活塞環(huán)的功能、表面處理和運(yùn)行條件
發(fā)布時(shí)間：2023-11-05 點(diǎn)擊：162
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柴油發(fā)電機(jī)組活塞環(huán)的功能、表面處理和運(yùn)行條件
柴油發(fā)電機(jī)的活塞環(huán)應(yīng)具備高的耐磨性、耐熱性、耐腐蝕性、貯油性、磨合性、導(dǎo)熱性、強(qiáng)韌性、彈性和易加工性等，因而活塞環(huán)采用優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵、球墨鑄鐵、合金鑄鐵和鋼帶制成。通常對(duì)第一道氣環(huán)外圓面的表面進(jìn)行鍍鉻或噴鉬處理。多孔性鍍鉻層硬度高，并能儲(chǔ)存少量潤(rùn)滑油，有利于改善潤(rùn)滑和減輕磨損。鉬的熔點(diǎn)很高，也具有多孔性，因此，噴鉬同樣可以提高活塞環(huán)的耐磨性。其他各道活塞環(huán)大多采用鍍錫或磷化處理，以改善其磨合性。但是，鋼帶組合油環(huán)的上下刮片，其外圓面均進(jìn)行多孔鍍鉻處理。
活塞環(huán)結(jié)構(gòu)圖
一、活塞環(huán)結(jié)構(gòu)和作用
活塞環(huán)的結(jié)構(gòu)形狀對(duì)活塞環(huán)缸套系統(tǒng)的磨損有著非常大的影響。增加活塞環(huán)的軸向高度，可以降低缸套的粘著磨損，但同時(shí)會(huì)使缸套的磨粒磨損增加，選擇合適的軸向高度，可以獲得最優(yōu)化的活塞環(huán)磨損性能。活塞環(huán)分為氣環(huán)和油環(huán)兩種。
1、氣環(huán)
（1）氣環(huán)的主要功用
氣環(huán)的主要功用是保證活塞與氣缸壁密封，防止氣缸內(nèi)的混合氣和高溫燃?xì)饴┤肭S箱，并將活塞頂部接受的熱量傳給氣缸壁，避免活塞過熱。氣環(huán)開有缺口并具有彈性。在自由狀態(tài)時(shí)外徑大于氣缸直徑，呈非圓形。裝入氣缸后，在自身彈力及環(huán)背所受氣體壓力的作用下，使環(huán)緊密貼在缸壁上，從而實(shí)現(xiàn)氣缸密封。同時(shí)，安裝活塞時(shí)，各活塞環(huán)的開口應(yīng)避開活塞銷軸線方向，且各道活塞環(huán)開口應(yīng)相互錯(cuò)開，使氣體只能沿一曲折通道向下泄漏，以增強(qiáng)密封效果。
●密封作用
燃燒室必須盡可能的密封氣體，這樣快速燃燒的油氣混合物才能推動(dòng)汽缸的活塞向下運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，此功能稱為"密封氣體"。其中第一道環(huán)密封80-90%的氣體；第二道環(huán)密封10-20%的氣體；油環(huán)密封約5%的氣體。
●控油作用
是指避免機(jī)油過多進(jìn)入燃燒室，將機(jī)油消耗保持在所需水平，同時(shí)降低有害廢氣排放。其中油環(huán)控制約70-90%的機(jī)油，氣環(huán)控制約10-20%的機(jī)油。
●傳熱作用
指活塞環(huán)將熱量從高溫的活塞傳導(dǎo)至冷卻的汽缸壁或發(fā)動(dòng)機(jī)缸體上。
○傳熱的途徑∶
活塞---活塞環(huán)---汽缸----冷卻介質(zhì)（缸體）
○傳熱的效率∶
70%~80%的熱量從活塞環(huán)槽由活塞環(huán)傳至汽缸壁。
活塞環(huán)密封作用示意圖
（2）氣環(huán)泵油過程
柴油機(jī)工作時(shí)，一部分在氣缸壁上的潤(rùn)滑油會(huì)竄入燃燒室。氣環(huán)在環(huán)槽中上下留有側(cè)隙，背后也有間隙。這些間隙的存在，導(dǎo)致了氣環(huán)的泵油作用。當(dāng)活塞向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，在氣環(huán)與缸壁間的摩擦力和環(huán)的慣性力作用下，氣環(huán)緊壓在環(huán)槽的上端面，于是潤(rùn)滑油進(jìn)入氣環(huán)下面和氣環(huán)背后的間隙中。當(dāng)活塞向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，氣環(huán)又壓向環(huán)槽的下端面，把潤(rùn)滑油擠壓向上。如此反復(fù)進(jìn)行，潤(rùn)滑油就被泵入燃燒室而形成積炭。
活塞與缸壁之間不是完全貼合，而是有間隙的。而這個(gè)間隙，最終是由活塞環(huán)來填充，更確切地說，最終是由機(jī)油來填充活塞環(huán)與缸壁的間隙?；钊谏闲械倪^程中，活塞環(huán)靠環(huán)槽下部貼合，這個(gè)過程中，先前存儲(chǔ)在環(huán)槽中的機(jī)油則會(huì)被泵至缸壁中，這部分機(jī)油，將可能會(huì)在燃燒高溫過程中被消耗掉。
活塞環(huán)氣環(huán)泵油原理圖
2、油環(huán)
（1）油環(huán)的主要作用
油環(huán)的主要作用是刮掉氣缸壁上多余的機(jī)油，并在氣缸壁上鋪涂一層均勻的機(jī)油油膜，這樣可以防止機(jī)油竄入氣缸燃燒，又可以減少活塞及活塞環(huán)與氣缸壁的磨損。油環(huán)是一種活塞環(huán)，分為普通油環(huán)和組合油環(huán)?；钊h(huán)是用于嵌入活塞槽溝內(nèi)部的金屬環(huán)，其間隙作用是在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中與高溫氣體接觸發(fā)生熱膨脹現(xiàn)象，周期性的往復(fù)運(yùn)動(dòng)又使其出現(xiàn)徑向脹縮變形，為保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常的工作，活塞環(huán)在氣缸內(nèi)具有間隙。
（2）油環(huán)刮油過程
油環(huán)刮除飛濺到缸壁上的多余潤(rùn)滑油，并將潤(rùn)滑油均布在氣缸壁上。既能防止?jié)櫥蜕蟼鞯交钊敳慷鹑紵曳e炭和潤(rùn)滑油消耗，又能改善潤(rùn)滑條件，減小摩擦和磨損。
當(dāng)安裝刮油環(huán)時(shí)，刮刃為錐狀表面時(shí)，要把刮刃的尖端放在下方，以便油環(huán)下行時(shí)刮油，上行時(shí)讓滑油從它的傾斜面上流過，如果裝反，它就會(huì)向上刮油，加強(qiáng)了氣環(huán)的泵油作用，使大量的滑油進(jìn)入燃燒室中燃燒。雙刃環(huán)開有泄油孔，而油環(huán)槽都開有泄油孔，以便刮下的滑油流回曲拐箱。
活塞環(huán)油環(huán)刮油原理圖
二、活塞環(huán)的表面處理
對(duì)缸套活塞環(huán)進(jìn)行表面處理能夠有效改善摩擦副磨損性能，防止表面磨損失效。常見的表面處理方法有鍍鉻、噴鉬以及硬質(zhì)履層。鍍鉻可使摩擦表面光滑，具備良好的抗磨性能。鉬層具備良好的耐磨性和抗拉性。工程實(shí)踐中一般對(duì)缸套進(jìn)行鍍鉻，對(duì)活塞環(huán)進(jìn)行噴鉬。噴鉬環(huán)的耐熱、耐磨和耐腐燭較低，為了彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)，一般對(duì)活塞環(huán)進(jìn)行硬質(zhì)履層。其他較為常見的表面處理工藝還有等離子注入法、表面潤(rùn)化處理和表面復(fù)合處理等等。
1、鍍鉻
鍍鉻的優(yōu)點(diǎn)是硬度高（hv900～1000），抗磨料磨損性能好；熔點(diǎn)高（1770℃），改善耐熔著性能導(dǎo)熱性好鍍鉻層；摩擦系數(shù)小。
2、噴鉬
噴鉬層是多孔組織的貯油結(jié)構(gòu)覆層，噴鉬的優(yōu)點(diǎn)是儲(chǔ)油性好；縮短初期磨合期熔點(diǎn)高（2640℃）；耐蝕性、氣密性與鍍鉻相近；導(dǎo)熱性好。
3、磷化
具有柔軟、存油等性質(zhì)，能改善磨合和抗拉缸性能，有防蝕、防銹作用。磷化處理所需設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、成本低、效率高
4、氮化
氮化的優(yōu)點(diǎn)是提高表面硬度，降低摩擦，增強(qiáng)耐磨性；抗腐蝕性能好，導(dǎo)熱性能優(yōu)良；有一定的抗熔著磨損性能。
三、活塞環(huán)運(yùn)行條件
活塞環(huán)在高溫、高壓、潤(rùn)滑條件差的條件下工作。各環(huán)隨活塞運(yùn)動(dòng)到缸的上部時(shí)，幾乎是干摩擦或是邊界摩擦，而且冷、熱氣體壓力交替變化。同時(shí)，活塞環(huán)的彈性使環(huán)緊緊壓向氣缸壁。因此，各活塞環(huán)除在活塞環(huán)槽內(nèi)隨活塞上下運(yùn)動(dòng)而在活塞環(huán)槽內(nèi)運(yùn)動(dòng)外，還在縱向受氣缸圓度影響而橫向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)氣缸磨損為上孔大、下孔小時(shí)，活塞環(huán)的橫向運(yùn)動(dòng)面更大。尤其是第一道氣環(huán)在活塞上升時(shí)，氣環(huán)下平面與活塞環(huán)槽下平面接觸。
因此，壓縮行程時(shí)，新鮮混合氣一小部分進(jìn)入側(cè)隙和背隙，隨活塞向上運(yùn)動(dòng)，混合氣壓力和溫度越來越高，活塞環(huán)在彈力和氣體壓力作用下，緊緊壓在氣缸壁上，當(dāng)燃燒爆發(fā)時(shí)，高溫、高壓的燃燒混合氣更要竄入第一環(huán)與槽構(gòu)成的側(cè)隙、背隙，迫使第一氣環(huán)更緊緊壓在氣缸壁上。從這一點(diǎn)看，第一道氣環(huán)磨損最嚴(yán)重，而且第一道氣環(huán)與廢氣直接接觸，因此它還受電化學(xué)腐蝕。如果空氣濾清器失效，第一道氣環(huán)首當(dāng)其沖受塵埃影響。塵埃更加速氣缸與活塞環(huán)之間的磨損、加速活塞環(huán)在環(huán)槽內(nèi)、與活塞環(huán)槽的磨損，甚至拉缸。它是整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)壽命最短的零件。
轉(zhuǎn)速對(duì)缸套和活塞環(huán)的磨損性能影響很大。隨著轉(zhuǎn)速的增加，行程上下止點(diǎn)處的微凸體接觸減少，粘著磨損量隨之減少，但會(huì)導(dǎo)致磨粒磨損量增加?；钊h(huán)彈力的大小與分布也對(duì)活塞環(huán)缸套的磨損有很大影響。增加活塞環(huán)的彈力，兩表面之間的微凸體接觸增加，導(dǎo)致活塞環(huán)與缸套之間的磨損的增加，在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)該避免無限制地增大活塞環(huán)彈力。
康明斯發(fā)電機(jī)組有哪些功能特點(diǎn)？
靜音性能好，是學(xué)校選擇低噪音柴油發(fā)電機(jī)組原因
同步交流發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)
運(yùn)營(yíng)成本價(jià)格更低，柴油發(fā)電機(jī)評(píng)分高于其它燃料機(jī)組原因所在
介紹如何維護(hù)ATS全自動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組
備用柴油發(fā)電機(jī)組機(jī)油溫度表工作原理及壓力過低原因
柴油發(fā)電機(jī)動(dòng)力不足的主要原因
柴油發(fā)電機(jī)溫度試驗(yàn)儀器的測(cè)量原理
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活塞環(huán)結(jié)構(gòu)圖
一、活塞環(huán)結(jié)構(gòu)和作用
活塞環(huán)的結(jié)構(gòu)形狀對(duì)活塞環(huán)缸套系統(tǒng)的磨損有著非常大的影響。增加活塞環(huán)的軸向高度，可以降低缸套的粘著磨損，但同時(shí)會(huì)使缸套的磨粒磨損增加，選擇合適的軸向高度，可以獲得最優(yōu)化的活塞環(huán)磨損性能。活塞環(huán)分為氣環(huán)和油環(huán)兩種。
1、氣環(huán)
（1）氣環(huán)的主要功用
氣環(huán)的主要功用是保證活塞與氣缸壁密封，防止氣缸內(nèi)的混合氣和高溫燃?xì)饴┤肭S箱，并將活塞頂部接受的熱量傳給氣缸壁，避免活塞過熱。氣環(huán)開有缺口并具有彈性。在自由狀態(tài)時(shí)外徑大于氣缸直徑，呈非圓形。裝入氣缸后，在自身彈力及環(huán)背所受氣體壓力的作用下，使環(huán)緊密貼在缸壁上，從而實(shí)現(xiàn)氣缸密封。同時(shí)，安裝活塞時(shí)，各活塞環(huán)的開口應(yīng)避開活塞銷軸線方向，且各道活塞環(huán)開口應(yīng)相互錯(cuò)開，使氣體只能沿一曲折通道向下泄漏，以增強(qiáng)密封效果。
●密封作用
燃燒室必須盡可能的密封氣體，這樣快速燃燒的油氣混合物才能推動(dòng)汽缸的活塞向下運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，此功能稱為"密封氣體"。其中第一道環(huán)密封80-90%的氣體；第二道環(huán)密封10-20%的氣體；油環(huán)密封約5%的氣體。
●控油作用
是指避免機(jī)油過多進(jìn)入燃燒室，將機(jī)油消耗保持在所需水平，同時(shí)降低有害廢氣排放。其中油環(huán)控制約70-90%的機(jī)油，氣環(huán)控制約10-20%的機(jī)油。
●傳熱作用
指活塞環(huán)將熱量從高溫的活塞傳導(dǎo)至冷卻的汽缸壁或發(fā)動(dòng)機(jī)缸體上。
○傳熱的途徑∶
活塞---活塞環(huán)---汽缸----冷卻介質(zhì)（缸體）
○傳熱的效率∶
70%~80%的熱量從活塞環(huán)槽由活塞環(huán)傳至汽缸壁。
活塞環(huán)密封作用示意圖
（2）氣環(huán)泵油過程
柴油機(jī)工作時(shí)，一部分在氣缸壁上的潤(rùn)滑油會(huì)竄入燃燒室。氣環(huán)在環(huán)槽中上下留有側(cè)隙，背后也有間隙。這些間隙的存在，導(dǎo)致了氣環(huán)的泵油作用。當(dāng)活塞向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，在氣環(huán)與缸壁間的摩擦力和環(huán)的慣性力作用下，氣環(huán)緊壓在環(huán)槽的上端面，于是潤(rùn)滑油進(jìn)入氣環(huán)下面和氣環(huán)背后的間隙中。當(dāng)活塞向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，氣環(huán)又壓向環(huán)槽的下端面，把潤(rùn)滑油擠壓向上。如此反復(fù)進(jìn)行，潤(rùn)滑油就被泵入燃燒室而形成積炭。
活塞與缸壁之間不是完全貼合，而是有間隙的。而這個(gè)間隙，最終是由活塞環(huán)來填充，更確切地說，最終是由機(jī)油來填充活塞環(huán)與缸壁的間隙?；钊谏闲械倪^程中，活塞環(huán)靠環(huán)槽下部貼合，這個(gè)過程中，先前存儲(chǔ)在環(huán)槽中的機(jī)油則會(huì)被泵至缸壁中，這部分機(jī)油，將可能會(huì)在燃燒高溫過程中被消耗掉。
活塞環(huán)氣環(huán)泵油原理圖
2、油環(huán)
（1）油環(huán)的主要作用
油環(huán)的主要作用是刮掉氣缸壁上多余的機(jī)油，并在氣缸壁上鋪涂一層均勻的機(jī)油油膜，這樣可以防止機(jī)油竄入氣缸燃燒，又可以減少活塞及活塞環(huán)與氣缸壁的磨損。油環(huán)是一種活塞環(huán)，分為普通油環(huán)和組合油環(huán)?；钊h(huán)是用于嵌入活塞槽溝內(nèi)部的金屬環(huán)，其間隙作用是在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中與高溫氣體接觸發(fā)生熱膨脹現(xiàn)象，周期性的往復(fù)運(yùn)動(dòng)又使其出現(xiàn)徑向脹縮變形，為保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常的工作，活塞環(huán)在氣缸內(nèi)具有間隙。
（2）油環(huán)刮油過程
油環(huán)刮除飛濺到缸壁上的多余潤(rùn)滑油，并將潤(rùn)滑油均布在氣缸壁上。既能防止?jié)櫥蜕蟼鞯交钊敳慷鹑紵曳e炭和潤(rùn)滑油消耗，又能改善潤(rùn)滑條件，減小摩擦和磨損。
當(dāng)安裝刮油環(huán)時(shí)，刮刃為錐狀表面時(shí)，要把刮刃的尖端放在下方，以便油環(huán)下行時(shí)刮油，上行時(shí)讓滑油從它的傾斜面上流過，如果裝反，它就會(huì)向上刮油，加強(qiáng)了氣環(huán)的泵油作用，使大量的滑油進(jìn)入燃燒室中燃燒。雙刃環(huán)開有泄油孔，而油環(huán)槽都開有泄油孔，以便刮下的滑油流回曲拐箱。
活塞環(huán)油環(huán)刮油原理圖
二、活塞環(huán)的表面處理
對(duì)缸套活塞環(huán)進(jìn)行表面處理能夠有效改善摩擦副磨損性能，防止表面磨損失效。常見的表面處理方法有鍍鉻、噴鉬以及硬質(zhì)履層。鍍鉻可使摩擦表面光滑，具備良好的抗磨性能。鉬層具備良好的耐磨性和抗拉性。工程實(shí)踐中一般對(duì)缸套進(jìn)行鍍鉻，對(duì)活塞環(huán)進(jìn)行噴鉬。噴鉬環(huán)的耐熱、耐磨和耐腐燭較低，為了彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)，一般對(duì)活塞環(huán)進(jìn)行硬質(zhì)履層。其他較為常見的表面處理工藝還有等離子注入法、表面潤(rùn)化處理和表面復(fù)合處理等等。
1、鍍鉻
鍍鉻的優(yōu)點(diǎn)是硬度高（hv900～1000），抗磨料磨損性能好；熔點(diǎn)高（1770℃），改善耐熔著性能導(dǎo)熱性好鍍鉻層；摩擦系數(shù)小。
2、噴鉬
噴鉬層是多孔組織的貯油結(jié)構(gòu)覆層，噴鉬的優(yōu)點(diǎn)是儲(chǔ)油性好；縮短初期磨合期熔點(diǎn)高（2640℃）；耐蝕性、氣密性與鍍鉻相近；導(dǎo)熱性好。
3、磷化
具有柔軟、存油等性質(zhì)，能改善磨合和抗拉缸性能，有防蝕、防銹作用。磷化處理所需設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、成本低、效率高
4、氮化
氮化的優(yōu)點(diǎn)是提高表面硬度，降低摩擦，增強(qiáng)耐磨性；抗腐蝕性能好，導(dǎo)熱性能優(yōu)良；有一定的抗熔著磨損性能。
三、活塞環(huán)運(yùn)行條件
活塞環(huán)在高溫、高壓、潤(rùn)滑條件差的條件下工作。各環(huán)隨活塞運(yùn)動(dòng)到缸的上部時(shí)，幾乎是干摩擦或是邊界摩擦，而且冷、熱氣體壓力交替變化。同時(shí)，活塞環(huán)的彈性使環(huán)緊緊壓向氣缸壁。因此，各活塞環(huán)除在活塞環(huán)槽內(nèi)隨活塞上下運(yùn)動(dòng)而在活塞環(huán)槽內(nèi)運(yùn)動(dòng)外，還在縱向受氣缸圓度影響而橫向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)氣缸磨損為上孔大、下孔小時(shí)，活塞環(huán)的橫向運(yùn)動(dòng)面更大。尤其是第一道氣環(huán)在活塞上升時(shí)，氣環(huán)下平面與活塞環(huán)槽下平面接觸。
因此，壓縮行程時(shí)，新鮮混合氣一小部分進(jìn)入側(cè)隙和背隙，隨活塞向上運(yùn)動(dòng)，混合氣壓力和溫度越來越高，活塞環(huán)在彈力和氣體壓力作用下，緊緊壓在氣缸壁上，當(dāng)燃燒爆發(fā)時(shí)，高溫、高壓的燃燒混合氣更要竄入第一環(huán)與槽構(gòu)成的側(cè)隙、背隙，迫使第一氣環(huán)更緊緊壓在氣缸壁上。從這一點(diǎn)看，第一道氣環(huán)磨損最嚴(yán)重，而且第一道氣環(huán)與廢氣直接接觸，因此它還受電化學(xué)腐蝕。如果空氣濾清器失效，第一道氣環(huán)首當(dāng)其沖受塵埃影響。塵埃更加速氣缸與活塞環(huán)之間的磨損、加速活塞環(huán)在環(huán)槽內(nèi)、與活塞環(huán)槽的磨損，甚至拉缸。它是整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)壽命最短的零件。
轉(zhuǎn)速對(duì)缸套和活塞環(huán)的磨損性能影響很大。隨著轉(zhuǎn)速的增加，行程上下止點(diǎn)處的微凸體接觸減少，粘著磨損量隨之減少，但會(huì)導(dǎo)致磨粒磨損量增加?；钊h(huán)彈力的大小與分布也對(duì)活塞環(huán)缸套的磨損有很大影響。增加活塞環(huán)的彈力，兩表面之間的微凸體接觸增加，導(dǎo)致活塞環(huán)與缸套之間的磨損的增加，在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)該避免無限制地增大活塞環(huán)彈力。
康明斯發(fā)電機(jī)組有哪些功能特點(diǎn)？
靜音性能好，是學(xué)校選擇低噪音柴油發(fā)電機(jī)組原因
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運(yùn)營(yíng)成本價(jià)格更低，柴油發(fā)電機(jī)評(píng)分高于其它燃料機(jī)組原因所在
介紹如何維護(hù)ATS全自動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組
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