轮机工程技术专业毕业论文

毕业设计（论文）

题目：船舶柴油机活塞环故障分析

系名：轮机工程系

专业：轮机工程技术

目录

1.活塞环的工作条件------------------------- 2

2.活塞环的主要故障------------------------- 3

3.影晌活塞环工作的主要因素-------------------- 4 3.1活塞环硬度和缸套硬度匹配----------------- 5 3.2活塞环搭口间隙------------------------ 6 3.3活塞环和缸套的几何配合状况--------------- 7 3.4活塞环槽----------------------------- 8

3.5燃油品质和气杠油量---------------------- 9 3.6日常维护修理-------------------------- 10 结束语 -------------------------------- 11

致谢 ----------------------------------- 11

参考文献 ------------------------------ 12

内容摘要

活塞环是柴油机燃烧室的组成零件之一。具有保持活塞与气缸套之间有效密封的作用和将活塞热量传递给汽缸壁的散热作用，以及调节气缸润滑油的作用。活塞环又是柴油机的易损零件。主要损坏形式有：过度磨损、折断、粘着、和弹力丧失等。此文通过对活塞环故障实例的分析，阐述了产生故阵的主要原因和主要影响因素，对日常运行管理提出了切实可行的建议，还对新型活塞环磨损监控系统作了简单介绍。

关健词活塞环搭口间隙故障维护管理影响监控

前言

活塞环的主要作用是密封燃烧室，保证活塞到达上止点时，燃烧室内的新鲜空

气

有足够的温度和压力，满足燃油自燃的温度，并使燃烧迅速、及时和完善;切实

保证

气缸内高压燃气膨胀作功而不泄漏，对燃油燃烧和柴油机的工作状态起着至关重要的作用。众所周知，活塞环的密封作用，是靠活塞环本身的弹性，和在气缸内气体压力的作用下紧贴于气缸壁和活塞环槽平面来实现的。但是，活塞环和气缸套这对摩擦副工作条件非常恶劣，摩擦损失占到整个柴油机摩擦损失功率的55%---65%。活塞环运行中的管理和维护，对保证柴油机的安全可靠和经济运行显得尤为重要。

第一章活塞环的工作条件

船用十字头式长冲程低速柴油机中，每个活塞大约有4--6 道气环。第一道活塞

环直接受到高温高压燃气的作用;其它环由于燃气经活塞环的搭口，气缸壁面和环槽处的漏泄，也受到燃气不同程度的作用。通常气缸内气体经上两道气环密封后，第二道环下方气体压力下降到气缸内压力的10%左右。因此，密封的主要作用是靠上面两道气环。

工作中，活塞环被活塞带动相对于气缸套做往复运动。由于气体压力，活塞往复运动的惯性力，活塞环与气缸套之间产生的摩擦力，以及活塞横向振动和气口挂碰等作用，使活塞环在环槽中产生十分复杂的运动，其中有:轴向运动、径向运动、回转运动，扭曲振动等。由于气缸套壁面失国、存在锥度，活塞环在本身弹力作用下还要产生张合的交变运动。

活塞环在高温高压下工作，润滑条件较差，运动状态十分复杂，使环同气缸套及环槽之间产生严重的磨擦。柴油机运行中，还会因燃烧不良，滑油过多将活塞环粘着在环槽中，使活塞环失去密封作用，甚至损坏。

第二章活塞环的主要故障

活塞环的主要故障有折断、粘着、拉缸和异常磨损等。当上述一种或一种以上故障同时发生时，一般会伴随着排气温度升高、排气冒黑烟及缸套冷却水沮度升高等现象的发生。

例如某轮主机为MAN B&W6L60MC（E）型柴油机，运行中发现第一缸和第三缸运行异常，导致主机启动困难;空载主机转速为84 r/min 时，油门竟达72格（以前正常时只有58 格）;同时伴有主机透平喘振;减速运行也没见有明显的改观。测量各缸示功图发现，第一缸和第三缸的压缩压力分别为5. 6MPa 和5. 4MPa，而其它缸压缩压力则为6. 3MPa 左右。吊缸发现:第一缸，除最下面一道活塞环正常外，其余各道活塞环全部折断为碎块状（最长的一段也不足

20cm ），环的径向厚度最薄处仅为12. 4mm（最大处为16. 9mm），且烧损严重;第三缸，第一道活塞环严重粘着在环槽中，其余各道都发生了不同形式的断裂。

又如某轮主机型号SULZER 6RTA62，当时运转约7 千小时，应该是很好管理的机器。某航次开航第一天就发生了主机第一缸扫气箱着火爆炸，排烟温度超乎异常的升高，涡轮增压器转速迅速上升并发出啸叫声。紧急停车后，立即组织第一缸吊缸，清洁检查扫气道和排烟管，发现:有两道活塞环磨损已超出极限（尽管主机仅运行7 千小时）;其余的也已磨损1. 3mm;活塞环槽严重积碳;第一道和第二道活塞环搭口粘在一起;四周呈不均匀磨损状态;扫气箱中所有的口琴阀基本上已烧坏或变形;活塞杆气封弹黄均已断裂;扫气箱油泥沉积高达20cm。

活塞环异常磨损引起增压器损坏。活塞环故障使其密封性能降低或丧失后，会发生不同程度的气缸窜气，这样气缸内的新鲜空气会明显减少、相应压缩压力降低，导致排气温度升高。排气温度的升高，使废气的能量较正常情况下有明显的增加，增压器的转速升高，扫气压力升高;而柴油机的转速基本不变，柴油机空气消耗量也基本稳定;同时断环和粘着将会使燃气发生倒灌到扫气箱，严重时将会发生扫气箱着火，这些因素造成了增压器的背压升高，因而发生增压器喘振，甚至损坏增压器。据NKK 船级社统计，装有SULZER RTA 主机的船舶,1993 年以前，有10多台主机涡轮增压器因活塞坏异常磨损而损

坏;1993 年又有23条船发生类似故障;1994 年故障又呈上升趋势。统计数据同时表明，有多条船舶是重复发生类似故障，其损坏的形式是活塞环异常磨损后，不能有效密封燃烧室，高温高压燃气倒窜，火星点燃具有适宜燃烧条件

的扫气箱，引起扫气箱燃烧，大烟气进人气缸，形成不完全燃烧，随之气体携带未燃尽的颗粒状油气进人排烟管，在排烟管中继续燃烧，废气能量急剧增加，使涡轮增压器超速，轴承承受不了，破损后导致转子和外壳破坏，还可能导致口琴阀组损坏和活塞杆气封弹簧断裂。通常这种损坏过程仅需3---4 分钟就能完成，所以要求值班轮机员和轮机长特别注意。