книги из ГПНТБ / Эксплуатация корабельных двигателей внутреннего сгорания лекции

увеличение коэффициента теплоотдачи от стенок цилиндров

в воду. Понижение давления воды в полости охлаждения дизе­

ля смещает момент возникновения поверхностного кипения в зону более низких температур. Образование пара в поло­

сти охлаждения дизеля приводит к возникновению "паровых мешков" и местному перегреву стенок цилиндров.

§ 5. Влияние температуры охлаждающей воды на износ деталей двигателя

Влияние температуры выходящей из двигателя воды -bWl на износ деталей показано на рис. 8.9. На рисунке видно,

подвергаются износу от действия электрохимической корро­ зии и кавитационной эрозии.

248

I. Влияние температуры выходящей из дизеля воды на

коррозионный износ рабочей поверхности втулок цилиндров

Рабочая поверхность втулки цилиндра подвергается кор­

розионному износу под действием агрессивных веществ,

образующихся при сгорании топлива. При сгорании топлива

вцилиндре дизеля образуются углекислота, сернистый

ангидрид, водяной пар, в незначительных количествах окис­

лы азота и альдегида. В зависимости от условий контакти­

рования со стенками цилиндра химически агрессивных ве­

ществ,входящих в состав продуктов сгорания, наблюдается газовая (химическая) и электрохимическая коррозия.

При сгорании топлива в цилиндре дизеля образуется

большое количество водяных паров (на I кгс топлива около I кгс водяного пара).>Если на стенках цилиндров осядет небольшое количество водяных паров, то и этого, оказыва­ ется, достаточно для возникновения интенсивной электро­ химической коррозии даже при незначительном содержании

втопливе серы.

Обязательным условием выпадения конденсате на стенках цилиндра является превышение температуры насыщения водя­ ных паров t^'C .содержащихся в продуктах сгорания, над температурой поверхности втулки t 6T°C.

Температура точки росы водяных паров зависит от коли­

чества воздуха, поступающего в цилиндр, и его влагосодер-

жания. Она возрастает с увеличением нагрузки дизеля и максимального давления цикла и уменьшается с увеличением коэффициента избытка воздуха.

Температура точки росы продуктов сгорания i p °C

превышает температуру конденсации водяных паров t Hj!0aC

249

концентраций идет круто вверх. Следует под­ черкнуть, что выпадение

конденсата происходит с вы­

сокой концентрацией H2S0M при низкой концентрации

250

температуры охлаждающей воды. Повышение температуры втулки цилиндра до указанного выше предела пока невозмож­

но по условиям сохранения смазки.

Интенсивность электрохимической коррозии в цилиндре

может быть снижена путем увеличения температуры охлаждаю­

щей воды в таких пределах, при которых температура в

верхнем поясе втулки цилиндра была бы не ниже 140-150°С. Для дизелей с наддувом это достигается при температуре

выходящей из дизеля воды X^ = 8&г95°С. Переход на более

высокие температуры (высокотемпературное охлаждение) ог­ раничивается термической стабильностью масла, термиче­

ской прочностью материала поршня (особенно алшиниевого)

врайоне верхней канавки под кольцо и высокими давлениями

всистеме охлаждения.

2.Влияние температуры охлаждающей воды на кавитационную эрозию втулок цилиндров

Кавитационная эрозия наблюдается на поверхностях

втулки и блока цилиндров, омываемых охлаждающей водой. Основная причина кавитационной эрозии - вибрация деталей во время работы дизеля. При температуре Ю0°С и нормаль­ ном атмосферном давлении в воде сами по себе образуются каверны (пузырьки), т. е. вода начинает кипеть. При

уменьшении давления pw в полости охлаждения температу­

ра кипения воды t Kvm= 100° j/p^1 понижается.

При вибрации втулки на ее поверхности, соприкасающей­

ся с водой, поочередно возникают области повышенного и

пониженного давления. На рис. 8.13 дана схема возникнове­

ния и разрушения пузырьков пара при вибрации втулки. При движении стенки втулки от воды на ее поверхности возникает область пониженного давления, вода вскипает

иобразуются пузырьки пара, происходит разрыв жидкости

иобразование каверн (пузырьков). При обратном движении

стенки на ее поверхности образуется область повышенного

252

о

Рис. 8.13. Схема образова­

ния и захлопывания каверн (пузырьков пара) в полости

охлаждения двигателя : (5,v и К - путь, скорость

и ускорение колебаний втулки цилиндра): I - колебание стенки и жидкости - отрыв

жидкости от поверхности стенки:

Ft - сила притяжения жидкости; р2сила притяжения пара

f;>»f4 ^ - 5^= uodo кгс/смг

сцепления молекул жидкости.

Кавитации нет; о - Pj>PCu, в точке А разрыв жидкости

образование каверны (пузырьки)

начало кавитации; 6 -.Pj>PpaSp.

силы захлопывания каверны (раз­ рушения пузырька) в точке о

начинается смыкание каверны,

наступает кавитационное разру­ шение

253

давления, наступает мгновенное: захлопывание (разрушение)

пузырьков пара. При захлопывании каверн возникает имцульс

давления, достигающий II 000 кгс/см [3]. Такое давление вызывает деформацию кристаллической решетки, повышение

температуры и разрушение материала. Кавитационная эрозия

всегда сопровождается электрохимической коррозией.

Вибрация деталей, ошваемых водой, определяется пе­

риодически возникающими вспышками топлива в цилиндре дизеля, т. е. рабочим процессом и ударными нагрузками при перекладке поршня в верхней мертвой точке. Наиболь­

шее поражение втулки от кавитационной эрозии наблюдается

в плоскости, перпендикулярной оси коленчатого вала в том месте втулки, где вибрация наибольшая.

Интенсивность коррозии и кавитационной эрозии зависит

от наличия в воде растворенных солей и кислорода. Наличие солей и кислорода ускоряет процесс коррозии и кавитацион­

ной эрозии.

Для уменьшения коррозии и кавитационной эрозии применяются следующие меры:

- уменьшается уровень вибраций втулки и блока ци­

линдров, для чего увеличивается толщина стенок втулки

и ее общая жесткость, уменьшается зазор между поршнем и втулкой, снижается жесткость работы дизеля;

-применяется дистиллированная или пресная вода

сограниченным содержанием примесей;

-в охлаждающую воду добавляются специальные анти­ коррозионные присадки, образующие на поверхности деталей защитную пленку;

-втулка и блок цилиндров покрываются специальными

антикоррозионными покрытиями: цинком, кадмием, специаль­

ными смолами и лаками;

-повышается температура и давление в системе ох­

лаждения дизеля.

Зависимость кавитационного разрушения втулок цилинд­

254

ров Д&То от температуры охлаждающей воды представлена на рис. 8.14.

Рис. 8.14. Зависимость кавитационного разру­ шения поверхности втулок цилиндров от tWa [3]•

§ 6. Требования, предъявляемые к охлаждающей воде. Антикоррозионные присадки

Природная вода в отличие от химически чистой воды всегда представляет собой раствор сложного состава. В воде содержатся растворимые в ней соли и газы. Газы нахо­ дятся в виде растворенных молекул 0 21М й.Химические ве­ щества находятся в виде ионов простого (Ca,Mg,N<x,£i")

и сложного (УМц , 50^ ,НС03) состава» Многие вещества

могут находиться в коллоидном состоянии.

Наличие большого количества примесей делает воду мало пригодной для технических целей, в том числе и для охлаждения дизеля, п о э т о м у перед применением вода под­ вергается специальной обработке (водоподготовке). Предва­ рительная обработка воды заключается в том, чтобы очи­

стить ее от механических примесей, удалить растворенные соли и кислород и ввести специальные присадки, нейтрали­

зующие отдельные вредные свойства воды. Для этой цели

вода кипятится, производится ее перегонка или обработка

255

специальными химическими реагентами и веществами. Если

вода применяется как охлаждающая жидкость в замкнутой

системе охлаждения дизеля, то она не должна содержать примесей, которые образуют накипь на нагретых деталях

или вызывают интенсивную электрохимическую коррозию.

Как показали эксперименты, для охлаждения дизеля наи­ более приемлемой будет глубоко обессоленная и обескисло­

роженная вода высокой очистки. Однако получение такой

воды и поддержание ее стабильного качества требуют слож­ ных установок, что ' бывает не всегда целесообразно в

корабельных условиях. Поэтому для систем охлаждения при­

меняется пресная или дистиллированная вода, имеющая ог­

раниченное содержание примесей.

Технические условия на качество охлаждающей воды

определяются следующими показателями:

-общая жесткость (ионы Са и Мд* ) в пределах

1,0-2,5 мгс экв/л;

-содержание хлоридов (ионы Cl" ) не более

30-300 мгс/л;

-щелочность - отсутствие (водородный показатель pH =6,54-7,5);

-механические примеси - отсутствие.

Требования к охлаждающей воде ДВС зависят от их кон­

структивных особенностей и степени форсировки. Более

жесткие требования предъявляются к воде для быстроходных

форсированных двигателей.

Жесткость воды характеризуется количеством раствори­ мых в ней солей Са и Мд и отчасти Fe. Они являются ос­

новными солями, образующими накипь. Различают общую, временную и постоянную жесткость воды. Временная жест­ кость зависит от содержания бикарбонатов кальция Са(НС03)г

256

Общая жесткость есть сумма временной и постоянной жесткости. Жесткость воды выражается в градусах жесткости

рения жесткости принятв величина, называемая миллиграммэквивалентом на литр (мгс-экв/л).Один миллиграмм-эквива­

лент содержит число граммов вещества, численно равное его

химическому эквиваленту. Один миллиграмм-эквивалент со­

держит 20,04мгс/л Со. или 12,36 мгс/л Мд .Между градусом жесткости и миллиграмм-эквивалентом существует следующее соотношение: 1°Н =0,35663 мгс-экв/л; 2,804'°Н = I мгс-экв/л

Солесодержание морской воды характеризуется солено­ стью, которая представляет собой общее количество всех

солей (в граммах),‘полученное при выпаривании I кГ воды. Однако показатель солености не полностью отражает свойст­

ва воды, поэтом? в корабельных условиях соленость принято

характеризовать условными градусами по Брандту (°Бр или °Б).Один градус солености воды по Брандту соответствует содержанию 10 мгс MiCL (вместе с на I л воды.

В настоящее время соленость воды характеризуется со­ держанием хлоридов, которое выражается с мг хлор-ионов (мгс И*) на I л воды.

Щелочность и кислотность воды определяются водородным показателем pH, т. е. отрицательным десятичным логариф­

мом от концентрации в воде ионов водорода [H'|,pH=-ig|H'j. Применительно к водным растворам можно сказать, что

ионы Н* являются носителями кислотной функции,а носите­ лями щелочной (основной) функции являются гидроксильные ионы ОН'. В чистой воде |Н’|=|0Н*|, поэтому она рассматри­

вается как нейтральное соединение. В химически чистой во­ де при температуре 22°С в одном литре диссоциировано

257