柴油机气缸套磨损和拉缸原因分析

柴油机气缸套磨损和拉缸原因分析

李建民,丁天富,程祥营

中国石油集团济柴动力有限公司 山东济南 250306

摘要：柴油发动机为油田钻井提供足量动力，但是在正常运转过程中也可能出现气缸套磨损，拉缸等不良现象影响柴油机的使用效果，甚至会造成安全事故，为了提升柴油发动机的使用寿命和质量，文章以柴油机气缸套磨损和拉缸原因分析为重点进行研究，提出相关措施。

关键词：气缸套；磨损；拉缸；预防措施

引言

柴油发动机作为一种动力装置，是油田钻井的主要动力来源，而气缸套作为柴油机运转的核心部件与柴油机运行的经济性，使用性能均有直接关联。柴油机活塞和气缸套之间可能会出现严重磨损，拉缸等故障，文章分析气缸套磨损和拉缸故障的主要原因，提出解决方案，为降低柴油机运行成本，提高使用效益提供参考。

1磨损

1.1气缸套常见的磨损原因

1.1.1磨粒磨损

磨粒磨损常规情况下表现在气缸套的内壁，主要原因是因为外界的硬质颗粒进入到摩擦副当中，这种状态下柴油机运转，活塞不断进行往复运动，气缸套表面会出现刮痕和磨损。分析发现导致气缸内壁磨损加重的磨粒来源主要包括以下两个方面:空气当中的颗粒物、燃油润滑油当中的积碳。

1.1.2腐蚀磨损

磨蚀问题一般是由于柴油机在正常运转状态下，气缸套内壁材料和周围介质发生化学反应，导致表面材料脱落，研究发现，导致磨损问题发生的介质主要来源于柴油机的燃油。燃油和空气混合气体发生燃烧反应，生成水蒸气和酸性氧化物，气缸泡表面受到矿物酸与燃烧反应有机酸的影响，导致磨损问题加重。

1.1.3构造原因产生的磨损

气缸套结构不合理，同样会导致柴油机内部磨损加重。分析其主要原因，发现气缸套上半部分越接近燃烧室温度越高的位置，润滑油可能会受到空气冲力影响，同时又受到燃油影响，气缸上半部分的润滑条件不佳，磨损加重。除此之外，柴油机运行活塞长期处于网络运动状态下，气缸套上半部分受到的压力明显，润滑油膜难以保持，机械磨损更加严重。

1.1.4 粘着磨损

柴油机正常工作状态下，气缸套，活塞和活塞环长期处于高温高压状态，工作环境恶劣，而且由于活塞环和活塞相对运动速度非常大，所以油膜形成比较困难，而且容易出现破裂，导致活塞环和气缸内壁之间的润滑不足，局部干摩擦剧烈，也会导致温度的迅速升高，出现金属粘连，此时摩擦互相对运动金属粘着处被撕裂，这种反复撕裂-粘着的状态形成粘着磨损，由于这种磨损的速度非常快，所以更容易导致拉缸等不良后果。

1.2减少气缸套磨损的措施

针对柴油发动机出现的气缸套严重磨损问题，提出以下解决措施:（1）柴油机的长期低温运行，燃油无法充分燃烧，气缸内壁出现大量积碳，积碳颗粒的存在会导致气缸套内壁磨损更加严重。为了解决积碳导致的磨损加重，建议柴油发动机选用具有刮碳环结构的气缸套，减少表面积碳的积累，帮助积碳随着废气一同排出。（2）正常情况下，柴油机内部冷却水温度控制在80℃~90℃，温度过低可能导致气缸内壁受到酸性气体的腐蚀破坏；温度过高会导致油膜蒸发稀释，润滑效果差，同样会造成严重的磨损，所以要做好冷却循环系统温度管控工作。（3）柴油发动机的定期保养和维护，尤其是空气滤清器，燃油滤清器和机油滤清器的定期维护可以保证柴油发动机长期处于稳定工作状态，降低颗粒物杂质对气缸套带来的不良影响。（4）根据不同柴油机型号选择质量有保障的润滑油和燃油，提高设备和材料之间的配合，延长柴油发动机的使用寿命。（5）全新的柴油发动机正式投入设备使用，必须经历磨合阶段，确定发动机处于最佳状态才能投入作业，所以柴油发动机的磨合，日常维保必须严格按照技术标准进行，尤其是连杆，气缸套，活塞等精细零件安装工作需严格按照标准进行，降低柴油机磨损风险。

2拉缸

2.1气缸套拉缸的常见原因

气缸套拉缸是柴油发动机运转过程中经常出现的不良问题，主要表现为气缸套内壁表面出现拉毛、划痕。气缸套拉缸会导致柴油机动力下降，机油油耗增大；严重的气缸套拉缸问题，甚至会导致活塞断裂或者连杆断裂等重大事故，严重威胁钻井工的生命财产安全。我们经过分析发现导致柴油发动机拉缸现象的原因非常复杂，具体包括以下六个方面:（1）柴油机工作温度过高导致拉缸问题出现。具体表现为柴油发动机在正常运转过程中，由于发动机长期处于高速高压运转状态下启动的顺势温度非常高，冷却系统运转不良，都有可能导致柴油机内部温度无法及时散发，而温度过高会导致润滑效果不佳，摩擦后出现干摩擦或者半干摩擦会导致拉缸故障。（2）活塞与气缸之间的间隙过小同样会导致拉缸问题出现。柴油发动机设计过程中重视设备的密封性，这种严要求导致部分发动机活塞与气缸套之间的间隙不合理，受到高温环境的影响，活塞，活塞环出现高温膨胀，由于不同零件使用的材料不同，所以热膨胀系数也有所区别，高温状态会导致配合间隙变小，受热膨胀后润滑油膜受到影响，导致拉缸现象出现。另外，间隙配合不足可能导致零件卡死，引发严重的故障问题。（3）润滑不良。润滑不足是柴油发动机气缸拉缸现象出现的主要原因。导致发动机润滑不足的原因也非常多样，例如润滑系统出现故障、活塞环等零件长期处于恶劣工作环境下都会导致润滑出现问题；另外，如果选用的润滑油类型不符合柴油发动机使用标准或者润滑油出现变质，也会导致润滑不良。（4）超负荷运行是导致柴油机拉缸问题的主要原因。柴油发动机长期处于超负荷状态下，无法承受正常的热力载荷，导致温度急剧升高，机油粘度下降，润滑油膜被破坏，更容易出现磨损和拉缸事故出现。（5）油底壳进水或者燃油出现问题。气缸套密封不严会导致冷却水进入油底壳当中，燃油雾化不良状态下部分燃油顺着气缸套内壁进入油底壳，导致机油变质，影响润滑油膜的形成。（6）活塞环质量问题。活塞环长期处于高速滑动状态下，如果质量不佳，很可能导致气缸套内壁的损坏，加剧磨损导致拉缸事故出现。

2.2预防拉缸的有效措施

针对拉缸问题提出以下解决措施:（1）加强发动机的管理，尤其是冷却系统管理，为发动机正常运转提供合适的温度环境。冷却系统的维护管理建议使用清洁软水，保证节温阀的良好性能不受影响，除此之外，还要求工作人员定期清理冷却系统当中的水垢，保持冷却水的正常温度。（2）根据柴油发动机的设计方案，确定活塞、活塞环和气缸套之间的间隙配合，另外需要注意的是，活塞和活塞环之间的配合间隙同样要符合设计标准。（3）加强润滑系统管理。设计人员要根据柴油发动机的不同类型选择性价比更优的润滑油，操作人员定期对润滑油的工作压力和温度进行检查，及时添加更换润滑油，确保润滑系统的良好润滑效果。（4）发动机的定期维修与保养。操作人员维修保养要注意零件的清洁工作，避免颗粒物杂质的进入，影响柴油机系统的正常运行。

结束语

综上所述，柴油发动机气缸套磨损和拉缸问题的原因非常复杂，但是发动机运转过程中出现这些问题是很难避免的，文章重点分析磨损和拉缸问题出现的原因，并提出针对性解决措施，希望为后续延长柴油发动机的使用寿命，提升使用性能提供参考。

参考文献：

[1]王秀敏.柴油机常见故障原因分析[J].农机使用与维修，2020（03）

[2]张永祥，王宇，姚晓山.基于加窗和卷积神经网络的柴油机拉缸故障诊断[J].车用发动机，2019（06）

[3]王宇，张永祥.柴油机拉缸故障监测诊断方法综述[J].设备管理与维修，2019（16）