天然气发动机活塞缸套碎裂故障探讨

张峰

【摘  要】在当前这个时代，发动机的存在是极为重要的一个机械。在各行各业当中，都有发动机这种机械的存在。发动机在各行各业当中的应用，基本上都是处于一个核心或者次核心的地位。如果在机械的运转过程当中，发动机的活塞缸套出现了碎裂，造成的結果将会是极为严重的。基于以上这点，在本篇文章当中我们对天然气发动机的各种数据进行了分析，探讨了到了天然气发动机活塞缸套碎裂的诱因是什么。

【关键词】发动机;活塞;应力

在本次故障分析过程当中，我们所选取的天然气发动机主要的作用是运用于某增压站当中的。它主要是作为增压站压缩机组当中的一个组件，主要作为一个分体机的存在。它在天然气压缩机组当中起到的作用是对天然气进行增压，以方便后续工作的进行。在此增压站当中，我们的机组在进行工作当中，压缩工作的进行主要分为两级来进行的。一般来说，我们所选用的这个二级压缩机，每天处理天然气的量可以达到60万平方米。

1 故障描述

在本次研究过程当中，我们所研究的压缩机组的故障主要发生的部位是机组的中速分体机。也就是我们要研究的发动机，此次研究过程当中这个发动机出现了故障主要是由于压缩机在进行工作的过程当中，产生的扭矩过大，而导致整一个装置的停机。通过对整个压缩机组进行检查，我们发现在压缩机进行工作的过当中，之所以会出现扭距过大的原因，是由于发动机的重要部位缺乏了相应的润滑油。在此次研究过程当中的护卫主要是发动机的曲轴箱。通过对发动机进行拆卸研究我们发现发动机缸进气门的弹簧出现了断裂的故障。发动机的缸套活塞顶部等等也都出现了碎裂。

2 参数变化描述

通过对DCS记录进行调查，我们发现在本次研究过程当中机组停机的时间是凌晨02：3542秒。在机组正式停机之前，基础发动机的转速达到了819转每分钟。在这一个过程当中，发动机转速相对来说较为平稳。将时间往前推我们发现，在故障发生以前的十个小时，基础当中有一个气缸点不着火。另外，有两个缸的温度存在着异常。

3 故障原因分析

在机械发生故障以后，我们结合基础所记录下的DCS数据，来对此故障过程进行分析。通过本次分析，我们认为吃吃故障，最为根本的原因还是在于机组运行的时间过久，不仅已经进入到疲劳期的阶段，所以此次故障的发生可以算是意料之中的事。我们对故障进行一个具体的分析发现，在故障刚刚开始发生的时候，出现在第3道环槽处。这个部位之所以会的时间出现故障，主要是由于基础在运行的过程当中应力所集中的部位就是在这个部位。这个部位在机械运行的过程当中，承受了较大的应力，同时，基础的部件又处于疲劳期，所以也就导致了该各部位出现了相应的破损，然后又因为此次故障发生的时间较晚，没有人员对此次故障及时的进行发现，导致了故障的延展。最后也就导致了活塞顶部出现了断裂，这也是导致支持故障出现的最根本的原因。当活塞的顶部出现断裂以后，稳定的活塞就不能够保持稳定，他会对包围着他的缸套进行不断的击打。也就进一步造成了缸套的碎裂，而随着活塞顶部对于碎裂的缸套不断的击大，也就进一步的导致了缸套的贯穿。缸套被贯穿以后，对发动机会造成进一步的损伤。气缸内部的一些压缩机会进入到另外一个部位，也就是我们所说的水套。当这些压缩起，进入到水套以后，会导致水压内部的水压升高，导致进一步故障的出现。

3.1 活塞故障的原因

对于压缩机来说，活塞式压缩机必不可少的一个组件。在压缩机进行工作的当中，活塞也是压缩机所受到压力最大的一个部位。在发动机正式的工作当中，燃烧室内部会有大量的燃料进行燃烧，在燃烧室的燃烧的过程当中，会引起内部空气剧烈的膨胀，从而给活塞带去巨大的压力，活塞在压力的作用下，就会推动发动机进行工作。同时因为燃烧机燃烧所产生的压力，有大部分会集中在活塞之上，在这种情况下，如果活塞出现了部件疲劳，就有可能会出现裂纹。而在本次研究过程当中，此次故障的出现也是因为此。

3.2 缸套掉块及裂纹

当发动机出现故障以后，我们对发动机进行了拆卸观察。我们发现在缸套之上产生了横向裂纹。裂纹的部位主要出现在压力产生的最大的地方，也就是燃烧室的位置。此次产生的两道裂纹，是相互平行的。从这两道裂纹的长度来看，他们对于缸套的伤害是极大的，因为这两条裂纹的长度甚至大于了缸套周长的四分之一。

4 结论

总而言之，在压缩机进行的工作当中，如果机械长时间的运转，就有可能会导致机械部件进入疲劳期，从而在巨大的应力下出现碎裂。同时，通过以上分析我们发现缸套的碎裂还跟两个其他方面的因素有关。这两个方面就是单缸长时间没有点火，另外一个方面的原因只有可能是因为活塞受到了巨大的热应力。我们通过对火灾进行建模和有限元进行分析计算发现，在活塞内部的环塞区在活塞进行工作的过程当中，会集中大量的应力，这些应力是造成故障出现的原因之一。

参考文献：

[1] 李维特，黄保海.热应力理论分析及应用[M].中国电力出版社.

[2] 冯丞科，张举，廖建，等.天然气发动机活塞缸套碎裂故障分析[J].中国设备工程，2018（5）：44-46.

[3] 佚名.一种天然气发动机活塞：，CN203822480U[P].2014.

（作者单位：安徽陶铝新动力科技有限公司）