活塞环的功能、表面处理和运行条件
发布时间：2023-11-05 点击：156
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柴油发电机组活塞环的功能、表面处理和运行条件
柴油发电机的活塞环应具备高的耐磨性、耐热性、耐腐蚀性、贮油性、磨合性、导热性、强韧性、弹性和易加工性等，因而活塞环采用优质灰铸铁、球墨铸铁、合金铸铁和钢带制成。通常对第一道气环外圆面的表面进行镀铬或喷钼处理。多孔性镀铬层硬度高，并能储存少量润滑油，有利于改善润滑和减轻磨损。钼的熔点很高，也具有多孔性，因此，喷钼同样可以提高活塞环的耐磨性。其他各道活塞环大多采用镀锡或磷化处理，以改善其磨合性。但是，钢带组合油环的上下刮片，其外圆面均进行多孔镀铬处理。
活塞环结构图
一、活塞环结构和作用
活塞环的结构形状对活塞环缸套系统的磨损有着非常大的影响。增加活塞环的轴向高度，可以降低缸套的粘着磨损，但同时会使缸套的磨粒磨损增加，选择合适的轴向高度，可以获得最优化的活塞环磨损性能。活塞环分为气环和油环两种。
1、气环
（1）气环的主要功用
气环的主要功用是保证活塞与气缸壁密封，防止气缸内的混合气和高温燃气漏入曲轴箱，并将活塞顶部接受的热量传给气缸壁，避免活塞过热。气环开有缺口并具有弹性。在自由状态时外径大于气缸直径，呈非圆形。装入气缸后，在自身弹力及环背所受气体压力的作用下，使环紧密贴在缸壁上，从而实现气缸密封。同时，安装活塞时，各活塞环的开口应避开活塞销轴线方向，且各道活塞环开口应相互错开，使气体只能沿一曲折通道向下泄漏，以增强密封效果。
●密封作用
燃烧室必须尽可能的密封气体，这样快速燃烧的油气混合物才能推动汽缸的活塞向下运动带动曲轴转动，此功能称为"密封气体"。其中第一道环密封80-90%的气体；第二道环密封10-20%的气体；油环密封约5%的气体。
●控油作用
是指避免机油过多进入燃烧室，将机油消耗保持在所需水平，同时降低有害废气排放。其中油环控制约70-90%的机油，气环控制约10-20%的机油。
●传热作用
指活塞环将热量从高温的活塞传导至冷却的汽缸壁或发动机缸体上。
○传热的途径∶
活塞---活塞环---汽缸----冷却介质（缸体）
○传热的效率∶
70%~80%的热量从活塞环槽由活塞环传至汽缸壁。
活塞环密封作用示意图
（2）气环泵油过程
柴油机工作时，一部分在气缸壁上的润滑油会窜入燃烧室。气环在环槽中上下留有侧隙，背后也有间隙。这些间隙的存在，导致了气环的泵油作用。当活塞向下运动时，在气环与缸壁间的摩擦力和环的惯性力作用下，气环紧压在环槽的上端面，于是润滑油进入气环下面和气环背后的间隙中。当活塞向上运动时，气环又压向环槽的下端面，把润滑油挤压向上。如此反复进行，润滑油就被泵入燃烧室而形成积炭。
活塞与缸壁之间不是完全贴合，而是有间隙的。而这个间隙，最终是由活塞环来填充，更确切地说，最终是由机油来填充活塞环与缸壁的间隙。活塞在上行的过程中，活塞环靠环槽下部贴合，这个过程中，先前存储在环槽中的机油则会被泵至缸壁中，这部分机油，将可能会在燃烧高温过程中被消耗掉。
活塞环气环泵油原理图
2、油环
（1）油环的主要作用
油环的主要作用是刮掉气缸壁上多余的机油，并在气缸壁上铺涂一层均匀的机油油膜，这样可以防止机油窜入气缸燃烧，又可以减少活塞及活塞环与气缸壁的磨损。油环是一种活塞环，分为普通油环和组合油环。活塞环是用于嵌入活塞槽沟内部的金属环，其间隙作用是在发动机运转过程中与高温气体接触发生热膨胀现象，周期性的往复运动又使其出现径向胀缩变形，为保证发动机正常的工作，活塞环在气缸内具有间隙。
（2）油环刮油过程
油环刮除飞溅到缸壁上的多余润滑油，并将润滑油均布在气缸壁上。既能防止润滑油上传到活塞顶部而引起燃烧室积炭和润滑油消耗，又能改善润滑条件，减小摩擦和磨损。
当安装刮油环时，刮刃为锥状表面时，要把刮刃的尖端放在下方，以便油环下行时刮油，上行时让滑油从它的倾斜面上流过，如果装反，它就会向上刮油，加强了气环的泵油作用，使大量的滑油进入燃烧室中燃烧。双刃环开有泄油孔，而油环槽都开有泄油孔，以便刮下的滑油流回曲拐箱。
活塞环油环刮油原理图
二、活塞环的表面处理
对缸套活塞环进行表面处理能够有效改善摩擦副磨损性能，防止表面磨损失效。常见的表面处理方法有镀铬、喷钼以及硬质履层。镀铬可使摩擦表面光滑，具备良好的抗磨性能。钼层具备良好的耐磨性和抗拉性。工程实践中一般对缸套进行镀铬，对活塞环进行喷钼。喷钼环的耐热、耐磨和耐腐烛较低，为了弥补这一缺点，一般对活塞环进行硬质履层。其他较为常见的表面处理工艺还有等离子注入法、表面润化处理和表面复合处理等等。
1、镀铬
镀铬的优点是硬度高（hv900～1000），抗磨料磨损性能好；熔点高（1770℃），改善耐熔着性能导热性好镀铬层；摩擦系数小。
2、喷钼
喷钼层是多孔组织的贮油结构覆层，喷钼的优点是储油性好；缩短初期磨合期熔点高（2640℃）；耐蚀性、气密性与镀铬相近；导热性好。
3、磷化
具有柔软、存油等性质，能改善磨合和抗拉缸性能，有防蚀、防锈作用。磷化处理所需设备简单、操作方便、成本低、效率高
4、氮化
氮化的优点是提高表面硬度，降低摩擦，增强耐磨性；抗腐蚀性能好，导热性能优良；有一定的抗熔着磨损性能。
三、活塞环运行条件
活塞环在高温、高压、润滑条件差的条件下工作。各环随活塞运动到缸的上部时，几乎是干摩擦或是边界摩擦，而且冷、热气体压力交替变化。同时，活塞环的弹性使环紧紧压向气缸壁。因此，各活塞环除在活塞环槽内随活塞上下运动而在活塞环槽内运动外，还在纵向受气缸圆度影响而横向运动。当气缸磨损为上孔大、下孔小时，活塞环的横向运动面更大。尤其是第一道气环在活塞上升时，气环下平面与活塞环槽下平面接触。
因此，压缩行程时，新鲜混合气一小部分进入侧隙和背隙，随活塞向上运动，混合气压力和温度越来越高，活塞环在弹力和气体压力作用下，紧紧压在气缸壁上，当燃烧爆发时，高温、高压的燃烧混合气更要窜入第一环与槽构成的侧隙、背隙，迫使第一气环更紧紧压在气缸壁上。从这一点看，第一道气环磨损最严重，而且第一道气环与废气直接接触，因此它还受电化学腐蚀。如果空气滤清器失效，第一道气环首当其冲受尘埃影响。尘埃更加速气缸与活塞环之间的磨损、加速活塞环在环槽内、与活塞环槽的磨损，甚至拉缸。它是整台发动机寿命最短的零件。
转速对缸套和活塞环的磨损性能影响很大。随着转速的增加，行程上下止点处的微凸体接触减少，粘着磨损量随之减少，但会导致磨粒磨损量增加。活塞环弹力的大小与分布也对活塞环缸套的磨损有很大影响。增加活塞环的弹力，两表面之间的微凸体接触增加，导致活塞环与缸套之间的磨损的增加，在设计过程中应该避免无限制地增大活塞环弹力。
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活塞环结构图
一、活塞环结构和作用
活塞环的结构形状对活塞环缸套系统的磨损有着非常大的影响。增加活塞环的轴向高度，可以降低缸套的粘着磨损，但同时会使缸套的磨粒磨损增加，选择合适的轴向高度，可以获得最优化的活塞环磨损性能。活塞环分为气环和油环两种。
1、气环
（1）气环的主要功用
气环的主要功用是保证活塞与气缸壁密封，防止气缸内的混合气和高温燃气漏入曲轴箱，并将活塞顶部接受的热量传给气缸壁，避免活塞过热。气环开有缺口并具有弹性。在自由状态时外径大于气缸直径，呈非圆形。装入气缸后，在自身弹力及环背所受气体压力的作用下，使环紧密贴在缸壁上，从而实现气缸密封。同时，安装活塞时，各活塞环的开口应避开活塞销轴线方向，且各道活塞环开口应相互错开，使气体只能沿一曲折通道向下泄漏，以增强密封效果。
●密封作用
燃烧室必须尽可能的密封气体，这样快速燃烧的油气混合物才能推动汽缸的活塞向下运动带动曲轴转动，此功能称为"密封气体"。其中第一道环密封80-90%的气体；第二道环密封10-20%的气体；油环密封约5%的气体。
●控油作用
是指避免机油过多进入燃烧室，将机油消耗保持在所需水平，同时降低有害废气排放。其中油环控制约70-90%的机油，气环控制约10-20%的机油。
●传热作用
指活塞环将热量从高温的活塞传导至冷却的汽缸壁或发动机缸体上。
○传热的途径∶
活塞---活塞环---汽缸----冷却介质（缸体）
○传热的效率∶
70%~80%的热量从活塞环槽由活塞环传至汽缸壁。
活塞环密封作用示意图
（2）气环泵油过程
柴油机工作时，一部分在气缸壁上的润滑油会窜入燃烧室。气环在环槽中上下留有侧隙，背后也有间隙。这些间隙的存在，导致了气环的泵油作用。当活塞向下运动时，在气环与缸壁间的摩擦力和环的惯性力作用下，气环紧压在环槽的上端面，于是润滑油进入气环下面和气环背后的间隙中。当活塞向上运动时，气环又压向环槽的下端面，把润滑油挤压向上。如此反复进行，润滑油就被泵入燃烧室而形成积炭。
活塞与缸壁之间不是完全贴合，而是有间隙的。而这个间隙，最终是由活塞环来填充，更确切地说，最终是由机油来填充活塞环与缸壁的间隙。活塞在上行的过程中，活塞环靠环槽下部贴合，这个过程中，先前存储在环槽中的机油则会被泵至缸壁中，这部分机油，将可能会在燃烧高温过程中被消耗掉。
活塞环气环泵油原理图
2、油环
（1）油环的主要作用
油环的主要作用是刮掉气缸壁上多余的机油，并在气缸壁上铺涂一层均匀的机油油膜，这样可以防止机油窜入气缸燃烧，又可以减少活塞及活塞环与气缸壁的磨损。油环是一种活塞环，分为普通油环和组合油环。活塞环是用于嵌入活塞槽沟内部的金属环，其间隙作用是在发动机运转过程中与高温气体接触发生热膨胀现象，周期性的往复运动又使其出现径向胀缩变形，为保证发动机正常的工作，活塞环在气缸内具有间隙。
（2）油环刮油过程
油环刮除飞溅到缸壁上的多余润滑油，并将润滑油均布在气缸壁上。既能防止润滑油上传到活塞顶部而引起燃烧室积炭和润滑油消耗，又能改善润滑条件，减小摩擦和磨损。
当安装刮油环时，刮刃为锥状表面时，要把刮刃的尖端放在下方，以便油环下行时刮油，上行时让滑油从它的倾斜面上流过，如果装反，它就会向上刮油，加强了气环的泵油作用，使大量的滑油进入燃烧室中燃烧。双刃环开有泄油孔，而油环槽都开有泄油孔，以便刮下的滑油流回曲拐箱。
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二、活塞环的表面处理
对缸套活塞环进行表面处理能够有效改善摩擦副磨损性能，防止表面磨损失效。常见的表面处理方法有镀铬、喷钼以及硬质履层。镀铬可使摩擦表面光滑，具备良好的抗磨性能。钼层具备良好的耐磨性和抗拉性。工程实践中一般对缸套进行镀铬，对活塞环进行喷钼。喷钼环的耐热、耐磨和耐腐烛较低，为了弥补这一缺点，一般对活塞环进行硬质履层。其他较为常见的表面处理工艺还有等离子注入法、表面润化处理和表面复合处理等等。
1、镀铬
镀铬的优点是硬度高（hv900～1000），抗磨料磨损性能好；熔点高（1770℃），改善耐熔着性能导热性好镀铬层；摩擦系数小。
2、喷钼
喷钼层是多孔组织的贮油结构覆层，喷钼的优点是储油性好；缩短初期磨合期熔点高（2640℃）；耐蚀性、气密性与镀铬相近；导热性好。
3、磷化
具有柔软、存油等性质，能改善磨合和抗拉缸性能，有防蚀、防锈作用。磷化处理所需设备简单、操作方便、成本低、效率高
4、氮化
氮化的优点是提高表面硬度，降低摩擦，增强耐磨性；抗腐蚀性能好，导热性能优良；有一定的抗熔着磨损性能。
三、活塞环运行条件
活塞环在高温、高压、润滑条件差的条件下工作。各环随活塞运动到缸的上部时，几乎是干摩擦或是边界摩擦，而且冷、热气体压力交替变化。同时，活塞环的弹性使环紧紧压向气缸壁。因此，各活塞环除在活塞环槽内随活塞上下运动而在活塞环槽内运动外，还在纵向受气缸圆度影响而横向运动。当气缸磨损为上孔大、下孔小时，活塞环的横向运动面更大。尤其是第一道气环在活塞上升时，气环下平面与活塞环槽下平面接触。
因此，压缩行程时，新鲜混合气一小部分进入侧隙和背隙，随活塞向上运动，混合气压力和温度越来越高，活塞环在弹力和气体压力作用下，紧紧压在气缸壁上，当燃烧爆发时，高温、高压的燃烧混合气更要窜入第一环与槽构成的侧隙、背隙，迫使第一气环更紧紧压在气缸壁上。从这一点看，第一道气环磨损最严重，而且第一道气环与废气直接接触，因此它还受电化学腐蚀。如果空气滤清器失效，第一道气环首当其冲受尘埃影响。尘埃更加速气缸与活塞环之间的磨损、加速活塞环在环槽内、与活塞环槽的磨损，甚至拉缸。它是整台发动机寿命最短的零件。
转速对缸套和活塞环的磨损性能影响很大。随着转速的增加，行程上下止点处的微凸体接触减少，粘着磨损量随之减少，但会导致磨粒磨损量增加。活塞环弹力的大小与分布也对活塞环缸套的磨损有很大影响。增加活塞环的弹力，两表面之间的微凸体接触增加，导致活塞环与缸套之间的磨损的增加，在设计过程中应该避免无限制地增大活塞环弹力。
康明斯发电机组有哪些功能特点？
静音性能好，是学校选择低噪音柴油发电机组原因
同步交流发电机的转子结构
运营成本价格更低，柴油发电机评分高于其它燃料机组原因所在
介绍如何维护ATS全自动柴油发电机组
备用柴油发电机组机油温度表工作原理及压力过低原因
柴油发电机动力不足的主要原因
柴油发电机温度试验仪器的测量原理