книги из ГПНТБ / Дерябин А.А. Смазка и износ дизелей

Таблица 26

Износ первых и вторых поршневых компрессионных колец за 120 ч работы на различных маслах дизелей

установок «Питтер AV-1» и У-526 (с цилиндром двигателя М-503)

того, на установке У-526 разница в износах поршневых колец на различных маслах значительно больше, чем на установке «Пит­

75

большее количество зольных отложений, вызывающих повышен­ ный абразивный износ поршневых колец.

На установке «Питтер AV-1» вследствие более холодных поверх­ ностей камеры сгорания -и днища поршня отложения золы не столь значительны ^при нормальном расходе масла) и влияние их на износ поршневых колец^меньше. Только масла с очень высокой зольностью на установке" «Питтер AV-1» вызывают повышенные износы поршневых колец (см. табл. 16).

Различия в закономерностях износа поршневых колец на уста­ новке «Питтер AV-1» и на установках, имитирующих режимы вы­ сокофорсированных дизелей, не позволяют рекомендовать уста­ новку «Питтер AV-1» (без наддува) для стандартной оценки противоизносных свойств масел для форсированных дизелей.

Оценку противоизносных свойств масел для форсированных дизелей, необходимо производить на дизеле с более высокой сте­ пенью форсирования, чем двигатель установки «Питтер AV-1». Дизель, предназначенный для этих целей, должен иметь наддув до 2—3 кгс/см2 , температуру в зоне первого-поршневого кольца' на максимальном режиме не менее 300° С, удельное давление в коренных и шатунных подшипниках не менее 250 кгс/см2 ; мате­ риалы деталей должны соответствовать современным требованиям.

Одним из существенных требований к такому двигателю должно быть крупносерийное производство его основных деталей на спе­ циализированном моторостроительном предприятии, чтобы обес­ печивалось постоянство технологии и качества их изготовления с минимальными отклонениями в допусках. Отклонения в расходе масла на угар у такого двигателя не должны превышать ± 1 0 % от средней величины. По-видимому, для оценки противоизносных свойств масел целесообразно иметь испытательные высокооборот­ ные установки (с числом оборотов в минуту выше 2000), средне­ оборотные (750—1500 об/мин) и малооборотные (менее 300 об/мин) с лубрикаторной смазкой цилиндра.

Важное значение при оценке противоизносных свойств масел имеет правильный выбор методики оценки износа. Микрометри­ ческий обмер деталей до и после испытания позволяет получить убедительные данные лишь при достаточной продолжительности испытаний — обычно в несколько сот часов. При краткосрочных испытаниях целесообразно использовать метод количественного анализа содержания железа в масле, метод искусственных баз (вырезанных лунок), радиоизотопные методы, взвешивание де­ талей.

Отсутствие надежных методов моторной оценки* противоизнос­ ных свойств масел на специальных двигателях, удовлетворяющих перечисленным требованиям, и невозможность получить данные, достаточно полно согласующиеся с поведением масел в двигате­ лях, на лабораторных немоторных установках и машинах трения, приводит к тому, что точки зрения на противоизносные свойства различных масел в настоящее время противоречивы, а многочис-

76

-ленные данные, опубликованные в печати, нередко носят случай­ ный характер. Очевидно лишь одно, что при работе на малосер­ нистых тошшвах и прочих равных условиях, износ деталей тронковых дизелей (в основном абразивно-эрозионный) будет всегда меньше на малозольных и беззольных маслах, чем на высоко­ зольных. При работе же на высокосернистых топливах износ (в ос­ новном коррозионный) будет меньше на высокощелочных маслах с хорошими нейтрализующими свойствами.

7. СОРТНОСТЬ СМАЗОЧНЫХ МАСЕЛ КАК КОМПЛЕКСНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ ИХ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ

Нами сделана попытка установить относительный обобщающий показатель, учитывающий основные свойства масел, представ­ ляющие наиболее важное значение для дизелей. Условно этот показатель назван нами сортностью масла СМ. Для подсчета его составлена формула

«Питтер W - b за 36 ч работы (мг); Д — коррозия свинца в приборе ДК-3 за 25 ч при 140° С (т/и2); b — моющие свойства, определен­ ные на установке ПЗВ при повышенных температурах по методике завода им. Шаумяна по 100-балльной шкале; z—сульфатная зольность масла, %. Коэффициенты выбраны с расчетом получить значения показателей, составляющих формулу, величинами одного порядка. В табл. 27 представлены значения сортности различных масел, подсчитанные по формуле (6). Максимальная величина сорт­ ности может быть равна 100 (максимально возможныйбалл на уста­ новке «Питтер AV-1» при отсутствии зольности и высоких анти­ коррозионных и противоизносных свойствах). Практически, повидимому, этой величины достигнуть не удастся, но эксплуата­ ционные свойства масла тем выше, чем выше его сортность.

Как видно из таблицы, вес нагара на поршне практически одинаков для разных масел. Износ выше при работе на высоко­ зольных минеральных маслах и это обстоятельство, так же как и сульфатная зольность, значительно снижает величину сортности минеральных многозольных масел.

Сортность синтетических масел резко снижается вследствие повышенной их коррозионной агрессивности по сравнению с боль­

77

78

79

П р о д о л ж е н и е т а б л . 27

зольностью (а-11-2, М-20А, М-20Б, МТ-16П) имеют низкую (отри­ цательную) величину сортности в основном вследствие низких моющих свойств. Наименьшую сортность имеют синтетические и минеральные масла без присадок за счет повышенной их корро­ зионной агрессивности и низких моющих свойств.

Наибольшие значения сортности имеют малозольные масла, разработанные заводом им. Шаумяна:

по отношению к дизельным маслам, так как первоначальная ве­ личина В, входящая в формулу (6), определялась на дизеле. Сорт­ ность, подсчитанная по изложенному методу, не характеризует эксплуатационных свойств масел для бензиновых карбюраторных двигателей.

Сортность является относительным показателем качества ма­ сел и может применяться лишь как факультативная оценка при исследованиях.

Глава IV

УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ МАСЕЛ НА ДИЗЕЛЯХ

ИОДНОЦИЛИНДРОВЫХ УСТАНОВКАХ

Вэтой главе рассматриваются условия работы и результаты испытания масел на наиболее распространенных и высокофорсиро­ ванных судовых дизелях в стендовых и эксплуатационных усло­

Правильный выбор смазочного масла невозможен без знания условий применения масла в двигателе. В предыдущих главах было показано, что нецелесообразно, а иногда и недопустимо при­ менение масел с излишне высоким запасом моющих свойств, обус­ ловленным большим количеством металлсодержащих присадок. Тем. более недопустимо использование масел с моющими, анти­ коррозионными и противоизносными свойствами ниже требуемого уровня.

При выборе масла, с одной стороны, необходимо учитывать степень форсирования и термической напряженности двигателя, режимы работы в эксплуатации, сроки службы масла, расход масла на угар, количество масла, циркулирующего в системе в расчете на единицу мощности, эффективность средств очистки масла, конструктивные особенности цилнндро-поршневой группы и маслосистемы двигателя, а с другой, — уровень моющих, анти­ коррозионных, антиокислительных, противоизносных свойств масла, характер и количество зольных отложений, образующихся при егорании масла [15].

Чем выше степень форсирования, термическая напряженность и моторесурс двигателя, реже сроки смены, меньше расход и ко­ личество циркулирующего в системе масла в расчете на единицу мощности, чем ближе средняя эксплуатационная мощность дви­ гателя к максимальной, тем более высокие моющие и антикорро­ зионные свойства должно иметь смазочное масло.

Высокая степень форсирования двигателя приводит к повыше­ нию термической напряженности деталей цилиндро-поршневой группы. В этом случае температура как внутренней, так и наруж­ ной поверхности поршня, гильзы цилиндра, клапанов, в зоне про­ дувочных и выхлопных окон высокая; количество тепла, отдавае­ мое маслу, увеличенное. Естественно при этом требуются более стабильные высококачественные масла с улучшенными моющими свойствами. Простым увеличением количества добавляемых при­ садок не всегда удается улучшить качество масел.. Например,

в случае применения металлсодержащих присадок увеличивается зольность масла, а масло с высокой зольностью образует боль­ шое количество зольных отложений на сильно нагретых поверх­ ностях днища поршня, камеры сгорания, клапанов, продувочных и выхлопных окон. Беззольные и малозольные (магниевые алкилсалицилатные) присадки при применении в высокофорсированных дизелях резко увеличивают коррозионную агрессивность масла и требуют принятия специальных мер для защиты деталей дви­ гателей от коррозии и коррозионного износа.

Стремление сократить расход масел за счет редкой смены и уменьшения угара также вызывает необходимость применения вы­ сококачественных масел с более высокими моющими и другими свойствами. Увеличение срока службы и уменьшение расхода

При увеличении срока службы масла и небольшом расходе на угар концентрация активной присадки всегда ниже, а загрязнен­ ность масла выше, чем при частой смене и большом расходе масла

на 5—10% и что при более высоком качестве масла можно только реже производить его смену, а расход масла на угар не изменяется, так как он зависит в основном от конструкции, качества и износа поршневых колец [3]. Такое утверждение основано на том, что более 80—85% масла в двигателе расходуется на угар и только 15—20% на периодическую замену его в двигателе. Вопросы сни­ жения расхода масла на угар трудно решаются не из-за того, что конструкторы не могут создать лучшие по конструкции и качеству изготовления поршневые кольца, а потому что качество имею­ щихся моторных масел не всегда обеспечивает удовлетворитель­ ную работу в «жестких» условиях (при низком расходе масла). Недостаточно высокие моющие свойства масел приводят к закоксовыванию поршневых колец, забивке дренажных отверстий в поршне углеродистыми отложениями, что при длительной работе в не­ сколько раз увеличивает удельный расход масла (двигатели ЧН 15/18, ЧН 16/17 и др.). Кроме того, расход масла на угар за­ висит от степени изношенности поршневых колец и гильз цилин­ дров, а износ этих деталей в первую очередь зависит от качества масла.

Большое значение для выбора качества масла, уровня его мою­ щих и антикоррозионных свойств имеет .объем масла, циркули­ рующего (находящегося) в масляной системе. Образование неже­ лательных вредных примесей в масле происходит за счет продук­ тов неполного сгорания топлива, проникающих в масло, или в результате процессов окисления, термоокислительной полимери­ зации и конденсации углеводородов масла в зоне цилиндр—пор-

82

шень [10]. Скорость накопления в масле вредных примесей за­ висит от объема масла, циркулирующего в системе смазки. Следо­ вательно, при небольшом количестве масла, находящегося в си­ стеме, моющие, нейтрализующие антикоррозионные и прочие его свойства должны быть более высокими, чтобы эффективнее противо­ действовать отрицательному влиянию продуктов иеполногосгорания топлива и окисления масла и обеспечивать нормальную ра­ боту двигателя.

При проведении испытаний опытных образцов масел экспери­ ментаторы не всегда придают должное значение емкости масляной системы, количеству масла, находящегося в системе смазки, и по­ этому получают несравнимые результаты испытаний одного и того же масла на полноразмерных двигателях и одноцилиндровых установках с цилиндрами этих двигателей, в стендовых и эксплуа­ тационных условиях при различной емкости масляных систем.

Однозначные результаты на-двигателях одного типа при всех прочих равных условиях можно получить только в том случае, если количества масла, приходящегося на единицу мощности в мас­ ляных системах двигателя, будут сопоставимы. В противном слу­ чае, ни по моющим, ни по нейтрализующим, ни по антикоррозион­ ным свойствам получить воспроизводимые результаты не пред­ ставится возможным. Если на одном и том же двигателе, при про­ чих равных условиях в несколько раз изменить количество масла, приходящегося на единицу мощности, можно получить практически одинаковые результаты испытаний масел разных групп. Напри­ мер, на одноцилиндровой установке У-526 с цилиндром двигателя М-503 при проведении 120-часового испытания масла примерно

вдва раза сократили количество циркулирующего в системе масла, оставив неизменным все остальные условия и в том числе мощность двигателя. В этом случае резко изменился процесс окисления и ста­ рения масла; интенсивность роста коксуемости масла увеличилась

вдва раза. Одновременно значительно быстрее стали расти кислот­ ное число, вязкость, содержание механических примесей и изме­ няться другие свойства масла, приближаясь к изменениям в масле, происходящим в полноразмерном многоцилиндровом дизеле. На­ блюдалось более сильное лакообразование на внутренней поверх­ ности и юбке поршня, более обильное отложение углеродистых частиц в зоне поршневых колец. Эти изменения сказались и на коррозионном воздействии масла на детали и их износе.

При выборе масла необходимо учитывать условия и режимы эксплуатации двигателя. Например, двигатели М-50Ф семейства 12ЧН 18/20 большую часть времени работают на долевых нагруз­ ках и средняя эксплуатационная мощность их составляет 200—

250 л. с. Работу в этих условиях могут обеспечить масла групп А и Б (М-20А, М-20Б). Двигатели этого же типа М-401, устанавли­ ваемые на судах' с подводными крыльями («Ракета», «Метеор»), имея меньшую максимальную мощность, эксплуатируются на фор­ сированных режимах. Так, средняя эксплуатационная мощность

двигателей М-401 превышает 800 л. с. и, естественно, масла М-20А,

М-20Б не обеспечивают удовлетворительной работы двигателей М-401.

Немаловажное значение при выборе масла имеют конструктив­ ные особенности цилиндро-поршневон группы и масляной системы двигателя. Если для тихоходных морских дизелей масла с высо­ ким содержанием металлсодержащих присадок (с высокой золь­ ностью) вполне пригодны и не вызывают каких-либо нежелатель­ ных явлений (повышенного износа поршневых колец, гильз ци­ линдров, «натиров», задиров поверхностей поршня и цилиндра), то для быстроходных высокофорсированных дизелей с алюминие­ выми поршнями (типа М-50, М-503) такие масла не могут быть использованы. При работе на высокозольных маслах детали ци­ линдро-поршневон группы этих дизелей быстро изнашиваются, отмечаются случаи «натиров» и задиров поршней, гильз цилин­ дров. У дизелей типа Д-42 имеют место случаи прогорания вы­ хлопных клапанов, работающих в тяжелых термических усло­ виях при повышенных противодавлениях на выхлопе.

Наконец, при выборе того или иного сорта масла необходимо учитывать эффективность средств очистки. При наличии высоко­ эффективных центрифуг, фильтров тонкой очистки масла, эффек­ тивных полнопоточных н самоочищающихся фильтров требова­ ния к качеству масел могут быть менее высокими.

Все сказанное в отношении факторов, влияющих на выбор качества масел, необходимо отнести .и к выбору предварительных методов моторной оценки масел на одноцилиндровых двигателях. В зависимости от назначения масла и технических данных дви­ гателей, для которых оно предназначено, следует применять те или иные методы оценки.

1. РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЯ МАСЕЛ В ДИЗЕЛЕ Ч 8,5/11

Дизели 4 8,5/11 выпускаются Рижским дизелестроительным заводом в одно-, двух- и четырехцилиндровом исполнении. Приме­ няются они в основном для стационарных и судовых дизель-гене­ раторов, а также используются для отборочных испытаний масел.

Технические данные одноцилиндрового двигателя Ч 8,5/11

84