柴油机活塞环故障分析及处理
（大连中车柴油机有限公司，辽宁 大连 116000）摘 要：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的完整度造成影响，所以，在柴油机活塞环运用中，应该注意对活塞环的管理，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。
关键词：柴油机活塞环；故障；处理
引言
随着柴油机向着高转速、高负荷的强化方向推进，使得活塞环面临更加严苛的工作环境。应用于新材料与新工艺的活塞环，对其使用进行分析，总结环的故障对柴油机造成的影响，以全面有效地提高柴油机维护及管理，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，一个活塞通常上设有多道气环，多道环可以形成曲径式密封，环数越多，气体的泄露越少。但是环数越多会使活塞的摩擦损失增加，而且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：第一道活塞环受到高温、高压因素的影响，会降低燃烧室的密封效果。在气体压力和往复运动的惯性力影响下，活塞环和气缸套之间会产生摩擦力，并且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，从而进一步地增加运动难度。此外，在柴油机运行时，受到燃烧不良因素等限制，也会影响活塞环的密封效果，甚至会损害到柴油机的正常工作。
2 引发活塞环故障的原因
2.1 柴油机气缸套穴蚀
当柴油机运行时，汽缸套气蚀会严重地影响柴油机的运行性能和使用寿命。形成气缸套穴蚀的原因非常复杂，例如：当柴油机采用开放式冷却时，冷却液温度较低，在高速运行时柴油机加热不均匀，从而导致缸套内的热应力和机械应力不均匀，导致出现气缸套气蚀现象；用于冷却柴油机的冷却液中通常会含有许多复杂的化学物质，这些物质本身均具有一定程度的腐蚀性，这也是导致柴油机出现气缸套穴蚀的原因之一。柴油机在运转中，曲柄连杆机构会带动活塞进行往复活动，在此过程中，活塞会对气缸造成冲击力，引起气缸套发生共振。
当气缸套与活塞产生共振时，气缸套内壁的金属材料会发生形变。经过长时间的冲击积累，会导致气缸套内壁上的金属材料脱离，从而导致形成穴蚀
[2] 。
2.2 活塞环黏着
在活塞环正常使用的情况下，当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，导致活塞环润滑不良和摩擦增大。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，从而会出现活塞环损坏的现象。
2.3 拉缸原因
当柴油机在运转过程中，柴油机突然出现声音变钝并且产生“达达达达”的异常声音时，柴油机发生“拉缸”。“拉缸”的主要原因是活塞材料的热处理不佳，日常使用和维护不当。处理方法：如果气缸套异常磨损且划伤严重，则说明气缸润滑油系统不干净，需要清洗。
如果刮擦活塞裙部，则必须重新设计活塞的结构或适当地切割气缸部分或是更换合适的活塞。
3 活塞环故障处理
3.1 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。
3.2 加强对温度的控制
柴油发动机对温度有着比较高的要求，在使用发动机的过程中要着重从以下两个方面控制温度：第一，控制柴油机及其周围附属设备装置表面的温度。第二，控制废气排放到大气环境之前的出口温度。
在柴油机设计的过程中需要对设备采取必要的隔热处理，通过隔热处理来满足设备表面温度的基本要求。柴油机的冷却方式有两个类型，分别是水冷和风冷，水冷具备良好的冷却能力，柴油机一般也会选择水冷的方式。对于表面温度比较高的零部件，在零部件温度超过 300摄氏度之后还需要额外采取隔热措施使其满足温度控制要求。从实际应用上来看，柴油机废气温度最高可以达到 650 摄氏度，这个温度超过了一些可燃性物质的引燃温度，因此，在废气排放到空气环境中之前还需要对其进行必要的降温处理，在设计排气系统的时候还需要额外设计废气冷却装置，加强对废气冷却控制出口温度的控制。
3.3 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。
3.4 优化运行和调试
本试验台输出烟气的参数（流量、温度和压力）可以调节，控制系统通过控制点火风机和混合风机的开关来进行供风量的粗调，通过调节在配风筒出口处可调节风门的开度实现对供风量的微调。通过控制燃烧喷嘴电磁阀的开关和对比例喷嘴的控制，实现对喷油量的调节。
控制系统根据排气管道内流体的流量、温度和压力，通过调节点火和配风风机的风量和对喷油量的控制，实现对整个系统排风风量、温度和压力的控制，使系统的风量、温度和压力达到设定工况并保持稳定。
结束语
为保证活塞环能满足在恶劣的环境下正常工作，首先在设计上要优化活塞环外圆形状，材质上选用性能优秀的球墨铸铁，在表面处理上进行喷钼、碳化物等；此外还要在使用时，多加注意柴油机的润滑和冷却系统，以降低摩擦力和热应力。对于出现活塞环断裂等问题，要严格按照规程和技术条件进行处理，不可蛮力拆卸，以避免造成相关部件及系统更大的损坏。
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