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§8-4 活塞环的检修
活塞环是柴油机燃烧室的组成部分之一，具有保持活塞与缸套之间密封性作用和将活塞热量传递给气缸壁的散热作用以及调节气缸润滑油作用。活塞环是柴油机的易损件，主要损坏形式有：过度磨损，折断，粘着和弹力丧失。活塞环的工作性能直接影响气缸和柴油机的工作性能。为此，应定期地通过扫气口检查和判断其工作情况。
1 扫气口检查
通过扫气口检查活塞环等零件是获取柴油机运转过程中气缸工作信息的直接、简便和经济的方法。 1.1 检查方法：
柴油机停车一段时间，通过扫气箱操纵侧的气缸观察孔观察。将一长柄强光灯泡伸入缸中观察，检查中保持冷却水或冷却油循环，以便检查有无泄漏。盘车使活塞处于下止点，再逐渐盘车使活塞上行。在这个过程中，通过扫气口，察看气缸壁、活塞头部、活塞环、活塞裙工作面和活塞杆的情况。
1.2观察活塞环的状况 1）活塞环良好工作状态——活塞环与气缸工作表面光亮、湿润，环在环槽中活动自如，无过度磨损痕迹，环的棱边可能有尖锐但无毛刺。
2）活塞环不正常状态——环表面有轻微擦伤，对应棱边尖锐有毛刺，对应缸壁也有轻微磨损；环表面有纵向拉痕；环槽内积炭，环粘着；环断裂；环漏气，使环表面及缸套表面干燥发黑；活塞头、头几道环和环槽内有有色灰状堆积物（气缸油中碱性添加剂导致，可引起缸套严重磨损）；润滑情况，环及缸套壁上油膜不充分。
2 活塞环的损坏与检修 2.1 活塞环过度磨损
活塞环随活塞在气缸内作往复运动，使活塞环外圆工作表面磨损，径向厚度减小，工作开口即搭口间隙增大；活塞环在环槽内运动使环的上、下端面磨损、轴向高度减小，环与环槽的间隙即平面间隙增大。通常，柴油机正常运转时活塞环的正常磨损率在0.1～0.5mm／kh之内，活塞环的寿命一般为8 000～10 000h。
正常磨损的活塞环沿圆周方向各处磨损均匀，并仍与缸壁完全贴合。所以，正常磨损的活塞环仍具有密封作用。但事实上，活塞环外圆工作表面多为不均匀磨损。
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柴油机运转时，如活塞环迅速产生较大的不均匀磨损，磨损率超过正常值，表明活塞环发生异常磨损。活塞环异常磨损大多由维护管理不良造成。例如活塞环换新后磨合不良甚至不进行磨合就投入使用工况运转；柴油机长时间超负荷运转；润滑油品质不佳或供油不充分；燃用劣质燃油、燃烧不良和冷却不足等。第一道活塞环的工作条件尤为恶劣，高温燃气使缸壁温度过高，滑油氧化，润滑条件变坏导致其异常磨损；高温使活塞头和环槽过热变形，破坏环与环槽配合也会发生异常磨损。
活塞环磨损是通过以下测量来判断： 1）搭口间隙测量
搭口间隙是活塞环处于工作状态时的开口大小。它是活塞环工作时的热胀间隙，搭口间隙过小会使活塞环受热膨胀在环槽内对顶折断；搭口间隙过大会使燃气漏泄。所以说明书或标准中有规定的最小值（装配值）和极限值，如表8-6所示。
活塞环外圆磨损后，径向厚度减小，环的直径d变小，但弹力使环仍紧贴缸壁。所以环的直径d胀大与缸径D相等，活塞环搭口间隙δ变为δ’，如图8-13所示。
测量搭口间隙前，先将活塞自缸中吊出，取下活塞环并进行清洁。将活塞环依其在活塞上的顺序放人已清洁的缸套下部磨损最小部位或缸套上部，也可以把活塞环放到活塞导套中，并使环保持水平，然后用塞尺依次测量各道活塞环搭口间隙。将实测搭口间隙值与说明书或标准进行比较，超过极限值时应换新活塞环。
MAN-B&W S／L 60MC／MCE柴油机活塞环搭口间隙装配值为4mm，活塞环外圆面的磨损极限依环的径向厚度而定。一般要求活塞环搭口间隙大于或等于装配值，小于极限值。 2）平面间隙测量
平面间隙俗称天地间隙，它是活塞环紧贴环槽下端面时环与环槽上端面之间的间隙。当活塞环与环槽端面磨损后将使端面配合间隙增大。平面间隙过小使环热膨胀受阻和影响环在环槽中的运动；平面间隙过大会使燃气漏泄。说明书和标准中规定平面间隙的最小值，即装配值和极限值，如表8-6所示。
测量平面间隙时，首先将活塞自缸中吊出，取下活塞环并分别清洁活塞、环槽和环。如果活塞环尺寸较大，可将环依次装入各道环槽中，并使环的下端面紧贴环槽下端面，用塞尺沿圆周或在圆周上几点测量间隙；如果活塞环尺寸较小，重量较轻，测量者可一手持环，将环水平局部插入环槽，并使环与环糟下端面紧贴。另一手用塞尺测量二者间的间隙，可使环与环槽在圆周上对应几处测量，如图8-14所示。实测平面间隙值与说明书或标准比较，超过极限值时修复环槽或
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换新活塞环；实测平面间隙变小说明环槽变形或因脏污影响测量的准确性。通常，第一道环的平面间隙较大，其它环依次减小。
安装新的活塞环时，要求活塞环平面间隙大于或等于安装间隙，小于极限间隙。 3）活塞环径向厚度的测量
径向厚度也是衡量活塞环磨损的参数，因为活塞环外表面磨损使其径向厚度减小，可用外径千分尺进行测量。依说明书规定，当活塞环径向厚度小于一定值时换新活塞环。例如，MAN-B&W S／L 60 MC／MCE的活塞环径向厚度最小值为17mm时换新活塞环（径向厚度设计值为20mm）。 1.2 活塞环折断
活塞环折断是活塞环常见的损坏形式。一般多是第一、二道活塞环发生折断，断裂部位多在搭口附近，折断后的活塞环有的折成几段，有的呈现破碎状态。二冲程柴油机的断环可能被吹到排气管或扫气箱中，甚至吹入增压器涡轮端打坏涡轮叶片。活塞环折断的原因很多，除材料缺陷和加工质量外，在使用中产生的损坏主要是轮机管理的问题所致，主要有：1）搭口间隙过小：搭口间隙过小，运转中活塞环因搭口处无充分膨胀余地而对顶弯曲，在搭口对面折断。高增压柴油机因燃烧室温度更高，尤其要注意搭口间隙；2）环槽积炭：当积炭增多使环活动受阻时，环与缸壁强力作用刮下的滑油和金属屑混合，在燃气作用下在环槽下端面形成局部坚硬积炭。环在此坚硬积炭上受到周期性燃气压力作用发生弯曲疲劳折断，如图8-15a）。活塞环一处折断后，燃气漏泄量增加，积炭更加严重，并且活塞横摆时的冲击使环继续折成多段或碎块，环槽和气缸的磨损更加剧烈；3）冲击折断：气缸套磨损后在缸套上部出现磨台。当活塞上行至上止点时，第一道环碰撞磨台受冲击折断，如图8-15b）所示；4）环槽过度磨损：环槽下端面过度磨损后呈倾斜状，当活塞在上止点附近时，燃气压力使环紧贴倾斜的下端面，环发生扭曲变形，随着活塞下行，燃气压力下降，环扭曲变形减小而恢复水平状态。活塞环周期性地扭曲、水平变形以致疲劳折断。如图8-15c）所示；5）活塞环挂住气口：二冲程柴油机活塞环挂住扫、排气口使环折断。由于环开口处张力最大，受热变形大，而气口之间的筋也受热变形。当活塞运动时，环与气口相遇，只要稍稍挂住气口就会使环折断。为了防止环被挂断，使用前应修挫搭口。目前新造活塞环大多已将搭口修整，棱边倒角；6）活塞环径向胀缩疲劳：活塞环弹力不足或缸套过度磨损，使环与缸壁不能紧贴，以致高压燃气漏泄将环压入环槽。当缸内燃气压力降低时，环又从槽内弹出。活塞环因不断地径向胀缩而疲劳折断。 1.3 活塞环粘着
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又称固着，是环槽内油污和积炭堆积使活塞环不能自由运动的现象。它会导致密封性能下降，气缸窜气，功率下降，活塞环折断和缸套磨损加重的故障。
其原因大多是由于活塞和气缸套过热、滑油过多和燃烧不良造成。过热的活塞、缸套使滑油氧化或烧焦，燃烧不良使缸内积炭严重，以致较多的积炭油污填满环槽使活塞环粘固在槽内。通常第一、二道环易粘着，严重时活塞上所有的环粘着。可以通过扫气口观察和用木棒触动检查；此外，环粘着引起燃气下窜使环表面变黑，也易识别。活塞环粘着后不易取出，切勿用扁铲等工具强行取出，应用木棒轻轻敲击使之松动，或先用煤油浸泡使积炭变软再用木棒敲击，松动后用专用工具取出。
防止活塞环粘着的方法是防止气缸过热和滑油过多，尤其防止多余滑油进人气缸上部。大型二冲程柴油机采用气缸注油器注油润滑，油量可调节故环粘着现象较少。但因缸径大、温度高使活塞头部变形，环槽随之变形致使环在槽内卡死，如图8-16所示。采用加强活塞冷却和适当增加平面间隙防止环卡死。
2.4 活塞环弹力丧失
把活塞环装人未经磨损的气缸内，环靠弹力压在缸壁上，由此产生的径向压力分布为正圆形，亦即活塞环实际弹力的分布状态。活塞环的密封作用、寿命与其径向压力分布有关。通常有三种径向压力分布的活塞环：等压环、苹果形压力环和梨形压力环，如图8-17所示。等压环主要用于四冲程中速柴油机；苹果形压力环用于二冲程柴油机，特别是二冲程大型船用柴油机：梨形压力环适用于高速柴油机，由于梨形压力环装人气缸后开口处压力较高，即使磨损后开口处仍保持一定的径向压力，具有很好的密封性。
柴油机运转时，处于工作状态的活塞环径向压力是环本身弹力、气体压力和环受热变形产生的附加径向弹力之和。附加弹力是活塞环在气缸内受高温产生热膨胀，使环在自由状态下曲率半径增加，但在气缸限制下产生的径向应力，即附加径向弹力。活塞环搭口间隙只给予环受热后圆周向热膨胀的余地，而没有考虑径向变热膨胀的影响，以致附加径向压力使搭口两端局部压力过大，容易引起擦伤和挂住气口、窜气等。为此，目前国外采用减少活塞环直径和冷态开口处有少许漏光等方法减少热变形附加径向压力。
活塞环经过长期使用产生不均匀磨损或由于过热、粘着和疲劳等使其弹力部分或全部丧失，也就是径向压力降低或消失，造成活塞环的密封作用下降或消失。检查弹力的方法有以下几种：
（1）测量活塞环自由开口。活塞环自由开口是活塞在自由状态下开口间的距离，其大小直接影响环的弹力。在弹力
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