Fungsi utama ring piston adalah untuk menyegel ruang bakar, memastikan bahwa saat piston mencapai titik mati atas, udara segar di ruang bakar memiliki suhu dan tekanan yang cukup untuk memenuhi suhu pembakaran bahan bakar dan membuatnya terbakar dengan cepat dan sempurna;
Kondisi kerja piston, ring piston, dan liner silinder sangat keras, dan kehilangan gesekan di antara keduanya menyumbang 55% hingga 60% dari total daya kehilangan gesekan mesin diesel.
Oleh karena itu, kondisi kerja ring piston memegang peranan penting dalam kesempurnaan pembakaran bahan bakar dan kondisi kerja mesin diesel. Sangatlah penting untuk mengelola dan memelihara pengoperasian ring piston guna memastikan pengoperasian mesin diesel yang baik.
Fenomena kesalahan, analisis penyebab dan tindakan penanganan ring piston
Kerusakan utama pada ring piston antara lain patah, lengket, aus tidak normal, dan lain sebagainya.
Apabila terjadi kerusakan seperti yang disebutkan di atas, umumnya akan menimbulkan gejala seperti kebocoran ruang bakar, kenaikan suhu gas buang, keluarnya asap hitam dari knalpot, terkontaminasinya oli di dalam kotak pengepakan, dan kenaikan suhu air pada selongsong silinder.
Selama masa tugas saya di kapal "Solace", model mesin utamanya adalah mesin diesel MAN B&W6L60MC dengan DC scavenging dan dioperasikan selama 14 tahun.
Perawatan dan pengangkatan normal silinder mesin utama 1# dan 3# dilakukan di pelabuhan Vancouver. Meskipun keausan ring piston tidak mencapai batas dan alur piston dan ring piston dalam kondisi baik, mengingat pengangkatan silinder berikutnya akan memakan waktu 8000-10000 jam lagi.
Oleh karena itu, semua ring piston diganti.
Katup buang silinder 1 diganti selama sekitar 800 jam, dan katup buang silinder 3 diganti selama sekitar 500 jam.
Setelah keluar dari Vancouver selama lebih dari 3 hari, saya beralih ke oli (RMG380795t) yang ditambahkan dari Lianyungang. Hasil pengujian menunjukkan bahwa pengotor melebihi standar, dengan kandungan aluminium dan silikon mencapai 60, dan jumlah maksimum adalah 80. Dalam waktu kurang dari sehari, saya menemukan bahwa suhu bahan bakar yang masuk ke mesin utama dan tambahan secara bertahap menurun, dan suhu oli tidak dapat disesuaikan. Saya juga menemukan bahwa perbedaan tekanan filter sekunder bahan bakar besar, dan pencucian balik terus-menerus tidak dihentikan.
Setelah membongkar dan membersihkan filter sekunder mesin utama dan bantu secara manual, perbedaan tekanan dan suhu kembali normal. Namun, dalam waktu kurang dari sehari, pembilasan otomatis terus berlanjut tanpa henti. Oleh karena itu, pemisah oli lain dimulai secara paralel untuk mengurangi volume pemisahan oli dari satu pemisah oli dan memperpendek interval pembuangan terak menjadi 1 jam. Namun, situasinya tidak membaik.
Kemudian, ditemukan bahwa suhu gas buang silinder 1 dan 3 meningkat secara bertahap dan jauh lebih tinggi daripada empat silinder lainnya. Tidak ada peningkatan yang signifikan dalam operasi deselerasi, dan warna gas buang mesin utama menjadi lebih pekat dan asap yang lebih tebal terlihat. Ketika kondisi laut tidak baik, turbin juga mengalami sedikit lonjakan.
Melalui pengukuran diagram dinamometer setiap silinder, ditemukan bahwa tekanan kompresi silinder 1 # dan silinder 3 # masing-masing adalah 5,6MP dan 5,4MP, sedangkan tekanan kompresi silinder lainnya adalah 6.1-6.2MP. Tekanan ledakan juga lebih rendah untuk silinder 1 # dan silinder 3 #.
Fenomena tersebut mengindikasikan adanya masalah pada penyegelan silinder 1# dan 3#: salah satunya adalah katup buang, dan satunya lagi adalah ring piston.
Dalam beberapa hari ke depan, kondisinya akan berangsur-angsur stabil, dan filter bahan bakar sekunder dari mesin utama dan tambahan perlu dibongkar dan dibersihkan sekali sehari hingga kapal tiba di Incheon, Korea Selatan.
Setelah sampai di pelabuhan, hal pertama yang dilakukan adalah membuka pintu kotak pemulung dan memeriksa piston, ring piston, dan liner silinder masing-masing silinder. Ditemukan bahwa piston sangat kotor, dan beberapa ring piston silinder 1 dan 3 sudah rusak atau menempel, dan liner silinder sedikit tertarik. Oli di silinder 1 dan 3 tampaknya tidak mencukupi, sedangkan silinder lainnya relatif normal, hanya sedikit kotor. Ada residu oli dan lumpur yang jelas di bagian bawah liner silinder.
Kami telah memutuskan untuk mengangkat silinder 1 # dan 3 # lagi.
Saat mengangkat silinder, ditemukan bahwa kecuali ring piston bawah yang normal, semua ring piston lain di silinder 3 terlipat menjadi 3 atau 4 bagian, atau ring piston pertama di silinder 1 melekat kuat pada alur ring piston, sedangkan ring piston lainnya mengalami berbagai bentuk retakan.
Untungnya, tidak ada erosi atau tonjolan yang terlihat pada alur cincin piston, dan selongsong silinder hanya tertarik sedikit.
Berdasarkan analisis fenomena tersebut:
Penyebab paling langsung dari kerusakan ring piston dan lengketnya silinder 1 dan 3 adalah:
Salah satunya ialah terdapat cacat kualitas yang serius pada ring piston, karena yang patah atau macet hanya ring piston silinder 1 dan silinder 3 yang baru diganti, sedangkan ring piston silinder lainnya pada dasarnya normal;
Masalah kedua adalah kualitas bahan bakar. Meskipun kami telah mengambil banyak langkah untuk memurnikan bahan bakar, seperti sering membuang residu di tangki sedimentasi dan tangki penggunaan sehari-hari, operasi paralel untuk mengurangi kapasitas pemisahan minyak dari pemisah minyak, dan meningkatkan suhu pemanasan tangki sedimentasi, tangki penggunaan sehari-hari, dan pemisah minyak, pemisah minyak tradisional sulit untuk memisahkan kotoran kecil seperti aluminium, silikon, dan abu secara tuntas, sehingga mengakibatkan peningkatan kotoran dalam bahan bakar.
Selama proses pembakaran silinder, partikel silikon melekat pada dinding selongsong silinder, mempercepat keausan antara cincin piston dan selongsong silinder, menyebabkan cincin piston melekat dan akhirnya putus;
Aluminium dalam oli dapat menyebabkan korosi suhu tinggi dan mempercepat keausan ring piston dan selongsong silinder.
Setelah mendapat persetujuan perusahaan, kami membersihkan cincin lama dan menggantinya.
Tentu saja, perawatan sederhana telah dilakukan untuk alur ring piston dan ketegangan liner silinder sebelumnya.
Selanjutnya, beberapa penyesuaian telah dilakukan pada volume injeksi oli pada injektor silinder 1 # dan 3 #, karena keduanya telah diganti dengan ring lama dan volume oli yang dibutuhkan perlu dikurangi secara tepat.
Selama sepuluh hari dari Korea Selatan ke Australia, status operasi host berjalan baik, suhu pembuangan pada dasarnya sama, dan tekanan kompresi serta tekanan ledakan yang diukur dari dinamometer juga pada dasarnya sama. Host bekerja secara normal.
Alasan mengapa filter bahan bakar sekunder masih dibongkar dan dibersihkan sehari sekali adalah karena adanya kotoran yang berlebihan pada bahan bakar.
Dari kesalahan di atas, dapat diketahui bahwa ketika kinerja penyegelan cincin piston berkurang atau hilang karena fraktur atau adhesi, akan terjadi blowby silinder dengan tingkat yang berbeda, yang mengakibatkan penurunan signifikan jumlah udara segar di dalam silinder, yang menyebabkan penurunan tekanan kompresi, peningkatan suhu gas buang, peningkatan suhu air pendingin, dan mesin diesel bekerja pada kecepatan rendah dan beban tinggi. Penurunan volume udara memperburuk pembakaran, dan energi gas buang meningkat secara signifikan dibandingkan dengan kondisi normal. Kecepatan turbocharger meningkat, dan tekanan pemulungan meningkat.
Dalam kasus di mana kecepatan mesin diesel pada dasarnya tetap tidak berubah, konsumsi udara mesin diesel pada dasarnya stabil. Pada saat yang sama, kerusakan cincin dan adhesi menyebabkan gas mengalir kembali ke kotak pemulung, dan dalam kasus yang parah, kotak pemulung dapat terbakar. Faktor-faktor ini menyebabkan tekanan balik turbocharger meningkat, membuatnya bekerja dalam kondisi aliran rendah dan tekanan balik tinggi, yang merusak pencocokan normal turbocharger dan menyebabkan bunyi mengi.
Terjadinya fenomena di atas mungkin disebabkan oleh kegagalan ring piston.
3Analisis Penyebab Lain Kegagalan Ring Piston
Selain bahan, teknologi pemrosesan, dan akurasi dimensi ring piston, hal ini juga terkait dengan alasan berikut.
1. Pengaruh celah antar ring piston
Tumpang tindih cincin piston dapat memastikan adanya ruang untuk ekspansi termal cincin piston selama pengoperasian, dan pada saat yang sama, dapat memungkinkan cincin piston memiliki gerakan melingkar tertentu selama pengoperasian normal.
Bila celah antar ring piston terlalu kecil, maka ekspansi termal piston saat beroperasi akan terbatas dan menyebabkan kompresi pada sambungan, sehingga ring mudah patah pada sisi sambungan yang berlawanan.
Akibat keausan cincin piston dan liner silinder selama pergerakan, jarak bebas antara sambungan cincin akan meningkat secara bertahap.
Bila jarak antar sambungan terlalu besar, akan menimbulkan ketidakseimbangan serius pada gaya radial piston.
Gaya radial terutama terdiri dari gaya elastis cincin itu sendiri dan gaya gas yang bekerja di bagian belakang cincin. Adanya celah antara sambungan tumpang menyebabkan gaya gabungan keduanya menyebabkan keausan yang tidak merata pada sisi berlawanan dari sambungan tumpang, yang dapat menyebabkan fraktur cincin dalam kasus yang parah.
Pada saat yang sama, ketebalan radial ring piston berkurang, dan elastisitasnya pun berkurang. Jika alur ring tersumbat parah, mudah menyebabkan ring lengket.
Dalam pengoperasian sesungguhnya, ukuran celah antara cincin piston merupakan indikator penting untuk menilai kondisi keausan cincin piston.
Oleh karena itu, saat host dihentikan, kondisi kerja ring piston dan apakah ada adhesi atau kerusakan harus diperiksa secara teratur melalui kotak pemulungan.
Jika ada, silinder pengangkat harus diperiksa untuk menghindari meluasnya kesalahan.
Nilai celah antara ring piston dengan sambungan harus dibandingkan dengan yang dipersyaratkan dalam buku petunjuk untuk mengetahui apakah celah tersebut melebihi nilai batas;
Kedua, tingkat keausan ring piston harus ditentukan dengan membandingkannya dengan celah yang diukur terakhir kali.
Jika tingkat keausan cincin tiba-tiba meningkat dalam interval waktu tertentu, penyebabnya harus diidentifikasi dan diatasi, seperti kegagalan sistem injeksi bahan bakar, kerusakan oli silinder, abu dan kotoran bahan bakar yang berlebihan, dll.
Dengan mencatat berkas masing-masing ring dengan cara ini, tidak hanya fenomena kerusakan ring piston dapat dianalisis secara sistematis, tetapi juga pengaruh kualitas, bahan bakar, dan oli pelumas dari berbagai kelompok suku cadang terhadap tingkat keausan dapat dibandingkan.
2. Pengaruh kecocokan antara ring piston dan liner silinder
Apakah pelumasan cairan penuh yang ideal dapat terbentuk terutama bergantung pada faktor-faktor seperti bentuk gerak, kecepatan, dan kinerja oli pelumas dari "pasangan gerak".
Kecepatan gerakan ring piston di dalam liner silinder terus berubah sepanjang langkah, dengan kecepatan gerakan nol di titik mati atas dan bawah. Pada saat yang sama, ring piston terkena dampak gas bersuhu tinggi, sehingga sulit untuk membentuk pelumasan yang baik. Ini adalah alasan penting untuk kinerja ring piston yang buruk, terutama saat piston berada di dekat titik mati atas, keadaan pelumasan berada dalam keadaan pelumasan batas, terkadang bahkan dalam keadaan gesekan kering.
Dalam keadaan normal, tidak ada gesekan antara kepala piston dan liner silinder. Dengan pengoperasian mesin diesel, endapan karbon akan terbentuk di sekitar kepala piston, yang keras dan sulit dibersihkan. Peningkatan endapan karbon menyebabkan diameter piston meningkat. Ketika piston bergerak di dalam silinder, endapan karbon di kepala menimbulkan gesekan dengan liner silinder, yang merusak lapisan oli secara serius dan secara signifikan meningkatkan laju keausan liner silinder dan ring piston.
Dengan pengoperasian mesin diesel, lapisan silinder akan mengalami keausan yang tidak merata, sehingga menghasilkan bentuk oval dan silinder pada arah melingkar dan aksial. Saat cincin piston bergerak di dalam silinder, maka akan mengalami gerakan membuka dan menutup secara berkala;
Pada saat yang sama, pasti akan ada kesalahan dalam eliptisitas cincin piston dan lapisan silinder.
Khususnya setelah mengganti dengan ring piston baru, tingkat kebocoran cahaya yang berbeda akan terjadi pada permukaan sambungan penyegelan antara ring piston dan liner silinder. Biasanya diperlukan agar total kebocoran cahaya ring piston baru yang dipasang di silinder kurang dari 90 derajat, kebocoran cahaya terus-menerus kurang dari 30 derajat, dan tidak boleh ada kebocoran cahaya dalam kisaran 30 derajat di kedua sisi sambungan.
Cincin piston baru berkualitas tinggi dapat memenuhi persyaratan di atas, tetapi dalam beberapa tahun terakhir, banyak perusahaan telah menggunakan cincin piston berharga murah sebagai pengganti suku cadang asli untuk mengurangi biaya.
Akibat perbedaan bahan dan teknik pengolahan, serta kesalahan dimensi yang signifikan selama pembuatan, terjadi kebocoran cahaya yang berlebihan.
Pada saat yang sama, elastisitas ring piston berkurang terlalu banyak saat bekerja pada suhu tinggi. Saat mengalami penumpukan karbon dan penyumbatan di alur ring, jumlah kebocoran akan meningkat, menyebabkan gas bertekanan tinggi bekerja pada permukaan kerja luar ring dari titik kebocoran, menyebabkan ring piston terjepit ke dalam alur ring, yang dapat menyebabkan ring tersangkut di alur ring dan menghasilkan fenomena menahan ring;
Ketika tekanan gas berkurang, cincin piston yang awalnya terkompresi akan keluar lagi karena elastisitasnya sendiri.
Tindakan berulang yang berkala ini, seiring waktu, akan mengakibatkan patah tulang karena kelelahan pada titik kekuatan yang lemah.
Praktik telah membuktikan bahwa fenomena kompresi ring piston adalah penyebab utama patahnya ring.
Selain itu, pada beberapa mesin diesel ditemukan bahwa cincin piston patah saat menyentuh bos liner silinder dan port udara yang menggantung di ujung cincin.
3. Pengaruh bahan bakar dan oli silinder
Bahan bakar yang digunakan di atas kapal sering berubah karena perubahan pelabuhan pengisian bahan bakar, dan indikator kinerja bahan bakar dari berbagai negara dan produsen sangat bervariasi karena perbedaan asal dan proses peleburan.
Jika menggunakan pemisah bahan bakar untuk pemurnian, cincin dengan berat jenis yang sesuai harus dipilih untuk bahan bakar yang berbeda, dan proses harus dilakukan pada suhu yang lebih tinggi (seperti 95-98 derajat) sebisa mungkin. Bergantung pada situasinya, pemisah bahan bakar harus dihubungkan secara seri atau paralel, jika tidak maka akan memengaruhi efek pengolahan bahan bakar.
Jika kadar aluminium, silikon, dan abu dalam bahan bakar terlalu tinggi, hal itu akan menyebabkan peningkatan keausan pada ring piston dan liner silinder, yang pasti akan memengaruhi proses pembakaran mesin diesel dan mengakibatkan tingginya suhu di dalam ruang bakar;
Pada saat yang sama, karena beberapa mesin diesel beroperasi pada kecepatan rendah dan beban rendah untuk waktu yang lama atau sering masuk dan keluar port, tanpa menyesuaikan volume oli silinder, volume injeksi oli silinder meningkat. Oli silinder yang berlebihan terakumulasi di alur ring karena efek pemompaan ring piston. Ketika suhu di dalam silinder terlalu tinggi, oli pelumas yang terakumulasi terbakar membentuk endapan karbon, yang menjadi penyebab adhesi dan kerusakan ring piston.
4. Dampak pekerjaan pemeliharaan dan manajemen harian
Melakukan pekerjaan yang baik dalam manajemen harian memainkan peranan penting dalam menghindari kesalahan seperti adhesi dan kerusakan ring piston.
1) Setelah mengganti liner silinder atau ring piston pada mesin diesel, kecepatan rendah harus dipertahankan.
Waktu yang cukup untuk menjalankan beban rendah, sambil meningkatkan jumlah injeksi oli silinder selama periode berjalan, dapat menghindari panas berlebih pada permukaan gesekan dan menyebabkan tarikan silinder atau patahnya ring piston karena ketidaksesuaian bentuk dan kekasaran permukaan ring dan selongsong silinder selama periode berjalan;
2) Selama operasi normal, suhu dan tekanan air pendingin dan minyak pendingin harus dikontrol dan dipertahankan dalam kisaran normal;
Pada saat yang sama, perhatikan perubahan parameter, dan yang terpenting adalah kecepatan perubahan setiap parameter;
Ukur grafik dinamometer secara teratur, analisis tekanan kompresi, tekanan ledakan, titik awal pembakaran, distribusi beban, dll., untuk menentukan apakah proses pembakaran baik, menilai status kerja silinder dan ring piston, mendeteksi gejala kesalahan tepat waktu, dan mengambil tindakan yang sesuai berdasarkan penyebab kesalahan;
3) Buka kotak pemulung secara berkala untuk mengukur jarak bebas antara ring piston, buatlah arsip untuk penggunaan setiap ring piston, dan periksa kondisi dasar ring piston, liner silinder, injeksi oli silinder, dll. melalui port pemulung. Jika ditemukan adanya adhesi atau kerusakan pada ring piston, silinder harus segera diangkat untuk perawatan.