柴油机活塞环故障分析及处理

胡朔，万骁

（长江三峡通航管理局，湖北 宜昌 443000）

在工业产业运行及发展的背景下，船用柴油机作为设备使用中较为重要的组成，在活塞环使用的过程中，将其运用在密封燃烧室之中，可以在活塞达到一定位置之后，保证燃烧室内有充足的温度及压力，提高燃烧处理的整体效果。对于柴油机活塞环的技术形式，其状态直接影响柴油机的工作可靠性、动力性和经济性。而且，在活塞、活塞环工作条件相对恶劣的环境下，机械设备的磨损会增加损失功率，其功率损失值可以达到55%～65%，由于活塞环是活塞组件中最容易损坏的零件，其工作情况会对燃烧油的完整度受到损失，所以，在柴油机活塞环运用中，应该注意对活塞的管理，结合柴油机的运行特点，保证设备系统运行的安全性、经济性。研究中，对活塞环的使用进行分析，总结设备故障隐患对系统造成的影响，以便全面提高设备维护及管理的有效性，充分保障柴油机系统的正常运行。

1 活塞环的工作条件

为保证密封可靠和防备个别环折断，一个活塞环上设多道气环，多道环还可以形成曲径式密封，环数越多，气体的泄露越少。但是环的数目会使活塞的摩擦损失增加。另一方面，活塞运动速度与漏气的多少成反比。所以在设计上还是应尽可能地减少气环的数目。通常高速机采用2～3道气环，中速机采用3～4道气环，低速机采用5～7道气环。

结合柴油机系统的运行特点，活塞环的工作环境相对较差，如，在第一道活塞环运行中，受到高温、高压因素的影响，会降低缸体内的密封效果。第二，在第二道环下方气体压力分析中，需要将气缸压力控制在10%的状态，通过密封系统的处理及调整，提高活塞环运行的效果，充分满足活塞环的工作需求。在气体压力的影响下，活塞环在往复运动的惯性力影响下，活塞环及气缸套会产生摩擦力。由于活塞本身会受到弹力因素的影响，在张合交变的影响下，会降低润滑条件，从而增加运动难度。而且，在柴油机系统运行的情况下，受到燃烧不良因素的限制，会影响活塞环的密封效果，严重的会损害柴油机系统。

2 活塞环的作用、材料

2.1 活塞环作用

通过对活塞环使用情况分析，其作用如下：第一，在活塞以及气缸密封作用下，密封燃烧室可以有效促进活塞运动；第二，在活塞顶部吸收热量的情况下，会将能量通过汽缸壁传递给冷却水；第三，在活塞气缸内运动的情况下，会增强设备系统运行的稳定性。

2.2 活塞环的材料

活塞环的材料常用合金铸铁、可锻铸铁或球墨铸铁。考虑到活塞环比气缸套更易磨损，所以活塞环与气缸套不能为同一种材料，硬度比气缸套稍高（10～20HB），大约控制在HB180～HB300之间。要求其弹性好，摩擦系数小，耐磨、耐高温。通常情况下，在活塞材料使用中，为了更好的提高设备使用寿命，应该缺少活塞环材料的选择方案：第一，活塞环表面应该镀铬，以便更好的提高系统的耐磨性；第二，活塞环外表面镀铜之后，可以更好的提高材料的磨合性，避免活塞环运行中黏连问题的出现；第三，内表面刻纹以提高弹性；第四，环外表面开设蓄油槽以利于润滑。

3 引发活塞环故障的原因

3.1 活塞环黏着

在活塞环正常使用的情况下，当系统进行往复运动以及横向运动时，活塞环会在槽内进行上下运动，这种现象会导致活塞环内出现沉积物，当这些沉积物进入到活塞槽之后，会引发沉积物故障，无法提高活塞环的使用效果。对于大部分的活塞环黏着问题，通常受到活塞气缸过热、燃烧不良等因素的影响，在沉积物加速固化以及逐渐扩大的情况下，会出现活塞环固定的问题，从而无法提高活塞环的使用效果。

3.2 拉缸原因

通过对活塞环使用情况的分析，在拉缸因素研究中，造成这一问题的原因包括：第一，设计问题。在活塞环使用中，如果出现材料选配不科学、间隙大小确定因素不足等，会影响活塞环的使用效果，同时出现设备使用不规范的问题。第二，在管理角度上分析，引发拉缸的问题与活塞环不能正常工作存在关联，如，在活塞环搭口间隙较小的影响下，会增加活塞环断裂的可能，严重的会是汽油机出现燃气泄漏，从而引发拉缸问题。

3.3 断环的原因分析

（1）活塞的原因。根据柴油机系统的运行特点，在活塞环质量不高的情况下，会出现系统磨合不足的问题，这种情况下，会使环形槽出现表面不平的问题，一般情况下，活塞引发断环的因素包括：第一，设备在长时间运行的情况下，活塞环会在高温影响的情况下出现表面平面不平的问题，从而增加活塞热膨胀的风险。第二，在活塞头出现热膨胀的问题，会出现扇形或是鼓形的变化。第三，在活塞环长时间高温的影响下，会出现环槽面支撑作用不强的问题，而且，燃气在反复压力作用的情况下，会出现扭转及弯曲问题。

（2）气缸的原因。在缸套使用时间较长因素的影响下，系统会受到使用时间限制，而且，在磨合不良、润滑不良等因素的影响下，会使气缸出现严重磨损的问题，这种情况会降低活塞环的使用效果，无法满足柴油机系统的正常使用需求。而且，在二冲程机扫气口会受到气口挂断因素的影响，使缸套发生磨损问题，长期发展中会出现圆周方向不规则变化的问题，从而会引发气缸问题，严重的会出现活塞环受力不均等因素的限制，不能保障活塞环的正常运行。

4 活塞环故障处理

针对以上不同原因引起的活塞故障要有不同的方法来处理，下面提出了相应的处理措施。

4.1 黏着的处理

当发生环黏着时，不要硬往外拉，以免损伤活塞本体，更不能用凿子将环切断取出，这样会使环槽受到损坏。而应先将柴油或汽油浇在活塞环的黏着面上，然后从环的一端用木锤轻轻地敲着环转动，见环稍有松动时，再将柴油注入间隙中，用手来回转动活塞环。然后再用拆装工具取出环。为了防止活塞环黏着，在柴油机运转中，要注意活塞和气缸的充分冷却；防止滑油过多或使用不干净的滑油等；在检修中，要注意清洁活塞环和环槽。

4.2 拉缸的处理

（1）临时安全措施。在拉缸问题处理的过程中，如果设备维护人员发现活塞环出现了拉缸征兆，需要及时构建针对性的处理方案，通常情况，在临时安全处理措施确定中应该做到：第一，在油门手柄拉回处理中，需要将格数控制在正常的范围，以便实现减油降速的航行目的；第二，在活塞环的拉缸问题处理中，需要使用专用工具进行气缸喷油泵柱的调整，实现单缸停油的使用目的。第三，在开缸处理中，需要更好的释放压力，并将活塞环缸内的污物及时吹出。第四，在各项处理措施了落实的情况下，需要分析故障处理方案是否合理，并将冷却液的设备系统调节到正常的使用状态。

（2）吊缸检修。当拉缸事故比较严重，需进行吊缸检修时，在吊缸检修后，在拉缸比较轻微的情况下，如活塞和缸套仅有局部拉毛或轻微擦伤，可用砂轮、油石、纱布等工具将受伤处磨光或抛光，使缸套纵向无沟纹或刮痕，横向无台肩。已损坏或不符合要求的活塞环如活塞环间隙过大，会引起活塞环对环槽的冲击而加剧磨损，应进行更换。

4.3 断环的处理

断环的碎片可能冲入排气管甚至冲入废气涡轮增压器，打碎增压器叶片，造成严重故障，也可能引起拉缸，损伤缸套并使活塞环槽变形。因此，确认已断坏时必须进行吊缸更换，以保证气缸的密封性。

5 结语

总之，通过对柴油机活塞环故障问题的分析，在其正常运行的情况下，会受到多种因素的影响，所以，在设备故障的实际处理中，需要结合活塞环的运行特点，构建针对性、全面性的处理方案，以提高活塞环维护及使用的效果。而且，由于活塞环作为柴油机中十分重要的零部件，应该对燃油燃烧的完整度、工作状态等进行实时分析，及时发现设备运行中存在的隐患，并通过全过程监督管理机制的确定，增强油液分析技术、磨损监控机制的使用价值，为柴油机的正常使用提供参考，延长活塞环的使用寿命。但作为设备管理员，更要加强自身的技术本领，只有具备了真正的技术本领，才能在工作中将机器管理的更好。