Смазывающая система

  При заниженной подаче масла отмечаются: появление участков сухой поверхности на тронке поршня и зеркале цилиндра; ухудшение подвижности, защемление в слое нагара в кепах и пригорание поршневых колец; прорыв газов и искр в подпоршневую полость, возгорание масляных отложений в подпоршневых полостях; появление местных прижогов на втулках цилиндров, а также следов прорыва газов. 

7.4. Масла

  Циркуляционные  масла. Смазочные циркуляционные масла используют в циркуляционных системах. Вязкость масла для крейцкопфных дизелей должна быть достаточно высокой для создания в подшипниках гидродинамического клина, хорошо противостоящего высоким нагрузкам: масло, находящееся в тонком слое, не должно выдавливаться, тем самым предотвращая непосредственный контакт трущихся поверхностей.

  Оптимальной является вязкость 9-11 мм²/с при 100 °С. При большей вязкости увеличиваются потери на трение, ухудшается теплоотвод от смазываемых поверхностей, при меньшей - снижается несущая способность масла, т. е. способность противостоять высоким удельным нагрузкам, увеличиваются потери на угар.

  Масло в циркуляционной системе работает в условиях умеренных температур, поэтому происходящие в нем окислительные процессы протекают с небольшой скоростью. Более тяжелые условия работы масла в двигателях с масляным охлаждением поршней, где вследствие контакта с горячими поверхностями головок поршней (температура со стороны охлаждения 175—225 °С) происходят окисление углеводородов масла, термический распад, приводящие к уплотнению молекул с образованием асфальтосмолистых веществ. Поэтому масло должно хорошо противостоять процессам окисления и термического разложения, не образовывать в головках поршней отложений, затрудняющих теплоотвод.

  Кроме того, циркуляционное масло не должно образовывать отложений в картере, на деталях движения, в масляных магистралях, т. е. должно обладать хорошими диспергирующими свойствами, защищать металлические поверхности, в первую очередь подшипников, от коррозии. Масло не должно терять смазывающих свойств при попадании воды, образовывать с водой эмульсии, должно легко отделяться от воды при сепарировании. Важно также, чтобы находящиеся в масле присадки при обводнении не отслаивались и не выпадали в осадок. Оно не должно вспениваться, должно противостоять образованию эмульсии масло - воздух, препятствующей нормальной работе масляного насоса.

  Хорошо  очищенные минеральные масла  без присадок или с добавкой небольшого количества антиокислительных или антикоррозионных присадок вполне удовлетворяют отмеченным требованиям.

  Присадки  увеличивают срок службы масла, так как противодействуют его окислению, придают ему нейтрализующие щелочные свойства, характеризуемые щелочным числом.

  Щелочное  число выражается в миллиграммах гидроокиси калия на грамм масла (мг КОН/г) и наряду с нейтрализующей способностью масла характеризует его моющее (детергентно-диспергирующее) действие. Моющие присадки предотвращают объединение и укрупнение (коагуляцию) мелких частиц сажи, продуктов окисления и уплотнения масла (смол, асфальтенов) и удерживают их в масле в дисперсном взвешенном состоянии, тем самым препятствуя их отложению на металлических поверхностях двигателя. Чем выше общее щелочное число (ОЩЧ) масла, тем лучше его нейтрализующая способность и моющее действие.

  В масла вводят также ингибиторы коррозии, противозадирные, противоизносные, антипенные и другие присадки.

  К маслам для крейцкопфных дизелей относятся: М-10Г₂ЦС (ОЩЧ-9), Шелл Талпа-30 (ОЩЧ-8), Кастрол DR/МО (ОЩЧ-5), Мобил-DТЕ-3, Супер Теболекс SAE-30 и др.

  Условия работы циркуляционных масел в тронковых  среднеоборотных дизелях являются более тяжелыми и существенно отличаются от условий в крейцкопфных двигателях. В тронковых двигателях цилиндры не отделены от картера, поэтому агрессивные продукты сгорания топлива (в частности H₂SO₄) и выпускные газы могут проникать в картерное масло и интенсифицировать процессы его старения. Кроме того, циркуляционное масло забрасывается в цилиндры и участвует в смазывании ЦПГ. Масло подвергается воздействию высоких температур, поэтому должно обладать высокими детергентными свойствами, т. е. способностью противостоять образованию лаков и нагаров, и иными свойствами, присущими цилиндровым маслам.

  Итак, масла для тронковых дизелей должны быть в известной степени универсальными и отвечать требованиям как циркуляционных, так и цилиндровых масел. В зависимости от уровня тепловых нагрузок, в свою очередь определяемых уровнем форсирования рабочего процесса двигателя, качества применяемых топлив степень легирования масел присадками может быть различной, и в зависимости от этого их ОЩЧ может находиться в пределах 10-30 мг КОН/г масла. Вязкость масел для тронковых дизелей обычно принимают в пределах 10—17 мм²/с (SAE-30, SAE-40).

  В среднеоборотных двигателях рекомендуется  использовать масла групп Г₂ЦС и ДЦЛ. Масло М-10Г₂ЦС применяют во вспомогательных двигателях, работающих на топливах с содержанием до 1% серы. По назначению масло универсальное, поэтому его можно также применять для смазывания воздушных компрессоров, подшипников валопровода, редукторов и других судовых механизмов. Масло М-14Г₂ЦС применяют для тех же целей, но когда требуется более высокая вязкость. Масло М-10ДЦЛ20 используют в циркуляционных смазочных системах главных и вспомогательных среднеоборотных двигателей при содержании серы в топливе до 2%. Масло М-14ДЦЛ20 имеет ту же область применения, когда требуется более высокая вязкость. Масло М-14ДЦЛ30 рекомендуется для циркуляционной и лубрикаторной смазочных систем среднеоборотных дизелей, работающих на топливах, содержащих свыше 2% серы. Из зарубежных сортов масел рекомендуются Тебойл-Вард S25T, Мобилгард-324 и 424, Шелл Арджина-40 и 30 и др.

  Масло, находящееся в циркуляционной смазочной  системе двигателя, с течением времени стареет. В нем под влиянием нагрева и в результате взаимодействия с горячим воздухом и прорывающимися из цилиндра газами происходят физико-химические изменения: накапливаются продукты износа, продукты механического загрязнения и окисления масла и топлива, вода. Особенно большое влияние на скорость старения масла оказывают агрессивные соединения, образующиеся в цилиндрах при сгорании сернистых топлив и попадающие в картер вместе с отработавшим маслом. Этим, в частности, объясняется большая скорость старения циркуляционного масла тронковых двигателей в отличие от крейцкопфных, где полость картера отделена от цилиндров диафрагмами и сальниками штоков.

  В результате старения масла происходит интенсивное отложение лака и смол на стенках картера, а также внутри охлаждаемых маслом поршней, что приводит к резкому повышению их температуры; в маслопроводах, фильтрах и в сверлениях коленчатого вала откладываются осадки в виде вязкого студенистого ила мазеобразного шлама. Основной причиной выпадения из масла осадков служит накапливание в нем оксикислот в результате процессов окислительной полимеризации. Непосредственным результатом старения циркуляционного масла тронковых двигателей является рост нагарообразования в цилиндрах, усиление износа деталей ЦПГ.

  К числу показателей, определяющих изменение  качества масла в процессе его  работы в двигателе, относятся вязкость, температура вспышки, кислотность, содержание механических примесей и золы, щелочное число и водородный показатель РН. Восстановлению свойств масла служит его очистка в фильтрах и сепараторах.

  Цилиндровые масла. Масло, подаваемое в цилиндры двигателя, должно выполнять следующие функции: смазывать и охлаждать поверхности трения зеркала цилиндра, поршня и поршневых колец, препятствуя непосредственному контакту металлических поверхностей и возникновению сухих перегретых участков; перекрывать небольшие зазоры между сопрягающимися поверхностями, способствуя повышению уплотняющего действия колец; защищать металл цилиндра и колец от коррозии, нейтрализуя оседающие на них кислоты, которые образуются при сгорании топлива; поддерживать в чистоте поверхности трения и смежные элементы деталей ЦПГ, растворяя, диспергируя и удаляя твердые продукты крекинга и окислительной полимеризации, которые образуют нагар в цилиндре.

  Поэтому цилиндровое масло в отличие  от циркуляционного должно обладать специфическими свойствами: высокой термической стойкостью и смазывающей способностью; противостоять высоким тепловым нагрузкам и давлению поршневых колец, удерживаясь на смазываемых поверхностях цилиндра и колец тонкой пленкой для обеспечения граничного или жидкостного трения колец; нейтрализовать образующиеся при сгорании кислоты, препятствуя химической коррозии деталей ЦПГ, что особенно важно при использовании в двигателе сернистого топлива.

  Если  для циркуляционных масел важны  диспергирующе-моющие свойства, то цилиндровые  масла должны обладать высокой  термической стабильностью и хорошими детергентными свойствами, обеспечивающими стойкость к лако - и нагарообразованию на деталях ЦПГ. Поскольку масло в цилиндре работает при более высоких температурах, его вязкость должна быть выше и составлять 14-16 мм²/с (SAE-40), а для высокофорсированных длинноходных дизелей - 20 мм²/с (SAE-50). Более вязкие масла обладают лучшей способностью противостоять высоким нагрузкам, лучше удерживаются на поверхности зеркала цилиндра, но содержат больше остаточных компонентов, поэтому их противонагарные свойства хуже.

  В каждом конкретном случае выбор масел  должен определяться уровнем форсирования рабочего процесса и конструктивными особенностями двигателя, качеством используемого топлива (в первую очередь содержанием в нем серы).

  Применение  высокощелочных масел (ОЩЧ = 60 70 или 100) оправдано лишь при сжигании в двигателе сернистых топлив. Использование высокощелочного масла при малом содержании серы в топливе нередко приводит к скапливанию на головке поршня (особенно на участках, расположенных против масляных штуцеров и в канавках колец) золы, образовавшейся при сгорании непрореагировавшей щелочи. Зольные отложения насыщаются продуктами полимеризации и крекинга масла и топлива, которые в дальнейшем переходят в твердые коксовые образования. Частицы спекшейся золы и кокса отламываются, попадают в зазор между поршнем и втулкой и вследствие абразивности вызывают интенсивное изнашивание их рабочих поверхностей. На цилиндре в зонах расположения штуцеров появляются характерные вертикальные полосы натиров. Одновременно интенсивно изнашиваются поршневые кольца.

  Недостаточная щелочность масла или плохое его  распределение по окружности зеркала цилиндра также является причиной изнашивания. Первым признаком недостаточной щелочности являются темные полосы смолистых отложений и лака на поверхности зеркала на участках, расположенных между смазочными отверстиями.

  При работе двигателей на сернистых топливах рекомендуется применять масла со следующими щелочными числами: 1 - 2% S - с ОЩЧ = 20 40 (масло М16Е30); свыше 2% S - высокощелочные с ОЩЧ = 60 70 (М16Е60 и М20Е70); из зарубежных масел: Мобилгард 593 и 570, Шелл-Алексия 50, Кастрол-Марин RM/DZ 65, Тебоил Вард Хэви и др.

  Масла для турбокомпрессоров. Рекомендуются высококачественные турбинные или моторные минеральные масла с противопенными и противоокислительными присадками. Моторные масла со щелочными присадками непригодны. Вязкость следует подбирать в соответствии с частотой вращения ТК.. В среднем она лежит в пределах 30—76 мм²/с при 50 °С для ТК с подшипниками качения и 45 - 68 мм²/с для ТК с подшипниками скольжения. Рекомендуются масла Т-46 и Тп-46, Шелл Турбо Оил-Т68 и др. В ТК Броун-Бовери масло меняют через 500—1000 ч работы. Увеличение вязкости допускается не более 20%, а наибольшее кислотное число 1 мг КОН/г.

7.5. Система охлаждения

  Назначение  системы. Система охлаждения должна поддерживать необходимый тепловой режим путем отвода теплоты от тепловоспринимающих поверхностей ЦПГ (поршня, втулки, крышки), газотурбокомпрессоров, выпускных коллекторов, форсунок и пр. Кроме того, благодаря охлаждению обеспечиваются необходимые температуры наддувочного воздуха и масла в смазочной системе. В зависимости от конструкции двигателя, уровня его форсировки системой охлаждения отводится 15-30% всей теплоты, выделяемой при сгорании топлива. В качестве охлаждающих жидкостей в основном используют пресную воду. Забортную воду ввиду своей высокой накипеобразующей способности и коррозионной агрессивности применяют лишь для охлаждения наддувочного воздуха и в охладителях пресной воды. В прямоточных дизелях поршни охлаждаются маслом; его используют также не только для смазывания, но и охлаждения подшипников. Распылители форсунок охлаждаются водой, но иногда используют топливо или масло.

  Охлаждение  рабочих втулок и  крышек. Вода поступает в нижнюю часть зарубашечного пространства, поднимается, охлаждая втулки, затем поступает на охлаждение крышек и отводится из двигателя. Средняя скорость воды в охлаждаемых полостях 0,5—1,5 м/с. Для улучшения отвода теплоты от наиболее нагретых частей скорость воды в верхней части зарубашечного пространства увеличивают, уменьшая проходное сечение. Давление воды в полости охлаждения должно быть достаточным для преодоления гидравлических сопротивлений и для того, чтобы исключить образование паровых и воздушных мешков (обычно оно составляет 0,05—0,28 МПа); температура воды на входе в полость охлаждения 50—60 °С, на выходе 60—70 °С. В целях увеличения возможности утилизации теплоты охлаждающей воды в современных двигателях увеличивают ее температуру на выходе до 120 °С.