论文部分内容阅读
摘要：本文结合活塞环故障及磨损原因的具体实例，详细阐述了产生故障的主要原因和影响因素，并对其日常运行提出了切实可行的管理建议。
关键词：活塞环搭口间隙维护管理
活塞环的主要用于密封燃烧室，当活塞到达上止点时，燃烧室内有足够的温度和压力的新鲜空气，温度超过燃油自燃的温度，使迅速燃烧。保证气缸内高压燃气膨胀作功而不泄漏。活塞环的密封是靠活塞环本身的弹性，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一半以上。
1、活塞环工况
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。
船用高速柴油机中，每个活塞大约有2--3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十分之一。因此，密封的主要作用是靠上面两道气环。
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。
2活塞环搭口间隙对性能的影响
活塞环的搭可以保证活塞环在工作时有受热膨胀的余地，同时可以使活塞环在正常工作时有一定的周向运动。当活塞环的搭口间隙过小时，会使活塞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。由于活塞环和缸套在运行中会产生磨损，环的搭口间隙会逐渐增大。当搭口间隙过大时，会使活塞环的径向力产生严重不平衡，其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的方向，这样就会在搭口的对侧产生不均匀的磨损，严重时造成环的断裂，同时也使活塞环的径向厚度减小，弹性降低，如果环槽结碳严重时容易发生环粘着故障。
3活塞环和缸套配合的影响
活塞环和缸套润滑状况的影响能否形成理想的全液体润滑，主要取决于运动副的运动形式、速度以及润滑油的性能等因素，而活塞环在缸套内的运动在全行程中的速度始终在变化，在上下死点的运动速度为零，同时收到高温燃气的冲击作用.因此在两者之间很难形成良好的润滑，这是活塞环工作条件恶劣的至关原因.尤其是活塞在上死点附近时，润滑状态处于边界润揖，有时甚至是干摩擦状态。正常情况下，活塞头部同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于清除，积碳的增多使活塞头部的直径增大，当活塞在汽缸内运动时，头部的积碳同缸套之间产生摩擦，不但会使缸套的磨损率增大，同时会严重破坏润滑油膜，使滑油消耗量和活塞环的磨损率明显增大。
4活塞环的故障类型
活塞环的主要故障包括粘着、拉缸、折断以及异常磨损等。当以上一种或一种以上故障同时发生时，会伴有排气温度升高、排气冒黑烟及缸套冷却水沮度升高等现象。
活塞环异常磨损引起增压器损坏。活塞环故障使其密封性能降低或丧失后，会发生不同程度的气缸窜气，这样气缸内的新鲜空气会明显减少、相应压缩压力降低，导致排气温度升高。有多条船舶是重复发生类似故障，其损坏的形式是活塞环异常磨损后，不能有效密封燃烧室，高温高压燃气倒窜，火星点燃具有适宜燃烧条件的扫气箱，引起扫气箱燃烧，大烟气进人气缸，形成不完全燃烧，随之气体携带未燃尽的颗粒状油气进人排烟管，在排烟管中继续燃烧，废气能量急剧增加，使涡轮增压器超速，轴承承受不了，破损后导致转子和外壳破坏，还可能导致口琴阀组损坏和活塞杆气封弹簧断裂。通常这种损坏过程仅需3---4分钟就能完成，所以要求值班轮机员和轮机长特别注意。
5维护管理的影响
做好各項日常管理工作对避免活塞环粘着、折断等故障起着重要作用。（1）在柴油机换用新的缸套和活塞环时，一定要保持低速、低负荷下磨合足够的时问，同时在磨合期内要加大汽缸油的注油量。这样可以避免在磨合期内.环和缸套表面由于形状和粗糙度等没有完全匹配，而使磨擦面过热产生拉缸或活塞环折断。（2）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之内，同时要注意参数的比较，最重要的是各参数的变化速度；定期测量示功图，通过对压缩压力、最大爆炸压力、燃烧始点、负荷分配等分析.判断燃烧过程进行的好坏和汽缸、活塞环等的工作状态，发现有故障预兆时要及时查找原因而采取相应处理措施。（3）定期打开扫气箱测量活塞环的搭口间隙，建立各活塞环的档案，同时通过扫气气口检查活塞环、缸套、汽缸注油量等的基本情况，如发现有活塞环的粘着、断裂等现象时应及时进行吊缸检修。
6活塞环和环槽配合状况的影响
活塞环槽的磨损主要是由于活塞环在槽中的扭曲作用引起的。由于长期使用，在活塞环的扭曲作用下环槽会产生不均匀磨损，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，这就影响了活塞环同环槽的正常配合，使环在环槽中呈倾斜状态。因此在吊缸检修时要仔细测量对环槽的几何尺寸，如过大形成了凸台时，应用手持砂轮将凸台进行磨平或进厂进行恢复性修理。
7油料对活塞环的影响
船上使用的燃油由于加油港经常变动，不同国家、厂家的燃油由于其产地和冶炼工艺的不同，其性能指标也相差很大，如果使用统一的标准对燃油进行处理，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，如果在净化燃油时不采取措旌，将影响燃油处理的质量，燃油中的灰分过高，将造成活塞环和缸套间的磨损加剧，这些因素必然影响柴油机的燃烧过程，造成燃烧室内温度过高；同时由于某些柴油机长期在低转速、低负荷下工作或进出港频繁用车，而汽缸注油量不作调整，造成汽缸注油量增加.过多的汽缸油由于泵油作用在环槽处形成积聚，当汽缸内温度过高时积聚的滑油形成燃烧，为活塞环的粘着和折断创造了条件。
8结束语
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。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汽缸内的工作状态提供了有利的依据。无论对于新船还是老龄船，适当延长磨台期，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是至关重要的。
参考文献：
[1]李鑫.舵球节能装置理论计算[C]//2008年船舶水动力学学术会议暨中国船舶学术界进入ITTC30周年纪念会论文集.哈尔滨工程大学：131-136
[2]康凯.内燃机节能装置在船舶的应用研究[J].科技创新与应用.2011（09）：12-17
[3]郭海兰，刘颖斌.内燃机节能装置与船舶的应用研究[J].天津航海.2013（08）：23-25
[4]曹并桐.近几年来船舶节能技术的开发与应用[J].交通部上海船舶运输科学研究所学报.2013，12（02）：101-113
关键词：活塞环搭口间隙维护管理
活塞环的主要用于密封燃烧室，当活塞到达上止点时，燃烧室内有足够的温度和压力的新鲜空气，温度超过燃油自燃的温度，使迅速燃烧。保证气缸内高压燃气膨胀作功而不泄漏。活塞环的密封是靠活塞环本身的弹性，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一半以上。
1、活塞环工况
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。
船用高速柴油机中，每个活塞大约有2--3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十分之一。因此，密封的主要作用是靠上面两道气环。
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。
2活塞环搭口间隙对性能的影响
活塞环的搭可以保证活塞环在工作时有受热膨胀的余地，同时可以使活塞环在正常工作时有一定的周向运动。当活塞环的搭口间隙过小时，会使活塞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。由于活塞环和缸套在运行中会产生磨损，环的搭口间隙会逐渐增大。当搭口间隙过大时，会使活塞环的径向力产生严重不平衡，其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的方向，这样就会在搭口的对侧产生不均匀的磨损，严重时造成环的断裂，同时也使活塞环的径向厚度减小，弹性降低，如果环槽结碳严重时容易发生环粘着故障。
3活塞环和缸套配合的影响
活塞环和缸套润滑状况的影响能否形成理想的全液体润滑，主要取决于运动副的运动形式、速度以及润滑油的性能等因素，而活塞环在缸套内的运动在全行程中的速度始终在变化，在上下死点的运动速度为零，同时收到高温燃气的冲击作用.因此在两者之间很难形成良好的润滑，这是活塞环工作条件恶劣的至关原因.尤其是活塞在上死点附近时，润滑状态处于边界润揖，有时甚至是干摩擦状态。正常情况下，活塞头部同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于清除，积碳的增多使活塞头部的直径增大，当活塞在汽缸内运动时，头部的积碳同缸套之间产生摩擦，不但会使缸套的磨损率增大，同时会严重破坏润滑油膜，使滑油消耗量和活塞环的磨损率明显增大。
4活塞环的故障类型
活塞环的主要故障包括粘着、拉缸、折断以及异常磨损等。当以上一种或一种以上故障同时发生时，会伴有排气温度升高、排气冒黑烟及缸套冷却水沮度升高等现象。
活塞环异常磨损引起增压器损坏。活塞环故障使其密封性能降低或丧失后，会发生不同程度的气缸窜气，这样气缸内的新鲜空气会明显减少、相应压缩压力降低，导致排气温度升高。有多条船舶是重复发生类似故障，其损坏的形式是活塞环异常磨损后，不能有效密封燃烧室，高温高压燃气倒窜，火星点燃具有适宜燃烧条件的扫气箱，引起扫气箱燃烧，大烟气进人气缸，形成不完全燃烧，随之气体携带未燃尽的颗粒状油气进人排烟管，在排烟管中继续燃烧，废气能量急剧增加，使涡轮增压器超速，轴承承受不了，破损后导致转子和外壳破坏，还可能导致口琴阀组损坏和活塞杆气封弹簧断裂。通常这种损坏过程仅需3---4分钟就能完成，所以要求值班轮机员和轮机长特别注意。
5维护管理的影响
做好各項日常管理工作对避免活塞环粘着、折断等故障起着重要作用。（1）在柴油机换用新的缸套和活塞环时，一定要保持低速、低负荷下磨合足够的时问，同时在磨合期内要加大汽缸油的注油量。这样可以避免在磨合期内.环和缸套表面由于形状和粗糙度等没有完全匹配，而使磨擦面过热产生拉缸或活塞环折断。（2）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之内，同时要注意参数的比较，最重要的是各参数的变化速度；定期测量示功图，通过对压缩压力、最大爆炸压力、燃烧始点、负荷分配等分析.判断燃烧过程进行的好坏和汽缸、活塞环等的工作状态，发现有故障预兆时要及时查找原因而采取相应处理措施。（3）定期打开扫气箱测量活塞环的搭口间隙，建立各活塞环的档案，同时通过扫气气口检查活塞环、缸套、汽缸注油量等的基本情况，如发现有活塞环的粘着、断裂等现象时应及时进行吊缸检修。
6活塞环和环槽配合状况的影响
活塞环槽的磨损主要是由于活塞环在槽中的扭曲作用引起的。由于长期使用，在活塞环的扭曲作用下环槽会产生不均匀磨损，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，这就影响了活塞环同环槽的正常配合，使环在环槽中呈倾斜状态。因此在吊缸检修时要仔细测量对环槽的几何尺寸，如过大形成了凸台时，应用手持砂轮将凸台进行磨平或进厂进行恢复性修理。
7油料对活塞环的影响
船上使用的燃油由于加油港经常变动，不同国家、厂家的燃油由于其产地和冶炼工艺的不同，其性能指标也相差很大，如果使用统一的标准对燃油进行处理，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，如果在净化燃油时不采取措旌，将影响燃油处理的质量，燃油中的灰分过高，将造成活塞环和缸套间的磨损加剧，这些因素必然影响柴油机的燃烧过程，造成燃烧室内温度过高；同时由于某些柴油机长期在低转速、低负荷下工作或进出港频繁用车，而汽缸注油量不作调整，造成汽缸注油量增加.过多的汽缸油由于泵油作用在环槽处形成积聚，当汽缸内温度过高时积聚的滑油形成燃烧，为活塞环的粘着和折断创造了条件。
8结束语
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。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汽缸内的工作状态提供了有利的依据。无论对于新船还是老龄船，适当延长磨台期，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是至关重要的。
参考文献：
[1]李鑫.舵球节能装置理论计算[C]//2008年船舶水动力学学术会议暨中国船舶学术界进入ITTC30周年纪念会论文集.哈尔滨工程大学：131-136
[2]康凯.内燃机节能装置在船舶的应用研究[J].科技创新与应用.2011（09）：12-17
[3]郭海兰，刘颖斌.内燃机节能装置与船舶的应用研究[J].天津航海.2013（08）：23-25
[4]曹并桐.近几年来船舶节能技术的开发与应用[J].交通部上海船舶运输科学研究所学报.2013，12（02）：101-113