Kamkin_-_Expluatatsia_sudovykh_dizeley_-_1990

1 — обычные масла, называемые также регулярными, или пре­ миальными Premium. Они либо вообще не содержат, либо содер­ жат небольшое количество только антиокислительных присадок и предназначены для карбюраторных двигателей и малонапряжен­

от особенностей применения масла в двигателе (степень наддува, наличие переменных режимов, содержание серы в топливе и т. п.) разделяют на три серии. Сорта серии 1 — масла с антиокислительными и моющими присадками для дизелей, работающих в умерен­ но тяжелых условиях на сернистом топливе. Сорта серий 2 и 3 — масла с антиокислительными и моющими присадками для дизелей, работающих в особо тяжелых условиях (высокий наддув, высоко­ температурный режим, на сернистом топливе).

По мере утяжеления условий работы масла количество добав­ ляемых присадок возрастает.

В обозначение масла зимних сортов дополнительно вводят бук­ ву W. Всесезонные масла обозначают сдвоенными номерами шкалы SAE (например, SAE-5W/30 означает, что масло при повышенных температурах имеет такую же вязкость, как и масло SAE-30, а при низких температурах его вязкость не превышает вязкости зимнего масла SAE-5.

Из выпускаемых отечественной промышленностью масел в судо­

судовых малооборотных дизелей, вспомогательных дизелей, рабо­ тающих на топливах с содержанием до 1 % серы, для смазывания воздушных компрессоров, подшипников валопровода и других су­ довых механизмов, редукторов;

масло М-14Г3ЦС — для циркуляционных систем смазывания су­ довых вспомогательных дизелей и редукторов, где требуется масло более высокой вязкости, чем масло М-10Г2ЦС;

масло М-16Г2ЦС — для смазывания цилиндров судовых мало­ оборотных дизелей, работающих длительное время на топливах с содержанием серы до 1 %, а также в циркуляционных системах смазывания вспомогательных дизелей и редукторов, где вязкость масла М-14Г2ЦС недостаточна;

масло М-10ДЦЛ20 — для циркуляционных систем смазывания главных и вспомогательных судовых среднеоборотных дизелей, работающих на топливах с содержанием до 2 % серы;

масло М-14ДЦЛ20 — для циркуляционных систем смазывания главных и вспомогательных судовых среднеоборотных дизелей, работающих на топливах с содержанием серы до 2 %, для которых

281

вязкость масла М-10ДЦЛ20 недостаточна, для лубрикаторной си­ стемы смазывания цилиндров главных судовых среднеоборотных дизелей, работающих на топливах с содержанием серы до 2 %; масло М-14ДЦЛ30 — для циркуляционной и лубрикаторной систем смазывания судовых среднеоборотных дизелей, работающих

на топливах с содержанием серы более 2 %.

Масла М-16Е30 и М-16Е60 предназначены для смазывания ци­ линдров в крейцкопфных дизелях. Масло М10В2 не рекомендуется, так как обладает плохой стойкостью к воде, при обводнении из него выпадают присадки.

Увеличение в двигателях отношения S/D при одновременном росте уровня форсировки их рабочего процесса существенно ужес­ точило условия работы масла в цилиндрах. Увеличилась смазы­ ваемая поверхность в цилиндрах, возросли давление газов на порш­ невые кольца, воздействие пламени на смазываемые поверхности

итемпературы.

Всвязи с ухудшением качества топлива усилилась тенденция роста коррозионного изнашивания и отложений на деталях ЦПГ. Потребовалось улучшить такие свойства масел, как термоокисли­ тельная стабильность, моюще-диспергирукяцая способность, бы­ строта реакции нейтрализации сильных кислот. Появилась необ­ ходимость улучшения растекаемости масла и смачивание им ме­ таллических поверхностей при одновременном увеличении толщи­ ны и прочности масляной пленки. Отмеченным требованиям в извест­ ной мере удовлетворяют масла Мобилгард-570, Шелл-Алексия-50, Кастрол Марин S/DZ-65, Тэбоил Вард Хэви и др. По классу вяз­ кости эти масла относятся к SAE-50, их ОЩЧ >• 60. К этой группе масел может быть отнесено новое отечественное масло М-20Е60.

Синтетические масла — новая группа масел, в основе которых лежат не природные продукты, а синтетические, в частности полиальфаолефины.

Синтетическим маслам присуща способность сохранять подвиж­ ность даже при очень низких температурах (— 54 °С) и отлично противостоять высоким температурам, при которых минеральные масла полимеризуются и сгорают. Синтетические масла в не­ сколько раз дольше сохраняют свои моторные свойства, не окисля­ ясь и не вызывая отложений. Они обладают малой летучестью, по­ этому расход на угар ниже, выдерживают значительно большие удельные нагрузки и имеют хорошие противоизносные свойства. Синтетические масла совместимы со всеми минеральными маслами, поэтому их можно смешивать с минеральными маслами в любых пропорциях.

Единственный существенный недостаток синтетических масел заключается в их высокой стоимости — в 6 раз выше стоимости минеральных масел. Полуили частично синтетические масла, есте­

ственно, дешевле. К ним относятся предназначенное для смазыва­ ния цилиндров масло Мобилгард-599. Чисто синтетическое масло

283

Мобилгард SHC-120 предназначено для среднеоборотных двигателей (класс вязкости SAE-40, индекс вязкости 145, ОЩЧ-12, температура застывания — 54 °С).

8.3. Смазывание деталей цилиндропоршневой группы

Подача масла. Поршни и кольца, скользящие по поверхности цилиндра, должны быть разделены масляной пленкой, обеспечи­ вающей минимальные износы колец, цилиндра и поршня, эффек­ тивное уплотнение от прорыва газов, охлаждение и промывание трущихся поверхностей.

Задача поршневых колец заключается в распределении подве­ денного в цилиндр масла в соответствии с указанными требова­ ниями и прежде всего в равномерном распределении масла по высоте втулки цилиндра. При этом, учитывая более высокие температуры и интенсивное испарение масла с поверхности верхней части ци­ линдра, последняя должна получать масла больше. Если подача масла не регулируется и оно подводится в избытке (а это харак­ терно для тронковых двигателей с разбрызгиванием масла), то поршневые кольца должны обеспечивать поддержание слоя масла, достаточного для осуществления гидродинамического трения, а из­ быток масла сбрасывать в картер, одновременно препятствуя его попаданию в камеру сгорания.

Существуют три способа подвода масла в цилиндры двигателей: смазывание смесью — масло в количестве 10—15 %, примешан­ ное к бензину, поступает в цилиндр вместе с ним, большая часть его сгорает, часть оседает на стенках цилиндра и растаскивается по его поверхности кольцами (в мотоциклетных, лодочных, карбю­

раторных двигателях); смазывание разбрызгиванием — масло, вытекающее из подшип­

ников кривошипно-шатунного механизма, забрасывается на ниж­ нюю часть втулки цилиндра и разносится по ней поршневыми коль­

торов через штуцера, ввернутые в отверстия во втулке, равномерно расположенные по ее окружности на расстоянии не менее 0,36— 0,38 м. По обе стороны от отверстий обычно выфрезерованы масло­ распределительные канавки, направленные под углом вниз и пред­ почтительно соединяющиеся друг с другом, тем самым образуя коль­ цевую волнообразную канавку, с помощью которой масло распре­ деляется по окружности цилиндра. Края канавок закруглены в целях образования масляного клина при движении мимо них поршневых колец. Вверх и вниз от отверстий масло разносится

284

поршневыми кольцами (в крейцкопфных двигателях, некоторых среднеоборотных, в которых масло подается в цилиндры как лубри­ каторами, так и разбрызгиванием).

Смазывание разбрызгиванием является наиболее простым реше­ нием, но по сравнению с принудительным обладает двумя сущест­ венными недостатками: подача масла на втулку цилиндра нерегули­ руема и, как правило, /избыточна; на втулку попадает несвежее масло, проработавшее в циркуляционной смазочной системе, ча­ стично окислившееся и потерявшее в известной мере нейтрализую­ щее и другие необходимые свойства.

В противоположность отмеченному принудительное смазывание позволяет строго дозировать подачу свежего масла, наиболее удов­ летворяющего по своим характеристикам требованиям смазывания цилиндров и нейтрализации в них кислых соединений.

Подаваемое масло расходуется на смазывание рабочих поверх­ ностей цилиндров, поршневых колец, поршней, а также за­ брасывается в камеру сгорания и в продувочно-выпускные окна (в двухтактных двигателях), сбрасывается в картер или в под­ поршневые полости. Масло, распределяемое тонкой пленкой по поверхности цилиндра, выполняя функцию разделения трущихся поверхностей, одновременно нагревается, подвергается воздейст­ вию горячих, агрессивных продуктов сгорания и воздуха, большим тепловым потокам со стороны поршня. В результате окислитель­ ных процессов в нем образуются органические кислоты, масло на­ сыщается сильными неорганическими кислотами, сажей и пр. Большая часть масла, особенно находящаяся на верхней поверх­ ности цилиндра, испаряется. Пары масла диффундируют в воздух и сгорают либо уносятся с выпускными газами в выпускной тракт. Остальная часть масла, ставшая более вязкой и вобравшая в себя продукты старения, частично сбрасывается поршневыми кольцами в картер либо в подпоршневые полости, частично остается на стен­ ках цилиндра и поршней, превращаясь в лаки и нагары.

На толщину масляной пленки на поверхности цилиндра оказы­ вают влияние: количество подводимого масла и способ подвода; скорость движения колец вдоль поверхности цилиндра, зависящая от скорости поршня и частоты вращения двигателя; радиальное давление колец на втулку, определяемое нагрузкой цилиндра, упругостью колец и их расположением на поршне; качество рабо­ чей поверхности цилиндра (шероховатость); свойства масла (вяз­ кость, маслянистость, термическая стабильность и пр.); температу­ ра и давление газов в цилиндре, температура смазываемых поверх­ ностей втулки, поршня.

Необходимое возобновление или освежение масляной пленки на рабочей поверхности цилиндра в двигателях с подачей масле раз­ брызгиванием происходит при каждом ходе поршня вверх. В дви­ гателях с принудительным смазыванием нерегулярность поступле­ ния масла из штуцеров в известной мере нарушает цикличность

285

возобновления пленки на поверхности цилиндра. Необходимым ус­ ловием сохранения масляной пленки является требование, чтобы ко­ личество возмещаемого масла GM покрывало его расход GMp, обу­ словленный испарением и сгоранием масла GHcn, забрасыванием масла кольцами в камеру сгорания GKC (это масло частично сгора­ ет, переходит в нагары, уносится с выпускными газами), сбросом частично окислившегося масла в выпускные окна, где оно откла­ дывается в виде нагара, и в подпоршневую полость или в картер GK:

поддержание масляной пленки необходимой толщины становится невозможным, режим трения из жидкостного может перейти в гра­ ничный или в режим сухого трения.

Наибольшей толщины масляная пленка достигает в зоне, распо­ ложенной от середины хода поршня в сторону НМТ, именно здесь поршень развивает максимальную скорость, гидродинамическое давление увеличивается, а температура и интенсивность испарения масла снижаются. На большей части хода поршня толщина пленки составляет более 20 мкм, поэтому режим смазывания носит гидро­ динамический характер. В малооборотных дизелях в связи с мень­ шими скоростью поршня и подачей масла на смазывание цилиндров толщина слоя масла обычно меньше, однако и в них режим смазы­ вания в основном носит гидродинамический характер, за исклю­ чением зон ВМТ и НМТ, более протяженных, чем в быстроходных дизелях. Здесь смазка подчиняется законам граничного трения.

Эффективное смазывание существенно затрудняется или нару­ шается там, где имеется пропуск газов вдоль образующей цилин­ дра, независимо от того, вызван он нарушением цилиндричности втулки вследствие деформации или износа либо нарушениями в ра­ боте колец (потеря упругости, зависание в кепах, поломка). В ме­ стах прорыва газов масляная пленка перегревается, окисляется, сгорает или сдувается; если в таких случаях локальные участки поверхности металла остаются незащищенными, то это способст­ вует как коррозионному, так и механическому изнашиванию. Осо­ бенно велика опасность прорыва газов через первое поршневое кольцо. Прорыв газов происходит через открытые замки поршне­ вых колец; особенно опасна ситуация, когда замки колец выстраи­ ваются в одну линию. Поэтому необходимо сохранение подвижно­ сти колец в кепах, при которой кольца имеют возможность непре­ рывно вращаться, занимая положения, не зависимые друг от друга.

Пропуск газов через кольца вследствие их неплотного прилега­ ния определяют по появлению на кольцах местных пятен ожога, а на втулке — темных полос. Особенно тяжелые условия смазыва­ ния в двухтактных двигателях в поясе выпускных окон, где име­ ются благоприятные условия для сдувания масла с поверхностей втулки, колец и поршня в момент прохождения его мимо окон и их

286

открытия. Этим объясняются сильные износы втулок в поясе окон и задиры, типичные для двигателей с петлевой схемой газообмена.

Расход масла. Масло, забрасываемое кольцами в камеру сгора­ ния, безвозвратно теряется — сгорает, участвует в образовании на­ гаров либо уносится с выпускными газами. Сгорает также масло, испаряющееся с поверхности пленки на зеркале цилиндра. Пере­ численные потери масла принято относить к расходу масла на угар Gyr. Этот расход зависит от следующих факторов: числа и кон­ струкции колец, их расположения на поршне, Приспособляемости к изменению формы цилиндра; степени износа колец, увеличения зазора в замке, износа торцовых поверхностей колец и канавок (усиливается перекачивание масла), потери упругости колец, сво­ боды их перемещения в канавках; конструкции поршня, способ­ ности сохранять цилиндрическую форму при нагружении, зазора между тронком и цилиндром; конструкции цилиндра, способности сохранять цилиндрическую форму в процессе работы, состояния поверхностей трения и степени изнашивания; качества и состояния масла (снижение вязкости увеличивает расход масла); зазора между штоками клапанов и направляющими; режима нагружения дви­ гателя; плотности смазочной системы.

Расход масла на слив Gcл представляет собой потерю масла, обусловленную необходимостью его периодической замены в свя­ зи с потерей им тех или иных эксплуатационных свойств (достиже­ ния браковочных показателей). Изменение состояния масла во вре­ мени, его старение, а с ним и расход 0 СЛ определяются не только свойствами самого масла, конструктивными особенностями дви­ гателя, режимами его работы и техническим состоянием, но и сма­ зочной системой (ее вместимостью, кратностью циркуляции масла, наличием и эффективностью средств очистки масла, от которых зависит восстановление его эксплуатационных свойств).

Суммарный расход масла двигателем складывается из расходов масла на угар и на слив: GMp = Gyr + GCJI. Из общей суммы рас­ хода масла тронковым двигателем основной составляющей явля­ ется расход на угар (84—96 %), а расход на слив составляет всего

процесса, применяемых на судах морского флота в качестве вспо­ могательных или в качестве главных на судах речного и рыбопро­

ходами масла характеризуются высокооборотные дизели lgM= =■■6-=- 8 г/(кВт-ч)1.

Большой расход масла у мощных форсированных дизелей объясняется не только большими потерями на угар в связи с более высокой тепловой нагрузкой цилиндров, но и более интенсивным

287

окислением масла в цилиндрах и в картере. Способствуют этому два фактора — высокая тепловая нагрузка и работа на тяжелых высокосернистых топливах, продукты сгорания которых, попадая в картер, существенно ускоряют старение масла.

Удельный расход цилиндрового масла в мощных МОД состав­ ляет 0,55—1,1 г/(кВт'Ч).

Приведенные нормы расхода циркуляционных масел даны при­ менительно к номинальной или построечной мощности дизелей. В эксплуатации дизели редко работают на такой мощности, поэтому представленные цифры носят несколько условный характер. Более объективен показатель удельного расхода, отнесенный к фактиче­ ской (средневзвешенной) мощности дизеля.Он значительно выше номинального расхода. Так, согласно практическим нормам рас­

тем, что с переходом от мощности построечной к эксплуатационной

не меняется, более того, может даже несколько увеличиваться в связи с ухудшением технического состояния деталей ЦПГ.

8.4. Смазывание деталей механизма движения

Масляная система дизеля является одним из существенных его элементов и предназначена для подачи масла к узлам трения и на охлаждение поршней, регенерацию масла путем его очистки и ох­ лаждения. Кроме того, система должна обеспечивать прием, хра­ нение и необходимые в эксплуатации перекачивания масла.

По способу создания давления различают напорную и гравита­ ционную системы. В напорной системе давление масла (0,2—0,7 МПа) перед узлами трения создается непосредственно насосом, грави­ тационный напор (0,07—0,1 МПа) определяется высотой располо­ жения в машинном отделении напорной цистерны, из которой масло поступает к смазываемым узлам. Гравитационная система выгод­ но отличается от напорной постоянством напора и наличием опре­ деленного запаса масла, гарантирующего его подачу при пусках и остановках смазываемого агрегата с навешенным масляным на­ сосом и при аварийном отключении насоса. Благодаря этому гра­ витационные системы применяют для смазывания ротативных ме­ ханизмов, имеющих «выбег» (газотурбонагнетатели, редукторы, дейдвудные подшипники и др.).

Двигатели внутреннего сгорания оборудуют напорными систе­ мами, обычно называемыми циркуляционными. Системы могут быть

288

Рис. 8.2. Система смазывания вспомогательного дизеля «Вяртсиля» 414Т

линейными, когда масло после выполнения своих функций обрат­ но в систему не возвращается. Примером может служить лубрикаторная смазочная система цилиндров, применяемая в малооборот­ ных и некоторых среднеоборотных дизелях.

Циркуляционные системы, в которых масло циркулирует по замкнутому контуру, в свою очередь подразделяют на взаимо­ связанные внутреннюю и внешнюю (рис. 8.2). В задачи внутренней системы входят распределение и подача масла внутри дизеля.

К элементам внутренней системы относятся: главная маслорас­ пределительная труба 4, от которой масло поступает к рамовым подшипникам, по сверлениям в коленчатом валу — к шатунным и по сверлениям в шатунах — к головным подшипникам, клапан 3 регулирования давления (редукционный); трубка подачи масла к подшипникам распределительного вала, промежуточной шестер­ не и приводу лубрикатора 5; редукционный клапан 8 и маслопрово­ ды подачи масла. По трубке 9 масло подается к приводам насосов, тахометру и редукционному клапану 8, отрегулированному на 0,01—0,015 МПа. По маслопроводам масло подводится к направ­ ляющим блокам 6 на смазывание толкателей клапанов, роликов

ицапф, к подшипникам коромысел 7.

Кэлементам внешней системы относятся: резервный и предпус­ ковой насос 16 с электроприводом, насос ручного прокачивания 15,

шестеренный масляный насос (навешенный) 14 с приемной трубой в поддоне; байпасно включенный гидрореактивный центробежный маслоочиститель 13, маслоохладитель 12 полнопоточный сдвоенный фильтр 11 тонкой очистки масла с тонкостью отсева 10— 15 мкм;

термостатический клапан 10, при холодном масле (при пуске) пропускающий масло, минуя фильтр; маслонаполнительная гор­ ловина 2 и измерительный шток 1.

В зависимости от того, где размещается работающее масло, циркуляционные системы подразделяют на системы с мокрым (все масло хранится в картере двигателя) и сухим картером (масло находится в отдельной сточной циркуляционной цистерне). Пред­ ставленная на рис. 8.2 система относится к системам с мокрым кар­ тером и является типичной для дизелей относительно небольшой мощности и для большинства вспомогательных судовых дизелей.

Все мощные главные дизели (МОД и СОД) имеют системы с су­ хим картером (рис. 8.3). Масло из циркуляционной цистерны //, отделенной от днищевого набора и в торцах коффердамом 12, через приемную сетку 13 забирается автономным масляным насосом Р. От насоса масло поступает к фильтрам 8 и затем к маслоохлади­ телю 7 (насос, фильтры и маслоохладители обязательно резерви­ руют). От охладителей масло поступает в двигатель 10, где оно рас­ пределяется на смазывание и охлаждение внутренней системой смазывания. Из двигателя масло стекает в расположенную под ним сточную циркуляционную цистерну 11, обычно резервируемую. Кроме сточно-циркуляционных цистерн, для восполнения по­ терь масла главного дизеля и других механизмов предусматривают­ ся цистерны 5 запаса свежего масла. Для хранения и сепарации отработавшего масла устанавливают цистерну 6 грязного масла

К резервному

(хз о-----

насосу

Рис. 8.3. Циркуляционная система смазывания малооборотного главного ди зеля

290