Литература по Механике и для Механиков / Литература / Voznitskiy_-_Sudovye_dvigateli_vnutrennego_sgora (2)

320 Судовые двигатели внутреннего сгорания

ные и антикоррозионные (alcaline and corrosion inhibitors), моющие (.detergent-dispersant), противоизносные (anti-wear), противопенные (ianti-foam agents) и другие.

И мпруверы (.Improvers) - присадки, предназначенные для улуч­ шения (повышения) индекса вязкости масел. Особенность их заключа­ ется в том, что они практически не работают при низких температурах масла, не меняя его низкотемпературную вязкость, и активизируются с повышением температур, увеличивая вязкость, тем самым компенси­ руя и замедляя ее падение с ростом температур. Индекс вязкости масел с введенным в них импрувером существенно увеличивается. Импруве­ ры широко используются при приготовлении всесезонных универсаль­ ных масел. Всесезонным маслам в маркировке вязкости указывается индекс 3 или W (Зима - Winter), пример 15W/30 или 5W/10 (5 сСт зимой и 10 сСт летом).

Для судовых дизелей, работающих в условиях теплого машинно­ го отделения, нет необходимости в применении универсальных масел. Но, если двигатель быстроходный (1200 об/мин и выше) и форсирован наддувом, температура масла в нем может достигать 90-115° С. В этих условиях использование масла с высоким индексом вязкости (всесезонного) крайне желательно. Это позволит уменьшить падение вязкос­ ти с ростом температуры и гарантировать на всех режимах сохранение между высоконагруженными трущимися поверхностями жидкостного режима смазки.

Антиоксиданты (Anti-oxidants) - присадки, снижающие скорость реакций окисления и деградации масла, тем самым увеличивая срок их службы в двигателе.

Депрессанты (.Depressants) - присадки, понижающие температу­ ру застывания масел, при которой теряется их подвижность. Потеря подвижности обусловлена кристаллизацией находящихся в масле па­ рафиновых соединений, с течением времени ограничивающих течение масла и закупоривающих масляные фильтры и узкие сечения масло­ проводов. Эффект действия депрессантов состоит не в исключении или переносе кристаллизации парафинов в сторону более низких тем­ ператур, а в модификации образующихся кристаллов, уменьшении их размеров и благодаря этому поддержанию текучести масла в более широком диапазоне низких температур. Введение депрессантов позво­ ляет понизить температуру застывания масла на 20 и более градусов, температура помутнения при этом не меняется.

В маслах нафтенового основания парафинов немного, и поэтому необходимость в применении депрессантов отсутствует.

322 Судовые двигатели внутреннего сгорания

им полярным концом прикрепляется к неполярному концу предыду­ щей молекулы. Чем дальше от поверхности, тем слабее связь между молекулами. Над ориентированными молекулами находятся хаотичес­ ки расположенные молекулы, в стыках между ними располагаются плоскости облегченного скольжения. Граничная пленка может выдер­ жать давление в несколько тысяч мегапаскалей, но в то же время легко разрушается по достижении определенной температуры, при которой усиливающееся тепловое движение молекул разрушает полярные свя­ зи, ориентация молекул нарушается и граничная пленка теряет сцепле­ ние с поверхностью металла. Для минеральных масел эта температура составляет 90-100° С. Для усиления маслянистости масел и повыше­ ния полярности молекул, в базовые масла вводят 0,5-2% наиболее ус­ тойчивых жирных кислот. Этим в известной степени объясняется улуч­ шение смазывающих свойств масел в процессе их работы в двигателе и протекающего при этом старения.

Щ елочные присадки (alkalinity additives).

Придание маслу нейтрализующей способности (щелочного дей­ ствия) - обусловлено необходимостью борьбы с сернистой коррозией цилиндропоршневой группы двигателей.

В современных тяжелых топливах содержание серы в среднем достигает 2,5-3%. Допустимый предел Стандартом ISO 8217 -2005 г. увеличен с 3,5 до 4,5% S.

Механизм сернистой коррозии изложен в главе 11. Вводимые в масла щелочные соединения в виде присадок придают им щелочные свойства, необходимые для нейтрализации образующихся в цилинд­ рах кислот и существенного снижения коррозионного износа. Щелоч­ ность масла, эффективность щелочной присадки характеризуются об­ щим щелочным числом (ОЩЧ или TBN - Total Base Number), которое выражается количеством мг КОН/г масла. Щелочь КОН в маслах от­ сутствует и используется лишь как эквивалент, равный по своему дей­ ствию фактически вводимым в масла щелочным соединениям на базе солей бария, кальция и др.

П ротивокоррозионные присадки (Rust preventive Inhibitors) - состоят из комплексных соединений, обладающих высоким полярным притяжением к металлическим поверхностям. Благодаря физическому и химическому взаимодействию с ними присадки образуют на поверх­ ностях прочные пленки, защищающие их от непосредственного кон­ такта с водой и иными коррозионными элементами.

Деэмульгаторы (Demulsiflers) - присадки, способные растворять либо выделять из состава защитных пленок природные или образовав­

►его детергентно-диспергирующие свойства должны быть ори­ ентированы на предотвращение отложений продуктов неполного сго­ рания в зоне поршневых колец и в продувочно-выпускных окнах;

►важным свойством является способность к растеканию, с тем чтобы масло, распределяясь по цилиндру, покрывало всю его поверх­ ность;

►его липкость (маслянистость) должна быть достаточно высо­ кой, чтобы при продувке цилиндра оно не сдувалось с поверхности;

►вязкостные свойства масла должны обеспечивать сохранение масляной пленки в зоне действия поршневых колец, особенно там, где действуют высокие температуры и давления;

►противоизносные свойства должны предотвращать образова­ ние в цилиндропоршневой группе задиров.

Рекомендации.

В общем случае при выборе масел, предназначенных для смазки цилиндров, следует учитывать рекомендации завода-изготовителя как в отношении вязкости, так и остальных рабочих характеристик, а так­ же руководствоваться категориями API или ASEA.

Особое внимание нужно обращать на сочетание щелочности мас­ ла и сернистости топлива. Для цилиндровых масел малооборотных дизелей рекомендуемые пределы щелочности: при S < 1,5% ОЩЧ = 30-40, при S > 1,5-2% ОЩЧ = 60-70. При особо высоком содержании серы - свыше 3,5% - желательно переходить на масла с ОЩЧ = 100.

Если опыт эксплуатации показывает, что щелочность применяе­ мого масла недостаточна, этот недостаток можно компенсировать уве­ личением подачи масла на смазку цилиндров.

Для среднеоборотных главных дизелей, работающих на средне­ вязких и тяжелых топливах при S < 1,5% ОЩЧ = 20-30, при S > 1, 5% ОЩЧ = 30-40.

При определении щелочности масел для быстроходных форсиро­ ванных дизелей можно воспользоваться рекомендацией фирмы «Ка­ терпиллар» - график рис. 12.1.

§ 12.2.2. О рганизация смазки цилиндров крейцкопф ны х дизелей

В смазочной системе крейцкопфного дизеля (рис. 12.2) цилинд­ ровое масло хранится в цистерне запаса, откуда через фильтр подается электроприводным или ручным насосом в расходную цистерну, яв­ ляющуюся одновременно и напорной. Эта цистерна снабжена указате­ лями верхнего и нижнего (сигнализирующего) уровней. Из цистерны масло самотеком поступает на пополнение навешенных на дизель на­ сосов (лубрикаторов), которые обеспечивают строго дозированную подачу масла на поверхность цилиндров через штуцера, ввернутые в

отверстия во втулках.

Подаваемое масло расходуется на смазывание рабочих поверхно­ стей цилиндров, поршневых колец, поршней. Масло, распределяемое поршнем тонкой пленкой по поверхности цилиндра, выполняя функ­ цию разделения трущихся поверхностей, одновременно нагревается, подвергается воздействию горячих агрессивных продуктов сгорания и воздуха, больших тепловых потоков со стороны поршня. В результате окислительных процессов в нем образуются органические кислоты, масло насыщается неорганическими кислотами, сажей и пр. Большая часть масла, особенно находящаяся на верхней поверхности цилинд­ ра, испаряется. Пары масла диффундируют в воздух и сгорают либо уносятся с выпускными газами в выпускной тракт. Остальная часть

С палубы

Рис. 12.2. Система подачи цилиндрового масла к двигателю:

1- ручной насос; 2 - электроприводной насос; 3 и 4 - цистерны запасная и расходная; 5 - дизель

шневых колец и достаточном количестве масла он распространяется на большую часть хода поршня. Об этом свидетельствует левая часть рисунка. Здесь представлены кривые, показывающие толщину масля­ ной пленки 8мп на зеркале цилиндра в зависимости от положения пор­ шня по высоте и направления его движения - вверх или вниз.

Минимальная толщина масляного слоя находится в районе ВМТ, этому способствуют высокие температуры в этой части цилиндра, под воздействием которых происходит интенсивное испарение и выгора­ ние масла. В районе ВМТ скорость поршня равна или близка к нулю, что отрицательно сказывается на формировании масляного клина. Если же учесть, что под действием существующих в этот период в цилиндре высоких давлений сила давления колец и в первую очередь верхнего кольца на пленку масла существенно увеличивается. Масло выдавли­ вается из-под кольца, и в итоге действия всех перечисленных факторов смазка в зоне ВМТ приближается к граничной или полусухой, при кото­ рой износ естественно увеличивается и этим объясняются наиболее высокие износы в этой зоне.

В крейцкопфных двигателях, а также и в некоторых тронковых масло на смазку цилиндров поступает от лубрикаторов по трубкам и штуце­ рам, ввернутым в отверстия во втулках цилиндров. Далее оно подхва­ тывается кольцами поршня и быстро разносится вверх и вниз по ци­ линдру, одновременно медленно растекаясь по окружности. Этим объяс­ няется, что по поверхности цилиндра масло распределяется неравно­ мерно. В вертикальных плоскостях расположения штуцеров отмечается избыток масла, а в плоскостях, наиболее удаленных от них (на середине расстояния между штуцерами), обычно испытывается недостаток масла.

Нельзя не учитывать и того, что по мере распространения масла по поверхности цилиндра оно, вступая в реакцию со сконденсировав­ шейся на ней серной кислотой, на своем пути теряет часть щелочнос­ ти. Поэтому в удаленных зонах может ощущаться как недостаток мас­ ла, так и недостаточный резерв оставшихся в нем щелочных соедине­ ний, что приводит к усилению коррозионного износа в отмеченных зонах. Избежать повышенных износов можно как увеличением подачи масла, так и использованием масла с большим резервом* щелочности.

§ 12.2.3» Подача масла на см азку цилиндров, дозировка подачи, расход масел

Для создания и поддержания масляной пленки на поверхности цилиндра, необходимой для снижения трения и износа ЦПГ, подача

328 Судовые двигатели внутреннего сгорания

масла осуществляется либо принудительно лубрикаторами (крейцкопфные двигатели), либо разбрызгиванием масла, вытекающего из под­ шипников вращающегося кривошипного механизма (тронковые дви­ гатели). Необходимым условием сохранения масляной пленки являет­ ся требование, чтобы количество возмещаемого масла G покрывало

-испарением и сгоранием G - забрасыванием масла поршневы­ ми кольцами в камеру сгорания G (это масло частично сгорает, пере­ ходит в нагары, уносится с выхлопными газами);

-сбросом частично окислившегося масла в картер GK(тронковые двигатели) или в подпоршневые полости и в выпускные окна, где оно откладывается в виде нагара.

Если подача масла на стенки цилиндра недостаточна (GM< Gup), то поддержание масляной пленки необходимой толщины становится не­ возможным, режим трения из жидкостного может перейти в гранич­ ный или режим сухого трения.

Величина подачи масла на стенки цилиндров (дозировка подачи) задается величиной удельного расхода, представляющего собой отно­ шение часового расхода масла GMк мощности двигателя

&м ~ дт , г/(кВтч).

V е

Двигателестроительные фирмы, основываясь на опыте эксплуа­ тации, особенностях конструкции, площади смазываемых поверхнос­ тей и уровне форсировки рабочего процесса, рекомендуют придержи­ ваться следующих норм.

Расход цилиндровых масел в крейцкопфных двигателях. Двигатели с относительно невысокой форсировкой: B&W VTBF - 0,54-0,8 г/(кВтч);

Sulzer RD - 0,8 г/(кВтч); MAN KZ - 1,0-1,4 г/(кВтч).

Современные высокофорсированные длинноходные двигатели: MAN-B&W, R TA - 1,0-1,2 г/(кВтч).

Расход циркуляционного (системного) масла:

вкрейцкопфных двигателях - 0,11-0,14 г/(кВтч);

втронковых двигателях - 1,4-2,5 г/(кВтч).

Наличие существенно большего расхода масла у тронковых дви­ гателей объясняется следующими обстоятельствами. В тронковых дви­ гателях циркуляционное масло используется не только для смазки эле­ ментов группы движения, но и для смазки цилиндров. Количество за­ брасываемого на них масла практически нерегулируемо, и функции

регулятора количества остающегося на стенках масла выполняют мас­ лосъемные кольца, эффективность работы которых находится в пря­ мой зависимости от их износа. В норму расхода системных масел вклю­ чены и потери масла на долив, составляющие в тронковых двигателях значительную величину. По мере истощения присадок системное мас­ ло тронковых машин приходится периодически заменять, и этот рас­ ход нужно приплюсовывать к суммарным расходам.

При сопоставлении расходов масла крейцкопфных и тронковых двигателей нужно также учитывать и такое важное обстоятельство, как отсутствие необходимости в смене циркуляционных масел в крейц­ копфных двигателях. Находящееся в них системное масло при долж­ ной организации контроля и очистки может работать практически нео­ граниченное время. Расход цилиндрового масла в этих двигателях кон­ тролируем и может при необходимости быть изменен в желаемых пре­ делах путем регулировки подачи лубрикаторов.

Рекомендуемые фирмами значения подач цилиндрового масла сле­ дует использовать в качестве отправной базы. В зависимости от усло­ вий эксплуатации, нагрузки и частоты вращения, сорта используемого топлива и масла можно уходить как в сторону ее уменьшения, так и увеличения. Решение должно приниматься на основе опыта и перио­ дически проводимой оценки состояния ЦПГ путем осмотра через продувочные окна или смотровые лючки поверхностей цилиндра, пор­ шня и поршневых колец.

Следует также учитывать, что ОЩЧ масла и дозировка подачи взаимозависимы. В тех случаях, когда щелочность масла недостаточна и превалирует коррозионный износ цилиндров, недостаток щелочнос­ ти может быть компенсирован увеличением подачи, но до определен­ ных пределов, так как излишне высокая подача приводит к интенсив­ ному росту нагара на головках поршней. При наличии большого ре­ зерва щелочности масла подача может уменьшаться, но и здесь нужно учитывать, что с определенного момента недостаток масла на зеркале цилиндра может спровоцировать развитие абразивного износа.

Индикатором наличия абразивного износа служит содержание железа в стоках масла из подпоршневых полостей, наличие которого устанавливается путем оценки магнитной проводимости пробы масла либо спектральным анализом.

Индикатором наличия коррозионного износа служит величина остаточной щелочности стоков масла из подпоршневых полостей. Щелочность используемого масла считается достаточной, если его ос­ таточная щелочность находится на уровне 10-15 мг КОН/г масла.