книги из ГПНТБ / Брук М.А. Инженерные основы эксплуатации корабельных дизелей учебник

меняемых присадок. Классификация и приведенные В ГОСТ характеристики масел не содержат данных, по

которым можно было бы определить степень соответ­ ствия масла основным требованиям, которые к ним предъявляются с точки зрения их использования в ди­ зелях.

Значительный рост тепловой и механической нагруз­ ки дизелей с высоким наддувом выдвигает повышенные требования к качеству смазочного масла. В связи с этим в настоящее время разрабатывается отечественный пер­ спективный ассортимент смазочных масел для двигате­ лей внутреннего сгорания, в основу которого положен принцип сравнения масел по степени напряженности и условиям эксплуатации двигателей.

Эксплуатационные свойства масла могут быть про­ верены только испытанием на двигателе. Однако по не­

которым показателям можно произвести предваритель­ ную оценку качества масел. К таким показателям

относятся вязкость, устойчивость к окислению, антикор­ розионность.

Дополнительными контрольными константами могут служить плотность, содержание кокса, механические примеси, температура застывания. По ним нельзя полу­ чить представление об условиях работы масла в дви­ гателе, но можно проверить соответствие качества мас­ ла паспортным требованиям, предусмотренным нормами ГОСТ.

Рассмотрим основные эксплуатационные свойства н показатели смазочного масла.

Противоизносные свойства. На противоизносные свойства масла влияют вязкость и липкость.

Вязкость представляет собой внутреннее трение, ко­ торое возникает между молекулами жидкости под воз­

действием внешних сил.

Вязкость явлйется важнейшим эксплуатационным показателем смазочного масла, определяющим условия работы трущихся деталей, потери на трение, износ пор­ шневых колец, втулок цилиндров подшипников, шеек коленчатого вала.

От вязкости зависят расход масла, легкость запуска, условия охлаждения ряда деталей. Чем меньше вязкость при сохранении условий жидкостного трения:

310

—тем меньше потери на трение и лучше условия охлаждения трущихся деталей;

—тем легче осуществляется пуск двигателя;

—тем выше надежность работы двигателя при низ­ кой температуре;

—тем меньше износы деталей двигателя;

—тем масло легче проникает в камеру сгорания, что

приводит к росту расхода масла.

С увеличением вязкости возрастает прочность масля­ ного клина, улучшается уплотнение поршневых колец, повышается давление в системе смазки при снижении температуры, затрудняется пуск холодного дизеля, уменьшается расход масла.

Чем выше напряженность двигателя и температура основных деталей, тем большая вязкость масла обеспе­ чит оптимальный режим смазки.

У двигателей с большими износами увеличиваются зазоры между трущимися деталями, поэтому для обес­ печения удовлетворительной смазки необходимо поддер­ живать большее давление и применять более вязкое масло.

Масло повышенной вязкости применяется на двига­ телях, преимущественные режимы работы которых близ­ ки к номинальному, а также в случае эксплуатации в условиях устойчивых высоких температур окружающего воздуха, например в южных широтах.

На рис. 107 представлены кривые изменения вязкости семи сортов масел в зависимости от температуры.

Маслянистость или липкость характеризует смазы­ вающую способность тонких слоев масла или способность образовывать адсорбционный слой смазки, который прочно связан с поверхностями трущихся деталей. Ма­ слянистость зависит от химической структуры масла, т. е. от содержания парафиновых, нафтеновых и арома­ тических углеводородов и от содержания поверхностно активных веществ, способных образовывать на поверх­ ности металла адсорбционные пленки.

Маслянистость возрастает с увеличением вязкости. Особенно большое значение имеет маслянистость при работе дизеля на неустановившихся режимах, когда со­ здаются условия граничной смазки. В этих условиях масло с высокой маслянистостью обеспечивает лучшую смазку, меньшие трение и износ.

311

Маслянистость смазочного масла интенсивно сни­

жается в течение первых нескольких десятков часов ра­ боты, а при дальнейшем использовании изменяется

1

Температура, V

мало. Отсутствие удовлетворительного метода оценки ма­ слянистости не позволяет нормировать это свойство сма­ зочного масла, несмотря на большое его значение для обеспечения эксплуатационной надежности дизеля.

Окисляемость и стабильность масла. Под воздейст­ вием кислорода воздуха масло окисляется. В резуль­

312

тате окисления разрушаются первоначальные молекулы углеводородов масла и образуются новые продукты:

смолы, кислоты, асфальтены.

Постепенное накопление продуктов окисления при­ водит к увеличению вязкости и кислотности масла, вы­ падению осадков и изменению цвета масла.

Моющие свойства характеризуют способность масла предотвращать лакообразование. Эти свойства не свя­ заны со способностью масла смывать уже образовав­ шиеся на деталях двигателя отложения.

Диспергирующие свойства характеризуют способ­ ность предотвращать сцепление взвешенных углероди­ стых частиц в масле между собой и с металлическими поверхностями.

Масла, обладающие высокими диспергирующими свойствами, удерживают образовавшиеся в результате окисления углеродистые частицы во взвешенном со­ стоянии-, что препятствует их соединению, выпадению осадков и отложению на деталях. Характерной особен­ ностью масел с хорошими диспергирующими свойствами является сравнительно быстрое их потемнение в резуль­ тате концентрации мелких (дисперсных) взвешенных частиц.

Лакообразование. Поршни дизелей в различных уча­ стках нагреваются до температуры 150—400°С и выше. Попадая на стенки поршня, масло растекается и обра­ зует тонкую пленку, которая при высокой температуре под воздействием кислорода окисляется, что приводит к образованию твердых, сухих, блестящих, нераствори­ мых в масле отложений лака. Тонкий слой лака обычно бесцветен. С увеличением толщины слоя лака он тем­ неет и приобретает черный цвет с коричневыми оттен­ ками. К. лаковой пленке прилипают частицы пыли, про­ дукты износа, несгоревший углерод и др.

Способность масла, находящегося в тонком слое на металлической поверхности, под действием высокой температуры и кислорода воздуха сопротивляться пре­ вращению в лаковую пленку называется термоокисли­ тельной стабильностью.

На скорость превращения масляного слоя в лак влияют температура и продолжительность нагрева мас­ ла, толщина масляного слоя, моющие и диспергирую­ щие свойства и термоокислительная стабильность масла.

313

В работающем дизеле масло не остается неподвиж­ ным. Перемещение поршня и непрерывное поступление масла на смазываемые поверхности поршня и втулки цилиндра приводят к обновлению поверхностных слоев масла. В этих условиях образовавшиеся смолистые ве­ щества частично уносятся потоком масла и лишь та часть отложений, которая задерживается на поверхно­ сти поршня или втулки цилиндра, в дальнейшем может превратиться в лак. Если обеспечить полное удаление смолистых веществ, то лакообразование будет исклю­ чено.

Если масло обладает настолько высокими противоокислительными свойствами, что смолистые вещества во время работы двигателя не образуются, то на поверхно­ стях, омываемых маслом, лак также не будет образо­ вываться.

на деталях двигателя.

Уменьшение лакообразования достигается добавкой к исходному маслу моющих и диспергирующих приса­ док.

Для определения моющих свойств масла и для оцен­ ки лакообразования пользуются цветной шкалой, состав­ ленной из семи эталонных поршней.

Степень покрытия поверхности эталонных поршней углеродистыми отложениями выражается в баллах от нуля до шести.

Совершенно чистый поршень имеет балл 0, а самый загрязненный — балл 6.

Удаление нагара и лака связано с необходимостью разборки двигателя, очистки и промывки деталей.

В последнее время начинает применяться более эко­ номичный, безразборный способ удаления углеродистых отложений с поверхностей поршня, втулки цилиндра и клапанов при помощи специальных промывочных масел.

Осадкообразование. Осадками принято называть ма­ зеобразные сгустки, откладывающиеся в низкотемпера­

вала, на фильтрах, в масляном холодильнике и т. д.

314

В присутствии воды продукты износа металлических деталей двигателя образуют мыла (соли органических кислот), которые не растворяются в масле и выпадают в виде шламообразного осадка, состоящего из углеро­ дистых частиц, железных мыл, продуктов износа, ас­ фальтово-смолистых веществ, золы, воды и масла. Со­ отношение веществ, входящих в осадки, зависит от ус­ ловий эксплуатации двигателя.

Интенсивность прорыва газов, л/мин

Рис. 108. Зависимость низкотемпературных отложе­ ний от интенсивности прорыва газов из камеры сго­ рания в картер:

/ — суммарные отложения; 2 — отложения в масле; 3 — от­ ложения на деталях двигателя

Осадкообразованию способствует работа двигателя на малых оборотах и низких нагрузках, на холостом ходу, частые пуски и остановки, длительные режимы прогревания и другие низкотемпературные режимы, спо­ собствующие увеличению прорыва газов в картер и кон­ денсации водяных паров и других составляющих про­ дуктов сгорания на стенках картера.

На рис. 108 показано изменение веса отложений в масле и на деталях двигателя в зависимости от коли­ чества прорывающихся в картер продуктов сгорания.

Данные, опыта показывают, что количество низкотем­ пературных осадков возрастает пропорционально интен­ сивности прорыва газов из камеры сгорания в картер.

На рис. 109 показана зависимость низкотемператур­ ных отложений от температуры охлаждающей воды. При повышении температуры охлаждающей воды умень­

315

шается общее количество отложений за счет уменьше­ ния конденсации продуктов окисления.

В различных маслах процесс образования низкотем­ пературных осадков протекает неодинаково. Одни мас­ ла вызывают постепенное накопление осадков, другие масла приводят к значительному росту низкотемпера­ турных отложений только после длительного времени работы.

Рис. 109. Зависимость низкотемпературных отложений от температуры охлаждающей воды:

/ — суммарные отложения; 2 — отложения в мас­ ле; 3 — отложения на деталях двигателя

Осадкообразованию способствуют:

—повышенное содержание смол и асфальтенов в топливе и масле;

—прорыв в картер продуктов сгорания;

—содержание серы в топливе;

—плохое качество фильтрации смазочного масла;

—повышенные износы и плохое уплотнение камеры сгорания.

Во время эксплуатации двигателя необходимо учиты­ вать, что только свежее масло можно отделить от воды.

316

—поддерживать температуру масла в пределах

70—80° С;

—следить за исправностью и своевременной очист­ кой масляных фильтров;

—обеспечивать эффективную вентиляцию картера, в особенности во время работы двигателя на малых обо­ ротах и при низких нагрузках;

—применять смазочные масла с эффективными антиокислительными, моющими и деэмульгирующими при­

садками.

Таким образом, правильная эксплуатация двигателя создает необходимые предпосылки для уменьшения осадков в масле.

Коррозионные свойства. В современных форсирован­ ных дизелях головные, мотылевые и коренные подшип­ ники изготовляются из цветных металлов, которые лег­ ко подвергаются коррозии под действием продуктов окисления смазочного масла. В наибольшей степени подвержены коррозии подшипники из свинцовистой бронзы.

Органические кислоты, содержащиеся в масле, взаи­ модействуют со свинцом и образуют растворимые свин­ цовые соли. В результате растворения свинца происхо­ дит постепенное его «вымывание» из медной решетки, а медная основа окисляется. Под действием нагрузки хрупкая окись меди выкрашивается. На поверхности вкладыша образуются трещины, которые переходят в раковины, уменьшающие рабочую поверхность подшип­ ника. Это вызывает увеличение действующих удельных давлений, ускорение процесса разрушения подшипника.

Исследования показали, что свинцовистая бронза и

кадмиево-серебряные сплавы в 500—1700 раз менее устойчивы против коррозии, чем оловянистый баббит.

При прочих равных условиях под воздействием коррозионно агрессивных кислот, содержащихся в масле, скорее разрушаются наиболее нагруженные участки под­ шипников.

Антикоррозионные свойства масла в соответствии с ГОСТ 5126—49 оцениваются по методу Ю. А. Пинкевича. Металлическая пластинка помещается в пробирку с испытуемым маслом и по уменьшению веса пластинки судят о коррозионной агрессивности масла.

317

Однако лабораторные данные коррозионной агрес­ сивности масла не всегда совпадают с результатами использования масла в двигателе, так как метод Пинкевича не учитывает действительных условий взаимо­ действия масла с подшипниками и, в частности, влияние повышенных нагрузок и трения. Коррозионная агрессив­ ность масла значительно возрастает в присутствии даже

Рис. 110. Влияние.содержания воды в масле на коррозию свинцовистой бронзы при 80° С по данным ЦНИДИ:

/ — сухое масло Д-1Т; 2 — масло Д-11, содержа­ щее 0,5% примесей воды

незначительных количеств воды, о чем свидетельствуют кривые на рис. ПО, полученные при испытании массла Д-11.

Присадки к смазочным маслам. Смазочные масла без присадок или с малоэффективными присадками не могут обеспечить длительную надежную работу дизе­ лей.

Применение таких масел создает видимость эконо­ мии эксплуатационных расходов за счет меньшей стои­ мости масел, но вызывает резкое увеличение расходов

на ремонт, замену дефектных деталей вследствие со­ кращения срока службы дизеля.

Высокая теплонапряженность современных дизелей с газотурбинным наддувом вызывает необходимость применения масел с высокоэффективными присадками,

318

улучшающими антикоррозионные, антиокислптельныё, моющие, противопенные, вязкостные и другие качества масла.

Опыт эксплуатации показывает, что даже самые вы­ сококачественные масла без присадок вызывают корро­ зию вкладышей подшипников, закоксовывание поршне­ вых колец, повышенное нагарообразование в канавках поршневых колец, на внутренней и боковой поверхно­ стях поршня, на поверхностях, ограничивающих камеру сгорания, отложение шлама в трубопроводах, в холо­ дильнике и на фильтрах масляной системы, задиры вту­ лок цилиндров и поршней.

По назначению присадки могут быть антиокислительными, антикоррозионными, вязкостными, моющими, противопенными, депрессатными и улучшающими маслянис­ тость.

Основными требованиями к присадкам любого наз­ начения являются:

—высокая эффективность действия;

—хорошая растворимость в смазочном масле;

—стабильность растворов присадок в масле при

высоких и низких температурах;

— стабильность при длительном хранении. Улучшая одно или несколько эксплуатационных

свойств масла, присадки не должны вызывать ухудше­ ние других его свойств.

Каждая из указанных выше разновидностей приса­ док улучшает одно из свойств смазочного масла, более того, улучшая одно свойство, присадка может ухуд­ шить другие свойства. Так, например, моющие присадки ухудшают смазывающую способность масла и вызыва­ ют увеличение золы и кокса, маслянистые присадки по­ вышают окисляемость масла, при сгорании масла с ме­ таллсодержащими присадками образуются окислы металлов, которые действуют как катализаторы окисле­ ния масла и способствуют закоксовыванию колец.

Получение высококачественного смазочного масла возможно путем добавления к нему композиции приса­ док многофункционального назначения.

Такие присадки называются многофункциональными. Они совмещают антиокислительные, антикоррозионные, моющие, вязкостные и деирессантные функции. При этом должны сохраняться равновесие функций различного

319