朵小英 郭慶元

摘 要：圈密封具有安裝使用方便，密封可靠，高壓降下作用穩(wěn)定且對(duì)相互銜接零件的摩擦力小等優(yōu)點(diǎn)，在工程中被廣泛采用?；钊前l(fā)動(dòng)機(jī)主要運(yùn)動(dòng)件之一，活塞在工作過程中受燃?xì)獾臎_刷和加熱，工作環(huán)境惡劣。為了保障活塞的正常穩(wěn)定工作，需要提供良好的潤滑環(huán)境?；钊幱诎l(fā)動(dòng)機(jī)的心臟部位，高速、高溫、高壓且不斷變向的工況環(huán)境，致使其潤滑非常困難。不良的潤滑會(huì)給動(dòng)力系統(tǒng)帶來一系列不良影響，如功率下降、磨損加劇、機(jī)油上竄、耗油量急增等，導(dǎo)致內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性等性能全面下降。鑒于此，本文對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)活塞密封圈失效進(jìn)行分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：密封圈;潤滑;密封失效;抗氧化性

0 引言

分別從密封圈壓縮量、試驗(yàn)后活塞環(huán)狀態(tài)以及滑油變質(zhì)三個(gè)方面分析了造成密封圈斷裂的原因，計(jì)算結(jié)果表明活塞密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、試驗(yàn)后活塞環(huán)狀態(tài)正常，導(dǎo)致試驗(yàn)中異常停車的原因是潤滑油氧化安定性差，接觸銅后發(fā)生氧化反應(yīng)，導(dǎo)致滑油變質(zhì)，潤滑失效，密封圈斷裂后燃?xì)庑孤?。熱車試?yàn)結(jié)果表明：改型潤滑油不能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的潤滑使用需求。

1 故障原因分析

1.1 形圈壓縮量校核

活塞密封用于密封燃?xì)?，屬于徑向密封結(jié)構(gòu)類型，密封圈尺寸為φ32mm×2.4mm。按照CB1236-95中對(duì)往復(fù)氣動(dòng)密封的要求，對(duì)圈壓縮率、內(nèi)徑拉伸率、外徑壓縮率要求范圍分別為：9.8%～20.0%、≤6%，≤5%。校核后圈壓縮率、內(nèi)徑拉伸率、外徑壓縮率分別為11.34%～20.0%、2.3%與3.8%，滿足參考標(biāo)準(zhǔn)的要求。

1.2 滑油變質(zhì)分析

（1）乳化反應(yīng)分析。潤滑油形成乳化液必須具有三個(gè)必要條件：1）必須有互不相溶（或不完全相溶）的兩種液體。2）兩種混合液中應(yīng)有乳化劑（能降低界面張力的表面活性劑）存在。3）要有形成乳化液的能量，如強(qiáng)烈的攪拌、循環(huán)、流動(dòng)等。

在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)使用過的潤滑油加熱，用溫度計(jì)對(duì)滑油溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，加熱至100°時(shí)滑油開始沸騰，持續(xù)加熱，沸騰加劇，溫度迅速上升到120°，之后溫度逐漸下降，沸騰減弱，被加熱的滑油發(fā)出噼啪聲，繼續(xù)加熱，滑油開始冒煙，油溫逐漸上升到160°后趨于穩(wěn)定。將滑油盛出，滑油由加熱前的乳狀變?yōu)楹谏蜖?，發(fā)亮，不透明。

（2）氧化反應(yīng)分析。試驗(yàn)后的潤滑油呈黑色，而該潤滑油使用前棕褐色，油發(fā)亮，較粘稠，呈半透明狀態(tài)。很明顯，潤滑油中除了與水發(fā)生乳化反應(yīng)，還產(chǎn)生了一些黑色固體，加熱后，黑色物體分散到潤滑油中，導(dǎo)致潤滑油變黑，且不透明。將未摻水的潤滑油進(jìn)行加熱，潤滑油在170°左右冒煙，繼續(xù)加熱后油溫不再上升，盛出后顏色呈棕褐色，油清亮，與加熱之前相比顏色略有加深，目測(cè)無明顯異常。

（3）誘導(dǎo)期測(cè)試。誘導(dǎo)期是指在規(guī)定的加速氧化條件下，油品處于穩(wěn)定狀態(tài)所經(jīng)歷的時(shí)間周期，以分鐘表示，它是評(píng)價(jià)油在長(zhǎng)期貯存中氧化及生膠趨向的一個(gè)項(xiàng)目。油的誘導(dǎo)期越短，則安定性越差，生膠越快，可貯存的時(shí)間也越短。在230℃，氧氣加壓條件下對(duì)本次試驗(yàn)使用的新型潤滑油和前期一直使用良好的潤滑油進(jìn)行誘導(dǎo)期測(cè)試。從圖中可以看出：在該試驗(yàn)條件下，前期使用的潤滑油開始氧化時(shí)間為38.54min，本次熱車試驗(yàn)使用的新型潤滑油開始氧化時(shí)間為16.91min。實(shí)驗(yàn)表明：與前期使用的潤滑油相比，本次熱車試驗(yàn)使用的潤滑油誘導(dǎo)期較短，安定性較差。

（4）氧化腐蝕安定性。潤滑油工作中會(huì)接觸銅，開展了銅片的氧化試驗(yàn)。對(duì)本次試驗(yàn)使用的新型潤滑油和前期一直使用良好的潤滑油進(jìn)行了氧化腐蝕安定性試驗(yàn)。試驗(yàn)后潤滑油和銅片的狀態(tài)見圖3、圖4所示。從圖中可以看出：經(jīng)過氧化實(shí)驗(yàn)后，本次試驗(yàn)用的潤滑油顏色發(fā)生了顯著改變，由實(shí)驗(yàn)前的棕色透明變?yōu)榱嗽囼?yàn)后的黑色不透明，與熱車試驗(yàn)后的潤滑油顏色接近。此外，銅片也發(fā)生了氧化，在銅片表面生成了黑色物質(zhì)。而前期使用的潤滑油和銅片在試驗(yàn)前后并明顯改變。

2 故障定位

本次試驗(yàn)潤滑油經(jīng)歷的過程為：將干凈的潤滑油加入發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)動(dòng)機(jī)工作在此過程中潤滑油接觸鋼、鋁、銅，承受高溫、發(fā)動(dòng)機(jī)極壓-活塞密封圈斷裂漏氣，燃?xì)膺M(jìn)入艙段，接觸滑油-停車。從分析結(jié)果來看，本次試驗(yàn)使用的潤滑油在工作中接觸銅，在工作中與銅發(fā)生氧化反應(yīng)，造成滑油變質(zhì)，潤滑失效，最終導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)活塞密封圈斷裂，燃?xì)庑孤?/p>

3 結(jié)論

（1）不同材質(zhì)的密封件各有優(yōu)劣，應(yīng)針對(duì)具體的使用環(huán)境進(jìn)行合理選用。由于丁腈發(fā)動(dòng)機(jī)的耐候性能相對(duì)較差，因此，對(duì)耐候性能要求較高及可能裸露在外界的密封件材料不宜選用丁腈發(fā)動(dòng)機(jī)。不同生產(chǎn)廠家的配方和合成工藝不一樣，密封圈性能不一，除在采購時(shí)應(yīng)明確相關(guān)技術(shù)指標(biāo)外，到貨后還應(yīng)進(jìn)行相關(guān)質(zhì)量抽檢，以保證質(zhì)量。

（2）從設(shè)備制造階段開始就加強(qiáng)對(duì)密封件的質(zhì)量驗(yàn)收的現(xiàn)場(chǎng)抽查工作;在設(shè)備安裝階段應(yīng)保證密封件無扭曲、變形、裂紋和毛刺，滿足密封件與法蘭面的尺寸相配合、安裝位置和壓縮量準(zhǔn)確等要求;在設(shè)備運(yùn)維檢修階段，各密封處應(yīng)無滲漏，如存在裂紋等老化現(xiàn)象的密封件，應(yīng)結(jié)合設(shè)備檢修進(jìn)行更換。

4 結(jié)束語

密封性是評(píng)價(jià)機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，密封失效是造成非計(jì)劃停車的主要原因，據(jù)統(tǒng)計(jì)60%的非計(jì)劃停車都與密封失效有關(guān)。統(tǒng)計(jì)顯示機(jī)械設(shè)備質(zhì)量事故的1/3以上是由密封件失效引起的。發(fā)動(dòng)機(jī)密封件雖然其本身價(jià)值不高，但因?yàn)榘惭b簡(jiǎn)便、密封可靠，在機(jī)械設(shè)備的液壓氣動(dòng)系統(tǒng)上普遍使用，起著關(guān)鍵的作用，一旦失效，就會(huì)出現(xiàn)泄漏，引起系統(tǒng)壓力下降，導(dǎo)致設(shè)備無法工作，外漏還會(huì)導(dǎo)致環(huán)境污染，甚至出現(xiàn)安全事故。

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