Цилиндровый расход масла судовых дизелей

2.14. ОРГАНИЗАЦИЯ ПОДАЧИ И ОПТИМАЛЬНАЯ ДОЗИРОВКА ЦИЛИНДРОВЫХ МАСЕЛ НА СУДНЕ

Надежная длительная работа ЦПГ современных дизелей зависит от условий использования масла: правильной организации масло подачи в цилиндр и соответствия масла сорту сжигаемого топлива [ 30, 37].

Правильная организация маслоподачи подразумевает работу лубрикатора, маслопровода, штуцера и распределение масла по зеркалу втулки, а также установленную дозировку. В идеальном случае масло должно впрыскиваться в цилиндр одинаковыми порциями между поршневыми кольцами, когда поршень проходит точки подачи.

Сжимаемость масла в лубрикаторной системе из-за частичного растворения в нем газов приводит к тому, что истечение масла происходит не под действием нагнетательного хода плунжера лубрикатора, а в результате взаимодействия газов с маслом в канале между клапаном штуцера и срезом выходного отверстия на зеркале втулки. Из отверстий масло в цилиндр поступает двумя частями: первая часть (до 60 %) при постоянном противодавлении с малой скоростью поступает на зеркало, вторая часть (до 40 %) при резком падении противодавления в районе среза из-за высокой скорости (3 . 5 м/с) может отрываться от зеркала втулки и забрасываться на боковые поверхности поршня. Поочередные нарастания и падения давлений у выходного среза со стороны цилиндра обусловливают возвратно-поступательное движение масла и газов между невозвратным клапаном и срезом, в результате чего значительная часть масла за счет энергии расширяющихся после сжатия газов выбрасывается в цилиндр. После выброса масла канал освобождается, при этом возможно образование в нем газомасляной смеси. После остановки двигателя и выхода газов канал практически оказывается пустым. Это приводит к тому, что после запуска двигателя (в зависимости от объема канала и цикловой подачи топлива) масло не поступает в цилиндр на протяжении многих оборотов.

Подача масла в цилиндр определяется, как уже отмечалось, не ходом плунжера, а результатом взаимодействия газов с маслом в цилиндре. В связи с этим действительные фазы маслоподачи значительно отличаются от геометрических, лежащих в основе конструкции лубрикатора. Критерием, определяющим максимальное давление маслоподачи, является отношение объема масла, подаваемого за один цикл, к объему трубопровода от плупжера до выходного отверстия на цилиндре. Значения этого критерия в системах топливоподачи составляет (3 . 9) • 10”2, в системах маслоподачи — (1 . 5)-10-4. Соответственно и максимально возможные давления в сопоставимых системах находятся в таких же соотношениях.

С целью повышения указанного критерия предусматриваются различные конструктивные меры, которые сводятся к тому, чтобы максимально уменьшить объем трубопровода между выходным срезом штуцера и обратным клапаном. Проведенные на судах Минморфлота эксплуатационные испытания модернизированных систем маслоподачи подтвердили эффективность усовершенствований (средние данные): удельный расход масла снижен с паспортного 0,87 г/(кВт-ч) до0,54 . 0,61 г/(кВт-ч); на-гарообразование на головке поршня и кольцах уменьшилось на 35 . 40 % по сравнению с паспортным удельным расходом масла; износ колец снизился на 19 %; износ втулок цилиндров составил 0,036 мм на 1000 ч работы; периодичность между техническим обслуживанием доведена до 10 . 15 тыс. ч.

Дозировку цилиндрового масла устанавливают в зависимости от содержания серы в топливе, на котором работает двигатель, и щелочности используемого масла. При повышенном содержании серы в топливе следует увеличить дозировку масла или использовать масло с более высокой щелочностью. Однако надо иметь в виду, что высокощелочные масла из-за большого содержания присадок имеют пониженную смазывающую способность, а повышенная дозировка масел с малым щелочным числом приводит к усилению нагароотложений на деталях ЦПГ, ограничению подвижности или даже защемлению поршневых колец.

Правильность дозировки масла для смазки цилиндров контролируют несколькими способами, наилучшие результаты получают при комплексной проверке. Она включает определение удельного расхода масла, остаточной щелочности в отработавшем масле и визуальный контроль состояния поверхности поршня.
Определение удельного расхода масла рекомендуется производить через каждые 500 ч работы двигателя. Одновременно с замерами подачи масла в цилиндры необходимо визуально через смотровые лючки проконтролировать состояние поверхностей поршня. При правильной дозировке цилиндровая втулка, поршневые кольца и юбка поршня должны быть покрыты ровным слоем светлого прозрачного масла, а головка поршня над верхним кольцом — маслом черного цвета на высоте 15 . 30 мм. При обнаружении недостатка масла (сухости) на трущихся поверхностях дозировку следует увеличить. Наоборот, подача масла должна быть уменьшена, если будет обнаружен его избыток (поршень „купается” в масле), при этом на юбке могут быть черные мазеобразные отложения, а на кольцах масло может иметь темный цвет.

Правильность дозировки по щелочности контролируют путем отбора проб (200 . 300 г) из подпоршневых (диафрагменных) полостей и определения в них остаточной щелочности. При правильно выбранной дозировке и соответствии масла используемому топливу остаточная щелочность должна составлять 10 . 15 % щелочности свежего масла. На практике остаточную щелочность определяют следующим образом: она численно должна равняться процентному содержанию серы, если топливо дистил-лятное, и двойному процентному содержанию серы, если топливо тяжелое.

Определение щелочного числа в пробке отработавшего масла производится с помощью судовой зкспресс-лаборатории контроля качества ГСМ. Дозировку можио корректировать также в соответствии с изменением окраски бромтимолового синего в водной вытяжке (табл. 2.23).

Оптимальный удельный расход цилиндрового масла для крейцкопф-ных дизелей находится в пределах 0,41 . 0,54 г/(кВт-ч). При регулировке подачи масла следует учитывать его температуру, особенно для двигателей, работающих с минимальным удельным расходом масла. Так, при снижении температуры масла с 45 до 20 ° С вязкость масла значительно увеличивается, возрастает гидродинамическое сопротивление и, как следствие, подача масла в цилиндр уменьшается на 30 . 40 %. Для стабильной подачи масла его температуру рекомендуется поддерживать в пределах 35 . 45° С.

На процесс маслоподачи оказывает влияние техническое состояние маслоподающей системы, поэтому не реже 1 раза в 6 мес. следует производить осмотр лубрикатора, очистку и при необходимости замену деталей. Следует предохранять лубрикаторы от попадания в них грязи и воды, так как это приводит к износам и коррозии деталей масло по дающей системы (клапанов, плунжерных пар, пружин и др.).

В практике эксплуатации дизелей при использовании малосернистого топлива (менее 0,5 %) и высокощелочного масла (60 мГ КОН/г) могут возникнуть условия, при которых износы ЦПГ будут чрезвычайно высоки. Такие износы наблюдаются в местах, где количество поступающего масла наибольшее. Отмечено, что при правильном сочетании топлива и масла износы, как правило, прекращаются. Причины возникновения столь высоких износов пока не установлены. В связи с этим при использовании малосернистого топлива и высокощелочного масла необходимо выполнять следующие рекомендации.

Усилить контроль за работой топливной аппаратуры, так как при несовершенстве сгорания может произойти нагрев втулок до уровня, при котором равновесие между сернистостью топлива и щелочностью масла может оказаться критическим. Кроме того, неправильная регулировка топливной аппаратуры способствует распространению высоких температур вниз по зеркалу втулки, что приводит к сильным износам вследствие либо выгорания масляной пленки, либо сильного окисления масла из-за нагрева и избыточной щелочности.

Организовать топливоподачу таким образом, чтобы обеспечить оптимальную вязкость топлива перед форсунками для равномерного распределения топливных частичек по камере сгорания и правильный угол опережения подачи топлива.

Снижать тепловой режим двигателя, для чего необходимо интенсифицировать охлаждение, в том числе за счет химической очистки зарубашеч-ного пространства от накипных и железоокисных отложений.

Принимать меры по снижению исходной щелочности масла путем смешения его с минеральными (типа МС-20) или с менее щелочными (совместимость щелочных масел необходимо заранее подтвердить), а также уменьшения дозировки высокощелочного масла до минимально допустимого предела.

Например, в практике эксплуатации двигателей 8ДР 43/61 зафиксированы высокие местные износы цилиндровых втулок в районе смазочных отверстий. По своему характеру износы представляют продольные вертикальные канавки глубиной до 0,5 мм в точках Цклиндровой смазки и шириной до 10 мм, распространяющиеся от верхнего поршневого кольца до окон втулок. В этих двигателях длительное время использовалось дизельное топливо с содержанием серы меньше 0,5 % и высокощелочное масло М-16Е60.

Удельный расход масла

Под удельным расходом масла на угар понимают количество масла, безвозвратно расходуемое в дизеле в единицу времени на единицу его мощности.

Удельный расход масла на слив — это количество масла, сливаемого из масляной системы дизеля при его смене, отнесенное к мощности и времени работы между сменами масла. Сумма удельных расходов масла на угар и слив представляет собой общий удельный расход масла, составляющий в среднем 2,2 — 5 г (кВт-ч). Меньший предел относится к малооборотным крейцкопфным дизелям, а больший — к высокооборотным тронковым.

Увеличение удельного расхода масла на угар, необходимость частой дозаправки расходного масляного бака — первый и почти безошибочный признак интенсивного изнашивания рабочей втулки цилиндра и поршневых колец и ненормально больших зазоров между этими деталями.
При наличии двух раздельных систем смазки (цилиндровой и циркуляционной) удельный расход масла в формуляре дизеля указывается раздельно.

В сухую массу дизеля входит масса собственно дизеля и навешенных на него механизмов и трубопроводов, исключая массу топлива, масла и воды.
Удельная масса дизеля — это показатель его металлоемкости, измеряемый отношением сухой массы к эффективной мощности.
Литровая масса дизеля — это показатель, измеряемый отношением его массы к рабочему объему всех цилиндров. Для МОД это отношение составляет 160 — 120, для СОД — 100 — 75, а для ВОД — 70 — 35 кг/л.

Ресурсом называется время работы дизеля в часах до определенного состояния. Стандарт устанавливает следующую номенклатуру назначенных ресурсов для дизелей: непрерывной работы (Rн), до переборки (Rп), до полной переборки (Rп.п), до капитального ремонта (Rк), ресурс до списания.

Ресурс непрерывной работы дизеля — это его безотказный непрерывный срок службы, при достижении которого эксплуатация должна быть прекращена независимо от состояния дизеля для проведения технического обслуживания. При этом перечень и объем работ по каждому виду этого обслуживания указывается конкретно для каждого дизеля в инструкции по его эксплуатации.

Ресурс дизеля до переборки — это его срок службы, при достижении которого эксплуатация дизеля должна быть прекращена независимо от его состояния для частичной разборки (с выемом поршней), осмотра, проверки и восстановления работоспособности деталей и сборочных единиц в объеме, оговоренном в эксплуатационной документации.

В ТУ на поставку дизелей указывают назначенные ресурсы до первой переборки или до первой полной переборки; могут также назначаться ресурсы до второй и последующих переборок.

Ресурс до полной переборки — это срок службы дизеля, при достижении которого эксплуатация должна быть прекращена независимо от его состояния для демонтажа и полной разборки на ремонтном предприятии с освидетельствованием всех деталей сборочных единиц, очисткой и промывкой масляных полостей, с частичным использованием ремонтного комплекта запасных частей.

Ресурс до капитального ремонта — это срок службы дизеля, при достижении которого эксплуатация должна быть прекращена независимо от его состояния для полной разборки, обеспечивающей переукладку коленчатого вала в новые подшипники, осмотра, проверки и восстановления работоспособности сборочных единиц и деталей в соответствии с требованиями эксплуатационной документации.При этом могут назначаться ресурсы до первого и второго капитальных ремонтов.

Ресурс до списания — это средний срок службы до списания который устанавливают по согласованию между заводом – изготовителем и заказчиком.

Эксплуатация систем смазки цилиндров

Дозировку цилиндрового масла устанавливают в зависимости от содержания серы в топливе, на котором работает дизель, и щелочности используемого масла.

Правильность дозировки масла для смазки цилиндров определяют несколькими способами: определение удельного расхода масла, определение остаточной щелочности в отработавшем масле и визуальный контроль состояния поверхности поршня.

Определение удельного расхода масла рекомендуется производить через каждые 500 часов работы дизеля. Одновременно с замерами подачи масла в цилиндры необходимо визуально проконтро-лировать состояние поверхностей поршня. При правильной до-зировке цилиндровая втулка, поршневые кольца и юбка поршня должны быть покрыты ровным слоем светлого прозрачного масла, а головка поршня над верхним кольцом — маслом черного цвета на высоте 15—30 мм. При обнаружении недостатка масла (сухости) на трущихся поверхностях дозировку масла следует увеличить. Наоборот, подача масла должна быть уменьшена, если будет обнаружен его избыток (поршень «купается» в масле), при этом на юбке могут быть черные мазеобразные отложения, а на кольцах масло может иметь темный цвет.

Правильность дозировки по щелочности контролируют путем отбора проб (через 200-300 часов работы) из подпоршневых полостей и определения в них остаточной щелочности. При этом я всегда руководствовался рекомендациями «Справочника судового механика по теплотехнике». При правильно выбранной дозировке и соответствии масла используемому топливу остаточная щелочность должна составлять 10—15% щелочности свежего масла.

На практике остаточную щелочность определяют следующим образом: она численно должна равняться процентному содержанию серы, если топливо дистиллатное, и двойному содержанию серы в процентах, если топливо тяжелое.

Оптимальный удельный расход цилиндрового масла для крейцкопфных дизелей находится в пределах 0,41—0,54 г/кВтч, а на современных дизелях фирмы MAN B&W он достигает значений 0,7—1,7 г/кВтч.

При регулировке подачи масла надо учитывать его температуру. Так, при снижении температуры масла с 45 °С до 20 °С вязкость масла увеличивается, возрастает гидродинамическое сопротивление, и подача масла в цилиндр уменьшается на 30—40%. Для стабильной подачи масла его температуру рекомендуется поддерживать в пределах 35—45 °С.

Следует предохранять лубрикаторы от попадания в них грязи и воды, производить периодически их очистки, спускать эмульсию.

Цилиндровые масла необходимо применять те, которые рекомендует заводская инструкция.

В табл. 2 приводится перечень цилиндровых масел, рекоменду¬емых фирмой MAN B&W для дизелей, выпускаемых этой фирмой.

Фирма рекомендует использовать цилиндровые масла с вязко¬стью SAE50, с общим щелочным числом 70.