活塞环异常磨损故障分析

毕 业 论

题 目 活塞环常见故障及其故障分析

目 录

引言„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1

1故障实例„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1

2活塞环的粘着故障及处理方案„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2

2.1活塞环粘着„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2

2.2活塞环粘着的原因„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2

2.3如何判断活塞环粘着 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 3

2.4如何处理粘着环„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3

2.5防止活塞环粘着的措施„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3

3活塞环的异常磨损故障及处理方案„„„„„„„„„„„„„„„„„„4

3.1活塞环异常磨损„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4

3.2 活塞环异常磨损的特点及原因 „„„„„„„„„„„„„„„„„„5

3.3活塞环磨损外观的示意图„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6

3.4减磨措施„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6

4活塞环的折断故障及处理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7

4.1活塞环故障及其危害„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7

4.2活塞环折断的常见原因呢„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7

4.3活塞环断环的应急处理法 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10

5活塞环弹力丧失 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10

5.1活塞环弹力丧失的危害 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10

5.2活塞环弹力的检查方法 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11

5.3活塞环弹力丧失的处理方法 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„11

6活塞环的日常维护及管理方面„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11

7结束语„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12

8参考文献 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13

活塞环常见故障及其故障分析

摘要：活塞环是柴油机中重要的零部件之一,活塞环的工作情况对燃油燃烧完善程度和工作状态起着至关重要的作用,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已经在新型现代化船舶上得到应用,这为轮机员分析判断活塞环及气缸内的工作状态提供了有利的依据。所以对活塞环运行管理和维护,提高活塞环运行寿命,对保证柴油机的安全、可靠和经济运行尤为重要。

关键词： 活塞环 故障 处理方案 意义

引言

活塞环的工作条件十分恶劣，第一道环直接受到高温高压燃气的地作用，其他环由于燃气经环的搭口、气缸壁面和环槽处漏泄，也受到燃气不同程度的作用。活塞环在工作中的主要运动有轴向运动和轴向振动，径向运动和径向振动，回转运动，扭曲振动等。由于气缸套壁面在制造加工磨损后产生圆柱度误差，活塞环在本身的弹力作用下还要产生张合的交变运动。活塞环在高温下工作，润滑条件较差在环槽中的运动有十分复杂，使它与气缸套和活塞环槽之间产生严重的摩擦和磨损。活塞环因振动与气口挂碰，弹性张合等作用有可能裂纹活折断。柴油机在运行中，也会因为燃烧不良，滑油过多将活塞环粘着在环槽里阻止活塞环在环槽中的运动，或活塞环磨损后厚度及不均匀或磨损速度很快等异常磨损的现象。活塞环的失效会引起压缩终点压力和最高爆炸压力下降，排温升高，导致柴油机功率下降，影响柴油机的启动性能。此外活塞环的散热效果下降使活塞头过热。

1故障实例

在实习期间对柴油机第三缸进行检修时发现活塞环粘着其简单发生过程如下

1.1检修现象

打开道门后从扫气口观察并用木棒触动活塞环发现活塞中第一道活塞环发现活塞环在环槽中卡死不能自由运动并且发现活塞环的表面变黑因为环粘着引起燃气下窜而将粘着的环表面变黑。而其余各环均能正常运动并且表面光亮。还伴随着燃气压力下降，最高爆炸压力下降，柴油机功率下降。经过吊缸后发现第一道活塞环环槽有严重的积碳。

1.2分析原因

根据检修现象可以初步判断是第一道活塞环粘着故障。

可能原因是燃烧不良生成的炭粒或不完全燃烧产物、磨损产生的颗粒包括活塞上的承磨环磨损产生的颗粒也积存在环槽中时，就会使粘着活塞环的沉积物加速生成和固化以致大量油污和积炭填满环槽便环不能运动。

1.3处理方案

第一首先对柴油机进行吊缸。

第二先用煤油浸泡使积炭变软后再用木棒敲击使之松动，最后用专用工具将环取出。注意取环时切勿用扁铲、凿子等工具，以免损伤环槽。

第三用煤油浸泡活塞环环槽对其进行清洁处理。

第四根据粘着的环应报废换新活塞环。在更换活塞环应采用随机专用工具将环的开口扩大装人环槽内，操作时切勿使环的开口过分开大，以免活塞环变形或折断。装到活塞上的色道环的开口位置应错开，切勿使开口在同一位置，以免燃气下窜。

2 活塞环的粘着故障及处理方案

2.1活塞环粘着

在正常情况下，由于活塞的往复运动和横向振动，活塞环在环槽中是作上下运动、径向运动和圆周向转动的。假如活塞环区形成沉积物，并压进了活塞环槽

的间隙中，沉积物就可能固化，阻止活塞环在槽中运动。活塞环在环槽中不能自由运动称为活塞环粘着。

2.2活塞环粘着的原因

活塞环的粘着大多是由于活塞或气缸过热、滑油过多、滑油不净、燃烧不良等原因造成的。活塞或气缸过热可使过多的滑油变成油泥附着在环槽内，产生使活塞环粘着的沉积物。当燃烧不良生成的炭粒等不完全燃烧产物、磨损产生的颗粒包括活塞上的承磨环磨损产生的颗粒也积存在环槽中时，就会使粘着活塞环的沉积物加速生成和固化以致大量油污和积炭填满环槽便环不能运动。

2.3如何判断活塞环粘着

检查活塞环是否粘着可以从扫气口观察和用木棒触动活塞环来判断。还可以从活塞环的表面变黑情况来识别环是否发生粘着，因为环粘着时引起燃气下窜而将粘着的环表面变黑。

2.4如何处理粘着环

粘着的环应报废换新活塞环。首先应将环从环槽中取出，一般来说不易取出。采用木棒轻轻敲击活塞环使之松动，或先用煤油浸泡使积炭变软后再用木棒敲击使之松动，最后用专用工具将环取出。取环时切勿用扁铲、凿子等工具，以免损伤环槽。

2.5防止活塞环粘着的措施

2.5.1防止活塞环粘着的关键要防止气缸过热，气缸过热的原因和相应措施有以下几点。

2.5.1.1活塞环漏气形成干摩擦

可采用滑光法检查活塞环的密封性。将活塞环放在规定直径的量规中或气缸中末磨损的部位，在环的下方用强灯光照射,自环的上方观察，要求一处漏光弧度不超过30º，几处漏光总和不超过90º，且搭口附近30º范围内不允许漏光。漏光处的间隙，直径D之500mm的活塞环，用0.03mm塞尺检查不应通过;D>500mm的活塞环用0.04mm塞尺检查不应通过，以保证活塞环工作表面与气缸套内圆表面紧密贴合，从而使柴油机气缸燃烧室有较高的密封和工作效能。

2.5.1.2柴油机长时间超负荷运行，避免主机长时间超负荷。

2.5.1.3燃烧不良或后燃严重

改善燃烧质量的措施设计方面(1)可采用特殊形状的燃油凸轮；(2)采用油膜蒸发燃烧方式以保证燃烧柔和；(3)采用分级喷射，即同一气缸有两个油泵柱塞，初期只用一个供油，随后两个供油；（4）采用变压缩比活塞以及变喷油定时等。

在运转管理方面，确保换气质量良好。为了做到这一点，增压柴油机还要维持增压系统有良好的工作性能，使进入气缸中的空气得到保证。应根据情况及时清洁进、排气口和进、排气通道。有气阀的柴油机应确保有正确的气阀正时。此外，还要注意活塞环和气缸套的磨损情况，以保证进入气缸内的空气不致过多的漏泄。在空气方面为燃烧过程创造有利条件。确保燃油喷射正常。特别要使喷油泵有合适的供油定时和适合要求的供油量，使喷油器有正确的启阀压力和良好的雾化状态，并避免不正常喷射的出现。

2.5.1.4排气阀漏气使使气缸内燃烧不良，排气温度上升。

排气阀故障的可能原因有⑴由于阀盘不同部位的形状、厚度不同，受热、散热条件不同，阀盘圆周上的温度分布不均匀，中心温度高于周边温度，造成气阀阀盘径向上的温度差，过大的温差将造成阀盘的变形从而导致漏气的产生。⑵船用燃油中含有的杂质在经过燃烧室内的各种复杂热过程后在排气阀阀盘及阀座密封锥面沉积成一层混有碳粒的玻璃状较硬较脆物质，其内混有硫酸钠、硫酸钙、氧化铁等物质。当此层玻璃状沉积物沉积厚度过大时，在闭阀时的撞击力下会发生裂纹，反复撞击后进而发展成剥落，从而形成高温燃气喷出通道使气阀烧损。⑶普通排气阀密封锥面在工作温度下硬度并不是很高，沉积的硬质燃烧产物颗粒在闭阀的撞击下，可使密封面出现凹坑，从而形成漏气。

2.5.1.5冷却不良冷却水腔结垢严重。

2.5.1.6气缸润滑不良或气缸套和活塞间隙太小，发生干摩擦。

2.5.2防止活塞环粘着是要防止润滑油过多，防止多余的润滑油进入气缸上部。大型二冲程柴油机采用气缸注油器注油润滑，注油量可调节故环粘着现象较少。但是由于缸径大，功率商，燃烧室温度高，如果活塞冷却不良就会使活塞头部变形，环槽随之变形，致使环卡死在环槽内。为防止环卡死在环槽里采用加强活塞冷却和适当增大平面间隙和天地间隙的措施。为保证滑油的质量应当定期更换滑油并在滑油中加入抗氧化添加剂。

3活塞环的异常磨损故障及处理方案

3.1活塞环异常磨损

活塞环随活塞在气缸内作往复运动，使活塞环外圆工作表面磨损，环的径向厚度减小，活塞环的工作开口即搭口间隙增大;活塞环在环糟内运动，使环的上、下端面磨损、环的轴向高度减小，环与环槽的间隙即平面间隙增大。在正常情况下，若活塞环得到良好的润滑，则它的磨损速度通常不超过0.3～0.5mm/kh，活塞环的厚度也基本上均匀，活塞环沿圆周方向各处腐损均匀，并仍与缸壁完全贴合，所以，正常磨损的活塞环仍具有密封作用，这样的磨损是正常磨损。但实际上，活塞环外圆工作表面多为不均匀磨损往往开口的对侧磨损更严重，或者磨损速度很快，这样的磨损称异常磨损。第一道活塞环的工作条件尤为恶劣，高温燃气使缸壁温度过高、滑油氧化、润滑条件变坏导致其异常磨损;高温使活塞头和环槽过热变形破坏环与环槽配合也会发生异常磨损。

3.2 活塞环异常磨损的特点及原因

3.2.1 疲劳损伤

活塞环上下工作面有严重的划痕且磨损严重，活塞环色泽暗淡；第一道活塞环与汽缸接触面处磨损严重，多数汽缸活塞环的外圆工作面沿气缸轴线方向有细小的划痕,气环背面、油环槽回油孔周围有大量的油泥和漆膜。引起活塞环疲劳性损伤的直接原因是发动机磨合期的运转模式及维护保养不当所至。其主要影响因素有磨合运转期内柴油机在较长时间在高速大负荷状态下工作，空气滤清器至进气管间连接软管短路，使灰尘进入汽缸。加注的润滑油型号不符合规定要求，且污染严重,喷油器喷油质量差或选用的燃油质量差，柴油机长期在低温状态下工作,供油提前角失准等。

3.2.2偏向磨损

活塞环上下端面与环槽的磨损较小，单侧或在圆周面上磨损不均匀；活塞环外圆工作面上有因粘着磨损而产生的纵向划痕；活塞环与活塞顶部有窜气的痕迹。