論船舶柴油機(jī)活塞環(huán)斷裂的原因及應(yīng)對(duì)方法

徐宏峰

摘 要：活塞環(huán)是柴油機(jī)燃燒室最為重要的組件之一，具有維持活塞和氣缸套間的有效密封與將活塞熱量傳遞給氣缸壁的散熱功能。本文就船舶柴油機(jī)活塞環(huán)斷裂的原因及應(yīng)對(duì)方法進(jìn)行深入地研究。

關(guān)鍵詞：活塞環(huán)；斷裂；原因；應(yīng)對(duì)方法

1 引言

當(dāng)前在船舶柴油機(jī)中運(yùn)用的活塞環(huán)多種多樣，其本質(zhì)區(qū)別便是活塞環(huán)的原料、外表涂層、搭口方式以及斷面形狀的差異。所有活塞環(huán)均具備自身獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)與缺陷，各種柴油機(jī)需按照本身的特征選取相應(yīng)的活塞環(huán)組合，實(shí)現(xiàn)良好的刮油與密封效果。

2 活塞環(huán)簡(jiǎn)介

活塞環(huán)是一種運(yùn)用于嵌入到活塞槽溝內(nèi)側(cè)的金屬環(huán)，活塞環(huán)主要有機(jī)油環(huán)與壓縮環(huán)兩種形式。壓縮環(huán)能夠運(yùn)用于密封燃燒室當(dāng)中的可燃混合氣體；機(jī)油環(huán)則能夠運(yùn)用于刮除汽缸中多余的機(jī)油?；钊h(huán)是一類具備較大向外擴(kuò)張形變的金屬彈性環(huán)，其被安裝至剖面及其對(duì)應(yīng)的環(huán)形槽中。旋轉(zhuǎn)與往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞環(huán)，依托液體又或是氣體間的壓力差，在環(huán)外圓面與氣缸及環(huán)與環(huán)槽的側(cè)面間產(chǎn)生密封。

3 船舶柴油機(jī)活塞環(huán)斷裂的原因分析

3.1 活塞的原因

因?yàn)榄h(huán)槽加工質(zhì)量較差又或是長(zhǎng)期工作或者磨合不佳導(dǎo)致環(huán)槽的上下外表面的不平整；又或長(zhǎng)期性的高溫作用造成環(huán)槽出現(xiàn)高溫蠕變；或活塞頭部因?yàn)闊崤蛎浶巫兌a(chǎn)生鼓形或者扇形；環(huán)槽被磨損為喇叭狀，導(dǎo)致環(huán)槽面的支承較差，在燃?xì)鈮毫χ貜?fù)作用狀況下環(huán)遭受重復(fù)的彎曲與扭轉(zhuǎn)作用而產(chǎn)生疲勞斷裂。

3.2 汽缸套的原因

由于缸套運(yùn)用時(shí)間較久，潤滑不良以及磨合不良等緣由導(dǎo)致氣缸出現(xiàn)較為嚴(yán)重的磨損。在上下死點(diǎn)部位形成階梯形狀的磨損造成凸肩，在連桿大端形成非常大的磨損又或是連桿大小端軸承維修以后導(dǎo)致最初死點(diǎn)部位出現(xiàn)變化的時(shí)候，在慣性力影響下導(dǎo)致撞擊斷環(huán)。除此之外，由于缸套磨損使得軸向產(chǎn)生錐度又或是呈鼓形，在圓周方向呈現(xiàn)為橢圓形又或者是不規(guī)則的棱圓形，活塞環(huán)在上下運(yùn)動(dòng)的過程中形成局部應(yīng)力，使得受力不均勻造成疲勞斷裂或者是沖擊斷裂。

3.3 活塞環(huán)的原因

第一，環(huán)的開口縫隙較小，在受熱膨脹以后沒有任何膨脹余地，導(dǎo)致內(nèi)部熱應(yīng)力不斷加大，導(dǎo)致環(huán)在開口周圍又或開口對(duì)面發(fā)生斷環(huán)。第二，環(huán)自身的質(zhì)量問題又或過量磨損導(dǎo)致環(huán)的強(qiáng)度無法滿足需求而斷環(huán)。當(dāng)下活塞環(huán)材料大都是球墨鑄鐵、灰鑄鐵以及合金鑄鐵等等，同時(shí)在鑄造環(huán)節(jié)內(nèi)部組織或許會(huì)產(chǎn)生氣孔裂紋或者組分的偏析，導(dǎo)致部分強(qiáng)度降低又或者裂紋位置處形成應(yīng)力集中，工作過程中形成疲勞斷裂或者沖擊斷裂。第三，因?yàn)榛钊h(huán)彈性較低，在高壓氣流影響下被壓入到環(huán)槽中，在活塞下行壓力降低的時(shí)候又會(huì)由環(huán)槽中彈出，重復(fù)性的作用使得環(huán)出現(xiàn)疲勞崩斷。

3.4 管理原因

第一，因?yàn)槔鋮s不當(dāng)導(dǎo)致第一道環(huán)的溫度偏高，環(huán)部分被燒壞而完全失去彈性；潤滑不良導(dǎo)致不穩(wěn)定的磨損，爆壓過大，導(dǎo)致環(huán)的機(jī)械應(yīng)力加大，導(dǎo)致斷環(huán)。第二，注油量過多，環(huán)槽里面的滑油在高溫狀況下形成積炭，環(huán)槽底端硬的積炭使得環(huán)所遭受的形變、彎曲，造成疲勞斷裂僅需一處斷裂，漏氣量增加，積炭更為嚴(yán)重，造成環(huán)多處發(fā)生斷裂，同時(shí)加劇了環(huán)槽的磨損。第三，活塞環(huán)安裝過程中的方向錯(cuò)誤導(dǎo)致斷裂。

4 船舶柴油機(jī)活塞環(huán)斷裂的應(yīng)對(duì)方法

4.1 船舶柴油機(jī)活塞環(huán)斷裂的防范措施

（1）在主機(jī)吊缸的時(shí)候，需要清潔缸套內(nèi)壁注油孔下方的潤滑油槽。如果缸套注油孔存在阻塞，需進(jìn)行疏通。在備車以前主機(jī)活塞、缸套冷卻水需要保暖到合適的溫度（50--60℃）。（2）過早抵港又或是候潮等因素而不開慢車，如果要開，每隔半小時(shí)開一次快車，以避免氣口、活塞環(huán)結(jié)碳，快慢車階段不得使活塞、缸套的冷卻水溫度忽低忽高，對(duì)其工作可靠性與運(yùn)用壽命造成影響。（3）主機(jī)維修時(shí)與日常運(yùn)行過程中定期檢查、清理掃氣箱，確保放殘系統(tǒng)通常。在船舶行駛過程中每隔2小時(shí)需要進(jìn)行一次殘?jiān)棚?，同時(shí)需要在聽到“啪啪”泄氣聲以后，才能夠算的上是標(biāo)準(zhǔn)放殘。日常開啟掃氣箱、缸套觀察孔的時(shí)候，若發(fā)現(xiàn)有比較多的油泥，及時(shí)檢查氣缸油是否過量供給又或是其他緣由。氣缸潤滑優(yōu)良的重要標(biāo)志：盤車檢查第一道環(huán)干，其它環(huán)有油的濕潤，然而沒有環(huán)粘結(jié)與結(jié)碳的現(xiàn)象，活塞裙部存有油的光澤。（4）活塞部件安裝過程中需盡可能地送車間上車床檢測(cè)，以使得其部件徑向及活塞桿斷面跳動(dòng)量在規(guī)定允許范疇內(nèi)，不然便會(huì)導(dǎo)致活塞又或是裙單邊發(fā)生磨損，又或者整個(gè)活塞單邊出現(xiàn)磨損。（5）活塞環(huán)槽大量磨損以后需盡快換下送至專業(yè)工廠鍍鉻實(shí)施修理。①最為理想的情況便是環(huán)槽天地兩端同步鍍鉻，有助于加強(qiáng)環(huán)的均勻耐磨性。②修理以后的活塞頭上第一道環(huán)和第二道環(huán)天地尺寸靠近上限值、以避免熱膨脹系數(shù)的不同，避免磨合過程環(huán)咬死。

4.2 增強(qiáng)活塞環(huán)的日常管理和維護(hù)

第一，根據(jù)三級(jí)保養(yǎng)的標(biāo)準(zhǔn)，定期針對(duì)氣缸實(shí)施吊缸檢查又或是內(nèi)規(guī)鏡觀察，及時(shí)監(jiān)測(cè)活塞環(huán)的工作情況，檢測(cè)活塞環(huán)的搭口縫隙，去除環(huán)槽當(dāng)中的油垢與積碳，創(chuàng)建起所有活塞環(huán)的檔案。第二，首次運(yùn)用又或是剛剛經(jīng)過大修的柴油機(jī)換用全新的活塞環(huán)與缸套的時(shí)候，需要在低負(fù)荷、低速度基礎(chǔ)上根據(jù)說明書進(jìn)行磨合，中小型柴油機(jī)所需的磨合時(shí)間較短，中大型柴油機(jī)所需的磨合時(shí)間較長(zhǎng)。第三，在新活塞環(huán)安裝過程中，需要嚴(yán)格檢查環(huán)外表的光潔度，檢測(cè)其彈性的強(qiáng)弱。第四，在柴油機(jī)運(yùn)行管理中，在水溫的允許范疇之內(nèi)，適量提升冷卻水的溫度，盡可能降低氣缸的低溫腐蝕。

5 結(jié)論

活塞環(huán)是柴油機(jī)中最為主要的零件之一，活塞環(huán)的工作狀況對(duì)于燃油的燃燒程度與工作狀態(tài)發(fā)揮著非常重要的作用。伴隨柴油機(jī)監(jiān)控技術(shù)的快速發(fā)展，例如缸套油膜監(jiān)控技術(shù)、油液分析技術(shù)以及磨損監(jiān)控技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)在現(xiàn)代化船舶中有著廣泛的運(yùn)用，其為輪機(jī)工作者分析評(píng)判活塞環(huán)以及氣缸內(nèi)部的工作情況奠定了基礎(chǔ)，對(duì)于確保柴油機(jī)的可靠、安全以及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要的意義。

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（作者單位：江南造船（集團(tuán)）有限責(zé)任公司）