Główną funkcją pierścienia tłokowego jest uszczelnienie komory spalania, co zapewnia, że po osiągnięciu przez tłok górnego martwego punktu, świeże powietrze w komorze spalania będzie miało odpowiednią temperaturę i ciśnienie, aby osiągnąć temperaturę spalania paliwa i spowodować jego szybkie i całkowite spalenie;
Tłok, pierścień tłokowy i tuleja cylindra pracują w wyjątkowo trudnych warunkach, a straty spowodowane tarciem między nimi odpowiadają za 55–60% całkowitej mocy silnika wysokoprężnego traconej wskutek tarcia.
Dlatego stan roboczy pierścienia tłokowego odgrywa kluczową rolę w całkowitym spalaniu paliwa i warunkach pracy silnika wysokoprężnego. Szczególnie ważne jest zarządzanie i utrzymanie działania pierścienia tłokowego w celu zapewnienia dobrej pracy silnika wysokoprężnego.
Zjawiska usterek, analiza przyczyn i środki zaradcze pierścieni tłokowych
Do głównych usterek pierścieni tłokowych zalicza się pęknięcie, przywieranie, nienormalne zużycie itp.
W przypadku wystąpienia wyżej wymienionych usterek, zazwyczaj powodują one takie zjawiska, jak nieszczelność komory spalania, wzrost temperatury spalin, emisja czarnego dymu ze spalin, zanieczyszczenie oleju w komorze uszczelniającej oraz wzrost temperatury wody w tulei cylindra.
W czasie mojej służby na statku „Solace” głównym modelem silnika był silnik wysokoprężny MAN B&W6L60MC z przepłukiwaniem DC, który eksploatowano przez 14 lat.
Normalna konserwacja i podnoszenie cylindrów silnika głównego 1 # i 3 # zostały przeprowadzone na kotwicowisku w Vancouver. Chociaż zużycie pierścieni tłokowych nie osiągnęło limitu, a tłok i rowki pierścieni tłokowych były w dobrym stanie, biorąc pod uwagę, że następne podnoszenie cylindrów zajmie kolejne 8000-10000 godzin.
Dlatego wymieniono wszystkie pierścienie tłokowe.
Zawór wydechowy cylindra 1 wymieniono na około 800 godzin, a zawór wydechowy cylindra 3 wymieniono na około 500 godzin.
Po ponad 3 dniach od wyjazdu z Vancouver przeszedłem na olej (RMG380795t) dodany z Lianyungang. Wynik testu wykazał, że zanieczyszczenia przekroczyły normę, przy czym zawartość glinu i krzemu osiągnęła 60, a maksymalna ilość wyniosła 80. W ciągu niecałego dnia odkryłem, że temperatura paliwa wchodzącego do silników głównych i pomocniczych stopniowo spadała, a temperatury oleju nie można było regulować. Odkryłem również, że różnica ciśnień filtra wtórnego paliwa była duża, a ciągłe płukanie wsteczne nie zostało zatrzymane.
Po ręcznym rozmontowaniu i wyczyszczeniu filtrów wtórnych maszyn głównych i pomocniczych różnica ciśnień i temperatura powróciły do normy. Jednak w ciągu niecałego dnia automatyczne płukanie kontynuowano bez przerwy. Dlatego równolegle uruchomiono kolejny separator oleju, aby zmniejszyć objętość separacji oleju pojedynczego separatora oleju i skrócić odstęp między zrzutami żużla do 1 godziny. Jednak sytuacja nie uległa poprawie.
Później stwierdzono, że temperatura spalin cylindrów 1 i 3 stopniowo wzrastała i była znacznie wyższa niż pozostałych czterech cylindrów. Nie było znaczącej poprawy w pracy zwalniania, a kolor spalin głównego silnika stał się cięższy i pojawił się gęstszy dym. Gdy warunki morskie nie były dobre, turbina również miała niewielki wzrost.
Poprzez pomiar wykresów dynamometru każdego cylindra, ustalono, że ciśnienia sprężania cylindra 1 # i cylindra 3 # wynosiły odpowiednio 5,6 MP i 5,4 MP, podczas gdy ciśnienia sprężania pozostałych cylindrów wynosiły 6,1-6,2 MP. Ciśnienie wybuchu było również niższe dla cylindra 1 # i cylindra 3 #.
Zjawisko to wskazuje na problem z uszczelnieniem cylindrów 1 # i 3 #: jednym z nich jest zawór wydechowy, a drugim pierścień tłokowy.
W ciągu najbliższych kilku dni sytuacja powinna się stopniowo ustabilizować, a filtry paliwa dodatkowego silników głównych i pomocniczych należy demontować i czyścić raz dziennie, aż do momentu dotarcia statku do Incheon w Korei Południowej.
Po przybyciu do portu, pierwszą rzeczą do zrobienia było otwarcie drzwi skrzynki czyszczącej i sprawdzenie tłoków, pierścieni tłokowych i tulei cylindrów każdego cylindra. Stwierdzono, że tłoki były bardzo brudne, a niektóre pierścienie tłokowe cylindrów 1 i 3 były już zerwane lub przyklejone, a tuleje cylindrów były lekko naciągnięte. Olej w cylindrach 1 i 3 wydawał się być niewystarczający, podczas gdy reszta cylindrów była stosunkowo normalna, tylko lekko brudna. W dolnej części tulei cylindrów znajdowały się wyraźne pozostałości oleju i osad.
Podjęliśmy decyzję o ponownym podniesieniu cylindrów 1 # i 3 #.
Podczas podnoszenia cylindra stwierdzono, że oprócz dolnego pierścienia tłokowego, który był normalny, wszystkie pozostałe pierścienie tłokowe cylindra 3 były złożone na 3 lub 4 sekcje lub pierwszy pierścień tłokowy cylindra 1 był mocno przyklejony do rowka pierścienia tłokowego, podczas gdy pozostałe pierścienie tłokowe miały różne formy pęknięć.
Na szczęście nie widać wyraźnej erozji ani wypukłości rowka pierścienia tłokowego, a tuleja cylindra jest tylko nieznacznie naciągnięta.
Zgodnie z analizą zjawiska:
Najbardziej bezpośrednią przyczyną pękania i przywierania pierścieni tłokowych w cylindrach 1 i 3 jest:
Jedną z nich jest to, że występują poważne wady jakościowe pierścieni tłokowych, gdyż jedynie niedawno wymienione pierścienie tłokowe cylindra 1 i cylindra 3 są uszkodzone lub zapieczone, podczas gdy pierścienie tłokowe pozostałych cylindrów są zasadniczo normalne;
Drugim problemem jest jakość paliwa. Chociaż podjęliśmy wiele działań w celu oczyszczenia paliwa, takich jak częste usuwanie pozostałości w zbiornikach sedymentacyjnych i zbiornikach codziennego użytku, równoległa praca w celu zmniejszenia zdolności oddzielania oleju przez separator oleju oraz zwiększenie temperatury ogrzewania zbiorników sedymentacyjnych, zbiorników codziennego użytku i separatorów oleju, tradycyjne separatory oleju mają trudności z całkowitym oddzieleniem małych zanieczyszczeń, takich jak aluminium, krzem i popiół, co powoduje wzrost zanieczyszczeń w paliwie.
W trakcie procesu spalania w cylindrze, cząsteczki krzemu przylegają do ścianek tulei cylindra, przyspieszając zużycie pomiędzy pierścieniem tłokowym a tuleją cylindra, co powoduje przywieranie pierścienia tłokowego i ostatecznie jego pękanie;
Aluminium w oleju może powodować korozję w wysokiej temperaturze i przyspieszać zużycie pierścieni tłokowych i tulei cylindrowych.
Po uzyskaniu zgody firmy wyczyściliśmy stary pierścień i wymieniliśmy go.
Oczywiście, proste metody leczenia naprężeń rowka pierścienia tłokowego i tulei cylindra były już wcześniej stosowane.
Ponadto dokonano pewnych zmian w objętości wtryskiwanego oleju we wtryskiwaczach cylindrowych nr 1 i nr 3, ponieważ zostały one wymienione na stare pierścienie i wymagana objętość oleju musiała zostać odpowiednio zmniejszona.
Podczas dziesięciu dni podróży z Korei Południowej do Australii stan operacyjny hosta był dobry, temperatura spalin była zasadniczo taka sama, a ciśnienie sprężania i ciśnienie wybuchu mierzone na dynamometrze były również zasadniczo takie same. Host działa normalnie.
Powodem, dla którego dodatkowy filtr paliwa jest nadal rozbierany i czyszczony raz dziennie, jest nadmierna ilość zanieczyszczeń w paliwie.
Z powyższych usterek można wywnioskować, że gdy wydajność uszczelniania pierścienia tłokowego jest zmniejszona lub utracona z powodu pęknięcia lub przywierania, wystąpią różne stopnie przedmuchu cylindra, co spowoduje znaczne zmniejszenie ilości świeżego powietrza w cylindrze, powodując spadek ciśnienia sprężania, wzrost temperatury spalin, wzrost temperatury wody chłodzącej i pracę silnika wysokoprężnego przy niskiej prędkości i dużym obciążeniu. Zmniejszenie objętości powietrza pogarsza spalanie, a energia spalin znacznie wzrasta w porównaniu do normalnych warunków. Prędkość turbosprężarki wzrasta, a ciśnienie przedmuchu wzrasta.
W przypadku, gdy prędkość silnika wysokoprężnego pozostaje zasadniczo niezmieniona, zużycie powietrza przez silnik wysokoprężny jest zasadniczo stabilne. Jednocześnie pęknięcie pierścienia i przywieranie powodują, że gaz cofa się do skrzynki oczyszczającej, a w poważnych przypadkach skrzynka oczyszczająca może się zapalić. Czynniki te powodują wzrost przeciwciśnienia turbosprężarki, co sprawia, że pracuje ona w stanie niskiego przepływu i wysokiego przeciwciśnienia, co niszczy normalne dopasowanie turbosprężarki i prowadzi do jej świszczącego oddechu.
Przyczyną wystąpienia powyższych zjawisk może być uszkodzenie pierścienia tłokowego.
3, Analiza innych przyczyn uszkodzenia pierścieni tłokowych
Oprócz materiału, technologii obróbki i dokładności wymiarowej pierścienia tłokowego, na jego jakość wpływają także następujące czynniki.
1. Wpływ luzu między pierścieniami tłokowymi
Nakładanie się pierścieni tłokowych zapewnia przestrzeń na rozszerzalność cieplną pierścienia tłokowego podczas pracy, a jednocześnie umożliwia pierścieniowi tłokowemu pewien ruch obwodowy podczas normalnej pracy.
Gdy luz między pierścieniami tłokowymi jest zbyt mały, ogranicza to rozszerzalność cieplną tłoka podczas pracy i powoduje ściskanie w miejscu połączenia, co ułatwia pękanie pierścieni po przeciwnej stronie połączenia.
Na skutek zużycia pierścieni tłokowych i tulei cylindrowych podczas ruchu, luz między pierścieniami będzie się stopniowo zwiększał.
Gdy luz między połączeniami jest zbyt duży, powoduje to poważną nierównowagę siły promieniowej tłoka.
Siła promieniowa składa się głównie z siły sprężystości samego pierścienia i siły gazu działającej na tył pierścienia. Obecność szczeliny między połączeniami zakładkowymi powoduje, że łączna siła obu powoduje nierównomierne zużycie po przeciwnej stronie połączenia zakładkowego, co w poważnych przypadkach może prowadzić do pęknięcia pierścienia.
Jednocześnie grubość promieniowa pierścienia tłokowego maleje, a elastyczność maleje. Jeśli rowek pierścienia jest mocno zatkany, łatwo jest spowodować przywieranie pierścienia.
W rzeczywistych warunkach pracy, wielkość luzu między pierścieniami tłokowymi stanowi ważny wskaźnik pozwalający ocenić stan zużycia pierścieni tłokowych.
Dlatego też po zatrzymaniu maszyny należy regularnie sprawdzać stan roboczy pierścienia tłokowego, a także to, czy nie występuje przywieranie lub pęknięcie, za pomocą pojemnika czyszczącego.
Jeżeli tak jest, należy sprawdzić cylinder podnoszący, aby zapobiec rozszerzeniu się usterki.
Wartość luzu pomiędzy pierścieniem tłokowym a przegubem należy porównać z wymaganiami podanymi w instrukcji, aby ustalić, czy nie przekracza ona wartości granicznej;
Po drugie, stopień zużycia pierścienia tłokowego należy określić porównując go ze szczeliną zmierzoną poprzednim razem.
Jeżeli szybkość zużycia pierścienia nagle wzrasta w określonym odstępie czasu, należy ustalić i usunąć przyczynę, np. awarię układu wtrysku paliwa, pogorszenie jakości oleju w cylindrach, nadmierną ilość popiołu i zanieczyszczeń w paliwie itp.
Rejestrując w ten sposób dane dotyczące każdego pierścienia, można nie tylko systematycznie analizować zjawisko uszkodzenia pierścienia tłokowego, ale także porównywać wpływ jakości, paliwa i oleju smarującego różnych partii części zamiennych na szybkość zużycia.
2. Wpływ dopasowania pierścieni tłokowych do tulei cylindrowych
To, czy możliwe jest uzyskanie idealnego, w pełni płynnego smarowania, zależy głównie od takich czynników, jak forma ruchu, prędkość i wydajność oleju smarującego „pary ruchowej”.
Prędkość ruchu pierścienia tłokowego wewnątrz tulei cylindra zmienia się nieustannie w trakcie całego suwu, z zerową prędkością ruchu w górnym i dolnym martwym punkcie. Jednocześnie jest on poddawany działaniu gazu o wysokiej temperaturze, co utrudnia uzyskanie dobrego smarowania. Jest to ważny powód słabej wydajności pierścienia tłokowego, zwłaszcza gdy tłok znajduje się w pobliżu górnego martwego punktu, stan smarowania jest w stanie smarowania granicznego, czasami nawet w stanie tarcia suchego.
W normalnych okolicznościach nie ma tarcia między głowicą tłoka a tuleją cylindra. Podczas pracy silnika wysokoprężnego wokół głowicy tłoka tworzą się osady węglowe, które są twarde i trudne do czyszczenia. Wzrost osadów węglowych powoduje zwiększenie średnicy tłoka. Gdy tłok porusza się wewnątrz cylindra, osady węglowe na głowicy generują tarcie z tuleją cylindra, poważnie uszkadzając film olejowy i znacznie zwiększając szybkość zużycia tulei cylindra i pierścienia tłokowego.
Podczas pracy silnika wysokoprężnego tuleja cylindra będzie się nierównomiernie zużywać, co spowoduje owalność i walcowość odpowiednio w kierunku obwodowym i osiowym. Gdy pierścień tłokowy porusza się wewnątrz cylindra, będzie on podlegał okresowym ruchom otwierania i zamykania;
Jednocześnie nieuchronnie pojawią się błędy eliptyczności pierścienia tłokowego i tulei cylindra.
Szczególnie po wymianie pierścienia tłokowego na nowy, na powierzchni uszczelniającej między pierścieniem tłokowym a tuleją cylindra wystąpią różne stopnie lekkiego wycieku. Zazwyczaj wymagane jest, aby całkowity lekki wyciek nowego pierścienia tłokowego zamontowanego w cylindrze był mniejszy niż 90 stopni, ciągły lekki wyciek powinien być mniejszy niż 30 stopni i nie powinno być żadnego lekkiego wycieku w zakresie 30 stopni po obu stronach połączenia.
Wysokiej jakości nowe pierścienie tłokowe mogą spełnić powyższe wymagania, jednak w ostatnich latach wiele firm, aby obniżyć koszty, zamiast oryginalnych części zamiennych stosuje tańsze pierścienie tłokowe.
Z powodu różnic w materiałach i technikach przetwarzania, a także znacznych błędów wymiarowych w procesie produkcji, występuje nadmierna utrata światła.
Jednocześnie elastyczność pierścienia tłokowego zmniejsza się zbyt mocno podczas pracy w wysokich temperaturach. W przypadku nagromadzenia się węgla i zablokowania rowka pierścienia, ilość wycieku wzrośnie, powodując działanie gazu pod wysokim ciśnieniem na zewnętrzną powierzchnię roboczą pierścienia od punktu wycieku, powodując zaklinowanie się pierścienia tłokowego w rowku pierścienia, co może spowodować utkniecie pierścienia w rowku pierścienia i wywołać zjawisko przytrzymywania pierścienia;
Gdy ciśnienie gazu spadnie, pierścień tłokowy, który został pierwotnie ściśnięty, wyskoczy ponownie pod wpływem własnej sprężystości.
Tego rodzaju okresowe, powtarzające się działanie z czasem doprowadzi do pęknięć zmęczeniowych w punktach o słabej wytrzymałości.
Praktyka wykazała, że główną przyczyną pękania pierścieni tłokowych jest zjawisko ściskania pierścieni tłokowych.
Ponadto w niektórych silnikach Diesla stwierdzono, że pierścień tłokowy pęka w momencie zetknięcia się z piastą tulei cylindra i wiszącym portem powietrza na końcu pierścienia.
3. Wpływ paliwa i oleju cylindrowego
Paliwo wykorzystywane na statkach często ulega zmianie ze względu na zmiany portów tankowania, a wskaźniki wydajności paliwa pochodzącego z różnych krajów i od różnych producentów znacznie się różnią ze względu na różnice w pochodzeniu i procesach wytopu.
Jeśli do oczyszczania używa się separatora paliwa, należy wybrać odpowiednie pierścienie o gęstości właściwej dla różnych paliw, a proces powinien być przeprowadzany w wyższych temperaturach (takich jak 95-98 stopnia), o ile to możliwe. W zależności od sytuacji separatory paliwa powinny być połączone szeregowo lub równolegle, w przeciwnym razie wpłynie to na efekt obróbki paliwa.
Jeżeli zawartość aluminium, krzemu i popiołu w paliwie jest zbyt wysoka, powoduje to zwiększone zużycie pierścieni tłokowych i tulei cylindrowych, co nieuchronnie wpływa na proces spalania w silniku wysokoprężnym i prowadzi do wysokich temperatur wewnątrz komory spalania;
Jednocześnie, ze względu na to, że niektóre silniki Diesla pracują przy niskich prędkościach i niskich obciążeniach przez długi czas lub często wchodzą i wychodzą z portów, bez regulacji objętości oleju w cylindrze, objętość wtrysku oleju w cylindrze wzrasta. Nadmiar oleju w cylindrze gromadzi się w rowku pierścienia z powodu efektu pompowania pierścienia tłokowego. Gdy temperatura wewnątrz cylindra jest zbyt wysoka, nagromadzony olej smarujący spala się, tworząc osady węglowe, które stają się przyczyną przylegania i pękania pierścienia tłokowego.
4. Wpływ codziennych prac konserwacyjnych i zarządczych
Dobre wykonywanie codziennych czynności zarządczych odgrywa ważną rolę w unikaniu usterek, takich jak przywieranie i pękanie pierścieni tłokowych.
1) Po wymianie tulei cylindra lub pierścienia tłokowego w silniku wysokoprężnym konieczne jest utrzymanie niskich obrotów.
Wystarczająco długi czas docierania przy niskim obciążeniu, przy jednoczesnym zwiększeniu ilości wtryskiwanego oleju do cylindra w okresie docierania, pozwala uniknąć przegrzania powierzchni ciernej i ściągnięcia cylindra lub pęknięcia pierścienia tłokowego z powodu niepełnego dopasowania kształtu i chropowatości powierzchni pierścienia i tulei cylindra w okresie docierania;
2) Podczas normalnej pracy temperatura i ciśnienie wody chłodzącej i oleju chłodzącego powinny być kontrolowane i utrzymywane w normalnym zakresie;
Jednocześnie należy zwrócić uwagę na zmiany parametrów, a najważniejsza jest szybkość zmiany każdego parametru;
Regularnie mierz wykres dynamometru, analizuj ciśnienie sprężania, ciśnienie wybuchu, punkt rozpoczęcia spalania, rozkład obciążenia itp., aby określić, czy proces spalania przebiega prawidłowo, oceń stan roboczy cylindra i pierścienia tłokowego, wykryj na czas objawy usterki i podejmij odpowiednie środki zaradcze w oparciu o przyczynę usterki;
3) Regularnie otwieraj skrzynkę czyszczącą, aby zmierzyć luz między pierścieniami tłokowymi, załóż plik do wykorzystania każdego pierścienia tłokowego i sprawdź podstawowe warunki pierścieni tłokowych, tulei cylindrowych, wtrysku oleju do cylindra itp. przez otwór czyszczący. Jeśli zostanie stwierdzone jakiekolwiek przywieranie lub pęknięcie pierścieni tłokowych, cylinder należy w odpowiednim czasie podnieść w celu konserwacji.