一、前言

活塞環(huán)的主要作用是密封燃燒室，保證活塞到達(dá)上死點(diǎn)時(shí)，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(yùn)動付”工作條件非常惡劣，他們之間的摩擦損失占到整個(gè)柴油機(jī)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(jī)的工作狀況起著至關(guān)重要的作用，對活塞環(huán)的運(yùn)行管理和維護(hù)，保證柴油機(jī)的良好運(yùn)行尤為重要。 

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(shí)，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(jī)型號為MAN B&W6L60MC型柴油機(jī)，直流掃氣，運(yùn)營14年。

在溫哥華錨地對主機(jī)1﹟缸、3﹟缸進(jìn)行正常維修吊缸，雖然經(jīng)測量活塞環(huán)的磨損未達(dá)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(jìn)行。

因此，活塞環(huán)進(jìn)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(shí)間，換用從連云港加的油(RMG380，795t，化驗(yàn)結(jié)果為雜質(zhì)超標(biāo)，其中鋁、硅含量達(dá)60，最大量為80)，不到一天的時(shí)間發(fā)現(xiàn)主、副機(jī)燃油進(jìn)機(jī)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(jī)二級濾器之后，壓差、溫度回復(fù)了正常，不到一天時(shí)間又連續(xù)自動沖洗不停了，為此啟動另一臺分油機(jī)并聯(lián)工作，減小單臺分油機(jī)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(gè)缸，減速運(yùn)行也未有明顯的改觀，主機(jī)的排煙顏色也越來越重、濃煙見多，海面狀況不好時(shí)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(jī)、副機(jī)燃油二級濾器每天都需解體清洗一次，直到船舶抵達(dá)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(jìn)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(shí)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(yán)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(yán)重缺陷，因?yàn)橹挥行聯(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(yùn)行減小分油機(jī)的分油量，提高沉淀柜、日用柜、分油機(jī)的加熱溫度，但傳統(tǒng)的分油機(jī)很難徹底分離出細(xì)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?yàn)橛指臑榕f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(jī)的運(yùn)行狀態(tài)一直不錯(cuò)，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(jī)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(shí)，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(jī)處于低轉(zhuǎn)速，高負(fù)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(jī)的轉(zhuǎn)速基本不變的情況下，柴油機(jī)的空氣消耗量基本穩(wěn)定，同時(shí)斷環(huán)和粘連使燃?xì)獍l(fā)生倒灌到掃氣箱，嚴(yán)重時(shí)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(shí)有受熱膨脹的余地，同時(shí)可以使活塞環(huán)在正常工作時(shí)有一定的周向運(yùn)動。

當(dāng)活塞環(huán)的搭口間隙過小時(shí)，會使活塞在工作時(shí)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(yùn)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(shí)，會使活塞的徑向力產(chǎn)生嚴(yán)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(yán)重時(shí)造成環(huán)的斷裂。

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

實(shí)際運(yùn)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(biāo)。

因此，當(dāng)主機(jī)停車時(shí)，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(jìn)行吊缸檢修，避免故障擴(kuò)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(jìn)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(jìn)行比較，以判斷活塞環(huán)的磨損率。

如果在一定的時(shí)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(yùn)動付”的運(yùn)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(yùn)動在全行程中的速度始終在變化，在上下死點(diǎn)的運(yùn)動速度為零，同時(shí)受到高溫燃?xì)獾臎_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(diǎn)附近時(shí)，潤滑狀態(tài)處于邊界潤滑，有時(shí)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(jī)的運(yùn)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(yùn)動時(shí)，頭部的積炭同缸套之間產(chǎn)生摩擦，嚴(yán)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(jī)的運(yùn)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(yùn)動時(shí)，活塞環(huán)會產(chǎn)生周期性的張合運(yùn)動； 

同時(shí)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(shí)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(dá)到上述要求，但近年來為降低成本很多公司使用低價(jià)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(shí)活塞環(huán)在高溫下工作時(shí)彈性降低過大，當(dāng)遇到環(huán)槽積炭卡滯時(shí)漏光度就會增大，使高壓的燃?xì)鈴穆┕馓幾饔迷诃h(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(shí)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(shí)間長了，就會在強(qiáng)度薄弱處產(chǎn)生疲勞斷裂。 

實(shí)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(jī)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(biāo)也相差很大。

如果用分油機(jī)凈化時(shí)，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(jìn)行(如95—98℃)，視情況分油機(jī)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(jī)的燃燒過程，造成燃燒室內(nèi)溫度過高；

同時(shí)由于某些柴油機(jī)長期在低轉(zhuǎn)速、低負(fù)荷下工作或進(jìn)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(shí)，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(hù)管理工作的影響

做好各項(xiàng)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(jī)換用新的缸套或活塞環(huán)后，一定要保持低速。

低負(fù)荷磨合足夠的時(shí)間，同時(shí)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(yùn)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(shí)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(diǎn)、負(fù)荷分配等進(jìn)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(shí)發(fā)現(xiàn)故障征兆，根據(jù)故障原因進(jìn)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(shí)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(shí)應(yīng)及時(shí)吊缸檢修。 

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原創(chuàng)作者系：

中遠(yuǎn)散貨運(yùn)輸有限公司    崔 炯