Le fasce elastiche sono prodotte e classificate in base alla funzione e all’utilizzo. L’uso primario della fascia elastica è quello di sigillare la camera (dove il pistone si muove), che può essere una camera di combustione di un motore a 2 tempi o a 4 tempi. I motori marini hanno tre o più tipi di anelli montati sulla circonferenza del pistone.
L’anello del pistone è una parte essenziale del pistone, e il suo numero e la sua funzionalità differiscono a seconda del tipo e della capacità del motore.
Nei grandi motori a 2 tempi, gli anelli del pistone di tipo a compressione sono usati per sigillare la camera di combustione e gli anelli tergicristallo sono installati sotto di essi per pulire i depositi dalla camicia e distribuire l’olio sulla superficie della camicia.
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Tuttavia, nei motori marini più piccoli, vengono utilizzati diversi tipi di fasce elastiche per scopi specifici. Per esempio, l’anello raschiaolio è usato nel motore a 4 tempi perché è un motore di tipo tronco, e l’olio del carter ha accesso diretto alla camicia del cilindro e al pistone. In questo articolo, daremo un’occhiata ai diversi tipi di fasce elastiche utilizzate nei motori marini.
Tabella dei contenuti
Tipi e funzioni delle fasce elastiche
Anelli di compressione o anelli di pressione
Gli anelli di compressione forniscono la tenuta sopra il pistone e impediscono la perdita di gas dal lato della combustione. Gli anelli di compressione si trovano nelle prime scanalature del pistone.
Tuttavia, questo può essere diverso a seconda del design del motore. La funzione primaria di questi anelli è di sigillare i gas di combustione e di trasferire il calore dal pistone alle pareti del pistone.
L’olio è controllato dal taglio dello strato di olio lasciato dall’anello di olio, fornendo così agli anelli di compressione superiori una lubrificazione sufficiente. Inoltre, fornisce anche un aiuto all’anello di compressione superiore nella tenuta e nel trasferimento di calore.
Anello raschiatore
L’anello raschiatore chiamato anche anello Napier, o anello di compressione di riserva, è installato sotto l’anello di compressione. La loro funzione principale è quella di pulire la superficie della camicia dall’olio in eccesso e di agire come anello di supporto per fermare qualsiasi perdita di gas più in basso che è sfuggita all’anello di compressione superiore. La maggior parte degli anelli tergicristallo hanno una faccia ad angolo conico che è posizionata verso il basso per fornire un’azione pulente quando il pistone si muove verso l’albero a gomiti.
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Se l’anello tergicristallo non è installato correttamente con l’angolo conico più vicino all’anello di compressione, ne risulta un consumo eccessivo di olio. Questo è causato dall’anello raschiatore che pulisce l’olio in eccesso verso la camera di combustione.
Controllo dell’olio / anelli raschiatori
Gli anelli dell’olio controllano la quantità di olio lubrificante che passa su o giù per le pareti del cilindro. Questi anelli sono anche usati per spargere l’olio uniformemente intorno alla circonferenza della camicia.
L’olio viene spruzzato sulle pareti del cilindro. Questi anelli sono anche chiamati anelli raschiatori perché raschiano l’olio dalle pareti del cilindro e lo rimandano al carter.
Questi anelli non permettono all’olio di passare dallo spazio tra la faccia dell’anello e il cilindro.
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Nell’anello dell’olio, dei fori o delle fessure sono tagliati nel centro radiale dell’anello che permette all’olio in eccesso di rifluire nel serbatoio.
Gli anelli dell’olio possono essere monopezzo o in due pezzi. Per aumentare la pressione di contatto tra l’anello e la superficie della camicia, gli anelli possono avere dei bordi smussati sui lati esterni delle terre o di fronte alla camera di combustione per ridurre il consumo d’olio attraverso una migliore raschiatura dell’olio dal foro.
Gli anelli di controllo dell’olio in due pezzi sono costituiti da un anello in ghisa o in acciaio profilato e da una molla a spirale in acciaio resistente al calore che agisce su tutta la circonferenza dell’anello per mantenere la pressione e il contatto.
Materiale delle fasce elastiche
Uno dei materiali più importanti utilizzati nella fabbricazione delle fasce elastiche è la ghisa. Questo perché contiene grafite in forma lamellare che agisce come un lubrificante che assiste il movimento di scorrimento tra le fasce e la camicia.
Le leghe e i rivestimenti sono fatti sulle fasce elastiche, e variano a seconda del tipo di anello in quanto la funzionalità di questi anelli è diversa l’una dall’altra.
La forma più comune di legare la ghisa è il cromo, il molibdeno, il vanadio, il titanio, il nichel e il rame.
Il materiale delle fasce elastiche è mantenuto più duro della camicia del cilindro per fornire la massima durata.
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Il pistone del motore principale
La camera di combustione di un motore marino a 2 tempi è un grande spazio che produce un’enorme quantità di calore e stress.
Le fasce superiori del pistone sono direttamente in contatto con la camera di combustione, quindi hanno bisogno di una migliore protezione e rivestimento per affrontare lo stress termico e fornire una corretta tenuta.
Molti nuovi design sono stati introdotti appositamente per i grandi motori marini a due tempi. Alcuni dei design importanti introdotti sono:
Motore MAN
La fascia più alta del pistone è di tipo Controlled Pressure Relief in cui diverse scanalature oblique poco profonde (cromate dure) sono fornite sulla faccia permettendo alla pressione del gas di passare attraverso il 2° anello riducendo così il carico sull’anello superiore. Ha un giunto di tipo ‘S’ alle estremità dell’anello.
Un nuovo design è stato recentemente introdotto che è una versione modificata degli anelli CPR conosciuta come CPR Port on Plane rings (CPR POP).
La modifica è fatta sulla posizione delle scanalature che sono ora posizionate nel lato inferiore dell’anello in quanto è stato notato che l’usura delle scanalature degli anelli CPR nel lato di scorrimento era più veloce del solito.
Secondi anelli o anelli intermedi
Gli altri anelli hanno un taglio obliquo alle estremità dell’anello. Tutte le fasce elastiche sono rivestite di alluminio sulla superficie esterna per facilitare il rodaggio.
Motore Wartsila
Nel motore a 2 tempi Wartsila, le scanalature delle fasce elastiche sulla superficie del pistone sono indurite per un’eccellente resistenza all’usura. Le fasce elastiche superiori (conosciute anche come anello Gas Tight (GT) in Wartsila) hanno estremità sovrapposte per evitare perdite di gas con una forma asimmetrica della canna. Sono rivestiti in cromo-ceramica (CC) insieme al rivestimento di rodaggio (RC).
Il numero di fasce elastiche varia a seconda delle dimensioni del motore. Ad esempio, un RTflex 35 avrà una gonna molto corta ed è dotato di tre fasce elastiche, ma un motore RTA può avere 5 fasce elastiche.3
Motore a 4 tempi
Il requisito delle fasce elastiche in un motore a 4 tempi è diverso in quanto il gruppo fasce elastiche è aperto verso la coppa. Quindi, gli anelli di raschiamento dell’olio sono ulteriormente necessari nel pacchetto di fasce elastiche dei pistoni a 4 tempi. In genere consiste di 2-5 anelli a seconda del tipo di motore e delle specifiche. Di solito, 2-4 anelli di compressione sono forniti per sigillare i gas dalla camera di combustione, e 1-3 anelli di controllo dell’olio sono forniti per evitare l’ingresso di olio nella camera di combustione.
Le fasce elastiche di compressione sono solitamente di tipo a barile con faccia conica per un’efficiente tenuta dei gas. I profili dell’anello di controllo dell’olio comprendono due terre e una molla a spirale inserita per sostenere la pretensione dell’anello.
Come funzionano le fasce elastiche?
Come spiegato, ci sono diversi tipi di anelli forniti in un pistone a vari livelli, che svolgono compiti diversi.
La scanalatura più alta del pistone consiste in un anello di compressione la cui funzione principale è quella di sigillare qualsiasi tipo di perdita all’interno della camera di combustione durante il processo di combustione.
Quando la miscela aria-carburante viene accesa, la pressione dei gas di combustione viene applicata alla testa del pistone, forzando il pistone verso l’albero motore.
I gas pressurizzati viaggiano attraverso lo spazio tra la parete del cilindro e il pistone e nella scanalatura della fascia del pistone.
Durante il processo di combustione, la forza dei gas ad alta pressione preme la fascia del pistone contro la parete della camicia del cilindro che la aiuta a formare una tenuta efficace. Questa pressione che spinge l’anello del pistone è proporzionale alla pressione dei gas di combustione.
Il prossimo set di anelli nel pistone che si trova sotto l’anello di compressione e sopra gli anelli dell’olio sono chiamati anelli tergicristallo.
Hanno una costruzione a faccia affusolata e sono usati per sigillare ulteriormente la camera di combustione. Come suggerisce il nome, aiutano a pulire la parete del rivestimento da qualsiasi eccesso di olio e impurità. Se qualche gas di combustione è riuscito a passare dall’anello di compressione, questi gas saranno bloccati dall’anello tergicristallo in buone condizioni.
L’ultima serie di anelli sono gli anelli dell’olio che si trovano nelle scanalature inferiori del pistone più vicino al carter. La funzione principale dell’anello dell’olio è di raschiare l’olio in eccesso dalle pareti della camicia del cilindro quando il pistone è in movimento.
La maggior parte dell’olio spazzato è diretto nel carter verso la coppa dell’olio. Questi anelli dell’olio sono dotati di una molla montata sul retro in un motore a 4 tempi per fornire un’ulteriore spinta per pulire la canna.
Perché le fasce elastiche si guastano?
La camera di combustione esercita un’enorme pressione sulle fasce elastiche. Se la pressione di combustione del gas prodotto all’interno della camera è più alta del solito, può influenzare le prestazioni dell’anello.
Questo può essere dovuto alla detonazione e al pinging del carburante dall’iniettore che perde o quando il carburante è mescolato con aria sporca.
L’olio combustibile contaminato o il grado sbagliato dell’olio del cilindro influenzerà anche le prestazioni dell’anello. Quando l’anello inizia a consumarsi, la sua capacità di sigillare i gas di combustione diventa evidente.
Cattiva qualità del carburante o dell’olio del cilindro, cattivo processo di combustione, tempi sbagliati del carburante, rivestimento usurato ecc. sono la causa normale delle fasce elastiche usurate. L’indicazione o il segno più comune di un anello usurato è il gas che passa nel carter o sotto l’area del pistone conosciuto come blowby.
L’anello appiccicoso a causa del deposito di carbonio o fango e la rottura o la crepa sull’anello possono risultare a causa dell’usura.
Cose da controllare durante l’ispezione delle fasce elastiche
L’ispezione delle fasce elastiche è un compito importante per determinare il corretto funzionamento delle fasce elastiche seguito dalla pulizia o dalla sostituzione delle stesse (se rotte o usurate).
Nei motori a 2 tempi, la porta che contiene l’anello superiore di solito si trova in una posizione più alta rispetto alla scanalatura dell’anello superiore del motore a 4 tempi.
Durante l’ispezione di routine
Durante la normale ispezione dello spazio di lavaggio, le fasce elastiche vengono premute con l’aiuto di un cacciavite. Questo viene fatto per controllare l’azione della molla o la tensione degli anelli. Questo dice anche se l’anello è rotto o no. Se l’anello è rotto non ci sarà l’azione della molla.
Gli anelli vengono controllati per la loro libertà nelle scanalature, poiché potrebbero rimanere bloccati a causa di depositi di carbonio e potrebbero infine rompersi causando molti danni alla canna.
Si controlla anche il gioco tra l’anello e la scanalatura e si calcola l’usura. L’anello è controllato per i segni di graffi e danni, e la condizione generale è anche valutata.
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Durante le revisioni maggiori
Durante le revisioni maggiori, le fasce elastiche vengono cambiate completamente con il nuovo set. Ma i seguenti passi devono essere considerati per la rottamazione delle fasce:-
1) Se la fascia del pistone si trova bloccata nella scanalatura.
2) Se l’altezza assiale delle fasce è ridotta e il gioco nelle fasce e nella scanalatura è grande.
3) Se lo strato di cromo è staccato o danneggiato.
Durante la revisione, le scanalature devono essere adeguatamente pulite dai depositi di carbonio e controllati i danni nelle scanalature dell’anello.
Prima di mettere le fasce elastiche, dovrebbe essere prima arrotondato nelle scanalature. In questo processo, l’anello viene interamente spostato all’interno delle scanalature.
Con questo test, possiamo controllare che le scanalature siano più profonde della larghezza radiale dell’anello.
Mentre si inserisce il pistone con gli anelli sostituiti nella camicia, si usa l’attrezzo di compressione delle fasce elastiche adeguatamente lubrificato, che assicura che gli anelli non si attacchino alla faccia della camicia mentre entrano nella camera di combustione.
Le fasce elastiche vengono messe dentro la camicia usurata, e si controlla anche il gap del culo. Per le fasce del pistone piccolo (es. compressore), le estremità possono essere trattate con un filtratore di fasce elastiche, ma per i motori marini, le fasce devono essere inviate a un’officina a terra per essere ricondizionate se il gap di testa è insolito. Mentre si mettono gli anelli, si dovrebbe controllare se ci sono delle marcature che indicano quale parte è in alto o in basso e anche controllare diverse marcature per diverse posizioni.
Gli anelli dovrebbero essere messi con l’aiuto di un pedaggio adeguato, cioè con l’aiuto di un espansore di anelli. Il gioco tra l’anello e la scanalatura è controllato con l’aiuto dello spessimetro.
Il gioco assiale e radiale del vecchio anello è controllato e registrato per valutare la quantità di usura per un certo numero di ore di funzionamento.
Come si installa la fascia elastica?
Prima di installare l’anello del pistone, l’anello nuovo o di ricambio viene controllato per la sua marcatura e confrontato con quello vecchio per lo stesso grado o posizione. Se la marcatura del vecchio anello del pistone è cancellata, controllare il manuale per l’identificazione dell’anello del pistone in modo che possa essere posizionato nella sua scanalatura appropriata.
La scanalatura deve essere pulita correttamente per assicurarsi che non vi siano depositi di carbonio e fango. Durante la pulizia, va tenuto presente che alcune scanalature del pistone sono rivestite da una speciale pellicola protettiva. Non devono essere danneggiate dall’uso di un utensile da taglio o da smerigliatura.
Una volta che la scanalatura è ben pulita, la fascia elastica viene installata utilizzando l’attrezzo per fasce elastiche che espande l’anello da inserire nella scanalatura facendolo scorrere dalla parte superiore della testa del pistone. Assicuratevi di inserire l’anello mantenendo la marcatura superiore sul lato superiore.
La maggior parte delle fasce elastiche sono dotate di marcatura “TOP” o la superficie stampata con il numero di identificazione è considerata la faccia superiore se non è presente una marcatura specifica.
E’ estremamente importante usare l’attrezzo espansore di fasce elastiche in modo appropriato perché un uso sbagliato può danneggiare l’anello o può ferire l’operatore dato che l’anello è sotto costante tensione.
Nei piccoli motori a 4 tempi, nel caso in cui l’attrezzo non sia disponibile, l’anello può essere espanso con l’uso di vestiti o stracci disponibili in sala macchine.
Due stracci vengono messi su ogni lato delle estremità dell’anello e vengono tirati in modo che gli anelli possano essere espansi e inseriti dalla parte superiore del pistone.
Dopo aver montato tutte le fasce elastiche, assicurarsi che l’apertura o l’estremità del culo di tutte le fasce elastiche non siano allineate per evitare perdite di gas dalla camera.
Vita delle fasce elastiche
Simile a tutte le altre parti del macchinario, anche la fascia elastica avrà un periodo di tempo stabilito per la revisione e la sostituzione. La vita di una fasce elastiche dipende interamente dal tipo di fasce elastiche, dalle dimensioni del motore su cui sono montate e dalle condizioni di funzionamento dell’anello e della camicia.
Per un grande anello di pistone a due tempi con un alesaggio di circa 900 mm, la vita complessiva dell’anello può arrivare a 24.000 ore e per i motori più piccoli con un alesaggio di 500 mm può arrivare a 16.000 ore.
Per i motori marini ausiliari a 4 tempi ad alta velocità, la vita della fascia elastica è solitamente inferiore a quella del motore a 2 tempi. La vita media di un motore marino a 4 tempi ad alta velocità è di circa 8000 ore, dopo le quali è necessario un rinnovo.
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