大连海事大学………………装………………..订………………线………………毕 业 论 文二○一三年六月EAGLE BOSTON轮活塞环断裂分析及日常维护要点专业班级：轮机管理07-4姓 名：叶 永 杰指导教师：＿＿＿＿＿＿轮机工程学院内容摘要本文主要介绍船用柴油机活塞环的种类、原理，对EAGLE BOSTON轮活塞环使用中断裂的原因进行了分析，讨论了其影响因素并逐一排查，最终使故障得以解决，讲述了吊缸过程中应注意的事项，以及日常管理要点给出了建议，并在最后进行了总结，力图能够为轮机员工作提供较好参考关键词：活塞环；断裂；腐蚀；维护 ABSRACT This paper describes the types of marine diesel engine piston ring, the principle of M/V EAGLE BOSTON piston ring causes breakage in use were analyzed and discussed the influencing factors one by one investigation, and ultimately the fault is resolved, about the hanging cylinder process should pay attention matters, as well as daily management point gives recommendations and a summary at the end, trying to work for the engineer to provide better information.Thank you!Keywords：Piston Ring, Principle, Fracture, Maintenance 目 录第一章 前言 1第二章 活塞环的种类及工作条件 12.1压缩环 12.1.1压缩环的结构形式 22.1.2压缩环的搭口形状 32.2承磨环 42.3活塞环的工作条件 4第三章 故障的分析与排除 53.1故障现象 53.2现象分析及处理措施 53.2.1吊缸的准备工作 63.2.2吊缸的步骤 63.3活塞环断裂的原因分析 93.4故障的排除 9第四章 日常管理要点 10总结 12参考文献 13致谢 14EAGLE BOSTON轮活塞环断裂分析及日常维护要点第一章 前言 目前在船舶柴油机中使用的活塞环种类繁多,主要区别在于活塞环的材料、搭口形式、表面涂层和断面形状的不同。
每种活塞环各有其优点和不足,各类柴油机要根据自身的特点选择合适的活塞环组合,达到良好的密封和刮油效果目前应用最广泛的是以灰铸铁、合金铸铁、球墨铸铁为材料、表面镀铬的活塞环,其良好的抗磨、耐蚀、耐高温性能都较好地满足了第一道、第二道环的工作要求,但其镀铬层强度随厚度的增加而降低的特性限制了镀铬层的厚度,镀铬层硬而脆的特性使活塞环在润滑不良或受到局部外力作用时容易剥离,很大程度上影响了镀铬环的使用可靠性和使用寿命[1]常见的喷钼环具有优良的抗熔着性和磨损性能,不易引起拉缸,镀铜、锡环可改善初期磨合性能和抗蚀性能,但这两类环的耐磨性较差,使用寿命不长目前正在逐步得到应用的等离子喷镀技术使活塞环镀层有铁、钨、铬等多种金属成份,大大改善了单一金属镀层的不足,使活塞环的耐磨性、抗蚀性、耐高温性能有了明显的提高随着纳米技术在船舶领域的应用,不久的将来,必将使活塞环的综合工作性能得到全面的提高第二章 活塞环的种类及工作条件在柴油机气缸套-活塞组中,活塞环的主要作用是保证活塞与气缸套之间的可靠密封,同时起到导热、支撑和调节滑油的功能活塞环所起的作用不同，有压缩环（气环）和刮油环两种[2]压缩环主要是用来保证活塞环和气缸之间在相对运动条件下的密封，刮油环的作用是除去气缸套表面过多的滑油，通常用于筒形活塞式柴油机。
而十字头式柴油机气缸是采用注油润滑，一般只装气环，在活塞裙比较长的活塞上还要装承磨环本轮主机为MAN B&W 6S60MC2.1压缩环压缩环的主要作用是防止汽缸中的气体漏泄和将活塞上的部分热量传给气缸压缩环的密封作用是依靠本身的弹性和作用在它上面以及漏到环内侧的气体压力，使环紧紧贴合到气缸壁和环槽上，如图1 图1 压缩环的密封作用 这样就阻止了气体通过活塞与气缸壁之间的间隙漏至气缸下部空间但由于活塞环在气缸中要留有搭扣间隙，因此正常工作的压缩环也不可能完全阻断燃气的漏泄再加上活塞环可能出现的失效，为了提高密封效果，一个活塞上要设多道压缩环但为了减少摩擦损失，压缩环也不能设置过多，通常高速柴油机装2 ～ 4道，低速柴油机装4 ～ 6 道每道环的密封作用可由燃气压力在各道环槽中的变化情况看出第一道环由于高温高压燃气的直接作用，承受的负荷最大在新型柴油机上，采用将第一道环加高的方法提高其承载能力，并在环的外侧开设四至六道压力释放槽，以使第一、二道环的负荷更加均匀2.1.1压缩环的结构形式压缩环的结构形式是多种多样的，根据其断面形状，可分为矩形环、梯形环、倒角环、扭曲环等，如图2 图2 气环的断面形状矩形环（a）；梯形环（b）；倒角环（c）；正扭曲环（d）；反扭曲环（e） 矩形环制造简单，应用最广，但温度超过200℃时容易结焦卡死。
梯形环、倒角环和扭曲环用在中高速柴油机中 2.1.2压缩环的搭口形状压缩环的搭口形状有直搭口、斜搭口和重叠搭口，如图3图3 气环的搭口形式直搭口和斜搭口结构简单，加工方便重叠搭口气密性好，但容易折断为了减少通过搭口的漏气，安装时活塞环搭口不要摆在上下一条直线上，应该错开并且相邻环的搭口方向要彼此相反为了提高活塞环的耐磨能力，活塞环表面可以采取不同处理工艺，如下图4为MANB&W公司的大缸径柴油机所采用的新型活塞环组在第一、四道活塞环与气缸壁的摩擦表面采用了硬质的金属陶瓷镀层由于硬质的金属陶瓷镀层的磨合性能较差，为了改善磨合，在其表面镀有薄的铝磨合层，且活塞环的外圆面导有较大的斜面图4 新型活塞环组2.2承磨环十字头式活塞的承磨环是专为活塞与气缸的磨合而设置的超短裙活塞可以不装承磨环，短裙活塞装1 ～ 2道，长裙活塞装 2 ～ 4 道在活塞裙上开设燕尾槽，如下图5所示把截面如（a）所示的青铜条分成 3 ～ 4 段敲进环槽中，然后再加工到工作尺寸如图（b）所示承磨环的直径比活塞裙部直径大在磨合中，先是减磨金属与气缸磨合，待承磨环逐渐磨平后，磨合过的气缸再与活塞裙逐渐接触进行磨合实践证明，如果在裙较长的活塞上不安装承磨环，活塞与气缸在磨合中就会拉缸。
在中小型筒形活塞的活塞裙上不设承磨环 图5 承磨环承磨环在运行中虽已磨平，但不必更换如果发现缸套有不正常的磨损和擦伤，或当承磨环出现单边严重磨损或碎裂时，在对缸套修整的同时应换新承磨环缸套、活塞换新时承磨环应予换新从承磨环的磨损情况可以分析活塞的对中情况2.3活塞环的工作条件 活塞环的工作条件极为复杂,体现在以下三个方面： (1)工作环境恶劣,特别是第一道环,它承受的温度高达250℃,甚至达400℃,并受到燃气侵蚀,润滑油膜难以建立,处于边界摩擦和半干摩擦状态[3] (2)受力复杂,活塞环上承受的力有弯曲交变负荷、气体压力、自身弹力、往复运动惯性力、摩擦力以及活塞对它作用的侧向力等 (3)运动形式复杂,随着发动机的转速和气体压力的不同,活塞环除了以不同的方式产生周期性的与环槽上下端面发生脱离和接触的轴向运动之外,为适应缸径变化以及侧推力的作用还会作径向运动此外,活塞环还会在环槽中作回转运动甚至发生扭曲变形和扭曲运动第三章 故障的分析与排除3.1故障现象本人的实习船舶名为EAGLE BOSTON轮，是一艘船龄为18年的阿芙拉型油轮。
它的主机为MAN B&W 6S60MC超长冲程低速柴油机，其以最大输出功率(MCO)运行时的转速为84RPM，以额定功率（CSO）运行时的转速为79RPM此航次为该轮的第286航次，航行路线则是由加拿大的WIFFEN HEAD返回美国新泽西从离开加拿大的WIFFEN HEAD港口到即将到美国新泽西之前，主机的各运行参数尚处于正常范围当本轮即将到达新泽西的目标港口时，值班轮机员突然发现系统油的消耗量突然增大，怀疑此故障是由于活塞漏油引起的由于我轮当时即将到达港口并准备卸货，所以先采取了减速的措施当到达港口后，打开扫气箱检查，发现第3缸活塞头漏油，活塞环全断，环槽严重磨损，并有缺口，同时第2、4、5、6缸活塞环均有不同程度的断环或黏着并失去弹性，（第一缸吊缸检修516小时，没有粘着和断环现象）3.2现象分析及处理措施由前文的故障现象可以了解到，本轮主机的系统油消耗量在航行过程中突然增大，并初步判断故障原因为活塞漏油，因此主机的运行状况已非常恶劣由于本轮当时即将到达目标港口，并准备到港进行货物的装卸因此，此时的航行状况不能允许停车吊缸检修，应先降低转速，降低该缸的喷油量或停油，并保证故障缸的良好润滑，适当增大供油提前角，密切注意断环缸有无异常声音，使柴油机安全运行到港口，以便接下来的修理工作。
当本轮到达港口并停车后，立即打开曲轴箱道门进行检修，发现本轮主机的部分活塞环已经发生了断裂故障，一些活塞环槽产生了严重的磨损，而且必然造成相应缸产生一定程度的拉伤如果不进行相应的处理，那么这些断环的碎片可能会冲入到排气管甚至冲入到废气涡轮增压器中，进而打碎增压器的叶片，造成严重故障另外，这些断环的碎片也可能引起进一步的拉缸,损伤缸套并使活塞环槽变形因此，经过以上分析后，必须对本轮主机进行吊缸以实现对活塞和缸套的检修，对磨损严重或断裂的活塞环进行更换，从而保证气缸的密封性，恢复主机的正常运行3.2.1吊缸的准备工作在进行具体的吊缸工作之前，应将吊缸之前的准备工作做好主要的工作如下： （1）仔细检查起吊工具是否完好正常 （2）准备好吊缸的工具、量具、了解备件情况 （3）清理现场，准备木盖，木楔等4）确认已经关闭空气瓶截止阀、切断主机燃油、滑油、空气冷却水的供给3.2.2吊缸的步骤当吊缸的准备工作完成并检查无误后，将进行具体的吊缸操作此次吊缸操作主要包括四个步骤，分别为汽缸盖的拆卸、活塞组的吊出、缸套活塞组的检查、清洁和测量以及活塞组的安装由于吊缸的的主要目的是对气缸内部以及活塞进行检查修复，因此应首先将气缸盖拆卸下来，以便接下来将活塞组吊出并对活塞组以及气缸缸套进行检查等操作。
3.2.2.1 气缸盖拆卸 （1）关闭主起动阀、合上盘车机、打开示功考克、关闭冷却水进出口阀打开放气、放残阀，放完气缸盖的冷却水后，即关闭放残阀 （2）关闭燃油进口阀 （3）切断控制空气及安全空气（必须先停凸轮轴油泵） （4）从排气阀和缸盖上拆去冷却水出口管 （5）拆除排气阀高压油管及回油管 （6）拆除高压油泵与喷油器之间的三根燃油高压油管，并脱开回油管。