CC BY
99
УДК 621.43.013 : 629.3
Н.К. Пак
Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского,
690059, г. Владивосток, ул. Верхнепортовая, 50а
ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТОНКОЙ ОЧИСТКИ МОТОРНОГО МАСЛА В СУДОВЫХ СРЕДНЕОБОРОТНЫХ ДИЗЕЛЯХ СЕПАРИРОВАНИЕМ
Приводится описание штатной, включающей поверхностный фильтр на полном потоке, и опытной комбинированной, сочетающей саморегенерирующийся фильтр и параллельно включенный сепаратор, систем тонкой очистки моторного масла судового дизеля 9L28/32A-F. Сравниваются эффективности этих систем по влиянию на старение смазочного масла, износ и нагарообразование дизеля.
Ключевые слова: моторное масло, очистка масла, сепарирование, саморегенерирующийся фильтр.
N-К. Pak INTENSIFICATION OF ENGINE OIL FINE CLEANING IN THE MARINE MEDIUM SPEED DIESELS BY MEANS OF SEPARATION
Description of standard, including superficial filter on the full flow, and experienced, combined selfregenerated filter & parallel joined separator, engine oil fine cleaning systems is given in the marine diesel 9L28/32A-F. Efficiencies of these systems are compared concerning influence on oil decomposition, wearing and carbonization of diesel.
Key words: engine oil, oil cleaning, separation, self- regenerated filter.
Повышение механических и термических нагрузок, увеличение скорости загрязнения моторного масла (ММ) нерастворимыми продуктами (НРП) и их абразивность вследствие применения термостойких высокощелочных присадок и форсировки ДВС приводят к увеличению интенсивности изнашивания и снижают срок службы деталей судовых дизелей. Это вызывает необходимость повышения надежности защиты их пар трения от изнашивания. Усиление абразивности нерастворимых примесей при использовании масел, легированных до концентраций 25 % многофункциональными зольными присадками, ужесточает требования к их очистке. Этому же способствует применение тонкостенных вкладышей из-за повышенной их чувствительности к качеству очистки ММ.
Анализ качества очистки масла в судовых дизелях показал, что использование частично поточных маслоочистителей не обеспечивает достаточно высокую надежность защиты пар трения ДВС от попадания в пары трения крупных и, следовательно, особо опасных частиц. Полнопоточные же фильтры тонкой очистки имеют недостаток - не обеспечивают требуемую глубину очистки масла от мелкодисперсных зольных НРП, интенсифицирующих старение масла. При увеличении тонкости отсева этих фильтров увеличивается продолжительность их работы с открытым перепускным клапаном и снижается срок службы фильтрующих элементов (ФЭ) [1].
В качестве объекта исследования был выбран двигатель 9L28/32A-F (9ЧН28/32). Дизель имеет мощность 2206 кВт при частоте вращения вала 775 мин-1. Среднее эффективное давление рте = 1,93 МПа, скорость поршня 8,3 м/с, степень наддува 3,4, максимальное давление цикла 14,5 МПа. Систему смазки обслуживает навешанный масляный насос с пропускной способностью 36 м /ч. Емкость сточно-циркуляционной цистерны масла по минимальному уровню составляет 1,15, по максимальному - 1,45 м . Кратность циркуляции масла высока и равна до 25 ч-1. Удельный маслопоток qu = 0,016 м /(кВт-ч).
Удельная вместимость масла в системе смазки (СС) составляет 0,63 г/(кВт-ч), что практически вдвое ниже рекомендованных норм. Удельный расход масла на номинальной мощности низок и составляет 0,7-1,0 г/(кВт-ч) или в массовом выражении 37-53 кг/сут.
Принимая во внимание, что дизель в принципе рассчитан на использование тяжелых топлив вязкостью до 380 сСт при 50 °С, и учитывая напряженность вышеуказанных показателей по смазочному маслу, СС должна иметь эффективную систему очистки.
Штатная система очистки (ШСО) (рис. 1) включает сдвоенный полнопоточный фильтр с тонкостью отсева 35-40 мкм. Он оснащен шестью ФЭ поверхностного типа из нетканого материала, сформированного в форме многолучевой звезды. Площадь поверхности каждого элемента 4,8 м2. Начальный перепад давлений на фильтре составляет 20 кПа при температуре масла 50-60 °С [1]. На рис. 1 представлены: 1 - сточно-циркуляционная система; 2 - охладитель; 3 - перепускной клапан охладителя;4 - магнитный фильтр; 5 -полнопоточный бумажный фильтр;6 - электроприводной масляный насос; 7 -навешанный масляный насос; 8 - перепускной клапан насоса.
Рис. 1. Штатная система смазки двигателя 9L28/32A-F Fig. 1. Standard lubricating system of engine 9L28/32A-F
Опытная система очистки (рис. 2), в отличие от штатной, включает саморегенерирующийся фильтр (СРФ), который удаляет до 90 % частиц с диаметром более 25 мкм, и параллельно подключенный сепаратор, обеспечивающий более глубокую очистку масла. Очистка промывного масла СРФ осуществляется с помощью фильтра-грязесборника. Производительность масляного сепаратора выбрана по следующей формуле, л/ч:
Q с= 0,14Рне(24/тс)( 100/Qopt),
где Рне - мощность дизеля, кВт; тс - время работы сепаратора, сут; Q0pt = 25 % -оптимальная пропускная способность сепаратора, % от паспортной. Используя приведенную зависимость, получим номинальную производительность сепаратора 1300 л/ч.
На рис. 2 представлены: 1 - сточно-циркуляционная система; 2 - охладитель; 3 -перепускной клапан охладителя; 4 - магнитный фильтр; 5 - электроприводной масляный насос; 6 - навешанный масляный насос;7 - СРФ; 8 - перепускной клапан насоса; 9 - насос сепаратора; 10 - подогреватель;11 - сепаратор.
►
Рис. 2. Система смазки двигателя 9L28/32A-F с СРФ и сепаратором Fig. 2. Lubricating system of engine 9L28/32A-F including self-regenerated filter and separator
Согласно рекомендации [2], сепараторы СС среднеоборотных двигателей должны при Qopt обрабатывать четырехкратную загрузку всего циркуляционного масла в течение 24 ч. При этих условиях достаточно иметь сепаратор СОЦС-1,5.
Моторные испытания штатной и опытной систем очистки проводили на масле М-14-Д2 (цл30) (ГОСТ 12337-84). Дизель работал на мазуте топочном 40 IV вида (ГОСТ 10585-99) с содержанием серы 2 %. Долив масла для компенсации угара проводили малыми порциями ежесуточно. С учетом нормируемого удельного расхода циркуляционного масла на угар в количестве 0,7-0,9 г/(кВт-ч) общий расход масла составил 0,92-1,12 г/(кВт-ч). Плановый период между заменами циркуляционного масла был назначен в 3000 ч.
Сравнение результатов моторных испытаний маслоочистителей (таблица) показало преимущество комбинированной системы тонкой очистки масла (КСТОМ) с использованием СРФ и сепаратора. При этой комплектации скорость изнашивания деталей двигателя уменьшилась в два раза, по сравнению с использованием ШСО. Степень окисления масла, а также нагаро- и лакообразование дизеля были ниже на 35 % при использовании СРФ и СОЦС, что обусловлено более интенсивным удалением сепаратором катализаторов окисления масла (продуктов срабатывания присадок и износа двигателя).
Результаты эксплуатационных испытаний маслоочистителей Results of oil cleaner’s performance testing
Показатель
Средства очистки моторного масла
ШСО
КСТОМ
Состояние масла:
Концентрация НРП, %
общих 2,6±0,4 0,8±0,2
зольных 0,64±0,1 0,15±0,02
Скорость загрязнения масла НРП, г/ч:
общими 50,2 49,2
зольными 11,8 10,6
Щелочность, мг КОН/г 8,7±0,9 13,7±1,3
Степень окисления, % 13,2±1,6 9,2±0,9
Содержание смол, % 7,6±0,06 5,4±0,05
Эффективность маслоочистителей:
Интенсивность очистки масла от НРП, г/ч:
общих 290±40 4600±300
зольных 170±20 5430±300
Состояние дизеля:
Скорость изнашивания деталей ДВС:
комплект поршневых колец, г/1000 ч 10,6±1,2 6,1±0,5
цилиндровая втулка, мкм/1000 ч 45±6 20±4
вкладыши подшипников, г/1000 ч 10±1 8±0,9
Нагаро- и лакообразование (общая оценка), балл 24,7±3,5 16,7±2,5
По сравнению со штатной комбинированная система тонкой очистки масла имеет значительные преимущества. После 3 тыс. ч работы уровень щелочности масла при использовании СРФ и СОЦС составил 13,7 мг КОН/г, что оказалось выше, чем при очистке его ШСО (8,7 мг КОН/г). СРФ и СОЦС обеспечивал более глубокую очистку масла от зольных НРП. В этом случае уровень загрязнения масла этими продуктами был в 3,6 раза ниже, чем при штатной его очистке.
Эффективное удаление из масла сепаратором продуктов износа, срабатывания присадок и окисления углеводородов тормозит его старение. Глубокая очистка масла сепаратором от катализаторов окисления снижает глубину его старения, на что указывает концентрация в нем карбонилсодержащих продуктов: 9,2 - при штатной очистке и 8,4 % -при использовании опытной системы.
Анализ износных характеристик дизеля показывает, что его пары трения очень чувствительны к состоянию масла. Торможение старения при комбинированной очистке масла привело к снижению скорости изнашивания деталей двигателя. Особенно хорошо это прослеживается по поршневым кольцам, прежде всего, маслосъемным. Менее чувствительны к качеству очистки масла мотылевые шейки коленчатого вала и вкладыши подшипников. Их износ при использовании КСТОМ уменьшился, но незначительно. Это указывает на надежную защиту этих пар трения от опасных частиц загрязнения масла как полнопоточным фильтром тонкой очистки масла, так и СРФ в сочетании с сепаратором. Закоксованных колец не наблюдалось, что указывает на высокий запас моюще-диспергирующих свойств масла М-14-Д2(цл30). Влияние системы очистки масла на углеродистые отложения в картере и полостях охлаждения масляных холодильников за этап испытаний в 3 тыс. ч обнаружить не удалось.
Выводы
1. Комбинированная очистка масла фильтрованием и сепарированием, как видно из результатов моторных испытаний КСТОМ, стабилизирует моюще-диспергирующие свойства масла на более высоком уровне, длительно сохраняет солюбилизирующую способность ММ с присадками МАСК и ПМС на более высоком уровне, ускоряет перевод промежуточных продуктов окисления унифицированных судовых масел в карбены и карбоиды, которые легко удаляются сепарированием.
2. Очистка ММ фильтрованием и сепарированием наиболее эффективна при применении зольных масел с высокими щелочными моюще-диспергирующими свойствами, особенно, когда дизель работает на высоковязких топливах с содержанием серы более 1,5 %.
3. Моторными испытаниями доказана высокая результативность KCTОM в сочетании СРФ и СОЦС. По трудоемкости и периодичности обслуживания они эффективнее полнопоточных фильтров в 2-5 раз. Автономность работы СРФ между химическими чистками, как показал эксперимент на судах, составлял до 4-5 тыс. ч.
Список литературы
1. Khhh Г.П., Перминов Б.Н., Надежкин А.В. Ресурсосберегающее маслоиспользование в судовых дизелях. - Владивосток: Мор. гос. ун-т, 2011. - 372 с.
2. ^ча Г.П. О необходимых режимах сепарирования циркуляционных масел мощных судовых двигателей // Судовые силовые установки: науч. тр. - Владивосток: ДВВИМУ, 1969. - № 6. - С. 20-24.
Сведения об авторе: Пак Николай Kаптыгиевич, аспирант, e-mail: [email protected], [email protected].
