船舶柴油機(jī)活塞環(huán)故障分析MicrosoftWord文檔(3)DOC

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1、 目錄 1. 活塞環(huán)的工作條件 ---------------------------------------------- 2 2. 活塞環(huán)的主要故障 ---------------------------------------------- 3 3. 影晌活塞環(huán)工作的主要因素 -------------------------------------- 4 3.1 活塞環(huán)硬度和缸套硬度匹配 ------------------------------------ 5 3.2 活塞環(huán)搭口間隙

2、---------------------------------------------- 6 3.3 活塞環(huán)和缸套的幾何配合狀況 ---------------------------------- 7 3.4 活塞環(huán)槽 ---------------------------------------------------- 8 3.5 燃油品質(zhì)和氣杠油量 ------------------------------------------ 9 3.6 日常維護(hù)修理 ------------------------------------------------

3、 10 結(jié)束語(yǔ) ------------------------------------------------------------ 11 參考文獻(xiàn) ---------------------------------------------------------- 12 內(nèi)容摘要 活塞環(huán)是柴油機(jī)燃燒室的組成零件之一。 具有保持活塞與氣缸套之間有效密封的 作用和將活塞熱量傳遞給汽缸壁的散熱作用， 以及調(diào)節(jié)氣缸潤(rùn)滑油的作用。 活塞環(huán)又 是柴油機(jī)的易損零件。主要損壞形式有：過(guò)度磨損、折斷、粘著、和彈力

4、喪失等。此 文通過(guò)對(duì)活塞環(huán)故障實(shí)例的分析， 闡述了產(chǎn)生故陣的主要原因和主要影響因素， 對(duì)日 常運(yùn)行管理提出了切實(shí)可行的建議，還對(duì)新型活塞環(huán)磨損監(jiān)控系統(tǒng)作了簡(jiǎn)單介紹。 關(guān)健詞 活塞環(huán) 搭口間隙 故障 維護(hù)管理 影響 監(jiān)控 前言 活塞環(huán)的主要作用是密封燃燒室， 保證活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)， 燃燒室內(nèi)的新鮮空氣 有足夠的溫度和壓力，滿足燃油自燃的溫度，并使燃燒迅速、及時(shí)和完善 ;切實(shí)保證氣缸內(nèi)高壓燃?xì)馀蛎涀鞴Χ恍孤?對(duì)燃油燃燒和柴油機(jī)的工作狀態(tài)起著至關(guān)重要的作用。

5、眾所周知，活塞環(huán)的密封作用，是靠活塞環(huán)本身的彈性，和在氣缸內(nèi)氣體壓力 的作用下緊貼于氣缸壁和活塞環(huán)槽平面來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 但是，活塞環(huán)和氣缸套這對(duì)摩擦副工作條件非常惡劣， 摩擦損失占到整個(gè)柴油機(jī)摩擦損失功率的 55%---65%?；钊h(huán)運(yùn)行中的管理和維護(hù)，對(duì)保證柴油機(jī)的安全可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行顯得尤為重要。 第一章 活塞環(huán)的工作條件 船用十字頭式長(zhǎng)沖程低速柴油機(jī)中，每個(gè)活塞大約有 4--6 道氣環(huán)。第一道活塞 環(huán)直接受到高溫高壓燃?xì)獾淖饔?;其它環(huán)由于燃?xì)饨?jīng)活塞環(huán)的搭口，氣缸壁面和環(huán)槽 處的漏泄，也受到燃?xì)獠煌潭鹊淖饔?/p>

6、。 通常氣缸內(nèi)氣體經(jīng)上兩道氣環(huán)密封后， 第二道環(huán)下方氣體壓力下降到氣缸內(nèi)壓力的 10%左右。因此，密封的主要作用是靠上面兩道氣環(huán)。 工作中，活塞環(huán)被活塞帶動(dòng)相對(duì)于氣缸套做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 由于氣體壓力， 活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的慣性力， 活塞環(huán)與氣缸套之間產(chǎn)生的摩擦力， 以及活塞橫向振動(dòng)和氣口掛碰等作用，使活塞環(huán)在環(huán)槽中產(chǎn)生十分復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，其中有 :軸向運(yùn)動(dòng)、徑向運(yùn)動(dòng)、回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，扭曲振動(dòng)等。由于氣缸套壁面失國(guó)、存在錐度，活塞環(huán)在本身彈力作用下還要 產(chǎn)生張合的交變運(yùn)動(dòng)。 活塞環(huán)在高溫高壓下工作， 潤(rùn)滑條件較差， 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)十分復(fù)雜， 使環(huán)同氣缸套及環(huán)槽之間產(chǎn)生嚴(yán)重的磨擦。 柴油機(jī)運(yùn)行中， 還會(huì)因

7、燃燒不良， 滑油過(guò)多將活塞環(huán)粘著在環(huán)槽中，使活塞環(huán)失去密封作用，甚至損壞。 第三章 影響活塞環(huán)工作的主要因素 3.1 活塞環(huán)硬度和缸套硬度匹配 通常 SULZER 主機(jī)缸套有兩種類型，一種硬度相對(duì)較硬，另一種則較軟。一般 歐洲和中國(guó)的專利廠均生產(chǎn)后一種缸套， 而日本的制造廠則生產(chǎn)前面一種。 對(duì)應(yīng)于兩 種缸套，配備有各種硬度的活塞環(huán)，如果選擇不當(dāng)，則會(huì)造成缸套磨損過(guò)快，或是活 塞環(huán)磨損過(guò)快。 應(yīng)當(dāng)首先了解主機(jī)現(xiàn)裝缸套的硬度， 然后再?zèng)Q定訂購(gòu)什么硬度的活塞 環(huán)，不能盲目訂購(gòu)，以免造成異常磨損，帶來(lái)?yè)p失。

8、 3.2 活塞環(huán)搭口間隙 活塞環(huán)的搭口間隙可以保證活塞環(huán)在工作時(shí)有足夠的受熱膨脹余地， 同時(shí)可以使 活塞環(huán)在正常工作時(shí)有一定的周向運(yùn)動(dòng)。 活塞環(huán)搭口間隙過(guò)小， 會(huì)使活塞環(huán)在工作時(shí)的熱膨脹受到限制而在搭口處產(chǎn)生擠壓，從而容易在搭口的對(duì)側(cè)發(fā)生環(huán)的折斷現(xiàn)象。 由于活塞環(huán)和氣缸套在運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生磨損， 環(huán)的搭口間隙會(huì)逐漸增大。 活塞環(huán)的徑向力，主要是環(huán)自身的彈力， 和氣體作用在環(huán)背的氣體力。 搭口間隙的存在使氣體力的合力方向朝環(huán)內(nèi)圓面分體，如圖 1 所示。

9、 當(dāng)搭口間隙過(guò)大時(shí)， 會(huì)在搭口的對(duì)側(cè)產(chǎn)生較大磨損， 同時(shí)也圖 1 活塞環(huán)受力圖使環(huán)的徑向厚度減小， 彈性降低，嚴(yán)重時(shí)造成環(huán)的斷裂， 如果環(huán)槽結(jié)碳嚴(yán)重則容易發(fā)生環(huán)粘著故庫(kù)。 3.3 活塞環(huán)和缸套的幾何配合狀況 隨著柴油機(jī)的運(yùn)行，氣缸套會(huì)產(chǎn)生不均勻磨損， 在周向和軸向會(huì)分別產(chǎn)生橢圓度、 錐度和不圓柱度?；钊h(huán)在氣缸內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，活塞環(huán)會(huì)產(chǎn)生周期性的張合運(yùn)動(dòng) ;同時(shí)活塞環(huán)的橢圓度同缸套的橢國(guó)度不可避免會(huì)有誤差， 特別是換用新的活塞環(huán)后， 在活塞環(huán)和缸套的密封配合面上會(huì)產(chǎn)生不同程度的漏光度。 通常要求新的活塞環(huán)安裝在 氣缸中時(shí)總的周向漏光度要小于 90 度，連續(xù)漏光度要小

10、于 30 度，在搭口兩側(cè)的 30 度范圍之內(nèi)不能有漏光，一般質(zhì)量好的新活塞環(huán)都能達(dá)到上述要求。 圖 2 檢查安裝新的備件活塞環(huán)時(shí)，必須認(rèn)真檢查環(huán)的幾何尺寸 (厚度，高度，直徑等 )及表 面光潔度，尤其注意檢查彈性。 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，看其放松后開(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。也可以將備用環(huán)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)共同施加相同的力，比較圖 2 備用環(huán)檢 查示意圖兩環(huán)開(kāi)口間隙的大小，其方法

11、如圖 2 所示。 3.4 活塞環(huán)槽 柴油機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中， 活塞環(huán)不僅隨著活塞在缸套中作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)， 而且在環(huán)槽內(nèi)作著徑向的、周向的復(fù)雜的交變運(yùn)動(dòng)，支持、制約活塞環(huán)的環(huán)槽的形狀，影響甚 大?；钊h(huán)槽的磨損主要由于活塞環(huán)在槽中的扭曲變形引起。 由于長(zhǎng)期使用， 在活塞 環(huán)的扭曲作用下活塞環(huán)會(huì)產(chǎn)生不均勻磨損 ;同時(shí)，活塞頭部在工作時(shí)會(huì)受熱變形使環(huán) 槽縮小且向下傾斜， 影響活塞環(huán)同環(huán)摘的正常配合， 使環(huán)在環(huán)槽中呈傾斜狀態(tài)。 因此， 在吊缸檢修時(shí)要仔細(xì)測(cè)量環(huán)槽的幾何尺寸，如圖 3 所示。

12、 若發(fā)現(xiàn)環(huán)槽傾田 3 環(huán)槍幾何尺寸斜過(guò)大或磨損過(guò)大形成了凸臺(tái)時(shí)， 應(yīng)用手持砂輪將凸 臺(tái)磨平或送廠進(jìn)行恢復(fù)性修理。 查閱某輪主機(jī)的檢修記錄， 發(fā)現(xiàn)某缸連續(xù)幾次吊缸都 是由于第 4 道活塞環(huán)斷裂，而且運(yùn)行時(shí)間都很短。吊缸發(fā)現(xiàn)該環(huán)槽已經(jīng)磨成喇叭形 . 環(huán)槽下表面異常磨損并呈明顯的錐形，活塞環(huán)換新只運(yùn)行 650 小時(shí)左右就粉碎性斷裂，最后只好更換活塞頭。 3.5 燃油品質(zhì)和氣缸油量 爆發(fā)壓力與壓縮壓力之差，對(duì)活塞環(huán)的影響很大。不同產(chǎn)地、不同標(biāo)號(hào)的燃油， 理化性能相差甚大， 而燃油的品質(zhì)對(duì)爆發(fā)壓力的影響是相當(dāng)直接的。 由于加油港經(jīng)常 變動(dòng)，船上常使用不同

13、國(guó)家、廠家的燃油。因產(chǎn)地和煉油工藝的不同，其性能指標(biāo)也 不同，不能使用同樣的方法對(duì)燃油進(jìn)行處理 (例如分油機(jī)比重環(huán)直徑的大小，對(duì)不同 比重的燃油，在不同加熱溫度時(shí)有不同的要求 )。燃油中的灰分過(guò)高，將加劇活塞環(huán) 和缸套的磨損，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。 過(guò)多的氣缸油， 由于泵油作用在環(huán)槽處形成積碳， 當(dāng)氣缸內(nèi)溫度過(guò)高時(shí)積聚的滑 油燃燒，為活塞環(huán)的枯著和折斷創(chuàng)造了條件。 3.6 日常維護(hù)修理 做好各項(xiàng)日常管理工作，對(duì)避免活塞環(huán)故障有重要作用。 正常運(yùn)行過(guò)程中， 要控制冷卻水、 冷卻油等的溫度和壓

14、力在要求的范圍內(nèi)， 同時(shí) 要注意參數(shù)的比較，最重要的是各參數(shù)的變化速度 ;定期側(cè)量示功圖，通過(guò)分析壓縮 壓力，最大爆發(fā)壓力，燃燒始點(diǎn)，負(fù)荷分配等，判斷燃燒過(guò)程的好壞和氣缸、活塞環(huán) 等零部件的工作狀態(tài) ;發(fā)現(xiàn)有故障預(yù)兆，要及時(shí)查找原因，并采取相應(yīng)處理措施。 長(zhǎng)期低負(fù)荷和超負(fù)荷運(yùn)行都不是科學(xué)使用主機(jī)的方法。 前者是操作者對(duì)主機(jī)缺乏 認(rèn)識(shí)，心中沒(méi)底，追求暫時(shí)的太平，消極被動(dòng)管理，將會(huì)引起惡性循環(huán) ;后者則是盲 目開(kāi)英雄車，工作于超負(fù)荷區(qū)域，加快了活塞環(huán)的磨損。該主機(jī)制造廠規(guī)定，轉(zhuǎn)速超 過(guò) 200r/min 即為超負(fù)荷。 能否形成理想的潤(rùn)滑， 主要取決

15、于摩擦副的運(yùn)動(dòng)形式、 速度以及潤(rùn)滑油的性能等 因素。活塞環(huán)在氣缸套內(nèi)全行程運(yùn)動(dòng)中的速度始終在變化 (在上下止點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度為 零 )，同時(shí)受到高溫燃?xì)獾臎_擊作用，因此很難形成良好的潤(rùn)滑，這是活塞環(huán)工作條 件惡劣的重要原因。 尤其是活塞在上止點(diǎn)附近， 潤(rùn)滑狀態(tài)處于邊界潤(rùn)滑， 有時(shí)甚至是干摩擦狀態(tài)。正常情況下，活塞頭部和缸套之間不會(huì)產(chǎn)生摩擦，隨著柴油機(jī)的運(yùn)行， 在活塞頭的周圍會(huì)產(chǎn)生積碳， 這些積碳硬度大且難以清除， 積碳的增多使活塞頭部的直徑增大，當(dāng)活塞在氣缸內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)， 頭部的積碳同氣缸套之間產(chǎn)生摩擦， 不但會(huì)使氣缸套的磨損率增大， 同時(shí)會(huì)嚴(yán)重破壞潤(rùn)滑抽膜， 使活塞環(huán)的磨損率

16、明顯增大。 柴油機(jī) 低轉(zhuǎn)速、低負(fù)荷工作或進(jìn)出港頻繁用車，應(yīng)適當(dāng)增加氣缸注油量。 SULZER RTA 主機(jī)說(shuō)明書(shū)比較詳細(xì)的介紹了氣缸油的正常供給量。 每次調(diào)整的變化量最好不要超過(guò) 0.05 克 /馬力小時(shí) (0.068g/kw h). 無(wú)論新船還是老齡船，適當(dāng)延長(zhǎng)磨合期，保證運(yùn)行期的各參數(shù)在適當(dāng)范圍之內(nèi)， 對(duì)保證柴油機(jī)的正常運(yùn)行和使用壽命，都至關(guān)重要。在柴油機(jī)換用新的缸套和 /或活塞環(huán)后，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)，活塞環(huán)和氣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)熱發(fā)生過(guò)度磨損或

17、拉缸。 結(jié)束語(yǔ) 活塞環(huán)故障，原因是多方面的，必須綜合分析。預(yù)防措施是必須規(guī)范維修和使用， 增加監(jiān)控設(shè)備，豐富監(jiān)控手段也是重要方面。 隨著現(xiàn)代柴油機(jī)監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展， 如油液分析技術(shù)， 磨損監(jiān)控技術(shù)， 缸套油膜監(jiān) 控技術(shù)等新技術(shù)已經(jīng)在新船上得到應(yīng)用， 這為輪機(jī)員分析判斷活塞環(huán)及其缸內(nèi)的工作 狀態(tài)提供了有利的依據(jù)。 當(dāng)然，新技術(shù)也存在一些不完善的地方，像上述的 SIPWA-TP 系統(tǒng)有時(shí)誤報(bào)普則會(huì)給輪機(jī)管 理人員帶來(lái)麻煩，但是如果由此把該系統(tǒng)看成累贊則是不可取的。然而過(guò)分依賴監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供的

18、 數(shù)據(jù)也是不可取的，只有將自己的判斷與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)綜合分析，并通過(guò)適當(dāng)?shù)? 拆檢加以佐證，這樣才能提高輪機(jī)管理人員的科學(xué)管理水平。 參考文獻(xiàn) [1] 朱建元 . 船舶柴油機(jī) . 北京：人民交通出版社， 1997 [2] 周明順 . 船舶柴油機(jī) . 大連：大連海事大學(xué)出版社 ,2007 [3] 韓壽家 . 造船大意 . 大連：大連海事大學(xué)出版社， 1993 [4] 蔣維清 . 船舶原理 . 北京：人民交通出版社， 1992 [5] 周衛(wèi)杰 . 輪機(jī)維護(hù)與修理 . 北京：人民交通出版社， 2002 [6] 中國(guó)船級(jí)社 . 鋼質(zhì)海船入級(jí)與建造規(guī)范 .2004 [7] 于洪亮 . 船舶動(dòng)力裝置技術(shù)管理 . 大連：大連海事大學(xué)出版社， 2009 [8] 滿一新 . 輪機(jī)金屬材料 . 大連：大連海運(yùn)學(xué)院出版社， 1990 [9] 史美堂 . 金屬材料及熱處理 . 上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社， 1980 [10] 馬永林 . 機(jī)構(gòu)與機(jī)械零件 . 北京：高等教育出版社， 1990