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6135Caf柴油发电机组活塞环对口成因分析

2019-11-25
来源: 礼德动力
  最近公司技术人员在克拉玛依油田跟踪新型井口装置的试用情况.在跟踪过程中发现一台柴油发电机组功率下降,排气系统冒白烟现象。油田机组维修人员拆开发动机分析,发现六缸中有两缸活塞环呈对口的趋势。
  
  活塞环是发动机中唯一具有三维运动的零件.它在气缸套中沿气缸套轴线方向作往复运动,随着往复运动的同时.瞬间活塞环具有扩张和收缩功能:同时.沿圆周方向产生微量而且缓慢逐步进行转动。这种微量缓慢的转动,尚有防止环的积碳产生和粘结的作用,但一旦相邻的上下活塞环口重叠在一起,且被阻滞在某相对稳定的位置即形成了对口状况。这种环对口状况的产生,导致了多种恶性事故的产生。一是会产生发动机的窜气和窜油,影响发动机的功率和增大机油耗量;二是影响气缸套的润滑,严重磨损气缸套,甚至造成拉缸。导致活塞环对口的原因较为复杂,从机理上分析,由于活塞环组采用迷宫式密封。对口促使活塞环处于最稳定的状态,因此对口是必然存在的趋势。在气缸系统产生严重磨损前,由于气缸壁表面的平台网纹的存在有着良好的储油性能.使气缸壁、活塞环与活塞之间保持良好的油膜.对口产生的可能性较小,即使偶尔出现也属于亚稳定状态,但当出现装配不当,或气缸套失圆、活塞偏缸、活塞环与气缸壁密封性能下降等.则会造成活塞环在周向“蠕动”至某一位置时,活塞环受阻而停止转动.形成较稳定的对口。
  
  根据对6135Caf 柴油发电机组对口事故的检测与分析.活塞环对口产生的原因分为三类: 活塞环与气缸壁密封性不好、活塞环以及气缸失圆、活塞偏缸。
  
  1、活塞环与气缸壁密封性不好对活塞环对口的影响因素活塞环对口的现象在发动机试机初期出现.虽然冷磨时活塞环稳定不变位,但热车后活塞环就有位移的迹象.造成这种现象的主要原因有以下几方面:
    1.1气缸套形状公差超差气缸套在精镗时内孔的圆度、圆柱度严重超出工艺图纸所规定的要求,珩磨时的余量很小,同时珩磨的磨头与磨杆和机床主轴的连接均是万向节连接方式,在珩磨时修正原形状的功能很小,所以造成气缸套圆度、圆柱度严重超差,活塞环置于气缸套中气密性差,可燃气体在高压的状态下通过空隙而泄漏,高压的可燃气体将环压向内圆方向而导致活塞环径向弹力降低。此类现象有两种状态,一是冷态尺寸不好,二是热变形。冷态尺寸不好已通过上柴质检部门对气缸套自由状态与安装状态分别检验排除。理论上分析热变形有两种情况.一是气缸套内含有铸造应力和加工应力,由于该6135缸套采用的工艺已经进行了应力消除,可以排除;另一化学成分对材质的热变形性能的影响,而该产品中含有Mo合金元素,本上可以满足热变形稳定性需求。
  
  1.2活塞环与活塞环槽侧间隙过大基,活塞形位公差尺寸超差活塞环侧间隙过大,活塞环在槽内随着活塞的上下运动在槽内也过度上下运动。活塞环在强大的燃烧气体压力作用下,有着随着燃气压力的流向而移动。当气体由第一道环窜人第二道环时,气流方向是直奔各自环的开口处的,第一道环就有可能跟踪气流向第二道环的开口处转动:如果第一道环适应了缸壁的环境.并是密封的.会限制第一道环的移动,而第二道环密封不良.则就会向第一道环的开口处的位置靠拢。在气流压力不断影响下使各环的环口位置逐渐接近一致。直到形成对口。
  
  1.3活塞环扭曲变形由于活塞环本身的材料机械性能不高。或热处理工艺不当,导致活塞环的弹性降低.涨力不足.或是活塞环扭曲变形,也极易造成不密封的现象,引起对口。
  
  2、偏缸对活塞环对口的影响因素偏缸的因素较多.偏缸的方向和位置也不尽相同。但是,不论哪一种偏缸,都使活塞在气缸中不能保持直线往复运动,或在气缸内单边偏靠倾斜运动,或在上下行程交换时出现前后倾斜的摆动现象和左右摆转的摇头现象,还会产生左右扭动,活塞环在环槽也随着活塞运动而逐渐位移。
  
  产生偏缸的原因有以下几方面:
    2.1连杆弯曲与变形连杆加工或装运过程中造成扭曲、或活塞销孔与连杆铜套孑L偏斜等,由于偏缸活塞环外圆周面承受周期性的摆击力,活塞环受压面不断变化,受压产生了振动.面对受压面的另一端由振动而产生位移.当活塞环周向蠕动到气缸壁接触面积最大或磨擦阻力最大时,活塞环受到阻滞而停止转动,随着时间推移,各活塞环的开口位置逐渐重合而形成对口现象。
  
  2.2曲轴变形扭曲活塞在气缸内上、下两个行程中出现前后倾斜运动.同时出现左右摆转、摇头现象。在发动机作功行程时,活塞环受到高压气体冲击,此时的活塞环随着活塞的扭转而转动。活塞环的转动向是定向蠕动的,直至各环转动到磨擦阻力最大的位置,停止转动产生了对口。
  
  活塞销孑L与活塞中心线垂直度或连杆的大小头孔中心线平行度超差,也会造成偏缸,引起活塞环对口现象。
  
  3、气缸套对活塞环对口的影响因素
    3.1气缸套失圆在气缸套使用后期,在活塞环对口形成的原因中.气缸套失圆是产生活塞环对口的主要原因。
  
  气缸在活塞连杆主推侧向力的作用下造成磨损,或因加工时圆度和圆柱度超差,容易使气缸在径向截面上呈椭圆状态.在轴向上呈上大下小的锥形。此时的活塞环与环槽配合的侧间隙超差,配合松旷。环极易产生周向转动及振动,在活塞环弹力的作用下,周向转动的结果就使各活塞环口都停留在气缸套曲率半径最小的区域内不再转动,最终形成活塞环对口。
  
  造成气缸套失圆的因素较多,主要有以下几个方面:气缸套自身加工失圆。这一部分主要是由于珩磨头主轴轴线与气缸套轴线不重合,或珩磨头摆向振动引起,或加工热变形及夹紧变形,形成铸造应力或加工应力,其特点是气缸套在自然状态下尺寸变形。
  
  气缸套的静力变形引起。由于气缸盖螺栓、主轴承盖螺栓布置不对称或不均匀、加强筋布置不均匀等结构原因.引起气缸套受力不均或传力不均而造成气缸套失圆。
  
  气缸套在工作过程中受热膨胀不均引起失圆。主要原因由于气缸套壁厚不均.水套中冷却水流向、流量不均衡而造成冷却不均匀,或材质化学成分不合理造成。气缸套因受侧压力不同引起失圆。主、副推力面在工作过程中,所受侧压力的大小是不同的.这就容易造成受力变形不均而引起动态失圆。气缸套因过度偏磨而失圆。这种情况在不正常使用或超期服役的缸体中容易发生。
  
  3.2粗糙度气缸套粗糙度对活塞环对口形成的影响因素相对较小.粗糙度差的后果主要是造成拉缸与早期磨损,但过于粗糙的表面粗糙度也会容易破坏油膜的均匀形成。从而引起活塞环的加速磨损与拉伤。