船用柴油機(jī)活塞環(huán)斷環(huán)原因分析及管理

活塞環(huán)是柴油機(jī)燃燒室的組成部件之一，具有保持活塞與氣缸套之間的有效密封和將活塞熱量傳遞給氣缸壁的散熱作用，以及調(diào)節(jié)氣缸潤(rùn)滑油的作用。因此,活塞環(huán)的工作情況對(duì)燃油燃燒的完善程度和柴油機(jī)的工作狀態(tài)起著至關(guān)重要的作用，活塞環(huán)的運(yùn)行管理和維護(hù),對(duì)保證柴油機(jī)的安全、可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行尤為重要。在柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程當(dāng)中，活塞環(huán)的工作條件十分惡劣。工作時(shí),第一道活塞環(huán)直接受到高溫、高壓燃?xì)獾淖饔?其它環(huán)也受到燃?xì)獠煌潭鹊淖饔?。由于氣體壓力、活塞環(huán)與氣缸套間產(chǎn)生的摩擦力以及活塞橫向振動(dòng)等因素的影響，使活塞環(huán)在環(huán)槽中的運(yùn)動(dòng)十分復(fù)雜。其中有軸向運(yùn)動(dòng)和軸向振動(dòng),徑向運(yùn)動(dòng)和徑向振動(dòng),扭曲振動(dòng)等。由于缸套有錐度,環(huán)在本身彈力作用下產(chǎn)生張合運(yùn)動(dòng)，因此使活塞環(huán)產(chǎn)生嚴(yán)重的摩擦磨損。活塞環(huán)是柴油機(jī)的易損部件,主要損壞形式有:過(guò)度磨損,折斷,粘著和彈力喪失等。筆者主要針對(duì)船用柴油機(jī)活塞環(huán)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的折斷原因進(jìn)行了分析，給出了一些預(yù)防措施和對(duì)策及一些日常管理注意事項(xiàng)，希望能通過(guò)加強(qiáng)對(duì)活塞環(huán)的運(yùn)行管理和維護(hù),提高活塞環(huán)運(yùn)行壽命,提高柴油機(jī)的工作性能。一、活塞環(huán)折斷的原因活塞環(huán)折斷是活塞環(huán)常見(jiàn)的損壞形式。一般多是第一、第二道活塞環(huán)發(fā)生折斷,折斷部位多在搭口附近。引起活塞環(huán)折斷原因很多,除材料缺陷和加工質(zhì)量外，輪機(jī)管理的問(wèn)題也會(huì)導(dǎo)致活塞環(huán)在使用中損壞。主要有:a.活塞環(huán)安裝時(shí)方向錯(cuò)誤造成折斷。b.活塞環(huán)過(guò)度磨損使環(huán)的強(qiáng)度不能滿足要求而斷環(huán)。目前的活塞環(huán)材料多為合金鑄鐵、球墨鑄鐵、灰鑄鐵等脆性材料,且在鑄造過(guò)程中內(nèi)部組織可能出現(xiàn)氣孔、裂紋或成分的偏析使局部強(qiáng)度下降或裂紋處產(chǎn)生應(yīng)力集中,工作中造成沖擊斷裂或疲勞斷裂。c.活塞環(huán)徑向脹縮疲勞?；钊h(huán)彈性不足,使環(huán)與缸壁不能緊貼,以致燃?xì)庑孤h(huán)壓入環(huán)槽,當(dāng)缸內(nèi)燃?xì)鈮毫档蜁r(shí),環(huán)又從槽內(nèi)彈出?；钊h(huán)因不斷徑向脹縮而疲勞折斷。d.活塞環(huán)搭口間隙過(guò)小。運(yùn)轉(zhuǎn)中活塞環(huán)搭口間隙過(guò)小導(dǎo)致搭口處無(wú)充分膨脹余地，造成內(nèi)部熱應(yīng)力增大而對(duì)頂彎曲,在搭口對(duì)面折斷。尤其對(duì)高增壓柴油機(jī),因燃燒室溫度過(guò)高,尤其要注意搭口間隙。e.環(huán)槽過(guò)度磨損。環(huán)槽被磨損成喇叭狀,使環(huán)槽面支承不良,在燃?xì)鈮毫Ψ磸?fù)作用下,環(huán)受到反復(fù)的扭轉(zhuǎn)和彎曲作用而發(fā)生疲勞斷裂。f.環(huán)槽內(nèi)嚴(yán)重積碳。由于活塞頂部和氣缸表面的間隙過(guò)大、燃燒不良、高溫使?jié)櫥蜔龘p或氧化等產(chǎn)生,使環(huán)在環(huán)槽中的運(yùn)動(dòng)嚴(yán)重受阻,也會(huì)導(dǎo)致環(huán)嚴(yán)重磨損,從而強(qiáng)度下降而斷環(huán)。環(huán)槽下端面的積碳尚軟時(shí),環(huán)仍可活動(dòng)和保持氣缸密封性。當(dāng)積碳增多使環(huán)活動(dòng)受阻時(shí)，環(huán)與缸壁強(qiáng)力作用刮下的滑油和金屬屑混合，在燃?xì)庾饔孟略诃h(huán)槽下端面形成局部堅(jiān)硬積碳。環(huán)在此堅(jiān)硬積碳下受到周期性燃?xì)鈮毫ψ饔?發(fā)生彎曲疲勞折斷。g.由于缸套使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng),磨合不良或潤(rùn)滑不良，潤(rùn)滑油品牌使用不當(dāng)?shù)仍蛟斐筛滋椎膰?yán)重磨損。在上、下死點(diǎn)位置產(chǎn)生階梯狀磨損引起凸肩,在連桿大端產(chǎn)生較大磨損或連桿大小端軸承修理后使原來(lái)死點(diǎn)位置發(fā)生變化時(shí)，在慣性力作用下造成撞擊斷環(huán)。h.使用燃油的經(jīng)常變動(dòng)。船上使用的燃油由于加油港經(jīng)常變動(dòng),不同國(guó)家、廠家的燃油由于其產(chǎn)地和冶煉工藝的不同,其性能指標(biāo)也有很大差異。如果在凈化燃油時(shí)不采取措施,將影響燃油處理的質(zhì)量。燃油中的灰分過(guò)高，將造成活塞環(huán)和缸套間的磨損加劇,這些因素必然影響柴油機(jī)的燃燒過(guò)程,造成燃燒室內(nèi)溫度過(guò)高。同時(shí)由于某些柴油機(jī)長(zhǎng)期在低轉(zhuǎn)速、低負(fù)荷下工作或進(jìn)出港頻繁用車(chē),而氣缸注油量不作調(diào)整,造成氣缸注油量增加,過(guò)多的氣缸油由于泵油作用在環(huán)槽處形成積聚，當(dāng)氣缸內(nèi)溫度過(guò)高時(shí)積聚的滑油形成燃燒,為活塞環(huán)的折斷創(chuàng)造了條件。i.滑油和燃油的配合問(wèn)題。從燃油的性質(zhì)上來(lái)分析,有的燃油所含的硫分較高,如雷氏1000s燃油。因此當(dāng)燃油燃燒時(shí)所產(chǎn)生的SO?和SO?也就比較多。而SO?和SO?在高溫下呈氣態(tài),直接與金屬作用會(huì)引起氣體腐蝕，并促使積碳和膠質(zhì)沉積物堅(jiān)硬化,增加了缸套、活塞環(huán)的磨損。按要求,當(dāng)柴油機(jī)使用高硫分的燃油時(shí),應(yīng)使用強(qiáng)的或高堿性專用滑油,因高堿性的潤(rùn)滑油可以中和由于以上原因所生成的酸,并能減少機(jī)件的磨損。如果主機(jī)在運(yùn)行中沒(méi)有使用與燃油相匹配的氣缸油，有時(shí)甚至用機(jī)油來(lái)代替氣缸油。這樣,滑油中和燃燒生成酸的能力下降,造成酸性物質(zhì)對(duì)活塞、活塞環(huán)的腐蝕更加嚴(yán)重,導(dǎo)致經(jīng)常發(fā)生活塞環(huán)折斷現(xiàn)象。j.針對(duì)二沖程的柴油機(jī)，由于活塞環(huán)會(huì)掛住氣口,將導(dǎo)致二沖程柴油機(jī)掃氣口處倒角不夠,活塞環(huán)也會(huì)被氣口掛斷造成斷環(huán)。二、預(yù)防措施和對(duì)策引起船用柴油機(jī)活塞環(huán)折斷原因是相當(dāng)多的，在日常管理和維修保養(yǎng)過(guò)程中正確地按其說(shuō)明書(shū)操作,主機(jī)修理時(shí)嚴(yán)格把好技術(shù)質(zhì)量關(guān),是減少活塞環(huán)折斷、延長(zhǎng)使用壽命的可靠保證和重要途徑。a.備車(chē)時(shí)、完車(chē)后做好缸套的布油工作,在主機(jī)吊缸時(shí)，必須把缸套內(nèi)壁注油孔下面的潤(rùn)滑油槽清潔干凈。如缸套注油孔有阻塞的話,設(shè)法疏通。備車(chē)前主機(jī)缸套、活塞冷卻水保暖到適當(dāng)溫度（通常為50~60℃)。b.盡可能地在任何時(shí)候與船長(zhǎng)取得聯(lián)系，抵港時(shí)間過(guò)早或受潮等原因不開(kāi)慢車(chē)。即使要開(kāi)的話,每隔半小時(shí)再開(kāi)一段時(shí)間快車(chē)，以防活塞環(huán)、氣口結(jié)碳,快慢車(chē)期間絕不能讓缸套、活塞冷卻水溫度忽高忽低,以便影響它們的使用壽命和工作可靠性。c.主機(jī)修理時(shí)和平時(shí)運(yùn)行期間定期檢查、清潔掃氣箱,保證放殘系統(tǒng)暢通。航行中每隔2h必須排渣放殘一次,并且要聽(tīng)到“啪啪”泄氣聲后,才算標(biāo)準(zhǔn)放殘。平時(shí)打開(kāi)缸套、掃氣箱觀察孔時(shí),如果發(fā)現(xiàn)油泥較多,及時(shí)檢查氣缸油供給是否過(guò)多或其它原因,總之要查出原因并消除之。氣缸潤(rùn)滑良好的標(biāo)志:盤(pán)車(chē)檢查第一道環(huán)干,其余環(huán)有濕潤(rùn)的油,但無(wú)結(jié)碳和環(huán)粘結(jié)現(xiàn)象,活塞裙部有油的光澤。d.活塞組件組裝時(shí)盡量要上車(chē)床檢驗(yàn)，使其組件徑向及活塞桿斷面跳動(dòng)量在規(guī)定范圍內(nèi)，否則會(huì)引起活塞或裙單邊磨損,甚至整個(gè)活塞單邊磨損。e.活塞環(huán)槽過(guò)度磨損后應(yīng)盡早換下，送專業(yè)工廠鍍鉻進(jìn)行翻修。最理想是環(huán)槽天地兩側(cè)一起鍍鉻，有利于提高環(huán)的均勻耐磨性。翻修后的活塞頭上第一道環(huán)與第二道環(huán)天地尺寸接近上限值，以防熱膨脹系數(shù)不一樣,防止磨合時(shí)環(huán)咬死。f.吊缸時(shí),第一道環(huán)與第二道環(huán)尺寸超出常規(guī)，但未到極限,盡量更換新環(huán),不允許用其它幾道舊環(huán)來(lái)裝配?；钊h(huán)裝入活塞環(huán)槽之前,應(yīng)仔細(xì)地清潔,檢查環(huán)槽是否良好。裝時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量天地、搭口間隙,并用專用工具裝配。平時(shí)備用環(huán)應(yīng)在指定地點(diǎn)平放固定妥并上好油。g.如果發(fā)生活塞環(huán)突然折斷現(xiàn)象，應(yīng)立即停車(chē)，吊缸更換活塞環(huán),以保證氣缸的密封性。若當(dāng)時(shí)情況不允許停止吊缸或無(wú)備件,則應(yīng)降低轉(zhuǎn)速,并降低該缸的噴油量或停油,并保證故障缸良好潤(rùn)滑,適當(dāng)增大噴油提前角。啟動(dòng)時(shí)換成輕油,密切注意環(huán)缸有無(wú)異常聲音,使柴油機(jī)安全運(yùn)行到達(dá)港口進(jìn)行修理。如果活塞環(huán)連續(xù)折斷,應(yīng)將環(huán)嵌進(jìn)環(huán)槽,一面上下輕輕振動(dòng),一面轉(zhuǎn)動(dòng),檢查環(huán)和環(huán)槽的間隙。對(duì)那些磨損嚴(yán)重的環(huán)槽進(jìn)行拋光車(chē)削,換用較厚的環(huán),或者更新活塞。三、活塞環(huán)的日常管理和維護(hù)a.定期對(duì)氣缸內(nèi)進(jìn)行觀察和吊缸檢查，及時(shí)檢查活塞環(huán)的工作狀態(tài),定期測(cè)量活塞環(huán)的搭口間隙,清除環(huán)槽中的積碳和油垢,建立各活塞環(huán)的檔案,同時(shí)通過(guò)掃氣氣口檢查活塞環(huán)、缸套、氣缸注油量等的基本情況,對(duì)磨損嚴(yán)重的活塞環(huán)應(yīng)予以換新。b.在柴油機(jī)換用新的缸套和活塞環(huán)時(shí)，一定要保持低速、低負(fù)荷下磨合足夠的時(shí)間,同時(shí)在磨合期內(nèi)要加大氣缸油的注油量。這樣可以避免在磨合期內(nèi)，環(huán)和缸套表面由于形狀和粗糙度等沒(méi)有完全匹配,而使摩擦面過(guò)熱產(chǎn)生拉缸或活塞環(huán)折斷。c.在安裝新的活塞環(huán)及對(duì)備件進(jìn)行檢查時(shí),必須加強(qiáng)對(duì)環(huán)的幾何尺寸（如厚度、高度、直徑等）及表面光潔度進(jìn)行認(rèn)真檢查，尤其要注意檢查其彈性的大小。彈性的大小檢驗(yàn)可通過(guò)用力將自由狀態(tài)下活塞環(huán)的搭口閉合或?qū)㈤_(kāi)口增大一倍，看其開(kāi)口間隙的變化量是否小于原開(kāi)口間隙的10%，否則彈性過(guò)小;或?qū)溆铆h(huán)同標(biāo)準(zhǔn)環(huán)共同施加相同的力,比較其開(kāi)口間隙的大小。d.加強(qiáng)對(duì)柴油機(jī)的維護(hù)和管理，適當(dāng)提高冷卻水的溫度,盡量減少低溫腐蝕。同時(shí),應(yīng)使用與燃油相匹配的氣缸油,以提高滑油的中和能力,降低酸性物質(zhì)對(duì)活塞環(huán)及環(huán)槽的腐蝕。四、結(jié)論活塞環(huán)是柴油機(jī)中重