8-4第四节活塞环的检修

第四节活塞环的检修
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气缸壁的散热作用，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。

活塞环的工作性能直接影响气缸和
柴油机的工作性能。

为此，应定期地通过扫气口检查和判断其工作情况。

一、扫气口检查
通过扫气口检查活塞环等零件是获取柴油机运转过程中气缸工作信息的直接、简便和经济的方法。

1．检查方法
(1) 准备柴油机停车后一段时间，拆除扫气箱上操纵侧的气缸观察孔盖板，清洁观察孔。

借助一长柄强光灯泡伸入缸中进行观察。

此工作应由两人配合进行，一人观察，一人记录观察情况。

检查中应使冷却水或冷却油保持循环，以便检查有无漏泄：
关闭主起动阀和起动空气，并啮合盘车机；盘车使活塞处于下止点，并由此位置开始检查。

为了观察清楚和判断正确，必须把零件工作表面擦拭干净。

(2) 观察部位观察时，盘车使活塞上行至扫气口下方，自观察孔观看检查气缸壁和活塞头部；当活塞上行通过扫气口时，清洁并查看活塞头、活塞环和活塞裙工作表面；活塞继续上行，查看气缸套下部和活塞杆的情况。

2．观察活塞环的工作状况
活塞环在气缸中有以下几种可能出现的状况，观察时应细心观察、分析和判断。

(1) 活塞环良好工作状态：
活塞环与气缸工作表面光亮、湿润，环在环槽内活动自如，无过度磨损痕迹，环的棱边可能尖锐但无毛刺。

(2) 活塞环表面有局部轻微擦伤，且对应棱边尖锐有毛刺，对应缸壁也有轻微磨损。

(3) 活塞环表面上有纵向拉痕，是由燃油中硬质颗粒造成的。

(4) 活塞环槽内如积炭较厚和较硬使环粘于环槽中，将会造成气缸密封不良。

此时可用木棒触动活塞环检查其是否粘着和粘着的程度。

(5) 活塞环裂纹或折断，亦可用木棒触动进行判断。

(6) 活塞环漏气，使环表面干燥发黑，且缸壁上有大面积干燥发黑表面。

(7) 活塞头、头几道环和环槽内有带颜色(稍白、黄、褐色等)的灰状堆积物，是气缸油中碱性添加剂导致，可引起缸套严重磨损。

(8) 润滑情况：
观察缸壁和环上油膜是否充分，除第一道环外其他环的棱边上应有润滑油。

气缸套内表面上的白色或褐色部分，是硫酸引起的腐蚀磨损。

二、活塞环的损坏与检修
1．活塞环过度磨损与检测
活塞环随活塞在气缸内作往复运动，使活塞环外圆工作表面磨损，环的径向厚度减小，活塞环的工作开口即搭口间隙增大；活塞环在环糟内运动，使环的上、下端面磨损、环的轴向高度减小，环与环槽的间隙即平面间隙增大。

通常，柴油机正常运转时活塞环的正常磨损率在
0.1～
0.5mm/kh 之内，活塞环的寿命一般为8000～l00h。

正常磨损的活塞环沿圆周方向各处腐损均匀，并仍与缸壁完全贴合，所以，正常磨损的活塞环仍具有密封作用。

但实际上，活塞环外圆工作表面多为不均匀磨损。

柴油机运转时，如活塞环迅速产生较大的不均匀磨损，磨损率超过正常值，表
明活塞环发生异常磨损。

活塞环异常磨损大多由维护管理不良造成。

例如活塞环换新后磨合不良甚至不进行磨合就投入使用工况运转；柴油机长时间超负荷运转；润滑油品质不佳或供油不充分；
燃用劣质燃油、燃烧不良和冷却不足等。

第一道活塞环的工作条件尤为恶劣，高温燃气使缸壁温度过高、滑油氧化、润滑条件变坏导致其异常磨损；高温使活塞头和环槽过热变形，破坏环与环槽配合也会发生异常磨损。

活塞环磨损可通过以下测量来判断：
1) 搭口间隙测量
搭口间隙是活塞环处于工作状态时的开口大小。

它是活塞环工作时的热胀间隙，搭口间隙过小会使活塞环受热膨胀，搭口间隙消失，环两端对顶，严重时引起拉缸、环卡死和折断；搭口间隙过大会使燃气漏泄。

所以说明书或标准中规定了搭口间隙的最小值(装配值)和极限值，如表8-6所示。

CB/T3540-94表8-6 活塞环平面间隙和搭口间隙( mm)
活塞环外圆面磨损后，径向厚度减小，环的直径 d 减小，但弹力使环仍紧贴缸壁。

所以，环的直径胀大与缸径 D 相等，便活塞环搭口间隙增大，由δ引变为δ，ˊ如图8-14 所示。

测量搭口间隙的方法：
(1)测量前，先将活塞自缸中吊出，取下活塞环并清洁环和气缸；
(2)将环依其在活塞上的顺序依次放入缸套下部磨损最小部位或缸套上部未磨损部位，并使环保持水平；
(3) 用塞尺依次测量各道活塞环的搭口间隙；
(4) 将测得的搭口间隙值与说明书或标准进行比较。

超过极限间隙值时，说明活塞环外圆表面已过度磨损，应予以换新。

一般要求活塞环搭口间隙值大于或等于装配间隙，小于极限间隙。

2) 平面间隙测量
平面间隙俗称天地间隙，它是活塞环紧贴环槽下端面时环与环槽上端面之间的间隙。

当活塞环与环槽端面磨损后将使端面配合间隙增大。

平面间隙过小使环热膨胀受阻和影响环在环槽中的运动；平面间隙过大会使燃气漏泄。

说明书和标准中规定了平面间隙的最小值(即装配值)和最大值(即极限值)，如表8-6 所示。

测量平面间隙的方法依活塞环尺寸大小分为两种，但不论哪种方法在测量前均需先将活塞自气缸中吊出，取下活塞环并分别清洁环和环槽，然后再测量平面间隙，
(1) 大尺寸活塞环的平面间隙测量将环依次装入各道环槽中，使环的下端面与环槽下端面紧贴，用塞尺沿圆周或在圆周上几点处测量平面间隙；
(2) 小尺寸活塞环的平面间隙测量因活塞环的尺寸较小，重量较轻，测量者可一手持环，将环水平局部插入环槽，并使环与环槽下端面紧贴，另一手用塞尺测量。

可在环与环槽的圆周上对应几处测量，如图8-15 所示。

实测的平面间隙值应与说明书或标准比较，使之大于或等于装配间隙，小于极限间隙。

当实测平面间隙大于极限间隙值时，应修复环槽或换新活塞环；实测间隙变小说明环槽变形或因脏污影响测量的准确性。

通常第一道环的平面间隙较大，其他环依次减小。

3) 活塞环径向厚度测量
活塞环外圆磨损使其径向厚度减小，所以径向厚度也是衡量活塞环磨损的参数。

采用外径千分尺进行测量。

依柴油机说明书规定，当活塞环径向厚度小于某定值时换新活塞环。

例如，MAN-B&W S/L60MC/MCE型柴油机活塞环的径向厚度最小值为l7mm 时换新活塞环（设计值为20mm）。

2．活塞环的折断
活塞环折断是活塞环常见的损坏形式之一。

一般多是第一、二通活塞环容易发生折断，断裂部位多在搭口附近。

活塞环可折断成几段，也可能呈粉碎状，甚至失踪。

活塞环折断会使气缸磨损加剧，二冲程柴油机的断环可能被吹至排气管或扫气箱中，乃至吹入增压器涡轮端打坏涡轮叶片，造成严重事故。

活塞环折断的原因很多，除材料缺陷、加工质量低外，主要是使用中维护管理不良和装配质量差所致。

1）搭口间隙过小
搭口间隙小于装配间隙时，运转中活塞环受热温度升高，由于搭口处金属膨胀无充分的余地，便搭口两端对顶产生弯曲，通常是在搭口附近折断。

高增压柴油机燃烧室温度更高，如果搭口间隙过小更易折断。

2）环槽积炭
燃烧不良、缸壁过热使润滑油氧化或烧损均会使气缸中积炭严重。

环槽下端面上的积炭较软时，活塞环在环槽中仍可活动和保持与气缸的密封性；当积炭严重时，环活动受阻，环与缸壁强力作用，刮下的滑油和金属屑混合，并在漏泄燃气作用下在环槽下端面上形成局部的坚硬积炭。

活塞环下面有局部的坚硬积炭，上面受到周期性燃气压力作用，使活塞环产生弯曲疲劳折断，如图8- 16（a）。

活塞环一处折断后燃气漏泄量增加，环槽积炭更加严重，加上活塞横摆时的冲击使环多处折断，呈多段状或碎块状，环槽和气缸的磨损更加剧烈。

3）气缸套磨台
活塞组件与气缸套长期相对运动使气缸套磨损后在缸套上部出现磨台。

当活塞上行至上止点时，第一道活塞环碰撞磨台受到冲击而折断，如图8-16（b）所
示。

4）环槽过度磨损
环槽下端面过度磨损后呈倾斜状。

当活塞在上止点附近时，燃气压力作用
使环紧贴于倾斜的环槽下端面上，活塞环产生扭曲变形。

随着活塞下行，燃气压力下降，环的扭曲变形程度减小而逐渐恢复水平状态。

活塞环周期性地扭曲水平变形而疲劳折断，如图8-16（c）所示。

5）活塞环挂住气口
二冲程柴油机经常会发生活塞环挂住扫、排气口使环折断的损坏。

由于活塞环开
口部位张力最大，受热变形大，而气缸套上气口之间的筋受热容易变形，当活塞运动时环与气口相遇，只要环开口处稍微接住气口就会使环折断。

6）活塞环径向胀缩疲劳
当活塞环弹力不足或缸套过度磨损时，活塞环与气缸壁不能紧贴，即不能保持气密，以致高压燃气漏泄将环压人环槽。

当活塞下行时气缸内燃气压力降低，活塞环又从环槽内弹出。

活塞环不断地径向胀缩以致疲劳折断。

3．活塞环粘着
活塞环粘着（或称固着），是环槽内充满油污和积炭便活塞环不能自由运动的现象。

活塞环固死在环糟内使其失去密封作用，引起窜气、功率下降、活塞环折断和缸套磨损加重等故障。

通常第一、二道环容易粘着，严重时活塞上所有的环均发生粘着。

活塞环粘着的原因大多因活塞和气缸套过热、润滑油过多和燃烧不良等造成。

过热的活塞，缸套使润滑油氧化或烧焦，燃烧不良使缸中积炭严重，以致大量油污和积炭填满环槽使环不能运动。

检查活塞环是否粘着可以从扫气口观察和用木棒触动活塞环来判断。

还可以从活塞环的表面变黑情况来识别环是否发生粘着，因为环粘着时引起燃气下窜而将粘着的环表面变黑。

粘着的环应报废换新活塞环。

首先应将环从环槽中取出，一般来说不易取出。

采用木棒轻轻敲击活塞环使之松动，或先用煤油浸泡使积炭变软后再用木棒敲击使之松动，最后用专
用工具将环取出。

取环时切勿用扁铲、凿子等工具，以免损伤环槽。

防止活塞环粘着的关键是要防止气缸过热和润滑油过多，尤其防止多余的润滑油进入气缸上部。

大型二冲程柴油机采用气缸注油器注油润滑，注油量可调节故环粘着现象较少。

但是由于缸径大，功率高，燃烧室温度高，如果活塞冷却不良就会使活塞头部变形，环槽随之变形，致使环卡死在环槽内，如图817 所示。

为防止环卡死在环槽里采用加强活塞冷却和适当增大平面间隙的措施。

4．活塞环弹力丧失
活塞环经过长期使用产生不均匀磨损，或由于过热、粘着和材料疲劳等使其弹力部分或全部丧失，造成活塞环的密封作用下降或消失。

在船上对活塞环弹力的检查方法有以下几种：
(1) 测量活塞环自由开口。

活塞环自由开口是活塞环在自由状态下开口间的距离，其大小直接影响环的弹力。

在弹力范围内，开口越小弹力也越小；反之，弹力越大。

所以利用改变自由开口大小来调节环的弹力。

活塞环的弹力受其材料和加工方法的限制。

一般活塞环自由开口a
0 与环直径D 的关系为:
a0=(
0.l0～
0.13)Dmm
实测活塞环的自由开口a
实测＜ a
0 或小于新环的自由开口，表明活塞环的弹力下降；若明显减小，表明活塞环弹力丧失。

(2) 吊缸检修时，将自活塞上取下的活塞环进行清洁，人为使其自由开口闭合或扩大一倍，松开后测量变形后的自由开口大小。

若变形后的开口增大量超过
10%a
0 时，表明活塞环的弹力过小。

(3) 对比法是用新旧环的弹力对比检查弹力的方法。

如图8-18 所示，将新旧环竖立在一起，用力使环开口闭合，如旧环开口已闭合，而新环还有一定间隙时，表明旧环弹力不足。

(4) 吊缸后，将活塞环和气缸分别清洁干净，将环装入气缸并用手推动。

一般正常弹力的活塞环是不容易装入气缸的，装入缸中也难以用手使之移动。

如果旧环易于
装入缸中且轻轻触动环即沿缸壁移动，表明活塞环弹力过小。

活塞环弹力部分或全部丧失时应换新活塞环。

但在无备件的情况下可采用应急方法暂时恢复环的部分弹力。

具体作法是用小锤敲击活塞环内圆表面。

自搭口对面部位开始重敲，然后逐渐向两侧敲击，用力逐渐减小，使环的开口增大，弹力增加。

但应注意，不可用力过大，以免将环敲断。

三、轮机员配换活塞环工艺
活塞环是易损件，损坏后一般采用换新处理，所以在船上轮机员配换活塞环工作是经常性的检修工作。

为了保证装配质量，在配换活塞环时应注意以下问题。

1．xx 的检查
使用活塞环的备件前应对其进行必要的检查：
(l) 外观检查首先清洁新环表面的油脂和锈痕，仔细观察活塞环有无变形和表面碰伤、裂纹等损坏。

一般新环上有“直径Χ宽Χ高”的尺寸标记和上下端面标记。

如有镀铬端面应使其作为下端面，如无标记，应测量活塞环尺寸及选定下端面。

(2) 测量搭口间隙和平面间隙过小时应分别修锉搭口两端和环的上端面，切不可修锉选定的下端面，并防止修锉时损伤环表面和产生变形。

(3) 测量环的径向厚度和环槽深度要求环的径向厚度比环槽深度小
0.5～
1.0mm，否则修锉环的内圆表面使其符合要求。

(4) 检查环的弹力可采用测量活塞环自由开口来检查。

2．xx 的修配
(1) 修锉搭口。

为了防止活塞环搭口两端锋利棱边刮伤缸壁及挂住气口，应将搭口两端
修挫成较大圆角，一般圆角半径为3～5mm，如图8-19(a)所示。

目前，有的新环在制造时己将搭口修锉好，故安装前不需修锉。

(2) 修锉上、下两端的棱边。

为了减少气缸的磨损和擦伤及有利于润滑，应修锉活塞环上、下端棱边的尖锋和毛刺。

(3) 新环检查时，为保证各种间隙值而进行的修配工作。

3．xx 的安装
(1) 简易法是针对中、小尺寸的活塞环，在无专用工具的情况下用结实的绳子套在环的开口两端，用手拉绳将开口扩大装入环糟内，如图8-19(b)；大尺寸
活塞环应采用随机专用工具将环的开口扩大装入环槽内，如图7-5 所示。

操作时，切勿使环的开口过分开大，以免活塞环变形或折断。

尤其用手扩口时，用力不要过猛过大。

(2) 应把新环装在第一、二道环槽中，旧环装在其他环槽中，既便于新环磨合又能发挥旧环的密封作用。

一般情况下，不应一次更换所有旧环，更不可因一环损坏而更换所有旧环。

(3) 装到活塞上的各道环的开口位置应错开，切勿使开口在同一位置，以免燃气下窜。

(4) 装好环的活塞在未吊入缸中之前，应放于木板上妥善保管，以免损伤活塞和活塞环的工作表面，小型柴油机尤为重要。

4．xx 的磨合运转
活塞环换新后必须经磨合运转才能投入使用工况运转，一般需经20-24h 磨合运转。

例如MAN-B&WS/L6OMC/MCE型柴油机换新活塞环后的磨合运转为：
在2-4h 内转速逐渐增加至最大转速的80%；保持80%最大转速运转6h；在12-14h 内转速继续增加至全速，并且逐渐增加负荷，总计磨合20-24h。

在磨合期间应使气缸油供油量达最大值。

四、验收活塞环
当活塞环备件难于订购或所用机型已不生产时，需到活塞环制造厂或修船厂配制。

轮机员对所配制活塞环产品按照活塞环的技术要求进行验收。

主要技术要求：
(1)活塞环的尺寸、形状和位置精度及表面粗糙度应符合图纸的要求；
(2)活塞环的材料可用HT
250、HT300或合金铸铁。

活塞环的硬度和金相组织应符合要求。

硬度要求：
材料硬度应在HBl80-250之间。

同一只活塞环上硬度差不超过HB20。

要求活塞环的硬度比气缸套硬度商HBl0-20，目的是既保护气缸套不被很快磨损，又保证活塞环有较长的寿命。

xx 相组织要求：
在细片状珠光体或索氏体的基体上均匀分布着细直片状或卷曲状的小片石墨，磷共晶体呈小块状分布。

分散的细小铁素体晶粒不超过试片总面积的5%。

(3) 活塞环外观检查。

活塞环工作表面不允许有气孔、裂纹，疏松、夹渣、飞边和毛刺等缺陷，环两端面及内圆面上允许有一定大小的气孔。

(4) 活塞环弹力检查。

活塞环自由开口值应为(
0.10～
0.13)D(D为活塞环直径)。

(5) 活塞环密封性检查。

采用漏光法检查活塞环的密封性。

将活塞环放在规定直径的量规中或气缸中未磨损的部位，在环的下方用强灯光照射，自环的上方观察，要求一处漏光弧度不超过30o，几处漏光总和不超过90o，且搭口附近30o范围内不允许漏光。

漏光处的间隙：
直径D≤500mm的活塞环，用
0.03mm 塞尺检查不应通过；D>500mm 的活塞环用
0.04mm 塞尺检查不应通过，以保证活塞环工作表面与气缸套内圆表面紧密贴合，从而使柴油机气缸燃烧室有较高的密封和工作效能。