柴油机活塞环故障分析及处理

崔亮亮 陈利杰

摘要：在工业产业运行及发展的背景下，柴油机作为设备使用中较为重要的组成，在活塞环使用的过程中，将其运用在密封燃烧室之中，可以在活塞达到一定位置之后，保证燃烧室内有充足的温度及压力，提高燃烧处理的整体效果，活塞环和气缸套的工作条件非常恶劣，摩擦损失占到整个柴油机摩擦损失功率的55%---65%。活塞环运行中的管理和维护，对保证柴油机的安全可靠和经济运行显得尤为重要，对于柴油机活塞环的技术形式，其状态直接影响柴油机的工作可靠性、动力性和经济性。对于活塞环而言，其作为柴油机中十分关键的组成，在具体使用中可以保证活塞与气缸套之间的有效密封，同时也可以更好地将活塞热量进行传递，从而实现散热处理的目的，发挥气缸润滑油的使用效果，如果出现故障将严重影响柴油机的性能。所以本文列举出了活塞环几种常见的故障，并且对活塞环出现这几种常见故障的原因进行了分析，最后提出了一些相应的对策和预防措施。

关键词：柴油机活塞环;故障;处理

引言：目前在柴油机中使用的活塞环种类繁多.主要区别在于活塞环的材料、搭口形式、表面涂层和断面形状的不同.每种活塞环各有其优点和不足，各类柴油机要根据自身的特点选择合适的活塞环组合.达到良好的密封和刮油效果.目前应用最广泛的是以灰铸铁、合金铸铁、球默铸铁为材料、表面镀铬的活塞环.其良好的抗磨、耐蚀、耐高温性能都较好地满足了第一道第二道环的工作要求.但其镀铬层强度随厚度的增加而降低的特性限制了镀铬层的厚度.镀铬层硬而脆的特性使活塞环在润滑不良或受到局部外力作用时容易剥离.很大程度上影响了镀铬环的使用可靠性和使用寿命.常见的喷钼环具有优良的抗熔着性和磨损性能.不易引起拉缸.镀铜、锡环可改善初期磨合性能和抗蚀性能.但这两类环的耐磨性较差.使用寿命不长.目前正在逐步得到应用的等离子喷镀技术使活塞环镀层有钛、钨、铬、钼等多种金属成份.大大改善了单 -- 金属镀层的不足.使活塞环的耐磨性、抗蚀性、耐高温性能有了明显的提高随着纳米技术的应用.不久的将来.必将使活塞环的综合工作性能得到全面的提高。

1活塞环概述

活塞环是柴油机气缸内起到密封作用的主要零部件之一，由于上面第 一道活塞环会受到高压高温燃气的直接作用，面临的工作环境相当于其它 几道活塞环更加恶劣，尽管他们也会因为燃气经过活塞环的搭口气缸壁面 和环槽处漏泄。由于活塞环往复运动的惯性力气体的压力活塞横向振动气缸套之间产生的摩擦力等作用，导致活塞环在环槽中产生多个方向的复杂 运动。除此之外如果燃油在燃烧室燃烧不良或者喷人的汽缸油过多等原因， 都可能导致活塞环粘着在活塞环槽里。这样的话活塞环的密封作用将失效， 会造成燃烧室审气可能会导致活塞环的损坏。

2引发活塞环故障的原因

2.1活塞的原因

根据柴油机系统的运行特点，在活塞环质量不高的情况下，会出现系统磨合不足的问题，这种情况下，会使环形槽出现表面不平的问题，一般情况下，活塞引发断环的因素包括;第一设备在长时间运行的情况下，活塞环会在高温影响的情况下出现表面平面不平的问题，从而增加活塞热膨 胀的风险。第二，在活塞头出现热膨胀的问题，会出现扇形或是鼓形的变化。 第三，在活塞环长时间高温的影响下，会出现环槽面支撑作用不强的问题， 而且，燃气在反复压力作用的情况下，会出现扭转及弯曲问题。

2.2气缸的原因

在缸套使用时间较长因素的影响下，系统会受到使用时间限制，而且， 在磨合不良、润滑不良等因素的影响下，会使气缸出现严重磨损的问题， 这种情况会降低活塞环的使用效果，无法满足柴油机系统的正常使用需求。而且，在二冲程机扫气口会受到气口挂断因素的影响，使缸套发生磨损问题，长期发展中会出现圆周方向不规则变化的问题，从而会引发气缸问题， 严重的会出现活塞环受力不均等因素的限制，不能保障活塞环的正常运行。 3 活塞环故障处理

3.1检查活塞环和安装质量

活塞环外表应无缺陷.敲击的声音应清脆.确认表面和内部无缺陷.端面粗糙度 R. 小于 0.4. 外圆粗糙度 R。为 3.21～1.6. 在选购活塞环时要对环进行无损探伤.检查内部及表面是否存在气孔、裂纹、镀层与底材结合是否紧密 .（2） 活塞环的硬度应符合技术要求.要求低速机为 HB180～220; 高速机为 HB190～230; 合金铸铁环为 HB220～250.（3） 端面挠曲度符合说明书规定. 无说明书时可按下列参数确定. 当 D<200mm 时. 挠曲度不大于 0.05mm; 当 200 ≤ D ≤ 250mm 时.挠曲度不大于 0.08mm; 当 D3500mm 时，挠曲度不大于 0.1mm.（4） 径向力、环的最大工作应力、安装应力应符合有关的技术指标要求 （《轮机工程 ） 手册或柴油机说明书 ）. 用经验法判断时，先测量环的自由开口尺寸.然后将环的开口拉大到自由状态的 2 倍或压缩到无间隙后放开.再测其开口的尺寸.若开口尺寸改变量为 10% 以下，则表明弹性合格 .（5） 用漏光法检查环与缸壁的贴合性.每处的漏光角小于 30". 且总漏光角小于 90*. 在开口左、右 30。的范围内无漏光.则说明贴合性符合要求. 环装人环槽前应进行退磁处理 .（6） 环不可以装反. 倒角的一- 边必须朝上.

3.2拉缸的处理

临时安全措施.在拉缸问题处理的过程中如果设备维护人员发现活塞环出现了拉缸征兆，需要及时构建针对性的处理方案，通常情况，在临时安全处理措施确定中应该做到：第一在油门手柄拉回处理中需要将格数控制在正常的范围，以便实现减油降速的航行目的.第二在活塞环的拉缸问题处理中，需要使用专用工具进行气缸喷油泵柱的调整，实现单缸停油的 使用目的。第三在开缸处理中，需要更好的释放压力，并将活塞环缸内的 污物及时吹出。第四在各项处理措施了落实的情况下，需要分析故障处理方案是否合理，并将冷却液的设备系统调节到正常的使用状态.吊缸检修当拉缸事故比较严重，需进行吊缸检修时，在吊缸检修后，在拉缸比较轻微的情况下，如活塞和缸套仅有局部拉毛或轻微擦伤，可用砂轮油石纱布 等工具将受伤处磨光或抛光，使缸套纵向无沟纹或刮痕，横向无台肩。已 损坏或不符合要求的活塞环如活塞环间隙过大，会引起活塞环对环槽的冲击而加剧磨损，应进行更换.运行时的维修时，保养主机修理时和平时运行期间定期检查、清洁扫气箱，保证放残系统通畅。每隔 2h 放殘 -- 次在航行过程中必须落实，成功放残必须要听到"啪啪"泄气声。如个别缸残渣较多.在关闭其他泄放阀的前提下，让其继续打开放残阀放残，直到残油水放完为止。平时打开缸套、扫气箱观察孔时，发现油泥较多，及时检 查并使之消除。

4 结束语

活塞环故障，原因是多方面的，必须综合分析。预防措施是必须规范维修和使用，增加监控设备，丰富监控手段也是重要方面.通过对柴油机活塞环故障问题的分析，在其正常运行的情况下，会受到多种因素的影响， 所以，在设备故障的实际处理中，需要结合活塞环的运行特点，构建针对性、全面性的处理方案，以提高活塞环维护及使用的效果。活塞环故障，原因是多方面的，必须综合分析。怎样才能对活塞环的故障进行预防呢，首先要做到规范维修和使用.其次是增加监控设备.再者及时有效的监控手段也是必要的。社会在不断发展，柴油机监控技术也在不断进步，如缸套油膜监控技术，磨损监控技术，油液分析技术等新技术在现代的船舶上已经不断得到了实践，轮机员必须依靠这些有效的判断活塞环及其缸内的工作 状态。本着搞清现象、联系原理、结合构造、按部就班、具体分析、检查推理、验证猜想的原则，发现主要故障，进行逐步检查，故障部位能准确定位，只有这样才能将故障排除。

参考文献：

1黄少竹.船舶柴油机 [M]. 大连：大连海事大学出版社，2005.

2王中新.船用柴油机活塞环故障分析 . 工程地质学 .2020-09.