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

обеспечивающих нормальную подачу, распыливание и самовоспламенение, а также уменьшение износа. К чи­ слу таких мер относятся предварительный подогрев, от­ стой, центрифугирование и дополнительная фильтрация.

Необходимая степень подогрева топлива зависит от исходной вязкости, особенностей конструкции топливо­ подающей аппаратуры и быстроходности двигателя. Чем быстроходнее двигатель, тем более жесткие требования предъявляются к качеству топлива.

Длительная работа дизеля на тяжелом топливе без подогрева и центрифугирования приводит к накоплению нагара, усилению износов, увеличению удельного рас­ хода топлива и нарушению нормальных условий про­ текания рабочего процесса.

Трудности смесеобразования и сгорания тяжелых топлив вызывают необходимость корректировки момента начала подачи топлива. Так как период задержки са­ мовоспламенения тяжелых топлив более продолжите­ лен, то при больших углах опережения подачи топлива происходит резкое возрастание максимального давления цикла и скорости нарастания давления.

В этом случае нужно уменьшить угол опережения подачи топлива. Тяжелые сорта топлив обычно отли­ чаются повышенным содержанием серы и золы.

Зола состоит из песка, окисей различных металлов, среди которых наиболее неблагоприятное воздействие оказывает пятиокись ванадия.

При сгорании топлива пятиокись ванадия отклады­ вается на поверхностях камеры сгорания и на лопат­ ках газовой турбины и вызывает интенсивную корро­ зию.

Если среди составляющих элементов золы содержит­ ся натрий, то он вступает в реакцию с пятиокисью ва­ надия и образует соединение, которое в жидком состоя­ нии разрушает защитные пленки на поверхностях ме­ таллов и вызывает интенсивную коррозию. Так как тем­ пература плавления этого соединения равна примерно 630° С, то особенно сильное воздействие оно оказывает на выпускные клапаны и лопатки газовых турбин. Пос­ ле работы на некондиционном топливе нужно промыть топливную систему, в том числе насосы высокого дав­ ления, форсунки и фильтры.

350

§ 37. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ТОПЛИВА ВО ВРЕМЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДИЗЕЛЕЙ И ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО ОБСЛУЖИВАНИЮ ТОПЛИВНЫХ СИСТЕМ

Для всех корабельных дизелей применяется единое топливо ДС (ГОСТ 4749—49).

Не разрешается применять другие сорта топлив, если в инструкции по эксплуатации данного двигателя не предусмотрены заменители основного топлива.

Контроль соответствия качества получаемого топли­ ва нормам ГОСТ производится проверкой паспорта и с помощью контрольных анализов.

Если данные лабораторного анализа, приведенные в паспорте, соответствуют требованиям ГОСТ, то такое топливо считается кондиционным или стандартным. Давность указанного в паспорте анализа не должна' быть более шести месяцев.

В паспорте на получаемое топливо должны быть указаны: сорт топлива по соответствующему ГОСТ, но­ мер анализа, число, месяц и год его производства, но­

мер емкости, из которой взято топливо,и величины всех характеристик топлива, предусмотренные ГОСТ.

Принимаемое топливо необходимо строго проверить по качеству, обращая особое внимание на то, чтобы оно не было загрязнено механическими примесями и водой во время транспортировки и передачи топлива на ко­ рабль.

В сроки, предусмотренные инструкцией по эксплуа­ тации, производятся экспресс-анализы топлива. Отбор проб для анализа производят пробоотборником, руко­ водствуясь при этом правилами ГОСТ 2517—52.

Данные экспресс-анализа сравниваются с паспортом и показателями, указанными в ГОСТ и технических ус­ ловиях на данное топливо. Кроме периодической про­ верки физико-химических характеристик топлива, во время эксплуатации нужно контролировать расход топ­ лива и распределение запасов топлива по цистернам.

Для проверки наличия воды в топливе перед пуском двигателя из расходного топливного бака спускается отстой.

Если из расходного бака взять пробу топлива в про­ зрачную стеклянную банку, то после 15—20 мин отстоя можно установить наличие в нем воды.

351

Г л а в а IX

ИЗНОСЫ КОРАБЕЛЬНЫХ ДИЗЕЛЕЙ

§ 38. В И Д Ы износов

Под воздействием треиия, коррозии, эрозии, пласти­ ческих и упругих деформаций происходит процесс по­ степенного изменения размеров; формы и качества по­ верхности деталей двигателя, называемый изнашивани­ ем (износом). Под действием изнашивания деталей нарушается их взаимное расположение, изменяются за­ зоры между трущимися поверхностями, ухудшаются ус­ ловия смазки, растут утечки газа через зазоры между поршнем и втулкой цилиндра, повышаются расходы мас­ ла и топлива, ухудшаются все эксплуатационные пока­ затели дизеля. Износостойкость деталей представляет собой способность сопротивляться изнашиванию.

Не существует материалов, обеспечивающих абсо­ лютную износостойкость. Изнашивание является хотя и нежелательным, но естественным процессом, неизбеж­ ность которого обусловлена самой природой работы лю­ бого механизма.

Износы, которые образуются в нормальных условиях работы в течение установленного срока службы дизеля, называются естественными.

В отличие от них износы, которые образуются ранее установленного срока, называются аварийными. Аварий­ ные износы вызываются грубым нарушением правил эксплуатации, перегрузками двигателя, применением не­ кондиционных смазочных масел, недостатками конст­ рукции и технологии изготовления, дефектами4материа­ лов, неправильной сборкой, недоброкачественным ре-

Монтом, неправильно выбранным режимом обкаткй вновь построенного или отремонтированного двигателя.

Применительно к условиям работы двигателей внут­ реннего сгорания можно различать следующие виды из­ носа: механический, коррозионно-механический, корро­ зионный, тепловой и кавитационный.

Механический износ возникает под действием исти­ рания, абразивов и пластических деформаций.

Коррозионно-механический износ представляет собой механический износ, усиливаемый явлениями коррозии, вызванными процессами окисления при трении. В зонах действия высоких давлений даже при незначительном трении могут образоваться окислы металла, частицы ко­ торых имеют больший удельный объем, чем исходный металл. Вдавливаясь в поверхность детали, окислы рас­ пространяют процесс окисления вглубь, в результате чего происходит выкрашивание металла и разрушение поверхности детали, подвергшейся действию коррозион­ но-механического износа.

Коррозионный износ возникает вследствие пораже­ ния деталей химической или электрохимической корро­ зией. Коррозии подвергаются детали, омываемые водой, соприкасающиеся с продуктами сгорания и со смазоч­

поверхностей и под воздействием динамически нараста­ ющих давлений. В результате разогрева происходит схватывание отдельных участков поверхности и рас­ плавление металла. Иногда тепловой износ сопровож­

дается одновременным действием газовой коррозии. Ком-- бйнированное воздействие газовой коррозии и теплового износа характерно-для условий работы выпускных кла­ панов.

Кавитационный износ является результатом действия кавитационной эрозии, примером чего может служить поражение втулок и блока цилиндров при их обтекании охлаждающей водой (см. гл. VI).

Классификация видов износа, какой бы полной она ни была,'не охватывает всего разнообразия сложных проявлений изнашивания деталей дизеля. В реальных

354

дальнейшем, говоря об износе втулки цилиндра, будем иметь в виду износ ее внутренней рабочей поверхно­ сти.

Износ втулки непосредственно связан с условиями ее работы, которые характеризуются неравномерностью распределения температур по высоте и по сечениям втулки в радиальном направлении, неравномерностью охлаждения разных участков втулки; воздействием про­ дуктов сгорания, обладающих коррозионно-агрессивны­ ми свойствами; трением поршня и поршневых колец; действием высоких температур и давлений газа с ампли­ тудами, изменяющимися за каждый цикл в широких пределах; изменением скорости перемещения поршня в течение каждого хода от нуля до максимума и вновь до нуля. Последнее обстоятельство в сочетании с не­ благоприятным воздействием максимальных давлений в моменты, когда поршень перемещается с минимальной скоростью вблизи крайнего верхнего положения, создает чрезвычайно трудные условия смазки и, как показы­ вают опыты, приводит к граничному трению.

Экспериментальные исследования показали, что су­ ществует вполне определенная закономерность изнаши­ вания втулок цилиндров. Основные особенности этой закономерности в нормальных условиях работы двига­ теля заключаются в следующем:

—износ втулок цилиндров, как правило, локализо­ ван на небольшом участке, соответствующем нахожде­ нию верхнего уплотнительного кольца, а следовательно,

ипоршня в верхнем крайнем положении (ВКД);

—износ по высоте втулки цилиндра за пределами

этого участка сравнительно невелик по величине и од­

нороден по характеру;

— износ втулки цилиндра по окружности в верхней части неравномерен по величине и не имеет характерной постоянной зависимости от направления действия нор­

мальных сил поршня;

— в многоцилиндровых двигателях наблюдается зна­ чительное расхождение величин износа аналогичных участков втулок разных цилиндров данного двигателя, не говоря уже о различии в износе втулок разных одно­

типных двигателей;

— местное увеличение износа втулки цилиндра от­ мечается также на участке расположения верхнего уп-

356

лотиительного кольца, когда поршень находится в ниж­ нем крайнем положении (НКП).

Типичный вид износа втулки цилиндра изображен на рис. 121.

Износ в верхней части втулки имеет вид глубокой канавки, верхний край которой обычно резко очерчен, а нижний плавно сходит иа нет.

Рис. 121. Профили износа втулки цилиндра

Износ в нижней части цилиндра представляется так­

же в виде канавки, но меньшего размера.

В дальнейшем будут рассмотрены случаи, когда ха­ рактер износа втулки цилиндра будет другим, но эти случаи относятся к аномальным условиям работы дви­ гателя.

Втулки цилиндров подвергаются воздействию корро­ зии, истирания и абразивов.

Изучение причин износа втулки цилиндра, как и дру­ гих деталей, усложняется взаимовлиянием разных видов

износа. .

Например, продукты коррозии или трения, попадая между поверхностями трения, становятся абразивами. Таким образом, коррозия усиливает абразивное изна­ шивание, а оно, в свою очередь, способствует ускорению коррозии. Обнаруживается самоускоряющийся процесс

357

взаимовлияющих видов износа, вызывающий рост сум­ марного износа втулки цилиндра. ..

Трудности анализа воздействия отдельныхвидов износа создаются также влиянием большого числифакто­ ров на износ: режимов работы, условий эксплуатации,,

качества топлива, режимов смазки и охлаждения, осо­ бенностей процесса сгорания, конструктивных особен­ ностей, структуры и качества материала, температу­ ры деталей и др.

Тем не менее в сложном комплексе причин износа', можно выделить главные, оказывающие решающее вли-- яние на величину износа. Износ втулки цилиндра непо­ средственно связан с условиями смазки, поэтому необ­ ходимо представить себе изменение условий смазки при перемещении поршня во втулке цилиндра.

Поршень перемещается во втулке с переменной ско­ ростью. Когда эта скорость велика, создаются благо­ приятные условия жидкостного трения между кольцами и поверхностью втулки цилиндра. По мере приближения поршня к верхнему крайнему положению скорость уменьшается, трение становится граничным. Вместе с тем в конце сжатия у четырехтактных двигателей и во> время каждого восходящего хода у двухтактных двига­ телей давление газов в камере сгорания и за первым: поршневым кольцом резко возрастает. На кольцо дей­ ствует максимальное усилие, прижимающее его к втулке. Воздействие максимальных давлений в условиях гра­ ничной смазки приводит к непосредственному контакту неразделенных масляным слоем металлических поверх-

. ностей поршневого кольца и втулки цилиндра. Во время движения поршня вниз кольцо соскабливает со стенки цилиндра некоторое, обычно весьма небольшое количест­ во металла и само при этом также изнашивается.

Металлические частицы, поступая на поверхности трения, становятся источником абразивного изнашива­ ния.

В нормальных условиях относительная величина из­ носа непосредственно от трения верхнего поршневого 'кольца о втулку цилиндра невелика и не играет домини­ рующей роли в общем балансе износа.

На это указывает, в частности, Г. Р. Рикардо [49]. Дальнейшее движение поршня вниз происходит с на­

358

растанием скорости и уменьшением давления газов, что создает более благоприятные условия смазки.

При подходе к НКП вновь создаются условия смаз­ ки, аналогичные положению поршня вблизи ВКП. Раз­ личие'заключается в том, что в данном случае давление газов за первым поршневым кольцом мало, а следова­ тельно, и меньше вероятность наступления металличе­ ского контакта.

Сопоставление характера износа втулки, приведен­ ного на рис. 121, а, и рассмотренных особенностей усло­ вий смазки при взаимодействии поршневого кольца со втулкой цилиндра, может создать впечатление, что из­ нос втулки цилиндра определяется только процессом ис­

тирания, т. е. чисто механическим изнашиванием. В дей­ ствительности механический износ втулки не является

преобладающим.

Рассмотрим взаимодействие пары трения «втулка — верхнее поршневое кольцо» с точки зрения коррозион­

ного износа. Результатом контакта металлических по­ верхностей в районе В КП поршня является обнажение небольших участков втулки.

Лишенные защитных покрытий, обнаженные участки втулки подвергаются воздействию агрессивных продук­ тов сгорания топлива. Это воздействие продолжается до тех пор, пока поршень, пройдя вниз, не вернется вновь вверх. Но новый цикл вызывает повторное ого­ ление этого участка втулки и т. д.

Таким образом, верхняя часть втулки в районе рас­ положения первого поршневого кольца независимо от числа оборотов вала двигателя, т. е. независимо от ча­ стоты циклов, подвергается коррозии, так как почти все время остается открытой для воздействия продуктов сгорания. Это обстоятельство является причиной пара­ доксального на первый взгляд явления: износ верхней части втулки почти независит от числа оборотов, а определяется только общей продолжительностью рабо­ ты двигателя.

Следует оговорить, что в данном случае имеется в виду работа двигателя на разных оборотах, но в таком диапазоне их изменения, который обеспечивает нормаль­ ные условия смазки.

Если бы износ зависел главным образом от трения (истирания), то величина износа определялась бы чи­

.359