導(dǎo)讀

　　文章結(jié)合主機活塞環(huán)故障的具體實例，詳細闡述了產(chǎn)生故障的主要原因爭影響因素，并對其日常運行提出了切實可行的管理建議。

　　

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　　一、前言

　　活塞環(huán)的主要作用是密封燃燒室，保證活塞到達上死點時，燃燒室內(nèi)的新鮮空氣有足夠的溫度和壓力，滿足燃油燃燒的溫度并使其燃燒迅速，完全燃燒;

　　而活塞、活塞環(huán)和缸套這對“運動付”工作條件非常惡劣，他們之間的摩擦損失占到整個柴油機的摩擦損失功率55%一60%。

　　因此活塞環(huán)的工作狀態(tài)對燃油燃燒的完善程度和柴油機的工作狀況起著至關(guān)重要的作用，對活塞環(huán)的運行管理和維護，保證柴油機的良好運行尤為重要。

　　

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　　二、活塞環(huán)的故障現(xiàn)象、原因分析及處理措施

　　活塞環(huán)的主要故障有折斷、粘連、異常磨損等。

　　當(dāng)上述故障發(fā)生時，一般會造成燃燒室漏氣、排氣溫升高、排氣冒黑煙、盤根箱滑油污染及缸套水溫度升高等現(xiàn)象。

　　如筆者在“索拉艾斯”輪任職期間，該輪主機型號為MAN B&W6L60MC型柴油機，直流掃氣，運營14年。

　　在溫哥華錨地對主機1﹟缸、3﹟缸進行正常維修吊缸，雖然經(jīng)測量活塞環(huán)的磨損未達到極限，活塞和活塞環(huán)槽狀態(tài)良好，但考慮到下次吊缸還得8 000—10 000h后進行。

　　因此，活塞環(huán)進行了全部換新。

　　1﹟缸排氣閥更換了約800h，3﹟缸排氣閥更換了約500h。

　　從溫哥華出來3天多的時間，換用從連云港加的油(RMG380，795t，化驗結(jié)果為雜質(zhì)超標，其中鋁、硅含量達60，最大量為80)，不到一天的時間發(fā)現(xiàn)主、副機燃油進機溫度逐漸下降，而且油溫調(diào)不上去，還發(fā)現(xiàn)燃油二級濾器壓差大，連續(xù)反沖洗不停。

　　人工解體清洗主、副機二級濾器之后，壓差、溫度回復(fù)了正常，不到一天時間又連續(xù)自動沖洗不停了，為此啟動另一臺分油機并聯(lián)工作，減小單臺分油機的分油量，并縮短了排渣間隔到1h等措施，情況并未得到改觀。

　　后來還發(fā)現(xiàn)1﹟缸和3﹟缸排煙溫度逐漸升高且明顯高于其它4個缸，減速運行也未有明顯的改觀，主機的排煙顏色也越來越重、濃煙見多，海面狀況不好時透平還有輕微的喘振。

　　通過對各缸示功圖測量發(fā)現(xiàn)1﹟缸和3﹟缸的壓縮壓力分別為5.6MP和5.4MP，而其他各缸的壓縮壓力則為6.1～6.2MP，爆炸壓力也是1﹟缸、3﹟缸偏低。

　　現(xiàn)象表明1﹟缸和3﹟缸的密封性出現(xiàn)問題：

　　一是排氣閥，再就是活塞環(huán)。

　　以后幾天逐漸穩(wěn)定些，主機、副機燃油二級濾器每天都需解體清洗一次，直到船舶抵達韓國仁川。

　　抵港后首先打開掃氣箱道門，對各缸活塞、活塞環(huán)、缸套進行了檢查，發(fā)現(xiàn)活塞很臟，而且1﹟缸、3﹟缸活塞環(huán)有的已經(jīng)斷裂、有的粘連、缸套輕微拉缸，1﹟缸、3﹟缸汽缸油似乎偏少，其余各缸還算正常只是臟些，缸套下部的油渣、油泥明顯見多。

　　我們決定再次對1﹟缸、3﹟缸吊缸。

　　吊缸時發(fā)現(xiàn)，3﹟缸除最下面一道活塞環(huán)正常外，其余各道活塞環(huán)全部折為3段、4段或1﹟缸第一道活塞環(huán)嚴重粘連在活塞環(huán)槽中，其余各道活塞環(huán)則都發(fā)生了不同形式的斷裂。

　　好在活塞環(huán)槽沒有明顯的燒蝕或凸臺，缸套也只是輕微拉缸。

　　根據(jù)現(xiàn)象分析：

　　導(dǎo)致1﹟缸、3﹟缸活塞環(huán)斷裂、粘連最直接的原因：

　　一是活塞環(huán)的質(zhì)量存在嚴重缺陷，因為只有新?lián)Q的1﹟缸、3﹟缸活塞環(huán)斷裂、粘連，而其它各缸的活塞環(huán)基本正常;

　　二是燃油的質(zhì)量有問題，雖然我們對燃油的凈化采取了不少措施如：

　　沉淀柜、日用柜勤放殘，并聯(lián)運行減小分油機的分油量，提高沉淀柜、日用柜、分油機的加熱溫度，但傳統(tǒng)的分油機很難徹底分離出細小的鋁、硅、灰分等雜質(zhì)，導(dǎo)致燃油中雜質(zhì)增多。

　　在汽缸燃燒過程中硅顆粒附貼在缸套壁上，加速活塞環(huán)和缸套之間的磨損，活塞環(huán)粘連，直至最后折斷;

　　另油中含鋁會造成高溫腐蝕，加速活塞環(huán)和缸套磨損。

　　得到公司同意后，我們把舊環(huán)清潔后換上。

　　當(dāng)然之前已對活塞環(huán)槽及缸套拉傷做了簡單的處理。

　　再有對1﹟缸、3﹟缸注油器的注油量做了一定的調(diào)整，因為又改為舊環(huán)，需要的油量需適當(dāng)減少。

　　從韓國到澳大利亞的十幾天中，主機的運行狀態(tài)一直不錯，排煙溫度基本一致，從示功圖測得壓縮壓力和爆炸壓力也基本一致，主機工作正常。

　　只是燃油的二級濾器還是每天解體清洗一次，原因是燃油中雜質(zhì)過多。

　　從上述故障可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)活塞環(huán)由于斷裂或粘連而使其密封性能降低或喪失時，會發(fā)生不同程度的汽缸竄氣，這樣汽缸內(nèi)的新鮮空氣量明顯減少，造成壓縮壓力降低，排氣溫度升高，冷卻水溫度升高，又柴油機處于低轉(zhuǎn)速，高負荷下工作，空氣量的減少使燃燒惡化，廢氣的能量較正常情況下有明顯的增加，增壓器的轉(zhuǎn)速升高，掃氣壓力升高。

　　而在柴油機的轉(zhuǎn)速基本不變的情況下，柴油機的空氣消耗量基本穩(wěn)定，同時斷環(huán)和粘連使燃氣發(fā)生倒灌到掃氣箱，嚴重時將會發(fā)生掃氣箱著火，這些因素造成了增壓器的背壓升高，使其在小流量高背壓的狀態(tài)下工作，破壞了增壓器的正常匹配，從而發(fā)生增壓器的喘震。

　　上述現(xiàn)象的發(fā)生，都有可能是活塞環(huán)故障引起的。

　　三、活塞環(huán)故障的其它原因分析

　　除了活塞環(huán)的材質(zhì)、加工工藝、以及尺寸精度外，還與下列原因有關(guān)。

　　1、活塞環(huán)搭口間隙的影響

　　活塞環(huán)的搭口可以保證活塞環(huán)在工作時有受熱膨脹的余地，同時可以使活塞環(huán)在正常工作時有一定的周向運動。

　　當(dāng)活塞環(huán)的搭口間隙過小時，會使活塞在工作時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側(cè)發(fā)生環(huán)的折斷現(xiàn)象。

　　由于活塞環(huán)和缸套在運動中會產(chǎn)生磨損，環(huán)搭口間隙會逐漸增大。

　　當(dāng)搭口間隙過大時，會使活塞的徑向力產(chǎn)生嚴重不平衡。

　　其徑向力主要是環(huán)自身的彈力和氣體作用在環(huán)背的氣體力，搭口間隙的存在使二者的合力疊加作用在搭口的對側(cè)產(chǎn)生不均勻的磨損，嚴重時造成環(huán)的斷裂。

　　同時活塞環(huán)的徑向厚度減小，彈性降低，如果環(huán)槽結(jié)炭嚴重時容易發(fā)生環(huán)粘連。

　　實際運行過程中，活塞環(huán)搭口間隙的大小是判斷活塞環(huán)磨損狀況的重要指標。

　　因此，當(dāng)主機停車時，通過掃氣箱應(yīng)定期檢查活塞環(huán)的工作狀況及有無粘連或斷裂情況。

　　如有，應(yīng)當(dāng)進行吊缸檢修，避免故障擴大。

　　測取活塞環(huán)搭口間隙的數(shù)值一要同說明書的要求進行比較，以判斷是否超過極限值;

　　二要同上次測量的搭口間隙進行比較，以判斷活塞環(huán)的磨損率。

　　如果在一定的時間間隔內(nèi)，環(huán)的磨損率突然增大，則應(yīng)查找原因予以解決，例如噴油系統(tǒng)故障，汽缸油變質(zhì)，燃油灰份和雜質(zhì)過多等。

　　這樣通過每道環(huán)的檔案記錄，不但可以系統(tǒng)的分析活塞環(huán)的故障現(xiàn)象，而且可比較不同批次備件的質(zhì)量、燃油以及滑油等對磨損率的影響。

　　2、活塞環(huán)和缸套配合狀況的影響

　　能否形成理想的全液潤滑，主要取決于“運動付”的運動形式、速度以及潤滑油的性能等因素。

　　而活塞環(huán)在缸套內(nèi)的運動在全行程中的速度始終在變化，在上下死點的運動速度為零，同時受到高溫燃氣的沖擊作用，因此很難形成良好的潤滑，這是活塞環(huán)工作惡劣的重要原因，尤其是活塞在上死點附近時，潤滑狀態(tài)處于邊界潤滑，有時甚至是干摩擦狀態(tài)。

　　正常情況下，活塞頭部同缸套之間不會產(chǎn)生摩擦，隨著柴油機的運行，在活塞頭的周圍會產(chǎn)生積炭，這些積炭硬度大且難于自清，積炭的增多使活塞買都韻直徑增大，當(dāng)活塞在汽缸內(nèi)運動時，頭部的積炭同缸套之間產(chǎn)生摩擦，嚴重破壞油膜，使缸套和活塞環(huán)的磨損率明顯增大。

　　隨著柴油機的運行，缸套會產(chǎn)生不均勻的磨損，在周向和軸向會分別產(chǎn)生橢圓度和圓柱度，活塞環(huán)在汽缸內(nèi)運動時，活塞環(huán)會產(chǎn)生周期性的張合運動;

　　同時活塞環(huán)的橢圓度同缸套的橢圓度不可避免會有誤差。

　　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產(chǎn)生不同程度的漏光度，通常要求新的活塞環(huán)安裝在汽缸中時總的漏光度要小于90°，連續(xù)漏光度小于30°，在搭口兩側(cè)的30°范圍內(nèi)不能有漏光。

　　質(zhì)量好的新活塞環(huán)都能達到上述要求，但近年來為降低成本很多公司使用低價活塞環(huán)代替原廠的備件。

　　因材質(zhì)和加工工藝的不同以及制造上產(chǎn)生比較大的尺寸誤差，使得漏光度過大。

　　同時活塞環(huán)在高溫下工作時彈性降低過大，當(dāng)遇到環(huán)槽積炭卡滯時漏光度就會增大，使高壓的燃氣從漏光處作用在環(huán)的外工作面上，使活塞環(huán)楔入到環(huán)槽中，有可能使環(huán)卡死在環(huán)槽中產(chǎn)生抱環(huán)現(xiàn)象;

　　當(dāng)氣體壓力降低時原來被壓人的活塞環(huán)在自身彈性的作用下重新彈出。

　　這樣周期性的重復(fù)作用，時間長了，就會在強度薄弱處產(chǎn)生疲勞斷裂。

　　實踐證明，活塞環(huán)的壓入現(xiàn)象是造成環(huán)斷裂的主要原因。

　　此外，活塞環(huán)碰到缸套的凸臺折斷以及環(huán)端掛氣口折斷也在某些柴油機中有所發(fā)現(xiàn)。

　　3、燃油和汽缸油的影響

　　船上用的燃油由于加油港經(jīng)常變動，不同國家、廠家的燃油由于產(chǎn)地和冶煉工藝的不同，其性能指標也相差很大。

　　如果用分油機凈化時，對不同的燃油應(yīng)選用相應(yīng)的比重環(huán)，而且盡可能在較高的溫度下進行(如95—98℃)，視情況分油機串聯(lián)或并聯(lián)，否則將會影響燃油的處理效果。

　　如果燃油中的鋁、硅及灰份過高，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的燃燒過程，造成燃燒室內(nèi)溫度過高;

　　同時由于某些柴油機長期在低轉(zhuǎn)速、低負荷下工作或進出港頻繁，而汽缸油量不作調(diào)整，造成汽缸注油量增加，過多的汽缸油由于活塞環(huán)的泵油作用在環(huán)槽處形成積聚，當(dāng)汽缸內(nèi)溫度過高時，積聚的滑油燃燒形成積炭，成為活塞環(huán)的粘連和折斷起因。

　　4、日常維護管理工作的影響

　　做好各項日常管理工作對避免活塞環(huán)粘連、折斷等故障起著重要的作用。

　　1)在柴油機換用新的缸套或活塞環(huán)后，一定要保持低速。

　　低負荷磨合足夠的時間，同時在磨合期內(nèi)調(diào)大汽缸油的注油量，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有完全匹配，而使摩擦面過熱產(chǎn)生拉缸或活塞環(huán)折斷;

　　2)正常運行過程中，要控制好冷卻水、冷卻油的溫度和壓力，應(yīng)保持在正常范圍內(nèi);

　　同時注意參數(shù)的變化，最重要的是各參數(shù)的變化速度;

　　定期測量示功圖，通過對壓縮壓力、爆炸壓力、燃燒始點、負荷分配等進行分析，判斷燃燒過程是否良好，判斷汽缸、活塞環(huán)的工作狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)故障征兆，根據(jù)故障原因進而采取相應(yīng)的處理措施;

　　3)定期打開掃氣箱測量活塞環(huán)的搭口間隙，建立各活塞環(huán)使用的檔案，同時通過掃氣口檢查活塞環(huán)、缸套、汽缸注油等的基本情況，如發(fā)現(xiàn)有活塞環(huán)的粘連、斷裂等現(xiàn)象時應(yīng)及時吊缸檢修。

　　參考文獻

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　　[3] 孫建波，魏海軍，于洪亮.船舶管理與故障處理.大連：大連海事大學(xué)出版社。2002

　　原創(chuàng)作者系：

　　中遠散貨運輸有限公司 崔 炯