柴油机活塞环断环原因分析及管理

柴油机活塞环断环原因分析及管理

[摘要] 在大型船舶柴油机燃烧室诸多构件中,活塞环是主要的组成零件之一。由于其复杂的运动状态和恶劣的工作环境，活塞环又是柴油机的易损件之一。活塞环的工况直接影响主机工作过程的好坏，同时也影响主机的安全运行和使用寿命。活塞环作为柴油机的主要受热零件之一，长期工作在恶劣的环境下，承受很高的热负荷，活塞环恶劣的工作环境导致活塞环容易发生故障极大地危害柴油机整机的可靠性和耐久性。因此，活塞环在运行中的管理和维护对保证柴油机安全,可靠和经济运行显得非常重要。针对船用柴油机常见的活塞环折断故障，本文以“南海502”轮上LB6250ZLC-6型主机为例，分析出造成该故障出现的主要原因——环槽积碳、气缸套磨台、环槽过度磨损、活塞环挂住气口和活塞环径向胀缩疲劳，并在此基础上提出相应的预防措施和对策，并对活塞环的日常管理和维护提出了切实可行的管理建议。

[关键词] 活塞环；折断；分析；管理

The Reason Analysis and Countermeasure of Piston Ring Breaking of Diesel Engine

[Abstract]Piston rings are the main composites parts in the combustion chamber of the Marine Diesel Engine. For its badly working condition and the piston rings can be easily damaged. The working condition of piston ring has much influence on the working quality of diesel engine such as efficiency, mobility and reality. And so how to keep the piston ring working in good condition is becoming one of main tasks for the engineers. Harsh environment can cause the piston ring fault. So, Good management and maintenance for piston rings are very important for safety running of the Diesel Engine .Aim at usual fault of piston ring breaking of marine diesel engine, As an example in LB6250ZLC-6 M.E. on board of “South China Sea502”, this paper analyzes the fault of broken piston ring and gives the causes including cumulated carbon in the ring-slot, abrasion of cylinder jacket over-abrasion of slot, air-vent of piston ring and expanding-shrinking fatigue at radial direction. And on this basis, present corresponding precautionary measures and countermeasure and give practical management advice to daily management and maintenance for piston ring.

[Key words] Piston ring; Breaking; Analysis; Management

目录

0 引言--------------------------------------------------------------1

1 活塞环工作条件分析------------------------------------------------1

2 活塞环折断的现象--------------------------------------------------2

3 活塞环折断的原因--------------------------------------------------2

3.1 活塞环安装错误----------------------------------------------2

3.2 活塞环过度磨损使强度降低------------------------------------3

3.3 活塞环径向胀缩疲劳------------------------------------------3

3.4 活塞环搭口间隙过小------------------------------------------3

3.5 环槽过度磨损------------------------------------------------4

3.6 环槽内严重积碳----------------------------------------------5

3.7 缸套严重磨损------------------------------------------------5

3.8 使用燃油的经常变动------------------------------------------6

3.9 滑油和燃油配合问题------------------------------------------6

3.10 活塞环挂住扫气口-------------------------------------------7

4 活塞环折断的预防和应急处理----------------------------------------7

4.1 活塞环折断的预防措施----------------------------------------7

4.2 活塞环折断的应急处理----------------------------------------9

5 活塞环的日常管理和维护-------------------------------------------9 结论----------------------------------------------------------------10 致谢语--------------------------------------------------------------11 参考文献------------------------------------------------------------12

0 引言

活塞环是柴油机燃烧室的组成部件之一，具有保持活塞与气缸套之间的有效密封和将活塞热量传递给气缸壁的散热作用，以及调节气缸润滑油的作用。因此，活塞环的工作情况对燃油燃烧的完善程度和柴油机的工作状态起着至关重要的作用，活塞环的运行管理和维护，对保证柴油机的安全、可靠和经济运行尤为重要。

在柴油机运转过程当中，活塞环的工作条件十分恶劣。工作时，第一道活塞环直接受到高温、高压燃气的作用，其它环也受到燃气不同程度的作用。由于气体压力、活塞环与气缸套间产生的摩擦力以及活塞横向振动等因素的影响，使活塞环在环槽中的运动十分复杂。其中有轴向运动和轴向振动；径向运动和径向振动；扭曲振动等。由于缸套有锥度，环在本身弹力作用下产生张合运动，因此使活塞环产生严重的摩擦磨损。

活塞环是柴油机的易损部件，主要损坏形式有：过度磨损、折断、粘着和弹力丧失等。本文主要针对船用柴油机活塞环在运行过程中出现的折断原因进行了分析，给出了一些预防措施和对策及一些日常管理注意事项，希望能通过加强对活塞环的运行管理和维护，提高活塞环运行寿命，来提高柴油机的工作性能。

1 活塞环工作条件分析

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；其它环由于燃气会经活塞环的搭口，气缸壁面和环槽等处漏泄，也会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。由于气缸套壁面失圆、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摩擦。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[1]。

2 活塞环折断的现象

活塞环的折断主要发生在经常暴露于高温高压下的上部活塞环，特别是在气缸表面磨损的场合。如果环在运行中折断，则环的断口会将气缸内表面刮破而发出响声；其密封性能会降低或丧失，会发生不同程度的压缩压力降低，排气温度升高，及缸套冷却水温度升高，柴油机功率降低等。另一方面，活塞环断裂后，由于压缩压力也降低，使燃烧不良，排气冒黑烟。柴油机处于低速、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；同时断环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，从而发生增压器的喘振。碎片也可能冲入排气管甚至废气涡轮增压器，打碎增压器叶片，造成严重故障。

3活塞环折断的原因

3.1 活塞环安装错误

装活塞环时，应注意活塞环本身的结构形状。例如扭曲环是在矩形截面上切去一部分，使截面形成不对称形状，在环的内圆部分切槽或倒角的称做内切环，在外圆部分切槽或倒角的称为外切环。如果安装时方向错误易造成折断。