La fonction principale du segment de piston est de sceller la chambre de combustion, garantissant que lorsque le piston atteint le point mort haut, l'air frais dans la chambre de combustion a une température et une pression suffisantes pour atteindre la température de combustion du carburant et le faire brûler rapidement et complètement ;
Les conditions de travail du piston, du segment de piston et de la chemise de cylindre sont extrêmement difficiles et la perte par frottement entre eux représente 55 à 60 % de la puissance totale de perte par frottement du moteur diesel.
Par conséquent, l'état de fonctionnement du segment de piston joue un rôle crucial dans l'intégralité de la combustion du carburant et dans l'état de fonctionnement du moteur diesel. Il est particulièrement important de gérer et de maintenir le fonctionnement du segment de piston pour assurer le bon fonctionnement du moteur diesel.
Phénomènes de défaut, analyse des causes et mesures de traitement des segments de piston
Les principaux défauts des segments de piston comprennent la rupture, l'adhérence, l'usure anormale, etc.
Lorsque les défauts mentionnés ci-dessus se produisent, ils provoquent généralement des phénomènes tels qu'une fuite de la chambre de combustion, une augmentation de la température des gaz d'échappement, une émission de fumée noire des gaz d'échappement, une contamination de l'huile dans la boîte à garniture et une augmentation de la température de l'eau de la chemise de cylindre.
Pendant mon mandat sur le navire « Solace », le modèle de moteur principal était un moteur diesel MAN B&W6L60MC avec balayage CC et a fonctionné pendant 14 ans.
L'entretien normal et le levage des cylindres principaux 1 et 3 ont été effectués au mouillage de Vancouver. Bien que l'usure des segments de piston n'ait pas atteint la limite et que les pistons et les rainures des segments de piston soient en bon état, il faut tenir compte du fait que le prochain levage des cylindres prendra encore 8000-10000 heures.
Par conséquent, tous les segments de piston ont été remplacés.
La soupape d'échappement du cylindre 1 a été remplacée pendant environ 800 heures, et la soupape d'échappement du cylindre 3 a été remplacée pendant environ 500 heures.
Après avoir quitté Vancouver pendant plus de 3 jours, je suis passé à l'huile (RMG380795t) ajoutée de Lianyungang. Le résultat du test a montré que les impuretés dépassaient la norme, avec une teneur en aluminium et en silicium atteignant 60, et la quantité maximale était de 80. En moins d'une journée, j'ai constaté que la température du carburant entrant dans les moteurs principaux et auxiliaires diminuait progressivement et que la température de l'huile ne pouvait pas être ajustée. J'ai également constaté que la différence de pression du filtre secondaire à carburant était importante et que le lavage à contre-courant continu n'était pas arrêté.
Après le démontage et le nettoyage manuels des filtres secondaires des machines principales et auxiliaires, la différence de pression et la température sont revenues à la normale. Cependant, en moins d'une journée, le rinçage automatique a continué sans interruption. Par conséquent, un autre séparateur d'huile a été démarré en parallèle pour réduire le volume de séparation d'huile d'un seul séparateur d'huile et raccourcir l'intervalle de décharge des scories à 1 heure. Cependant, la situation ne s'est pas améliorée.
Plus tard, on a constaté que la température des gaz d'échappement des cylindres 1 et 3 augmentait progressivement et était nettement supérieure à celle des quatre autres cylindres. Il n'y avait pas d'amélioration significative dans le fonctionnement en décélération, et la couleur des gaz d'échappement du moteur principal devenait plus lourde et une fumée plus épaisse était visible. Lorsque les conditions de mer n'étaient pas bonnes, la turbine avait également une légère poussée.
En mesurant les diagrammes dynamométriques de chaque cylindre, on a constaté que les pressions de compression des cylindres 1# et 3# étaient respectivement de 5,6MP et 5,4MP, tandis que les pressions de compression des autres cylindres étaient de 6,1-6,2MP. La pression d'explosion était également plus faible pour les cylindres 1# et 3#.
Le phénomène indique qu'il y a un problème avec l'étanchéité des cylindres 1# et 3# : l'un est la soupape d'échappement, et l'autre est le segment de piston.
Dans les prochains jours, la situation se stabilisera progressivement et les filtres à carburant secondaires des moteurs principaux et auxiliaires devront être démontés et nettoyés une fois par jour jusqu'à l'arrivée du navire à Incheon, en Corée du Sud.
Après être arrivé au port, la première chose à faire était d'ouvrir la porte de la boîte de récupération et d'inspecter les pistons, les segments de piston et les chemises de cylindre de chaque cylindre. On a constaté que les pistons étaient très sales, que certains des segments de piston des cylindres 1 et 3 étaient déjà cassés ou collés, et que les chemises de cylindre étaient légèrement tirées. L'huile dans les cylindres 1 et 3 semblait insuffisante, tandis que le reste des cylindres était relativement normal, seulement légèrement sale. Il y avait des résidus d'huile et de boues évidents dans la partie inférieure des chemises de cylindre.
Nous avons décidé de soulever à nouveau les cylindres 1# et 3#.
Lors du levage du cylindre, il a été constaté qu'à l'exception du segment de piston inférieur qui était normal, tous les autres segments de piston du cylindre 3 étaient pliés en 3 ou 4 sections, ou que le premier segment de piston du cylindre 1 adhérait fortement à la rainure du segment de piston, tandis que les autres segments de piston présentaient différentes formes de fracture.
Heureusement, il n'y a pas d'érosion ou de saillie évidente dans la rainure du segment de piston, et la chemise du cylindre n'est que légèrement tirée.
Selon l’analyse du phénomène :
La cause la plus directe de la rupture et de l'adhérence des segments de piston dans les cylindres 1 et 3 est :
L'un d'eux est qu'il existe de graves défauts de qualité dans les segments de piston, car seuls les segments de piston nouvellement remplacés des cylindres 1 et 3 sont cassés ou coincés, tandis que les segments de piston des autres cylindres sont fondamentalement normaux ;
Le deuxième problème est la qualité du carburant. Bien que nous ayons pris de nombreuses mesures pour purifier le carburant, comme le déversement fréquent des résidus dans les réservoirs de sédimentation et les réservoirs d'utilisation quotidienne, le fonctionnement parallèle pour réduire la capacité de séparation d'huile du séparateur d'huile et l'augmentation de la température de chauffage des réservoirs de sédimentation, des réservoirs d'utilisation quotidienne et des séparateurs d'huile, les séparateurs d'huile traditionnels ont du mal à séparer complètement les petites impuretés telles que l'aluminium, le silicium et les cendres, ce qui entraîne une augmentation des impuretés dans le carburant.
Pendant le processus de combustion du cylindre, les particules de silicium adhèrent à la paroi de la chemise du cylindre, accélérant l'usure entre le segment de piston et la chemise du cylindre, provoquant l'adhérence du segment de piston et éventuellement sa rupture ;
L’aluminium présent dans l’huile peut provoquer une corrosion à haute température et accélérer l’usure des segments de piston et des chemises de cylindre.
Après avoir obtenu l'approbation de l'entreprise, nous avons nettoyé l'ancienne bague et l'avons remplacée.
Bien sûr, un traitement simple a déjà été effectué pour la rainure du segment de piston et la déformation de la chemise de cylindre.
De plus, certains ajustements ont été apportés au volume d'injection d'huile des injecteurs des cylindres 1 et 3, car ils ont été remplacés par d'anciens segments et le volume d'huile requis doit être réduit de manière appropriée.
Au cours des dix jours de voyage entre la Corée du Sud et l'Australie, l'état de fonctionnement de l'hôte a été bon, la température des gaz d'échappement est restée pratiquement la même, et la pression de compression et la pression d'explosion mesurées à partir du dynamomètre sont également pratiquement les mêmes. L'hôte fonctionne normalement.
La raison pour laquelle le filtre à carburant secondaire est toujours démonté et nettoyé une fois par jour est due à la présence excessive d'impuretés dans le carburant.
Les défauts ci-dessus montrent que lorsque les performances d'étanchéité du segment de piston sont réduites ou perdues en raison d'une fracture ou d'une adhérence, différents degrés de soufflage du cylindre se produiront, ce qui entraînera une diminution significative de la quantité d'air frais dans le cylindre, provoquant une diminution de la pression de compression, une augmentation de la température d'échappement, une augmentation de la température de l'eau de refroidissement et le fonctionnement du moteur diesel à faible vitesse et à charge élevée. La diminution du volume d'air détériore la combustion et l'énergie des gaz d'échappement augmente considérablement par rapport aux conditions normales. La vitesse du turbocompresseur augmente et la pression de balayage augmente.
Dans le cas où la vitesse du moteur diesel reste essentiellement inchangée, la consommation d'air du moteur diesel est essentiellement stable. Dans le même temps, la rupture et l'adhérence des segments provoquent un reflux de gaz dans la boîte de balayage et, dans les cas graves, la boîte de balayage peut prendre feu. Ces facteurs provoquent une augmentation de la contre-pression du turbocompresseur, le faisant fonctionner dans un état de faible débit et de contre-pression élevée, ce qui détruit l'adaptation normale du turbocompresseur et entraîne son sifflement.
L'apparition des phénomènes ci-dessus peut être causée par une défaillance du segment de piston.
3Analyse des autres causes de défaillance des segments de piston
Outre le matériau, la technologie de traitement et la précision dimensionnelle du segment de piston, cela est également lié aux raisons suivantes.
1. L'influence du jeu entre les segments de piston
Le chevauchement du segment de piston peut garantir qu'il y a de la place pour la dilatation thermique du segment de piston pendant le fonctionnement, et en même temps, il peut permettre au segment de piston d'avoir un certain mouvement circonférentiel pendant le fonctionnement normal.
Lorsque le jeu entre les segments de piston est trop petit, cela limite la dilatation thermique du piston pendant le fonctionnement et provoque une compression au niveau du joint, ce qui facilite la rupture des segments du côté opposé du joint.
En raison de l'usure des segments de piston et des chemises de cylindre pendant le mouvement, le jeu entre les joints des segments augmentera progressivement.
Lorsque le jeu entre les joints est trop important, cela entraînera un déséquilibre grave dans la force radiale du piston.
La force radiale est principalement composée de la force élastique de l'anneau lui-même et de la force du gaz agissant sur l'arrière de l'anneau. La présence d'un espace entre les joints à recouvrement fait que la force combinée des deux provoque une usure inégale du côté opposé du joint à recouvrement, ce qui peut entraîner une rupture de l'anneau dans les cas graves.
Dans le même temps, l'épaisseur radiale du segment de piston diminue et l'élasticité diminue. Si la rainure du segment est gravement obstruée, il est facile de provoquer l'adhérence du segment.
En fonctionnement réel, la taille du jeu entre les segments de piston est un indicateur important pour juger de l'état d'usure des segments de piston.
Par conséquent, lorsque l'hôte est arrêté, l'état de fonctionnement du segment de piston et la présence éventuelle d'adhérence ou de rupture doivent être vérifiés régulièrement via la boîte de balayage.
Si tel est le cas, le vérin de levage doit être inspecté pour éviter l'extension du défaut.
La valeur du jeu entre le segment de piston et le joint doit être comparée aux exigences du manuel pour déterminer si elle dépasse la valeur limite ;
Deuxièmement, le taux d’usure du segment de piston doit être déterminé en le comparant à l’écart mesuré la dernière fois.
Si le taux d'usure de la bague augmente soudainement dans un certain intervalle de temps, la cause doit être identifiée et résolue, comme une défaillance du système d'injection de carburant, une détérioration de l'huile du cylindre, des cendres de carburant et des impuretés excessives, etc.
En enregistrant les fichiers de chaque segment de cette manière, non seulement le phénomène de défaut du segment de piston peut être systématiquement analysé, mais également l'influence de la qualité, du carburant et de l'huile de lubrification de différents lots de pièces de rechange sur le taux d'usure peut être comparée.
2. L'influence de l'ajustement entre les segments de piston et les chemises de cylindre
La possibilité de former une lubrification liquide idéale dépend principalement de facteurs tels que la forme du mouvement, la vitesse et les performances de l'huile lubrifiante de la « paire de mouvement ».
La vitesse de déplacement du segment de piston à l'intérieur de la chemise de cylindre varie constamment tout au long de la course, avec une vitesse de déplacement nulle aux points morts haut et bas. En même temps, il est soumis à l'impact du gaz à haute température, ce qui rend difficile la formation d'une bonne lubrification. C'est une raison importante des mauvaises performances du segment de piston, en particulier lorsque le piston est proche du point mort haut, l'état de lubrification est dans un état de lubrification limite, parfois même dans un état de frottement sec.
Dans des conditions normales, il n'y a pas de frottement entre la tête du piston et la chemise du cylindre. Avec le fonctionnement du moteur diesel, des dépôts de carbone se forment autour de la tête du piston, qui sont durs et difficiles à nettoyer. L'augmentation des dépôts de carbone entraîne une augmentation du diamètre du piston. Lorsque le piston se déplace à l'intérieur du cylindre, les dépôts de carbone au niveau de la tête génèrent un frottement avec la chemise du cylindre, endommageant gravement le film d'huile et augmentant considérablement le taux d'usure de la chemise du cylindre et du segment de piston.
Lors du fonctionnement du moteur diesel, la chemise de cylindre subit une usure inégale, ce qui entraîne une ovalisation et une cylindricité respectivement dans les directions circonférentielle et axiale. Lorsque le segment de piston se déplace à l'intérieur du cylindre, il subit des mouvements périodiques d'ouverture et de fermeture ;
Dans le même temps, il y aura inévitablement des erreurs dans l’ellipticité du segment de piston et de la chemise de cylindre.
En particulier après le remplacement par un nouveau segment de piston, différents degrés de fuite de lumière se produiront sur la surface de contact d'étanchéité entre le segment de piston et la chemise de cylindre. Il est généralement exigé que la fuite de lumière totale du nouveau segment de piston installé dans le cylindre soit inférieure à 90 degrés, la fuite de lumière continue soit inférieure à 30 degrés et qu'il n'y ait aucune fuite de lumière dans la plage de 30 degrés des deux côtés du joint.
Les segments de piston neufs de haute qualité peuvent répondre aux exigences ci-dessus, mais ces dernières années, de nombreuses entreprises ont utilisé des segments de piston à bas prix au lieu de pièces de rechange d'origine pour réduire les coûts.
En raison des différences de matériaux et de techniques de traitement, ainsi que d’importantes erreurs dimensionnelles lors de la fabrication, il se produit une fuite de lumière excessive.
En même temps, l'élasticité du segment de piston diminue trop lorsqu'il fonctionne à haute température. En cas d'accumulation et de blocage de carbone dans la rainure du segment, la quantité de fuite augmente, ce qui provoque l'action du gaz haute pression sur la surface de travail extérieure du segment à partir du point de fuite, ce qui provoque le coincement du segment de piston dans la rainure du segment, ce qui peut entraîner le blocage du segment dans la rainure du segment et produire le phénomène de maintien du segment ;
Lorsque la pression du gaz diminue, le segment de piston initialement comprimé ressort sous l'effet de sa propre élasticité.
Cette action répétitive périodique, au fil du temps, entraînera une fracture de fatigue aux points de résistance faibles.
La pratique a prouvé que le phénomène de compression des segments de piston est la principale cause de rupture des segments.
De plus, il a été constaté que dans certains moteurs diesel, le segment de piston se brise lorsqu'il touche le bossage de la chemise de cylindre et l'orifice d'air suspendu à l'extrémité du segment.
3. L'influence du carburant et de l'huile du cylindre
Le carburant utilisé à bord des navires change souvent en raison des changements de ports de ravitaillement, et les indicateurs de performance du carburant de différents pays et fabricants varient considérablement en raison des différences d'origine et de processus de fusion.
Si vous utilisez un séparateur de carburant pour la purification, il convient de sélectionner des anneaux de densité correspondants pour différents carburants et de réaliser le processus à des températures aussi élevées que possible (par exemple, 95-98 degrés). Selon la situation, les séparateurs de carburant doivent être connectés en série ou en parallèle, sinon cela affectera l'effet de traitement du carburant.
Si la teneur en aluminium, en silicium et en cendres du carburant est trop élevée, cela entraînera une usure accrue des segments de piston et des chemises de cylindre, ce qui affectera inévitablement le processus de combustion du moteur diesel et entraînera des températures élevées à l'intérieur de la chambre de combustion ;
En même temps, en raison du fonctionnement prolongé de certains moteurs diesel à faible vitesse et à faible charge ou de fréquentes entrées et sorties d'orifices, sans réglage du volume d'huile du cylindre, le volume d'injection d'huile du cylindre augmente. L'excès d'huile du cylindre s'accumule dans la rainure du segment en raison de l'effet de pompage du segment de piston. Lorsque la température à l'intérieur du cylindre est trop élevée, l'huile de lubrification accumulée brûle pour former des dépôts de carbone, qui deviennent la cause de l'adhérence et de la rupture du segment de piston.
4. L'impact des travaux quotidiens de maintenance et de gestion
Un bon travail de gestion quotidienne joue un rôle important pour éviter les défauts tels que l'adhérence et la rupture des segments de piston.
1) Après avoir remplacé la chemise de cylindre ou le segment de piston dans le moteur diesel, il est nécessaire de maintenir une faible vitesse.
Un temps suffisant pour le rodage à faible charge, tout en augmentant la quantité d'injection d'huile dans le cylindre pendant la période de rodage, peut éviter la surchauffe de la surface de friction et provoquer une traction du cylindre ou une rupture du segment de piston en raison d'une correspondance incomplète de la forme et de la rugosité des surfaces du segment et de la chemise du cylindre pendant la période de rodage ;
2) Pendant le fonctionnement normal, la température et la pression de l’eau de refroidissement et de l’huile de refroidissement doivent être contrôlées et maintenues dans la plage normale ;
En même temps, faites attention aux changements de paramètres, et le plus important est la vitesse de changement de chaque paramètre ;
Mesurez régulièrement le diagramme du dynamomètre, analysez la pression de compression, la pression d'explosion, le point de départ de la combustion, la répartition de la charge, etc., pour déterminer si le processus de combustion est bon, jugez l'état de fonctionnement du cylindre et du segment de piston, détectez en temps opportun les symptômes de défaut et prenez les mesures correspondantes en fonction de la cause du défaut ;
3) Ouvrir régulièrement le boîtier de balayage pour mesurer le jeu entre les segments de piston, établir un fichier pour l'utilisation de chaque segment de piston et vérifier l'état de base des segments de piston, des chemises de cylindre, de l'injection d'huile du cylindre, etc. via l'orifice de balayage. Si une adhérence ou une rupture des segments de piston est constatée, le cylindre doit être soulevé pour une maintenance en temps opportun.