Kamkin_-_Expluatatsia_sudovykh_dizeley_-_1990

- 7 \ Г«

5 В цистерну

отработав­ шего масла.

?

с паровым змеевиком. Предусматриваются также цистерны 3 и 4 соответственно цилиндрового масла и масла для ГТН. Очищается масло в фильтре 8, пропускающем весь поток масла, поступающий к двигателю (такой фильтр называется полнопоточным).

Сепараторы 1 масла, обеспечивающие более тонкую очистку, включены байпасно. Масло на сепарацию забирается навешенным на сепаратор насосом из циркуляционной цистерны 11 или из цистерны 6 грязного масла, куда оно может подаваться главным масляным насосом 9 . Этим же насосом можно подавать грязное масло на палубу (сдавать на берег). Просепарированное масло вто­ рым навешенным насосом возвращается в циркуляционную ци­ стерну (2 — нагреватель масла).

Для того чтобы предотвратить загрязнение циркуляционного масла топливом, которое может попадать в него вследствие утечек в топливных насосах, в двигателях МАН — Бурмейстер и Вайн (БМЗ) распределительный вал смазывается от отдельной системы (рис. 8.4). Здесь, как и в основной циркуляционной системе, име­ ются цистерна 6 , насосы 4 , фильтр 2 и холодильник 3. Масло под давлением, регулируемым клапаном 5, подается к подшипникам вала дизеля 1 и направляющим толкателей, откуда стекает в под­ дон, в котором поддерживается уровень, достаточный для того, чтобы оно захватывалось вращающимися кулачками и смазывало их рабочие поверхности.

Качество масла нужно регулярно контролировать и масло менять, если содержание в нем топлива более 10 %. О поступ­ лении топлива в масло можно судить по увеличению уровня в сточ­ ной цистерне, появлению характерного запаха, увеличению вяз­

кости масла (если топливо тяжелое) — максимум + 40 %; сниже­ нию температуры вспышки (минимум 180 °С).

В гравитационной системе смазывания газотурбонагнетателей главного дизеля (рис. 8.5) масло из цистерны 6 запаса самотеком спускается в сточную цистерну 10, откуда насосом 7 через фильтр 5 грубой очистки и холодильник 3 с терморегулирующим клапаном 4 подается в напорную цистерну 2. Во избежание переполнения она снабжена переливной трубкой 1. Из цистерны 2 через фильтр 8 масло поступает на смазывание газотурбонагнетателя 9, откуда сли­ вается в сточную цистерну 10. Редукторы смазываются анало­ гично.

При эксплуатации системы смазывания во избежание серьезных повреждений дизеля необходимо следить за создаваемым насосами давлением: если оно опускается ниже допустимого уровня, необ­ ходимо немедленно снизить нагрузку и частоту вращения до мало­ го хода, получить разрешение на остановку дизеля, установить причину и ее устранить. Перед последующим пуском необходимо убедиться в отсутствии в масле картера блесток белого металла подшипника, а после пуска по температуре картерных лючков или с помощью приборов (см. гл. 6) в течение 1—2 ч проверять тем­ пературу подшипников. Нужно также следить за температурой масла на входе в дизель и выходе из него, особенно за температурой и струей масла, вытекающей из поршней. Если по выходе из поршня (или нескольких поршней) струя масла уменьшается и температу­ ра растет, это может привести к перегреву головки поршня и от­ ложению на ее поверхностях асфальтосмолистых продуктов, пре­ пятствующих нормальному теплоотводу. В этом случае необходимо снизить нагрузку и при первой возможности очистить внутренние полости головок поршней. Важными параметрами являются так­ же перепады давлений на фильтрах и температур в маслоохлади­ телях; по ним можно судить об их состоянии.

Уровень масла в циркуляционных цистернах не должен опус­ каться ниже допустимого уровня, особенно важно поддерживать его достаточно высоким при плавании в штормовую погоду, чтобы при больших кренах судна избежать возможных срывов в подаче масла к дизелю.

8.5. Работа масла в дизеле

Старение масла. Старение масла представляет собой совокуп­ ность различных процессов, приводящих к изменению физических и химических его свойств в ходе использования в машинах и меха­ низмах и при хранении. Современное моторное масло представля­ ет собой комплекс, состоящий из базового масла (углеводородной части) и присадок, и при старении в нем происходят химические и физико-химические процессы изменения масляной основы, внеш­

292

нее загрязнение, срабатывание присадок и изменение их химиче­ ского состава и структуры.

Внешнее проявление старения масла — потемнение. Вследствие работы в дизеле в масле появляются механические примеси орга­ нического (продукты окисления и окислительной полимеризации масла) и неорганического (продукты износа) происхождения, изме­ няются вязкость, кислотно-основные свойства, содержание при­ садки, в нем могут накапливаться топливо и вода.

Окисление масла в цилиндрах и в картере качественно проте­ кает различно. На интенсивность и характер окислительных про­ цессов в высокотемпературной зоне в покрывающей зеркало ци­ линдра масляной пленке оказывают влияние теплообмен между га­ зом и пленкой, взаимодействие с пленкой кислорода воздуха, сер­ нистых и иных агрессивных соединений. Кроме того, в пленку осаж­ дается твердый углерод (сажа). Под влиянием перечисленных фак­ торов окисление масла на втулках идет в десятки раз интенсив­ нее, чем в картере, особенно при сжигании тяжелых сернистых топлив с высоким содержанием асфальтенов. Процесс окисления носит цепной характер с участием свободных радикалов. Первы­ ми продуктами окисления являются перекиси, дальнейшее окис­ ление которых идет по двум направлениям: кислые продукты (кис­ лоты и оксикислоты) и нейтральные продукты (смолы, асфальте­ ны, карбены, карбоиды).

В тронковом двигателе начавшийся в цилиндрах процесс окис­ ления продолжается в масляной системе, в основном в картере, где определяющими уже являются не температура и давление, а фактор времени. Немаловажно техническое состояние двигателя (состояние уплотнения цилиндров), режим его работы, эффектив­ ность присадок, качество очистки масла и пр. В находящееся в картере масло вместе с прорывающимися из цилиндров газами про­ никают продукты высокотемпературного окисления масла, агрес­ сивные соединения и сажа, образовавшиеся при сгорании топлива, водяные пары и несгоревшее топливо. На процессы окисления ока­ зывает также влияние большая поверхность масляного тумана в картере. Под воздействием перечисленных факторов и в усло­ виях значительно более низких температур и давлений в процессах продолжающегося окисления масла в картере преимущественную роль играют полимеризаций и конденсация образовавшихся глав­ ным образом в высокотемпературной зоне промежуточных соеди­ нений с образованием асфальтосмолистых веществ, карбенов и карбоидов.

В малооборотном двигателе, где картер отделен от цилиндров диафрагмой и применяется раздельная смазочная система, масло в картере окисляется очень медленно и старение масла в основном определяется накоплением в нем продуктов износа и коррозии. Этим объясняется, что при эффективной очистке от механических примесей срок службы масла практически не ограничен.

Протекающий в цилиндрах и картере процесс окислительной полимеризации заключается в укрупнении и уплотнении молекул. Продукты менее плотные переходят к более плотным в следующем порядке: оксикислоты— смолы— асфальтены. Оксикислоты облада­ ют одновременно свойствами карбоновых кислот и спиртов. Смо­ лы — продукты полимеризации главным образом парафиновых и нафтеновых углеводородов, хорошо растворяются в масле. Ас­ фальтены, появляющиеся в результате полимеризации смол, обра­ зуют с маслом коллоидный раствор, а те, что образуются в цилиндрах в результате неполного сгорания топлива, в ходе дальнейшего уплотнения переходят в карбены и карбоиды, в масле не раствори­ мые и благодаря своей высокой твердости вызывающие абразивный износ.

Смолы, асфальтены и оксикислоты характеризуются высокой вязкостью и плохой испаряемостью. Попадая с маслом на нагре­ тые металлические поверхности, они образуют липкие лаковые пленки, способные задерживать и скреплять твердые органические включения (карбены, карбоиды, сажу) и образовывать нагары. Наряду с отмеченным, асфальтосмолистые соединения, обладая высокими поверхностно-активными свойствами, адсорбируются на взвешенных в масле частицах (механических примесях) и покры­ вают их своеобразной коллоидной защитной пленкой, которяя препятствует непосредственному контакту абразивных частиц с по­ верхностями трения. В начальный период, когда в двигателе на­ ходится свежее масло и продукты окисления отсутствуют или их мало, наблюдается значительный съем металла с поверхностей тре­ ния, сопровождающийся локальными температурными вспышками и контактным окислением масла (это окисление микрообъемов масла в точках контакта трущихся поверхностей, где развиваются высокие давление и температура). По мере накопления коллоид­ ных продуктов окисления скорость процесса изнашивания умень­ шается, сокращается число точек контактного окисления и процесс старения в известной мере стабилизируется.

Накопление в масле кислых продуктов приводит к росту его органической кислотности, которая характеризуется кислотным числом — это количество эквивалентной щелочи, необходимой на нейтрализацию кислых соединений, выражаемое в единице мг КОН/г масла. Рост кислотности определяет увеличение коррози­ онной агрессивности работающего масла в связи с образованием в нем органических кислот, отрицательно влияющих на антифрик­ ционные сплавы подшипников с содержанием свинца и кадмия. По данным Б. В. Лосикова, заметное действие этих кислот на ме­ талл начинает сказываться при кислотности масла, превышающей 1,5 мг КОН/г. Кислотное число масла характеризует лишь те кислоты, которые щелочные соединения присадок не в состоянии нейтрализовать, и они накапливаются в масле по мере его старе­ ния. Наряду с ростом кислотности увеличивается вязкость масла,

294

что сопряжено с накоплением в нем высоковязких продуктов уплот­ нения (смол, асфальтенов, оксикислот). Это затрудняет поступле­ ние масла к наиболее удаленным местам дизеля и может привести к их повышенному изнашиванию. Если на смазывание цилиндров масло поступает из картера (а в большинстве среднеоборотных дви­ гателей это так), то увеличение вязкости вследствие окисления, особенно заметное при высоких температурах, сопровождается увеличением толщины масляной пленки на зеркале, угара и интен­ сивности дальнейшего окисления масла.

В процессе работы масла содержание активных присадок в нем снижается, что приводит к снижению ОЩЧ. Причины расхода присадки в масле заключаются в следующем: расходовании компо­ нента присадки на нейтрализацию сильных кислых соединений, попадающих в масло извне; адсорбции молекул присадки на по­ верхностях деталей и на взвешенных частицах органического и не­

вающиеся в масле в процессе его работы в дизеле механические при­ меси в зависимости от происхождения подразделяют на минераль­ ные и органические. Минеральные примеси представляют собой продукты износа деталей и загрязнения минерального происхожде­ ния, попадающие в картерное масло извне. Примеси органическо­ го происхождения образуются в результате процессов окислитель­ ной полимеризации углеводородов масла.

Наличие в масле механических примесей способствует увеличе­ нию изнашивания дизеля, однако влияние отдельных компонентов различно. Основную роль в абразивном изнашивании деталей играют минеральные составляющие примесей. Накапливающиеся в масле в процессе окисления не растворимые в бензине (НРБ) ор­ ганические примеси благодаря своей полярности способствуют по­ вышению прочности образующейся на деталях масляной пленки, что снижает вероятность ее разрушения при увеличении нагрузок и тем самым уменьшает изнашивание. Защитный слой повышенной проч­ ности образуется также вокруг частиц минерального происхож­ дения, предотвращая в известной мере вызываемое этими частицами абразивное изнашивание. Указанные положения убедительно под­ тверждаются многочисленными данными экспериментальных и экс­ плуатационных исследований.

Попадания в масло воды следует избегать, так как ее присутст­ вие (особенно соленой) приводит к интенсификации процессов окисления масла с образованием органических и неорганических кислот, выпадению шлама, корродированию чисто обработанных металлических поверхностей (особенно цапф подшипников и што­ ков поршней — их поверхность становится более шероховатой), окислению олова, входящего в состав подшипниковых сплавов.

Поступающая в масло вода может также вызвать гидролиз вы­ сокощелочных соединений, входящих в состав присадок, и их кри­ сталлизацию, следствием чего является забивание фильтров и мас­ ляных каналов. Масла с ОЩЧ = 10 -Ь 11 высокощелочных приса­ док не содержат, поэтому отмеченного явления в них не наблюда­ ется. В противоположность им масла с ОЩЧ = 20 и выше подвер­ жены действию воды, поэтому при обводнении и появлении при­ знаков кристаллизации подлежат замене. Характерно, что при кристаллизации присадки ОЩЧ масла не меняется.

При попадании пресной воды может произойти заражение масла бактериями, агрессивно воздействующими на металлы, съедающими

8.6. Очистка масла

Загрязнение масла. Из числа эксплуатационных показателей масла, изменяющихся в процессе его старения, наиболее важны содержание и состав механических примесей. В самом деле, если не рассматривать иногда наблюдающиеся в дизеле случаи разжиже­ ния масла топливом и их обводнения (а это может быть объясне­ но лишь неисправностями в работе систем топливоподачи и охлаж­ дения), можно считать, что изменение любых показателей работаю­ щего масла является причиной или следствием процессов загряз­ нения масла продуктами неполного сгорания топлива, окислитель­ ной полимеризации, срабатывания компонентов присадок, износа деталей. Скорость накопления механических загрязнений в систе­ ме смазывания и уровень, на котором стабилизируется их содер­ жание, зависят от объема системы, а следовательно, и кратности циркуляции масла в ней, скорости поступления загрязнений и ин­ тенсивности очистки масла.

При достаточно полном удалении из масла продуктов старения можно считать, что химический состав базовой части картерного масла в течение достаточно длительного времени работы его в двигателе сравнительно мало отличается от состава свежего масла, т. е. сохраняет свои эксплуатационные свойства. Это обстоятельст­ во позволяет продлевать сроки службы масла в двигателе благодаря его эффективной очистке в процессе эксплуатации от продуктов термического разложения, окисления, износа и других загрязне­ ний, а также благодаря компенсации отработанной части присадки путем доливки свежего масла.

Общее содержание механических примесей в масле еще не оп­ ределяет его влияния на изнашивание деталей. Важны качествен­ ный состав примесей и их распределение по размерам частиц. Сов­ ременные масла содержат диспергирующие присадки, которые об­ волакивают частицы механических примесей и препятствуют их

296

тивности действия диспергирующей присадки, но и от работы имею­ щихся в системе смазывания средств очистки, их характеристик, к числу которых относятся: пропускная способность — количест­ во масла, пропускаемое через агрегат очистки в единицу времени, Q, л/ч; коэффициент очистки, представляющий собой отношение массы задерживаемых очистителем примесей, к массе примесей, со­ держащихся в грязном масле: ф = (G 0 — G 0CT)/G 0 (где G 0 — кон­

ку); тонкость отсева — наибольший размер частиц загрязнений в масле, прошедшем очистку.

Важное значение имеет также способ включения агрегатов очистки в систему смазывания. Когда весь поток масла, направ­ ляемого к двигателю, пропускается через агрегат очистки, такой способ включения называется полнопоточным, если же только часть масла проходит через агрегат очистки, то способ называется

частично-поточным, или байпасным.

В масляных системах судовых дизелей применяют фильтры, центробежные маслоочистители (ЦМО) с гидрореактивным приводом и с механическим приводом — сепараторы.

Сепарирование. Очистку масла в сепараторах применяют в су­ довых установках с мощными мало- и среднеоборотными дизелями. Сепараторы включают в систему смазывания параллельно основ­ ной масляной магистрали (см. рис. 8.3). Это позволяет осуществлять сепарирование независимо от работы дизеля в режимах периодиче­ ского или непрерывного использования (в течение всего времени ра­ боты дизеля). В главном дизеле предпочтение отдается непрерыв­ ному сепарированию, так как это позволяет концентрацию загряз­ нений в системе смазывания поддерживать на некотором устано­ вившемся уровне хуст, при котором наступает равенство абсолют­ ных значений количеств поступающих и удаляемых загрязнений (рис. 8.6, кривая /), При периодическом включении сепаратора в ра­ боту концентрация загрязнений в масле меняется (кривая 2). При работе сепаратора (участок /) концентрация загрязнений снижа­

297

ется от Хдоп до хт1п, при его выключении загрязнения накапливают­ ся в системе и кривая идет вверх (участок //). Продолжительность второго периода находится в обратно пропорциональной зависи­

из двигателя и эффективностью имеющихся в системе фильтров. При достижении заданного допустимого уровня концентрации загряз­ нений Хд о п сепаратор необходимо включать в работу, в против­ ном случае ускоряется старение масла и изнашивание дизеля.

Периодическому сепарированию обычно подвергают масла вспо­ могательных дизелей, так как оно осуществляется с использова­ нием сепараторов главного дизеля. В этом случае продолжитель­ ность сепарирования должна быть не менее 8— 10 ч. Остальное время масло очищается полнопоточными фильтрами тонкой очи­ стки, а у некоторых дизелей — байпасно подключенными гидро­ реактивными центрифугами.

При определении подачи сепаратора необходимо исходить из задачи максимально возможного удаления загрязняющих его при­ месей. Как известно, снижение подачи сепаратора способствует более полной очистке, но в то же время уменьшается количество пропускаемого за единицу времени через сепаратор масла. Это приводит к уменьшению задерживаемых сепаратором частиц. Необходимо искать оптимальную подачу QonT, которая для масел без присадок или с небольшим их содержанием находится на уров­ не 40—50 %, а для масел, обладающих высокими детергентнодиспергирующими свойствами, Q опт = 20 -г* 25 % Q n a c n - Это объяс­ няется тем, что в маслах с моюще-диспергирующими присадками загрязняющие примеси меньших размеров и их удаление требует более длительного воздействия центробежных сил. А это требует уменьшения скорости потока масла в сепараторе путем уменьшения подачи.

В судовых условиях оптимальную подачу определяют по ско­ рости поступления удаляемых загрязнений в шлам сепаратора. Действительно, чем больше в единицу времени накапливается в шламе загрязнений, тем больше их удаляется из масла. Практиче­ ски найти Qoht можно, если для нескольких положений клапана, регулирующего подачу сепаратора, измерять в течение 2— 12 ч количество сбрасываемого из барабана шлама. Положение клапана, при котором наблюдается наибольший выход загрязнений, и бу­ дет соответствовать Q0m •

Температура масла перед сепаратором в целях снижения вязко­ сти и повышения эффективности очистки должна поддерживаться: 60—70 °С для масел без присадок и 80—90 °С для масел с присад­ ками.

Фильтрация. В системах смазывания судовых дизелей приме­ няют фильтры, которые по тонкости отсева подразделяют на филь­ тры грубой очистки (ФГО, размер задерживаемых частиц не пре­

298

вышает 60—90 мкм) и фильтры тонкой очистки (ФТО, тонкость отсева не более 35—40 мкм). В зависимости от схемы включения и количества проходящего масла через фильтры последние могут быть полнопоточными (в основном ФГО, и режеФТО) и частично­ поточными (в основном ФТО, так как они обладают большим со­ противлением и вследствие этого меньшей пропускной способно­ стью). Через частично-поточные фильтры проходит лишь часть по­ тока масла, обычно не более 8—15 %.

По принципу действий и конструкции фильтрующих материа­ лов фильтры делят на следующие виды:

щелевые, в которых поступившее под давлением масло проходит через щели, образуемые набором специальных пластин и прокладок, где и происходит его очистка (фильтроэлементы типов АСФО, ДАСФО, проволочно-щелевые фильтры и др.);

объемные (глубинные), в которых масло в процессе очистки по­ следовательно проходит через несколько слоев фильтрующего ма­ териала (фильтры с набивкой из войлока, хлопчатобумажных тка­ ней, шлаковой ваты, бумажной массы и т. д.);

поверхностного типа, в которых масло проходит через филь­ трующий материал со сквозными порами (металлическая сетка, филь­ тровальные ткани и т. д.).

Промежуточное положение занимают целлюлозно-бумажные филь­ троэлементы, которые совмещают в себе характерные признаки фильтров поверхностного и объемного типов.

Особо следует рассматривать магнитные фильтры, применяе­ мые для удаления из масла металлических частиц — продуктов износа двигателя, поскольку принцип их действия только условно может быть назван фильтрацией.

Фильтры грубой очистки недостаточно глубоко очищают масло от нерастворимых примесей и абразивных продуктов, находящих­ ся в современных маслах в мелкодиспергированном состоянии. Ис­ следованиями кафедры ДВС ДВВИМУ установлено, что при ис­ пользовании только ФГО по сравнению с тонкой очисткой масла в 2,5 раза ускоряется изнашивание деталей и в 1,6 раза — загряз­ нение поршней углеродистыми отложениями. Современные ди­ зели, имеющие более высокий уровень форсировки рабочего про­ цесса и в связи с этим более напряженные условия работы ЦПГ и подшипниковых узлов, более чувствительны к качеству масла и его очистке. Этим объясняется отмечаемый в последние годы переход

очистки в дополнение к 35—40-микронным полнопоточным ФТО устанавливают байпасно включенные в систему сепараторы, а на дизелях небольшой мощности (вспомогательных ДГ) — гидрореак­ тивные центрифуги. Центробежные маслоочистители благодаря

299

высокой разделяющей способности обеспечивают более глубокую очистку масла, удаляя тонкодиспергированные зольные продукты его старения и воду.

8.7. Контроль качества масла

Показатели качества масла. В практике эксплуатации качество масла определяют по следующим показателям.

Увеличение кинематической вязкости v, мм2/с, в процессе ра­ боты свидетельствует об образовании в масле высокомолекулярных высоковязких продуктов окисления. Вязкость определяют на вис­ козиметре Оствальда—Пинкевича (ГОСТ 33—82) или на виско­ зиметре ротационного типа.

Для оценки отклонения вязкости от исходного значения можно рекомендовать метод, используемый в комплекте «Мобил тест КИТ» и основанный на сравнении вязкости проб исследуемого и свежего масла того же сорта. Для этого прибор «Флоустик» (рис. 8.7) устанавливают горизонтально, отсеки 2 и 3 заполняют отработавшим и свежим маслом, отсеки 1 являются переливными. Через несколько минут, необходимых для выравнивания темпера­ тур, прибор наклоняют, и оба потока масла начинают перетекать вниз в канавки 4. Когда свежее масло достигает средней отметки, прибор возвращается в горизонтальное положение. Если поток от­ работавшего масла остановился между метками «максимум» и «ми­ нимум», то отклонение вязкости находится в допустимых пределах. Если же поток не дошел до отметки «максимум», то масло имеет чрезмерную вязкость, а если перешел отметку «минимум», то это означает недопустимое снижение вязкости.

Температура вспышки tBcn служит для контроля за разжиже­ нием масла топливом: падение температуры, как правило, свиде­ тельствует о разжижении масла. Установить наличие в масле сред­

у топлив и масел значительно меньше, а в отдельных случаях вяз­ кость топлив даже превышает вязкость масел. Температуру вспыш-

Рис. 8.7. Прибор «Флоустик» для сопоставительной оценки вязкости отрабо­ тавшего и свежего масла

300