船舶柴油机活塞环故障分析MicrosoftWord文档(3)剖析

目录1.活塞环的工作条件----------------------------------------------22.活塞环的主要故障----------------------------------------------33.影晌活塞环工作的主要因素--------------------------------------43.1活塞环硬度和缸套硬度匹配------------------------------------53.2活塞环搭口间隙----------------------------------------------63.3活塞环和缸套的几何配合状况----------------------------------73.4活塞环槽----------------------------------------------------83.5燃油品质和气杠油量------------------------------------------93.6日常维护修理------------------------------------------------10结束语------------------------------------------------------------11参考文献----------------------------------------------------------12内容摘要活塞环是柴油机燃烧室的组成零件之一。具有保持活塞与气缸套之间有效密封的作用和将活塞热量传递给汽缸壁的散热作用，以及调节气缸润滑油的作用。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、和弹力丧失等。此文通过对活塞环故障实例的分析，阐述了产生故阵的主要原因和主要影响因素，对日常运行管理提出了切实可行的建议，还对新型活塞环磨损监控系统作了简单介绍。关健词活塞环搭口间隙故障维护管理影响监控前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、及时和完善;切实保证气缸内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，活塞环和气缸套这对摩擦副工作条件非常恶劣，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。第一章活塞环的工作条件船用十字头式长冲程低速柴油机中，每个活塞大约有4--6道气环。第一道活塞环直接受到高温高压燃气的作用;其它环由于燃气经活塞环的搭口，气缸壁面和环槽处的漏泄，也受到燃气不同程度的作用。通常气缸内气体经上两道气环密封后，第二道环下方气体压力下降到气缸内压力的10%左右。因此，密封的主要作用是靠上面两道气环。工作中，活塞环被活塞带动相对于气缸套做往复运动。由于气体压力，活塞往复运动的惯性力，活塞环与气缸套之间产生的摩擦力，以及活塞横向振动和气口挂碰等作用，使活塞环在环槽中产生十分复杂的运动，其中有:轴向运动、径向运动、回转运动，扭曲振动等。由于气缸套壁面失国、存在锥度，活塞环在本身弹力作用下还要产生张合的交变运动。活塞环在高温高压下工作，润滑条件较差，运动状态十分复杂，使环同气缸套及环槽之间产生严重的磨擦。柴油机运行中，还会因燃烧不良，滑油过多将活塞环粘着在环槽中，使活塞环失去密封作用，甚至损坏。第三章影响活塞环工作的主要因素3.1活塞环硬度和缸套硬度匹配通常SULZER主机缸套有两种类型，一种硬度相对较硬，另一种则较软。一般欧洲和中国的专利厂均生产后一种缸套，而日本的制造厂则生产前面一种。对应于两种缸套，配备有各种硬度的活塞环，如果选择不当，则会造成缸套磨损过快，或是活塞环磨损过快。应当首先了解主机现装缸套的硬度，然后再决定订购什么硬度的活塞环，不能盲目订购，以免造成异常磨损，带来损失。3.2活塞环搭口间隙活塞环的搭口间隙可以保证活塞环在工作时有足够的受热膨胀余地，同时可以使活塞环在正常工作时有一定的周向运动。活塞环搭口间隙过小，会使活塞环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。由于活塞环和气缸套在运行中会产生磨损，环的搭口间隙会逐渐增大。活塞环的径向力，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方向朝环内圆面分体，如图1所示。当搭口间隙过大时，会在搭口的对侧产生较大磨损，同时也图1活塞环受力图使环的径向厚度减小，弹性降低，严重时造成环的断裂，如果环槽结碳严重则容易发生环粘着故库。3.3活塞环和缸套的几何配合状况随着柴油机的运行，气缸套会产生不均匀磨损，在周向和轴向会分别产生椭圆度、锥度和不圆柱度。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;同时活塞环的椭圆度同缸套的椭国度不可避免会有误差，特别是换用新的活塞环后，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度，连续漏光度要小于30度，在搭口两侧的30度范围之内不能有漏光，一般质量好的新活塞环都能达到上述要求。图2检查安装新的备件活塞环时，必须认真检查环的几何尺寸(厚度，高度，直径等)及表面光洁度，尤其注意检查弹性。弹性的大小检验可通过用力将自由状态下活塞环的搭口闭合或将开口增大一倍，看其放松后开口间隙的变化量是否小于原开口间隙的10%，否则弹性过小。也可以将备用环标准环共同施加相同的力，比较图2备用环检查示意图两环开口间隙的大小，其方法如图2所示。3.4活塞环槽柴油机在运行过程中，活塞环不仅随着活塞在缸套中作上下往复运动，而且在环槽内作着径向的、周向的复杂的交变运动，支持、制约活塞环的环槽的形状，影响甚大。活塞环槽的磨损主要由于活塞环在槽中的扭曲变形引起。由于长期使用，在活塞环的扭曲作用下活塞环会产生不均匀磨损;同时，活塞头部在工作时会受热变形使环槽缩小且向下倾斜，影响活塞环同环摘的正常配合，使环在环槽中呈倾斜状态。因此，在吊缸检修时要仔细测量环槽的几何尺寸，如图3所示。若发现环槽倾田3环枪几何尺寸斜过大或磨损过大形成了凸台时，应用手持砂轮将凸台磨平或送厂进行恢复性修理。查阅某轮主机的检修记录，发现某缸连续几次吊缸都是由于第4道活塞环断裂，而且运行时间都很短。吊缸发现该环槽已经磨成喇叭形.环槽下表面异常磨损并呈明显的锥形，活塞环换新只运行650小时左右就粉碎性断裂，最后只好更换活塞头。3.5燃油品质和气缸油量爆发压力与压缩压力之差，对活塞环的影响很大。不同产地、不同标号的燃油，理化性能相差甚大，而燃油的品质对爆发压力的影响是相当直接的。由于加油港经常变动，船上常使用不同国家、厂家的燃油。因产地和炼油工艺的不同，其性能指标也不同，不能使用同样的方法对燃油进行处理(例如分油机比重环直径的大小，对不同比重的燃油，在不同加热温度时有不同的要求)。燃油中的灰分过高，将加剧活塞环和缸套的磨损，必然影响柴油机的燃烧过程，造成燃烧室内温度过高。过多的气缸油，由于泵油作用在环槽处形成积碳，当气缸内温度过高时积聚的滑油燃烧，为活塞环的枯着和折断创造了条件。3.6日常维护修理做好各项日常管理工作，对避免活塞环故障有重要作用。正常运行过程中，要控制冷却水、冷却油等的温度和压力在要求的范围内，同时要注意参数的比较，最重要的是各参数的变化速度;定期侧量示功图，通过分析压缩压力，最大爆发压力，燃烧始点，负荷分配等，判断燃烧过程的好坏和气缸、活塞环等零部件的工作状态;发现有故障预兆，要及时查找原因，并采取相应处理措施。长期低负荷和超负荷运行都不是科学使用主机的方法。前者是操作者对主机缺乏认识，心中没底，追求暂时的太平，消极被动管理，将会引起恶性循环;后者则是盲目开英雄车，工作于超负荷区域，加快了活塞环的磨损。该主机制造厂规定，转速超过200r/min即为超负荷。能否形成理想的润滑，主要取决于摩擦副的运动形式、速度以及润滑油的性能等因素。活塞环在气缸套内全行程运动中的速度始终在变化(在上下止点的运动速度为零)，同时受到高温燃气的冲击作用，因此很难形成良好的润滑，这是活塞环工作条件恶劣的重要原因。尤其是活塞在上止点附近，润滑状态处于边界润滑，有时甚至是干摩擦状态。正常情况下，活塞头部和缸套之间不会产生摩擦，随着柴油机的运行，在活塞头的周围会产生积碳，这些积碳硬度大且难以清除，积碳的增多使活塞头部的直径增大，当活塞在气缸内运动时，头部的积碳同气缸套之间产生摩擦，不但会使气缸套的磨损率增大，同时会严重破坏润滑抽膜，使活塞环的磨损率明显增大。柴油机低转速、低负荷工作或进出港频繁用车，应适当增加气缸注油量。SULZERRTA主机说明书比较详细的介绍了气缸油的正常供给量。每次调整的变化量最好不要超过0.05克/马力小时(0.068g/kw·h).无论新船还是老龄船，适当延长磨合期，保证运行期的各参数在适当范围之内，对保证柴油机的正常运行和使用寿命，都至关重要。在柴油机换用新的缸套和/或活塞环后，一定要保持低速、低负荷下磨合足够的时间，同时在磨合期内要加大气缸油的注油量,这样可以避免在磨合期内，活塞环和气缸套表面由于形状和粗糙度等没有完全匹配，而使摩擦面过热发生过度磨损或拉缸。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。随着现代柴油机监控技术的发展，如油液分析技术，磨损监控技术，缸套油膜监控技术等新技术已经在新船上得到应用，这为轮机员分析判断活塞环及其缸内的工作状态提供了有利的依据。当然，新技术也存在一些不完善的地方，像上述的SIPWA-TP系统有时误报普则会给轮机管理人员带来麻烦，但是如果由此把该系统看成累赞则是不可取的。然而过分依赖监测系统提供的数据也是不可取的，只有将自己的判断与监测系统提供的数据结合起来综合分析，并通过适当的拆检加以佐证，这样才能提高轮机管理人员的科学管理水平。参考文献[1]朱建元.船舶柴油机.北京：人民交通出版社，1997[2]周明顺.船舶柴油机.大连：大连海事大学出版社,2007[3]韩寿家.造船大意.大连：大连海事大学出版社，1993[4]蒋维清.船舶原理.北京：人民交通出版社，1992[5]周卫杰.轮机维护与修理.北京：人民交通出版社，2002[6]中国船级社.钢质海船入级与建造规范.2004[7]于洪亮.船舶动力装置技术管理.大连：大连海事大学出版社，2009[8]满一新.轮机金属材料.大连：大连海运学院出版社，1990[9]史美堂.金属材料及热处理.上海：上海科学技术出版社，1980[10]马永林.机构与机械零件.北京：高等教育出版社，1990