論船舶柴油機活塞環斷裂的原因及應對方法

徐宏峰

摘 要：活塞環是柴油機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。本文就船舶柴油機活塞環斷裂的原因及應對方法進行深入地研究。

關鍵詞：活塞環；斷裂；原因；應對方法

1 引言

當前在船舶柴油機中運用的活塞環多種多樣，其本質區別便是活塞環的原料、外表涂層、搭口方式以及斷面形狀的差異。所有活塞環均具備自身獨有的優勢與缺陷，各種柴油機需按照本身的特征選取相應的活塞環組合，實現良好的刮油與密封效果。

2 活塞環簡介

活塞環是一種運用于嵌入到活塞槽溝內側的金屬環，活塞環主要有機油環與壓縮環兩種形式。壓縮環能夠運用于密封燃燒室當中的可燃混合氣體；機油環則能夠運用于刮除汽缸中多余的機油。活塞環是一類具備較大向外擴張形變的金屬彈性環，其被安裝至剖面及其對應的環形槽中。旋轉與往復運動的活塞環，依托液體又或是氣體間的壓力差，在環外圓面與氣缸及環與環槽的側面間產生密封。

3 船舶柴油機活塞環斷裂的原因分析

3.1 活塞的原因

因為環槽加工質量較差又或是長期工作或者磨合不佳導致環槽的上下外表面的不平整；又或長期性的高溫作用造成環槽出現高溫蠕變；或活塞頭部因為熱膨脹形變而產生鼓形或者扇形；環槽被磨損為喇叭狀，導致環槽面的支承較差，在燃氣壓力重復作用狀況下環遭受重復的彎曲與扭轉作用而產生疲勞斷裂。

3.2 汽缸套的原因

由于缸套運用時間較久，潤滑不良以及磨合不良等緣由導致氣缸出現較為嚴重的磨損。在上下死點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致最初死點部位出現變化的時候，在慣性力影響下導致撞擊斷環。除此之外，由于缸套磨損使得軸向產生錐度又或是呈鼓形，在圓周方向呈現為橢圓形又或者是不規則的棱圓形，活塞環在上下運動的過程中形成局部應力，使得受力不均勻造成疲勞斷裂或者是沖擊斷裂。

3.3 活塞環的原因

第一，環的開口縫隙較小，在受熱膨脹以后沒有任何膨脹余地，導致內部熱應力不斷加大，導致環在開口周圍又或開口對面發生斷環。第二，環自身的質量問題又或過量磨損導致環的強度無法滿足需求而斷環。當下活塞環材料大都是球墨鑄鐵、灰鑄鐵以及合金鑄鐵等等，同時在鑄造環節內部組織或許會產生氣孔裂紋或者組分的偏析，導致部分強度降低又或者裂紋位置處形成應力集中，工作過程中形成疲勞斷裂或者沖擊斷裂。第三，因為活塞環彈性較低，在高壓氣流影響下被壓入到環槽中，在活塞下行壓力降低的時候又會由環槽中彈出，重復性的作用使得環出現疲勞崩斷。

3.4 管理原因

第一，因為冷卻不當導致第一道環的溫度偏高，環部分被燒壞而完全失去彈性；潤滑不良導致不穩定的磨損，爆壓過大，導致環的機械應力加大，導致斷環。第二，注油量過多，環槽里面的滑油在高溫狀況下形成積炭，環槽底端硬的積炭使得環所遭受的形變、彎曲，造成疲勞斷裂僅需一處斷裂，漏氣量增加，積炭更為嚴重，造成環多處發生斷裂，同時加劇了環槽的磨損。第三，活塞環安裝過程中的方向錯誤導致斷裂。

4 船舶柴油機活塞環斷裂的應對方法

4.1 船舶柴油機活塞環斷裂的防范措施

（1）在主機吊缸的時候，需要清潔缸套內壁注油孔下方的潤滑油槽。如果缸套注油孔存在阻塞，需進行疏通。在備車以前主機活塞、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，每隔半小時開一次快車，以避免氣口、活塞環結碳，快慢車階段不得使活塞、缸套的冷卻水溫度忽低忽高，對其工作可靠性與運用壽命造成影響。（3）主機維修時與日常運行過程中定期檢查、清理掃氣箱，確保放殘系統通常。在船舶行駛過程中每隔2小時需要進行一次殘渣排飯，同時需要在聽到“啪啪”泄氣聲以后，才能夠算的上是標準放殘。日常開啟掃氣箱、缸套觀察孔的時候，若發現有比較多的油泥，及時檢查氣缸油是否過量供給又或是其他緣由。氣缸潤滑優良的重要標志：盤車檢查第一道環干，其它環有油的濕潤，然而沒有環粘結與結碳的現象，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，以使得其部件徑向及活塞桿斷面跳動量在規定允許范疇內，不然便會導致活塞又或是裙單邊發生磨損，又或者整個活塞單邊出現磨損。（5）活塞環槽大量磨損以后需盡快換下送至專業工廠鍍鉻實施修理。①最為理想的情況便是環槽天地兩端同步鍍鉻，有助于加強環的均勻耐磨性。②修理以后的活塞頭上第一道環和第二道環天地尺寸靠近上限值、以避免熱膨脹系數的不同，避免磨合過程環咬死。

4.2 增強活塞環的日常管理和維護

第一，根據三級保養的標準，定期針對氣缸實施吊缸檢查又或是內規鏡觀察，及時監測活塞環的工作情況，檢測活塞環的搭口縫隙，去除環槽當中的油垢與積碳，創建起所有活塞環的檔案。第二，首次運用又或是剛剛經過大修的柴油機換用全新的活塞環與缸套的時候，需要在低負荷、低速度基礎上根據說明書進行磨合，中小型柴油機所需的磨合時間較短，中大型柴油機所需的磨合時間較長。第三，在新活塞環安裝過程中，需要嚴格檢查環外表的光潔度，檢測其彈性的強弱。第四，在柴油機運行管理中，在水溫的允許范疇之內，適量提升冷卻水的溫度，盡可能降低氣缸的低溫腐蝕。

5 結論

活塞環是柴油機中最為主要的零件之一，活塞環的工作狀況對于燃油的燃燒程度與工作狀態發揮著非常重要的作用。伴隨柴油機監控技術的快速發展，例如缸套油膜監控技術、油液分析技術以及磨損監控技術等先進技術在現代化船舶中有著廣泛的運用，其為輪機工作者分析評判活塞環以及氣缸內部的工作情況奠定了基礎，對于確保柴油機的可靠、安全以及經濟運行具有重要的意義。

參考文獻

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（作者單位：江南造船（集團）有限責任公司）