La función principal del anillo del pistón es sellar la cámara de combustión, asegurando que cuando el pistón llega al punto muerto superior, el aire fresco en la cámara de combustión tenga suficiente temperatura y presión para cumplir con la temperatura de combustión del combustible y hacer que se queme rápida y completamente;
Las condiciones de trabajo del pistón, el anillo del pistón y la camisa del cilindro son extremadamente duras y la pérdida de fricción entre ellos representa entre el 55% y el 60% de la potencia total de pérdida por fricción del motor diésel.
Por lo tanto, el estado de funcionamiento del anillo del pistón desempeña un papel decisivo en la integridad de la combustión del combustible y en el estado de funcionamiento del motor diésel. Es especialmente importante gestionar y mantener el funcionamiento del anillo del pistón para garantizar el buen funcionamiento del motor diésel.
Fenómenos de avería, análisis de causas y medidas de tratamiento de los anillos de pistón
Los principales fallos de los anillos de pistón incluyen rotura, adherencia, desgaste anormal, etc.
Cuando ocurren las fallas mencionadas anteriormente, generalmente causan fenómenos como fugas en la cámara de combustión, aumento de la temperatura del escape, emisión de humo negro del escape, contaminación del aceite en la caja de empaque y aumento de la temperatura del agua del revestimiento del cilindro.
Durante mi permanencia en el barco "Solace", el modelo de motor principal era un motor diésel MAN B&W6L60MC con barrido de corriente continua y funcionó durante 14 años.
En el fondeadero de Vancouver se realizó el mantenimiento normal y el izado de los cilindros del motor principal 1# y 3#. Si bien el desgaste de los anillos de pistón no llegó al límite y el pistón y las ranuras de los anillos de pistón estaban en buenas condiciones, considerando que el próximo izado de los cilindros demorará otras 8000-10000 horas.
Por lo tanto, se reemplazaron todos los anillos del pistón.
La válvula de escape del cilindro 1 se reemplazó durante aproximadamente 800 horas, y la válvula de escape del cilindro 3 se reemplazó durante aproximadamente 500 horas.
Después de salir de Vancouver por más de 3 días, cambié a aceite (RMG380795t) agregado de Lianyungang. El resultado de la prueba mostró que las impurezas excedían el estándar, con un contenido de aluminio y silicio que alcanzaba el 60, y la cantidad máxima era 80. En menos de un día, descubrí que la temperatura del combustible que ingresaba a los motores principal y auxiliares disminuía gradualmente y la temperatura del aceite no se podía ajustar. También descubrí que la diferencia de presión del filtro secundario de combustible era grande y el lavado a contracorriente continuo no se detenía.
Después de desmontar y limpiar manualmente los filtros secundarios de las máquinas principal y auxiliar, la diferencia de presión y la temperatura volvieron a la normalidad. Sin embargo, en menos de un día, el lavado automático continuó sin detenerse. Por lo tanto, se puso en marcha otro separador de aceite en paralelo para reducir el volumen de separación de aceite de un solo separador de aceite y acortar el intervalo de descarga de escoria a 1 hora. Sin embargo, la situación no mejoró.
Más tarde, se descubrió que la temperatura de escape de los cilindros 1 y 3 aumentaba gradualmente y era significativamente más alta que la de los otros cuatro cilindros. No hubo una mejora significativa en la operación de desaceleración, y el color de escape del motor principal se volvió más pesado y se observó un humo más espeso. Cuando las condiciones del mar no eran buenas, la turbina también tenía un ligero aumento repentino.
Al medir los diagramas dinamométricos de cada cilindro, se encontró que las presiones de compresión del cilindro 1 # y del cilindro 3 # fueron 5,6 MP y 5,4 MP, respectivamente, mientras que las presiones de compresión de los otros cilindros fueron 6,7 MP. La presión de explosión también fue menor para el cilindro 1 # y el cilindro 3 #.
El fenómeno indica que hay un problema con el sellado de los cilindros 1# y 3#: uno es la válvula de escape y el otro es el anillo del pistón.
En los próximos días se irá estabilizando poco a poco y será necesario desmontar y limpiar los filtros de combustible secundarios de los motores principal y auxiliares una vez al día hasta que el barco llegue a Incheon, Corea del Sur.
Después de llegar al puerto, lo primero que se hizo fue abrir la puerta de la caja de barrido e inspeccionar los pistones, los anillos de pistón y las camisas de los cilindros de cada cilindro. Se encontró que los pistones estaban muy sucios, y algunos de los anillos de pistón de los cilindros 1 y 3 ya se habían roto o adherido, y las camisas de los cilindros estaban ligeramente arrancadas. El aceite en los cilindros 1 y 3 parecía ser insuficiente, mientras que el resto de los cilindros estaban relativamente normales, solo ligeramente sucios. Había residuos evidentes de aceite y lodos en la parte inferior de las camisas de los cilindros.
Hemos decidido levantar nuevamente los cilindros 1# y 3#.
Al levantar el cilindro, se encontró que, a excepción del anillo de pistón inferior que estaba normal, todos los demás anillos de pistón del cilindro 3 estaban doblados en 3 o 4 secciones, o el primer anillo de pistón del cilindro 1 estaba severamente adherido a la ranura del anillo de pistón, mientras que los otros anillos de pistón tenían diferentes formas de fractura.
Afortunadamente, no hay ninguna erosión o protuberancia evidente en la ranura del anillo del pistón, y el revestimiento del cilindro solo está ligeramente tirado.
Según el análisis del fenómeno:
La causa más directa de rotura y adherencia de los anillos del pistón en los cilindros 1 y 3 es:
Una de ellas es que existen graves defectos de calidad en los anillos del pistón, ya que solo los anillos del pistón recién reemplazados del cilindro 1 y del cilindro 3 están rotos o atascados, mientras que los anillos del pistón de los demás cilindros son básicamente normales;
El segundo problema es la calidad del combustible. Aunque hemos tomado muchas medidas para purificar el combustible, como descargar con frecuencia los residuos en los tanques de sedimentación y los tanques de uso diario, operar en paralelo para reducir la capacidad de separación de aceite del separador de aceite y aumentar la temperatura de calentamiento de los tanques de sedimentación, los tanques de uso diario y los separadores de aceite, los separadores de aceite tradicionales son difíciles de separar por completo las pequeñas impurezas como el aluminio, el silicio y las cenizas, lo que da como resultado un aumento de las impurezas en el combustible.
Durante el proceso de combustión del cilindro, las partículas de silicio se adhieren a la pared de la camisa del cilindro, acelerando el desgaste entre el anillo del pistón y la camisa del cilindro, provocando que el anillo del pistón se adhiera y finalmente se rompa;
El aluminio en el aceite puede provocar corrosión a alta temperatura y acelerar el desgaste de los anillos de pistón y las camisas de los cilindros.
Después de obtener la aprobación de la empresa, limpiamos el anillo viejo y lo reemplazamos.
Por supuesto, antes se ha realizado un tratamiento simple para la tensión de la ranura del anillo del pistón y la camisa del cilindro.
Además, se han realizado algunos ajustes en el volumen de inyección de aceite de los inyectores de los cilindros 1# y 3#, ya que se han reemplazado por anillos antiguos y es necesario reducir adecuadamente el volumen de aceite requerido.
Durante los diez días que han transcurrido desde Corea del Sur hasta Australia, el estado de funcionamiento del host ha sido bueno, la temperatura de escape es básicamente la misma y la presión de compresión y la presión de explosión medidas por el dinamómetro también son básicamente las mismas. El host está funcionando normalmente.
La razón por la que el filtro de combustible secundario todavía se desmonta y se limpia una vez al día se debe al exceso de impurezas en el combustible.
A partir de las fallas anteriores, se puede encontrar que cuando el rendimiento de sellado del anillo del pistón se reduce o se pierde debido a la fractura o la adhesión, se producirán diferentes grados de escape de gases del cilindro, lo que resultará en una disminución significativa en la cantidad de aire fresco en el cilindro, causando una disminución en la presión de compresión, un aumento en la temperatura de escape, un aumento en la temperatura del agua de enfriamiento y el motor diésel funcionando a baja velocidad y alta carga. La disminución en el volumen de aire deteriora la combustión y la energía de los gases de escape aumenta significativamente en comparación con las condiciones normales. La velocidad del turbocompresor aumenta y la presión de barrido aumenta.
En el caso de que la velocidad del motor diésel se mantenga básicamente sin cambios, el consumo de aire del motor diésel es básicamente estable. Al mismo tiempo, la rotura y la adherencia de los anillos hacen que el gas fluya de regreso a la caja de barrido y, en casos graves, la caja de barrido puede incendiarse. Estos factores hacen que la contrapresión del turbocompresor aumente, lo que hace que funcione en un estado de bajo flujo y alta contrapresión, lo que destruye la adaptación normal del turbocompresor y provoca su silbido.
La aparición de los fenómenos anteriores puede deberse a una falla del anillo del pistón.
3, Análisis de otras causas de falla de los anillos de pistón
Además del material, la tecnología de procesamiento y la precisión dimensional del anillo del pistón, también está relacionado con las siguientes razones.
1. La influencia de la holgura entre los anillos del pistón
La superposición del anillo del pistón puede garantizar que haya espacio para la expansión térmica del anillo del pistón durante el funcionamiento y, al mismo tiempo, puede permitir que el anillo del pistón tenga un cierto movimiento circunferencial durante el funcionamiento normal.
Cuando la holgura entre los anillos del pistón es demasiado pequeña, limitará la expansión térmica del pistón durante el funcionamiento y provocará compresión en la junta, lo que facilitará que los anillos se rompan en el lado opuesto de la junta.
Debido al desgaste de los anillos del pistón y de las camisas de los cilindros durante el movimiento, la holgura entre las juntas de los anillos aumentará gradualmente.
Cuando la holgura entre las juntas es demasiado grande, provocará un desequilibrio grave en la fuerza radial del pistón.
La fuerza radial se compone principalmente de la fuerza elástica del propio anillo y la fuerza del gas que actúa sobre la parte posterior del anillo. La presencia del espacio entre las juntas de solape hace que la fuerza combinada de las dos provoque un desgaste desigual en el lado opuesto de la junta de solape, lo que puede provocar la fractura del anillo en casos graves.
Al mismo tiempo, el espesor radial del anillo del pistón disminuye y la elasticidad disminuye. Si la ranura del anillo está muy obstruida, es fácil que el anillo se adhiera.
En el funcionamiento real, el tamaño de la holgura entre los anillos del pistón es un indicador importante para juzgar el estado de desgaste de los anillos del pistón.
Por lo tanto, cuando el host se detiene, se debe verificar periódicamente el estado de funcionamiento del anillo del pistón y si hay adherencia o rotura a través de la caja de barrido.
Si lo hay, se debe inspeccionar el cilindro de elevación para evitar la expansión de la falla.
El valor de la holgura entre el anillo del pistón y la junta debe compararse con los requisitos del manual para determinar si excede el valor límite;
En segundo lugar, se debe determinar la tasa de desgaste del anillo del pistón comparándolo con el espacio medido la última vez.
Si la tasa de desgaste del anillo aumenta repentinamente dentro de un cierto intervalo de tiempo, se debe identificar y resolver la causa, como falla del sistema de inyección de combustible, deterioro del aceite del cilindro, exceso de cenizas e impurezas de combustible, etc.
Al registrar los archivos de cada anillo de esta manera, no solo se puede analizar sistemáticamente el fenómeno de falla del anillo del pistón, sino que también se puede comparar la influencia de la calidad, el combustible y el aceite lubricante de diferentes lotes de repuestos en la tasa de desgaste.
2. La influencia del ajuste entre los anillos del pistón y las camisas del cilindro
La posibilidad de lograr una lubricación líquida completa ideal depende principalmente de factores como la forma del movimiento, la velocidad y el rendimiento del aceite lubricante del "par de movimiento".
La velocidad de movimiento del anillo del pistón dentro del revestimiento del cilindro cambia constantemente durante toda la carrera, con una velocidad de movimiento cero en los puntos muertos superior e inferior. Al mismo tiempo, está sujeto al impacto de gas a alta temperatura, lo que dificulta la formación de una buena lubricación. Esta es una razón importante para el bajo rendimiento del anillo del pistón, especialmente cuando el pistón está cerca del punto muerto superior, el estado de lubricación está en un estado de lubricación límite, a veces incluso en un estado de fricción seca.
En circunstancias normales, no hay fricción entre la cabeza del pistón y la camisa del cilindro. Con el funcionamiento del motor diésel, se formarán depósitos de carbón alrededor de la cabeza del pistón, que son duros y difíciles de limpiar. El aumento de los depósitos de carbón hace que el diámetro del pistón aumente. Cuando el pistón se mueve dentro del cilindro, los depósitos de carbón en la cabeza generan fricción con la camisa del cilindro, dañando gravemente la película de aceite y aumentando significativamente la tasa de desgaste de la camisa del cilindro y el anillo del pistón.
Con el funcionamiento del motor diésel, el revestimiento del cilindro experimentará un desgaste desigual, lo que dará como resultado ovalidad y cilindricidad en las direcciones circunferencial y axial, respectivamente. Cuando el anillo del pistón se mueve dentro del cilindro, experimentará movimientos periódicos de apertura y cierre;
Al mismo tiempo, inevitablemente habrá errores en la elipticidad del anillo del pistón y del revestimiento del cilindro.
Especialmente después de reemplazar el anillo de pistón por uno nuevo, se producirán diferentes grados de fuga de luz en la superficie de contacto de sellado entre el anillo de pistón y el revestimiento del cilindro. Por lo general, se requiere que la fuga de luz total del nuevo anillo de pistón instalado en el cilindro sea inferior a 90 grados, la fuga de luz continua debe ser inferior a 30 grados y no debe haber fuga de luz dentro del rango de 30 grados en ambos lados de la junta.
Los anillos de pistón nuevos de alta calidad pueden cumplir con los requisitos anteriores, pero en los últimos años, muchas empresas han utilizado anillos de pistón de bajo precio en lugar de repuestos originales para reducir costos.
Debido a las diferencias en los materiales y técnicas de procesamiento, así como a errores dimensionales significativos en la fabricación, se produce una fuga de luz excesiva.
Al mismo tiempo, la elasticidad del anillo del pistón disminuye demasiado cuando se trabaja a altas temperaturas. Cuando se encuentra acumulación de carbón y bloqueo en la ranura del anillo, la cantidad de fuga aumentará, lo que hará que el gas a alta presión actúe sobre la superficie de trabajo exterior del anillo desde el punto de fuga, lo que hará que el anillo del pistón se acuñe en la ranura del anillo, lo que puede hacer que el anillo se atasque en la ranura del anillo y produzca el fenómeno de retención del anillo;
Cuando la presión del gas disminuye, el anillo del pistón que originalmente estaba comprimido volverá a salir debido a su propia elasticidad.
Esta acción repetitiva periódica, a lo largo del tiempo, provocará fracturas por fatiga en los puntos de resistencia débiles.
La práctica ha demostrado que el fenómeno de la compresión del anillo del pistón es la principal causa de la fractura del anillo.
Además, se ha encontrado en algunos motores diésel que el anillo del pistón se rompe cuando toca el saliente de la camisa del cilindro y el puerto de aire colgante en el extremo del anillo.
3. La influencia del combustible y del aceite del cilindro
El combustible utilizado a bordo de los barcos cambia a menudo debido a los cambios en los puertos de reabastecimiento, y los indicadores de rendimiento del combustible de diferentes países y fabricantes varían enormemente debido a las diferencias en el origen y los procesos de fundición.
Si se utiliza un separador de combustible para la purificación, se deben seleccionar anillos de gravedad específica correspondientes para diferentes combustibles y el proceso se debe llevar a cabo a temperaturas más altas (como 95-98 grados) tanto como sea posible. Dependiendo de la situación, los separadores de combustible se deben conectar en serie o en paralelo, de lo contrario afectará el efecto del tratamiento del combustible.
Si el contenido de aluminio, silicio y cenizas en el combustible es demasiado alto, provocará un mayor desgaste en los anillos del pistón y las camisas de los cilindros, lo que inevitablemente afectará el proceso de combustión del motor diésel y dará como resultado altas temperaturas dentro de la cámara de combustión;
Al mismo tiempo, debido a que algunos motores diésel funcionan a bajas velocidades y cargas bajas durante mucho tiempo o entran y salen con frecuencia de los puertos, sin ajustar el volumen de aceite del cilindro, el volumen de inyección de aceite del cilindro aumenta. El exceso de aceite del cilindro se acumula en la ranura del anillo debido al efecto de bombeo del anillo del pistón. Cuando la temperatura dentro del cilindro es demasiado alta, el aceite lubricante acumulado se quema y forma depósitos de carbón, que se convierten en la causa de la adherencia y rotura del anillo del pistón.
4. El impacto de los trabajos diarios de mantenimiento y gestión
Realizar un buen trabajo en la gestión diaria juega un papel importante para evitar fallos como adherencias y roturas de anillos de pistón.
1) Después de reemplazar la camisa del cilindro o el anillo del pistón en el motor diésel, es necesario mantener una velocidad baja.
Un tiempo suficiente para el rodaje con baja carga, mientras se aumenta la cantidad de inyección de aceite en el cilindro durante el período de rodaje, puede evitar el sobrecalentamiento de la superficie de fricción y causar tirones en el cilindro o rotura del anillo del pistón debido a una coincidencia incompleta de la forma y la rugosidad de las superficies del anillo y del revestimiento del cilindro durante el período de rodaje;
2) Durante el funcionamiento normal, la temperatura y la presión del agua de enfriamiento y del aceite de enfriamiento deben controlarse y mantenerse dentro del rango normal;
Al mismo tiempo, preste atención a los cambios en los parámetros, y lo más importante es la velocidad de cambio de cada parámetro;
Mida periódicamente el gráfico del dinamómetro, analice la presión de compresión, la presión de explosión, el punto de inicio de la combustión, la distribución de la carga, etc., para determinar si el proceso de combustión es bueno, juzgar el estado de funcionamiento del cilindro y el anillo del pistón, detectar oportunamente los síntomas de falla y tomar las medidas correspondientes según la causa de la falla;
3) Abrir periódicamente la caja de barrido para medir la holgura entre los anillos del pistón, establecer un archivo para el uso de cada anillo del pistón y verificar las condiciones básicas de los anillos del pistón, las camisas de los cilindros, la inyección de aceite del cilindro, etc. a través del puerto de barrido. Si se encuentra alguna adherencia o rotura de los anillos del pistón, se debe levantar el cilindro para realizar el mantenimiento de manera oportuna.