofcombustionchamber.Withthepistonsandcylinderlinertomaintainaneffectivesealbetweenthepistonandcylinderliner.Theheatwillbetransmittedtothepistoncylinderwall,andadjusttheroleofthecylinderlubrication.Pistonringisalsovulnerablepartsoftheengine,themainformofdamage:excessivewear,broken,adhesion,suchaslossofelasticity。Pistonringdirectimpactontheperformanceofdieselenginecylinderandtheworkperformance.Becausethepistonringsforwearingparts,thedamagetotheshipafterthegeneraluseofreplacementtreatment,theEngineeroftheshipshouldpayattentiontoroutinemaintenanceandoverhaulmanagement.Thispapercombinethespecificexampleofapistonringonthefailureofthecausesandeffectsoffactors,andtreatmentmethodsandtheirpracticalday-to-dayoperationoftheproposedmanagementproposals.[Keywords]Pistonrings;Interfacegap;Damage;MaintainingmanagemantIII目录0引言-------------------------------------------------------------------11活塞环概况-------------------------------------------------------------11.1压缩环(气环)------------------------------------------------------11.2油环--------------------------------------------------------------21.3承磨环------------------------------------------------------------22活塞环的主要故障-------------------------------------------------------23活塞环的故障分析-------------------------------------------------------33.1活塞环和缸套配合状况---------------------------------------------33.2活塞环搭口间隙的影响---------------------------------------------33.3活塞环与气缸套润滑状况-------------------------------------------43.4活塞环和环槽配合状况---------------------------------------------43.5油料的影响-------------------------------------------------------53.6管理不当造成的影响-----------------------------------------------54断环现象分析及处理措施-------------------------------------------------64.1断环后的工作征状--------------------------------------------------64.2断环判断和检查----------------------------------------------------64.3断环时应急处理----------------------------------------------------65日常维护管理应注意的事项-----------------------------------------------7结论----------------------------------------------------------------------8致谢语--------------------------------------------------------------------9参考文献-----------------------------------------------------------------10王东庭：轮机工程专业毕业论文-1-0引言活塞环的主要作用是密封燃烧室,保证活塞到达上止点时,燃烧室内的新鲜空气有足够的温度和压力,满足燃油自燃的温度，并使燃烧迅速、及时、完善;切实保证气缸高压燃气膨胀作功而不泄漏，对燃油燃烧和柴油机的工作状态起着至关重要的作用。众所周知，活塞环的密封作用，是靠活塞环本身的弹性和在气缸内气体压力的作用下紧贴于气缸壁和活塞环槽平面来实现的。但是活塞环和缸套这对运动副工作条件非常恶劣，他们之间的磨擦损失占到整个柴油机磨擦损失功率的55%～65%，活塞环会出现粘着、折断、磨损和弹力丧失等故障[1]，因此,在对运行中的活塞环的管理和维护方面，对保证燃油燃烧的完善程度和柴油机的安全、可靠和经济运行尤为重要。1活塞环概况根据活塞环所起的作用不同有压缩环(气环)和刮油环两种[2]。1.1压缩环（气环）压缩环主要是用来保证活塞和气缸之间在相对运动条件下的密封。刮油环的作用是除去气缸套表面过多的滑油，通常用于筒形活塞式柴油机。而十字头式柴油机气缸是采用注油润滑，一般只装气环，在活塞裙比较长的活塞上还要装承磨环。压缩环的主要作用是防止气缸中的气体漏泄和将活塞上的部分热量传给气缸。压缩环的密封作用是依靠本身的弹性和作用在它上面以及漏到环的内侧的气体压力，使环紧紧贴合到气缸壁和环槽壁上，如图1.1所示。这样就阻止了气体通过活塞与气缸壁之间的间隙漏至气缸下部空间。图1.1压缩环的密封作用王东庭：轮机工程专业毕业论文-2-1.2油环在筒形活塞柴油机中，做回转运动的曲柄销轴承把润滑油甩到气缸壁上。活塞和气缸套之间就是依靠这样飞溅来的油进行润滑的，因此称飞溅润滑。由于飞溅到气缸壁上的滑油过多气环会通过泵油作用把它泵入燃烧室，这不仅增加了滑油的消耗量，而且还会严重地污染活塞、气缸、气阀和排气道，因此筒形活塞要在气环下面装设1～2道刮油环。新型柴油机通常只装设一道刮油环。1.3承磨环活塞的承磨环是专为活塞与气缸的磨合而设置的。超短裙活塞可不装承磨环，短裙活塞装1～2道，长裙活塞装2～4道。2活塞环的主要故障活塞环的主要故障有折断、粘着、弹力丧失和异常磨损等。当上述一种或一种以上故障同时发生时,一般会伴随着排气温度升高、排气冒黑烟及缸套冷却水温度升高等现象。例如本轮主机为TBD620V12型柴油机,有此在运行中发现一号柴油机第4缸和第5缸运行发生异常,导致主机启动困难,油门比正常情况下大了很多,同时伴有主机透平喘振,减速运行也未见有明显的改观。通过对各缸示功图测量分析发现,第4缸和第5缸的压缩压力分别为5.18MPa和5.16MPa,而其他各缸的压缩压力则为6.10MPa左右。吊缸时发现,第4缸除最下面一道油环还正常外,其余各道活塞环全部折断为碎块状，环的径向尺寸最大处为2.6mm,最薄处仅为1.8mm,活塞环槽严重烧损、变形。第5缸第一道活塞环粘着在环槽中,第二、三道活塞环则都发生了不同形式的断裂。从上述故障可以发现,当活塞环由于故障而使其密封性能降低或丧失后,会发生不同程度的气缸窜气,气缸内的新鲜空气量明显减少,造成相应的气缸压缩压力降低[3]、排气温度升高、冷却液温度升高，使整个柴油机功率降低。柴油机处于低转速、高负荷下工作,空气量的减少使燃烧恶化,废气的能量较正常情况下有明显的增加,增压器的转速升高,扫气压力升高,而柴油机的转速基本不变,柴油机空气消耗量也基本稳定,同时断王东庭：轮机工程专业毕业论文-3-环和粘着将会使燃气发生倒灌到扫气箱,严重时将会发生扫气箱着火,这些因素造成了增压器的背压升高,使其在小流量高背压的状态下工作,破坏了增压器的正常匹配,从而发生增压器喘振甚至损坏增压器。3活塞环的故障分析3.1活塞环和缸套配合状况的原因随着柴油机的运行,缸套会产生不均匀的磨损,在周向和轴向会分别产生圆度和圆柱度,活塞环在气缸内上下运动时,活塞环会产生周期性的张合运动;同时活塞环的圆度同缸套的圆度不可避免会有误差,特别是换用新活塞环后，在活塞环和缸套的密封配合面上会产生不同程度的漏光度,通常要求新的活塞环安装在气缸中时总的周向漏光度要小于90°,连续漏光度小30°,在搭口两侧的30°范围之内不许漏光。但近年来受经济利益的驱动,很多船公司大量使用国产活塞环代替原厂家的备件。由于加工工艺的不同及制造上产生的较大尺寸误差[4],再加之材质不稳定,使得漏光度过大,同时活塞环在高温下工作时弹性降低过大,当遇到环槽积碳卡滞时,漏光度就会增大,使高压的燃气从漏光处作用在环的外工作面上,使活塞环楔入到环槽中,有可能使环卡死在环槽中而产生抱环现象;或当气体压力降低时,原来被压入的活塞环在自身弹性的作用下重新弹出。这样周期性的重复作用,时间长了,就会在强度薄弱处产生活塞环的疲劳折断。实践证明，活塞环上述的压入现象是造成环断裂的主要原因。3.2活塞环搭口间隙的原因活塞环的搭口可以保证活塞环在工作时有受热膨胀的余地,同时可以使活塞环在正常工作时有一定的周向运动。当活塞环的搭口间隙过小时,会使活塞在工作时的热膨胀受到限制而在搭口处产生挤压,从而容易在搭口的对侧发生环的折断现象。由于活塞环和缸套在运行中会产生磨损,环的搭口间隙会逐渐增大。当搭口间隙过大时,会使活塞环的径向力产生严重不平衡，其径向力主要是环自身的弹力和气体作用在环背的气体力,搭口间隙的存在使气体力的合力的方向如图3.2所示,这样就会在搭口的对侧产生不均匀的磨损,严重时造成环的断裂,同时也使活塞环的径向厚度减小,弹性降低,如果环槽结碳严重时容易发生环粘着故障。王东庭：轮机工程专业毕业论文-4-图3.2活塞环受力图3.3活塞环与气缸套润滑状况的原因理想的全液体润滑,主要取决于运动副的运动形式