CC BY
442
В.В. Тарасов, МГУ им. адм. Г.И. Невельского, Владивосток
ПРИЧИНЫ И ПУТИ ОБВОДНЕНИЯ СМАЗОЧНОГО МАСЛА, ОБРАЗОВАНИЯ В НЕМ ЗАГРЯЗНЕНИЙ И ВЛИЯНИЕ ИХ НА СРОК СЛУЖБЫ МАСЛА И НАДЕЖНОСТЬ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ
Рассмотрены пути и причины образования загрязнения смазочного циркуляционного масла, работающего в судовых дизелях, проанализирован состав загрязнений. Определены причины обводнения смазочных масел и сделан анализ влияния воды на физико-химические процессы, происходящие в двигателе со смазочным маслом под воздействием высоких температур и контакта с продуктами сгорания топлива. Показано влияние указанных факторов на старение и изменение эксплуатационных свойств работающих масел в судовых дизелях. Определено влияние изменения свойств смазочного масла на срок его службы и на возможность регенерации отработанного смазочного масла с целью восстановления его эксплуатационных свойств и применения в судовых ДВС.
Рабочее моторное масло в дизеле подвергается воздействию целого ряда физико-химических процессов, приводящих к изменению его эксплуатационных качеств, оказывающих большое влияние на надежность и долговечность работы двигателя внутреннего сгорания [1].
Работая в двигателе при высокой температуре и давлении, масло соприкасается с воздухом, продуктами неполного сгорания, топлива, с конденсированными парами воды, с пылью, проникающей в ДВС с металлическими поверхностями деталей и продуктами их изнашивания. Под влиянием этих факторов происходит процесс старения масла, изменения его первоначальных качеств, накопление в нем различных продуктов загрязнений.
Процесс старения масла в дизеле является комплексом сложных физико-химических процессов, среди которых выделяют маслообмен, окисление, срабатывание присадок и загрязнение [1, 2, 3].
Кроме этого большое влияние на процесс старения масла оказывают такие факторы, как обводнение и разжижение его топливом [2] .
Основной параметр маслообмена - это расход масла на угар, определяющий естественную убыль масла, которая пропорциональна времени работы и восполняется доливом свежего масла. Поскольку интенсивность долива свежего масла определяется его расходом на угар, то маслообмен может служить показателем технического состояния двигателя.
При этом процесс маслообмена тесно связан с такими процессами, как загрязнение и срабатывание присадки.
Процесс окисления масла весьма сложен. Интенсивность его протекания, вид и количество образующихся в результате продуктов зависят от большого числа факторов, среди которых в первую очередь следует отметить тепловой режим и техническое состояние дизеля, качество топлива, химический состав самого масла и входящих в него присадок.
Общепризнанной теорией окисления масла в дизеле является перекисная теория автоокисления, протекающего по цепному механизму [4]. В результате процесса окислительной полимеризации масла и попавших в него продуктов неполного сгорания топлива, в масле происходит накопление кислых и нейтральных продуктов окисления.
При окислении парафиновых и нафтеновых углеводородов образуются в основном растворимые соединения кислого характера.
При окислении углеводородов ароматической группы конечными продуктами являются нейтральные асфальтово-смолистые вещества.
Растворимыми в масле продуктами загрязнения являются смолы, низкомолекулярные органические кислоты, минеральные кислоты, а нерастворимыми - карбены и карбоиды. Асфальтены и оксикислоты образуют с маслом коллоидные растворы и при пониженных температурах могут выпадать из раствора, переходя в нерастворимую фазу. Асфальтово-смолистые продукты, обладая способностью адсорбироваться на поверхности твердых углеродистых и неорганических частиц, также могут выпадать вместе с ними в осадок [1].
В процессе работы масла с присадкой в дизеле компоненты присадки взаимодействуют с продуктами окисления масла, материалами деталей, кислородом и продуктами сгорания. В результате этого взаимодействия происходит уменьшение содержания активных компонентов присадки в масле, т.е. происходит срабатывание присадки. Особенно интенсифицируется этот процесс при работе дизеля на сернистых сортах топлива.
В результате воздействия высоких температур, окисления, срабатывания присадок и других факторов в масле накапливаются продукты загрязнения.
Продукты загрязнения масла подразделяют на две группы: органические и неорганические. Органические примеси обусловлены проникновением в масло продуктов неполного сгорания топлива (сажи), а также продуктов, образующихся в результате термического разложения, окисления и полимеризации. Неорганические примеси состоят из пылевых частиц, частиц износа деталей, продуктов срабатывания зольных присадок.
Загрязнение в масле идет непрерывно. Существенное влияние на процесс загрязнения оказывает качество применяемого топлива [1, 5].
Широко используемые в настоящее время в судовых дизелях моторное топливо и мазут содержат много высокомолекулярных асфальтенов, которые сгорают очень медленно и образуют при неполном сгорании липкие смолообразные вещества, которые цементируют твердые частицы (сажу, сульфаты железа и т.д.), в результате чего на поршнях, кольцах и цилиндрах двигателя образуются отложения.
Специфическая особенность работы судовых дизелей на тяжелом топливе заключается также в том, что в масле при этом накапливается значительно больше нерастворимых продуктов, что, в конечном счете, ведет либо к выпадению соответствующих веществ в осадок, либо к образованию повышенного количества нагара на поршне.
При исследовании влияния условий использования альтернативных топлив на старение масла [5, 6] установлено, что при работе двигателей на таких топливах наблюдается интенсивное образование сажистых частиц, которые диффундируют в масляную пленку, значительно увеличивая скорость загрязнения масла. Повышение концентрации нерастворимых в бензине продуктов (НРБ) в масле усиливает срабатывание присадок и в целом интенсифицирует процесс его старения [7].
Тенденция повышения форсировки дизелей турбонаддувом предполагает ужесточение условий работы масла, требует повышения термической устойчивости моторных масел и содержащихся в них присадок [8].
В работе [8] показано, что при прочих равных условиях надув двигателя до РК = 0,15 МПа ужесточает условия работы масла примерно в 1,3 раза, по сравнению с работой ДВС без наддува. При дальнейшем повышении наддува увеличивается интенсификация процессов изнашивания деталей дизелей, нагаро- и лакообразования на них, и ускоряется старение масла. В связи с этим большое внимание в области химмотологии моторных масел уделяется пригоранию поршневых колец, повышенному износу канавок поршня и поршневых колец .
В масло форсированных ДВС, особенно при работе дизеля с малой частотой вращения, на неустановившихся режимах попадает много сажи, что обусловлено худшими условиями процесса сгорания. Поэтому вязкость масла с высокодиспергирующими свойствами может увеличиться, что приведет к необходимости досрочной его смены.
Таким образом, реально работающие масла следует рассматривать как сложные полидисперсные коллоидные системы, в которых дисперсионная среда (масло) и дисперсная фаза находятся в динамическом равновесии, причем основной составляющей дисперсной фазы является НРБ неполного сгорания топлива, а также продукты карбонизации углеводородов масла и распада присадок.
Старение масла и накопление в нем НРБ оказывает отрицательное воздействие на ДВС. Нерастворимые продукты загрязнения масла вызывают повышенный износ и задир деталей, засоряют масляные каналы и фильтры, откладываясь на поверхностях деталей, повышают их
температурный режим, что снижает надежность и долговечность работы двигателей.
Вопросам влияния загрязнений на долговечность ДВС посвящено достаточно много работ, в которых отмечается различное влияние неорганической части примесей на износ трущихся деталей. Однако подавляющее большинство исследователей сходятся на одной точке зрения - это необходимость эффективной очистки моторного масла от нерастворимых примесей. Большое количество исследований и в нашей стране и за рубежом показало, что долговечность двигателей, как автотракторных и тепловозных, так и судовых находится в зависимости от рационального выбора средств очистки. Установлено, что трущиеся соединения двигателей, имеющих недостаточно эффективную систему очистки масла, подвержены интенсивному изнашиванию. Поэтому влияние качества масел на надежность и долговечность механизмов и машин многие исследователи связывают с процессом изнашивания деталей [9, 10, 11].
Установлено, что основным фактором, оказывающим влияние на изнашивание узлов трения двигателей, являются абразивные частицы загрязнений, проникающие в двигатель вместе с воздухом, топливом и маслом [1, 3]. И именно износ деталей ограничивает ресурс двигателя, а причиной повышенного износа основных деталей ДВС, в большинстве случаев, является некачественная очистка масла от абразивных частиц.
Частицы загрязнений неорганического происхождения, имеющие высокую твердость, при попадании на трущиеся поверхности деталей образуют на них глубокие риски и могут даже вызвать задир поверхностей и в первую очередь подшипников коленчатого вала. В работе [1] отмечается, что до 80 % случаев задира и проворачивания вкладышей шатунных подшипников коленчатого вала происходит вследствие попадания в подшипники вместе с маслом загрязняющих примесей. Более 40 % случаев выхода из строя подшипников коленчатого вала также вызвано несовершенством средств тонкой очистки масла.
Многие исследователи отмечают, что наибольший износ деталей двигателей вызывают загрязнения, размер частиц которых соизмерим с зазорами сопряженных трущихся поверхностей. Так, детали цилиндропоршневой группы имеют наибольший износ при наличии в масле частиц размерами 10-30 мкм. Размерный диапазон частиц продуктов загрязнителей, представляющих наибольшую опасность для подшипников и шеек коленчатого вала судовых дизелей, соизмерим с величиной минимального масляного клина (5-15 мкм) [12]. Поэтому для обеспечения надежной защиты пар трения судовых двигателей необходимо минимизировать содержание абразивных частиц, соизмеримых с толщиной минимального масляного клина.
Однако данное заключение не означает, что удаление частиц, соизмеримых с минимальным зазором, будет достаточным условием для качественной очистки масла. Результаты многих исследователей
показывают, что на износ деталей двигателя оказывают влияние не только крупные частицы, но также и весьма мелкие [11, 12].
По мнению некоторых авторов, на износ особенно сильное влияние оказывают частицы неорганических примесей, а органические примеси (асфальтены, корбены и карбоиды) не только не обладают абразивным действием, но и способствуют уменьшению износа. Последнее обусловлено тем, что твердые высокодисперсные частицы в масле, обладающие значительными удельными поверхностями, покрываются полимолекулярной защитой из полярно-активных молекул продуктов окисления и оказывают буферное действие, предохраняя трущиеся поверхности от непосредственного контакта [13].
Однако имеются и противоположные точки зрения. Так, в более поздних работах доказывается, что органические примеси увеличивают износ деталей ДВС, и их наличие в масле в значительной степени интенсифицируют данный процесс. Отмечается, что содержание загрязнений органического происхождения в моторном масле составляет 80-90 %. Органическая составляющая загрязнения в основном
представляет собой частицы нагара, которые являются продуктами глубокой карбонизации компонентов топлива и масла при достаточно высокой температуре.
Сернистые и азотистые соединения топлива и масла - основные источники формирования органической части нагаров. Твердость же частиц нагара в зависимости от содержания в топливе серы может достигать 800 НВ, что в несколько раз превышает твердость металла основных деталей группы движения, и тем самым вполне способна вызывать и вызывает абразивное изнашивание деталей дизелей.
Кроме абразивного изнашивания увеличение концентрации органических компонентов загрязнений может значительно снизить надежность работы ДВС вплоть до аварийной ситуации. Асфальтены и оксикислоты, образующие с маслом коллоидные растворы, при пониженных температурах могут выпадать из раствора. Асфальтовосмолистые продукты, обладая способностью адсорбироваться на поверхности твердых углеродистых и неорганических частиц, могут выпадать с ними в осадок. Вред от всех видов отложений очевиден. Нагар, кроме поставки абразивных частиц, ухудшает теплоотвод, вследствие чего повышается температура деталей, снижается механический КПД из-за увеличения потерь на трение, нарушается нормальный процесс горения. Отложения в продувочных и выпускных окнах дизелей уменьшают эффективное проходное сечение, ухудшая качество и полноту продувки. Лакообразование способствует пригоранию колец и перегреву деталей. Залегание колец обусловливает значительное проникновение масла в камеру сгорания и увеличивает его расход, возрастает прорыв газов из камеры сгорания в картер, что ускоряет процесс загрязнения масла. Пригорание колец приводит к чрезмерному трению, поломке колец и иногда - задиру поршня. Образование нагаров и лаков снижает надежность и
долговечность работы дизеля, его экономичность и интенсифицирует процесс старения масла.
Влияние качества масла на состояние двигателя характеризуется наличием обратной связи: все те изменения, которые происходят с маслом при старении, неизбежно сказываются на состоянии двигателя, что в свою очередь определяет интенсификацию дальнейшего старения масла.
Таким образом, для надежной и долговечной работы дизеля необходимо, чтобы в процессе эксплуатации моторное масло очищалось как от крупных неорганических примесей, так и от тонкодиспергирующих НРБ органического и неорганического происхождения.
Как отмечалось в начале статьи, одним из факторов, оказывающих существенное влияние на процесс старения работающего моторного масла, является его обводнение. Присутствие воды в моторном масле не только интенсифицирует процесс его старения, но и может вызвать серьёзные поломки двигателя. Применение масел с присадками особенно остро поставило вопрос о влиянии воды на масло и возможности работы дизелей на обводненных маслах.
Установлено, что вода оказывает отрицательное воздействие на свойства масла. При обводнении масла снижается его щелочность, ухудшается его диспергирующая способность и моющие свойства масла, повышается его коррозионная агрессивность. Все это приводит к увеличению нагаро- и лакообразованию и повышению износов деталей дизеля, а также досрочной смене масла при его обводнении, что значительно увеличивает эксплутационные расходы (рис. 1). Как показывает практика эксплуатации двигателей внутреннего сгорания, попадание воды в масло наблюдается довольно часто. Например, при обследовании дизелей типа Д 100 в 30-60 % случаев была обнаружена в масле вода.
Интенсифицирует процесс образования в масле нерастворимых примесей
Снижает несущую способность подшипников.
Увеличивает металлический износ.
Снижает моющий потенциал присадок
Вызывает Способствует
возникнове- образованию
ние І Наличие \ низкотемпера-
электрохими- / воды в \ турных
ческой осадков
коррозии І моторном 1
1 масле І
Ґ > ( Л
Причина Является средой для
возникновения микробиологического
кавитационных заражения масла
разрушений 1 J
Рис. 1. Влияние обводнения масла на изменение его моторных свойств Вода пресная или забортная обычно попадает в судовое масло через протекающие маслоохладители, сальники телескопических труб охлаждения поршней, в результате конденсации на стенках цистерн хранения и эксплуатационных систем, сепарации масла (из-за неправильного выбора гравитационного диска вода из водяного затвора попадает в очищенное масло). Обводнение масла нередко сопровождается образованием эмульсии, существенно снижающей его смазывающую способность; возникает опасность коррозионного повреждения деталей двигателя, особенно коррозионно опасна забортная вода. Вода в масле также провоцирует его бактериальное заражение [15].
Наибольшая вероятность обводнения масла имеет место в судовых дизелях [14]. При обследовании судов Северо-Западного речного пароходства [2] выяснилось, что почти третья часть причин выбраковки масла приходится на его обводнение (табл.1).
Таблица 1
Распределение причин выбраковки масел в дизелях
Тип дизеля
Относительная частота выбраковки проб
масла (%) по причине содержания
механических примесей воды топлива
6ЧН 18/22 69 22 9
8 N44-36 53 27 20
6 NVD-48 51 14 35
6 NVD-48А 58 3 39
6 NVD-48-2А 58 28 14
6L275 ПН 88 6 6
Таким образом, источниками попадания воды в масло могут быть:
- поглощение маслом с присадками воды из влажного воздуха;
- конденсация влаги из воздуха на стенках масляных емкостей вследствие разности температур паровоздушного пространства и стенок емкости (этот процесс характерен для сточно-циркуляционных цистерн судовых дизелей, расположенных в междудонном пространстве судна, куда поступает теплый воздух, а цистерна омывается прохладной забортной водой;
- нарушение герметичности охлаждающих систем;
- конденсация водяных паров, непрерывно попадающих в картер с отработанными газами;
- выделение воды при реакциях окисления углеводородов;
- непосредственное попадание воды при негерметичности емкостей и масляных цистерн.
Считается, что попадание воды в масло может рассматриваться как явление случайное, специфическое лишь для особых условий эксплуатации, причем проникновение воды происходит извне, что содержание воды, проникающей из камеры сгорания в масло, сравнительно невелико и составляет, например, в дизеле 12 ДН 23/30 при температуре масла 75 °С всего 0,005-0,011 %.
Однако некоторые исследователи отмечают, что обводнение масла в дизеле есть явление не случайное, а закономерное и является, в первую очередь, результатом прорыва в картер выхлопных газов, содержащих водяной пар, особенно при неполном сгорании топлива, а также конденсации из воздуха при резком понижении его температуры [15].
В табл. 2 приведены данные о содержании воды в смазочных системах различных судовых энергетических установок, определенные методом центрифугирования, из которой видно, что в зависимости от типа судовой энергетической установки содержание воды в масле колеблется от 0,001 до 2,8 %.
Таблица 2
Массовая концентрация содержания воды циркуляционных масел судовых энергетических установок [16]
Тип судовой энергетической установки Содержание воды, %
Дизель крейцкопфный с поршнями, охлаждаемыми 0,01-0,24
водой
Дизель крейцкопфный с поршнями, охлаждаемыми маслом 0,02-1,54
Дизель тронковый без охлаждения поршней, работающий непосредственно на винт 0,0105-0.197
Дизель тронковый с поршнями, охлаждаемыми маслом, непосредственно работающий на винт 0,0020-0,958
Дизель тронковый без охлаждения поршней, работающий на винт без редуктора 0,0121-1,8132
Дизель тронковый с поршнями, охлаждаемыми маслом, работающий на винт через редуктор 0,0191-0,0802
Как показывает многолетний опыт эксплуатации дизелей и анализ исследовательских работ, в масло неизбежно попадает влага, как с выхлопными газами, так и при отпотевании емкостей хранения. Кроме того, всегда существует возможность попадания воды из системы охлаждения, особенно на неустановившихся режимах работы дизеля. Масла с присадками весьма гигроскопичны, поэтому обводнение масла в различных условиях его применения практически неизбежно.
При обводнении масла концентрация в нем присадок в связи с выпадением их в осадок снижается до 50-60 % от первоначальной. Механизм выпадения присадок из масла в присутствии воды в случае многозольных сульфонатных присадок можно представить следующим образом: дополнительные «носители щелочности» -карбонаты - находятся в присадках в значительной степени в виде частиц крупных размеров. В присутствии воды могут образовываться и расти кристаллы карбоната соответствующего металла, в результате чего карбонаты выпадают в осадок. Это характерно не только для кальцийсодержащих присадок, но и практически для большей части присадок другого типа, применяемых в моторных маслах, и создает серьезные затруднения при применении масел.
Контакт масел с водяными парами или капельно-жидкой влагой приводит к гидролизу некоторых присадок, представляющих собой соли слабых органических кислот и сольных оснований. Такие присадки, как, например, диалкилдитиофосфат цинка при контакте с водой разлагаются, образуя органические кислоты и выпадающую в осадок гидроокись цинка.
Гидролизу присадок щелочного типа способствует присутствие в маслах поверхностно-активных моющих присадок, которые эмульгируют попадающую в масло воду и тем самым создают условия (развитую поверхность раздела фаз «вода-масло») для гидролиза.
На практике часто интенсивность срабатывания присадки принято оценивать по изменению щелочного числа [2]. Обводнение масла ускоряет процесс снижения щелочности. Так, по данным испытаний [14], при работе двигателя 2 NVD 18 при содержании в масле М-10В2 -1 % воды, после 100 ч работы щелочное число его снизилось на 58 % и составило 1,7 мг КОН/г, а в необводненном - только на 22 %. В работе
[14] также отмечается увеличение скорости срабатывания присадки при обводнении масла. В частности, изменение щелочности в среднем возросло в двигателе 6Ч 25/34 на 25 %, в двигателе G8 V 23, 5/33 - на 47 % и в двигателе 8ВАН 22 - на 54 %.
С повышением степени обводненности масла увеличивается и скорость снижения щелочности. Особенно заметное влияние на скорость снижения щелочности оказывает увеличение концентрации воды в работающем масле. При испытании масла М-14Д увеличение содержания воды до 5 % в свежем масле вызывает снижение щелочности с 3,6 до 1,3 мг КОН/ г, а в работающем снижение щелочности идет с
1,5 до 0,3 мг КОН/г при обводнении его до 1,5 %.
Срабатывание присадок при обводнении сказывается на увеличении скорости накопления НРБ примесей. Обводнение масла резко увеличивает скорость образования в масле загрязнений, что приводит к увеличению отложений в двигателе, в фильтрах и к их быстрому загрязнению. Количество отложений в обводненных маслах при содержании 3 % воды через 100 часов работы увеличилось в масле МС-20 в 2,8 раза, в масле М-20 Г в 7 раз и в масле М-12В в 4,8 раза, по сравнению с этими же маслами, не содержащими воду. Однако следует отметить, что сама вода не увеличивает количество загрязнений в масле, а только интенсифицирует процесс их образования, содействуя процессу коагуляции диспергированных примесей и выпадению их в осадок.
Также известно, что вода в масле играет важную роль в образовании низкотемпературных осадков. Образование их связано с прорывом в картер газов из цилиндров, которые содержат сажу, продукты окисления масла, водяные пары, а также некоторое количество, в зависимости от вида используемого топлива, серного и сернистого ангидридов. Водяные пары, омывая стенки картера конденсируются, и жидкая фаза проникает в масло. Окисленные продукты износа или коррозия в присутствии воды образует мыла, которые плохо растворяются в масле и при низкой температуре выпадают в виде шлама. Благодаря высокой поверхностной активности эмульсионная вода обладает способностью собирать мелкодисперсионную фазу в крупные агрегаты, которые затем выпадают в осадок. Мыла стабилизируют водомасляную эмульсию, в результате чего и образуются так называемые низкотемпературные осадки. Асфальтово-смолистые компоненты, которые содержатся в осадке, придают ему липкость. Низкотемпературные осадки ухудшают работу фильтров, способствуют коррозии деталей и окислению масла.
Интенсивность образования осадков зависит от степени изношенности двигателя и, следовательно, от объема газа, прорывающегося из камеры сгорания. Скорость накопления отложений прямо пропорциональна скорости конденсации паров картерных газов.
Предотвратить или уменьшить осадкообразование можно путем использования соответствующих присадок. Однако это возможно не всегда, поскольку некоторые присадки, обладающие хорошим моющим действием, например, сульфонаты бария и кальция, усиливают склонность масла к образованию низкотемпературных осадков. Поэтому наиболее эффективный путь борьбы с осадкообразованием -совершенствование качества очистки масла, особенно от воды, а также повышение температурного режима работы дизеля. Так как при работе двигателя на долевых режимах работы с низкими рабочими температурами и в период пуска наблюдается увеличение коррозионно-механического износа цилиндров из-за повышенного содержания водного конденсата, попадающего в масло при низких температурах рабочего цикла ДВС. Общепринято, что при данном режиме работы двигателя износ цилиндров обусловлен, главным образом, процессом электрохимической коррозии.
Веществами, вызывающими электрохимическую коррозию деталей, в основном является вода, водные растворы серной, сернистой, угольной и азотной кислот, а также высокомолекулярные органические кислоты, которые воздействуют на железо только после совокупного действия на него воды и кислорода и образования на поверхности железа слоя гидрозакиси.
Также на развитие коррозии влияет микробиологическое заражение обводненного масла. Существуют различные виды бактерий, которые могут питаться маслом или некоторыми присадками к маслам. Помимо истощения присадок бактерии могут производить и коррозионные вещества, такие, как сульфиды. В обезвоженном масле микроорганизмы не размножаются, а в присутствии воды они активно развиваются, вызывая биологическую коррозию металлов, разрушение защитных покрытий, ухудшение качества нефтепродуктов вследствие их частичного разложения, забивку агрегатов и фильтров очистки масла.
Отрицательное влияние обводнение моторного масла оказывает на его противоизносные свойства. Если вода в свежем масле не только не снижает, но даже способствует повышению его противоизносных свойств (при содержании воды до 0,01 %), то в работающем масле при содержании от 0,03 % и выше, что соответствует реальным условиям эксплуатации, она ухудшает этот показатель.
Изучение влияния обводненного смазочного масла на режим жидкостного трения в подшипниках показывает, что небольшие поступления воды в масло (до 0,5 %) практически не оказывают влияния на гидродинамическое давление в масляном клине, несущую способность подшипника и работу трения в нем. Повышение же содержания воды в масле до 5,0 % снижает его несущую способность и резко увеличивает работу трения, о чем свидетельствует весьма интенсивный рост крутящего момента, характеризующего работу трения в подшипнике.
Таким образом, анализ влияния воды, попавшей в смазочное масло, свидетельствует, что увеличение содержания воды в смазочном слое, подаваемом в подшипники при режиме жидкостного трения, приводит к некоторому повышению гидродинамического давления в масляном слое и к росту затрат энергии на работу трения. Увеличение давления в слое свидетельствует об уменьшении толщины масляного слоя, т.е. о понижении несущей способности подшипника в результате обводнения масла.
При обводнении масла, особенно более 0,5 %, условия трения в подшипниках ухудшаются, его несущая способность падает, толщина масляного слоя уменьшается и становится сопоставимой с минимально допустимой критической величиной. При этом, очевидно, имеет место локальный контакт металлических поверхностей шейки и вкладыша подшипника, что приводит к повышенному износу вкладыша. При эксплуатации тепловозных двигателей износ вкладышей подшипников коленвалов при работе на обводненном масле был в 1,4-1,6 раза больше, чем при работе на масле без воды. Наличие воды в масле также способствует кавитационному разрушению подшипников и шеек коленчатых валов.
Таким образом, можно сделать вывод, что присутствие в масле воды более 0,5 % в несколько раз ускоряет срабатывание присадок и снижение щелочности, наблюдается интенсификация процесса накопления загрязнений, возрастает процесс коагуляции мелкодисперсных примесей в крупные агрегатные состояния, которые выпадают в осадок, осаждаясь в сверлениях коленвалов, дренажных отверстиях поршней, забивают фильтры, увеличивается коррозионномеханический износ деталей двигателя, растет крутящий момент работы трения, нарушается гидродинамический режим смазки подшипников. Нарушение масляной пленки в зонах обводнения может привести к возникновению сухого трения и изнашиванию подшипников, к проворачиванию их вкладышей и задиру шеек коленчатого вала. То есть присутствие воды в масле оказывает отрицательное влияние на его моторные свойства и ставит под вопрос безопасную эксплуатацию и надежную работу судового дизеля. Поэтому в процессе эксплуатации ДВС масло должно постоянно очищаться от воды с высокой эффективностью.
Эксплуатационные свойства масла периодически контролируются при отборе проб и проведении экспресс-анализов с помощью судовых лабораторий СКЛаМт, СЛАН, сЛэК, ЭЛАН и др. Большинство экспресс-методов позволяет получить качественную характеристику состояния работающего масла. Оценка физико-химических свойств масла позволяет обслуживающему персоналу сделать вывод о проведении необходимых мероприятий. В случае если по результатам анализа работающего масла установлено превышение допустимых значений по любому из принятых браковочных показателей, должна быть произведена полная замена масла в системе смазки. и масло
должно быть переведено в разряд отработанных смазочных масел (ОСМ).
В судовых условиях ОСМ должны утилизироваться. Предпочтительным способом утилизации ОСМ, в соответствии с требованиями экологии, является регенерация ОСМ, к тому же с помощью регенерации достигается существенная экономия горючесмазочных материалов. Однако регенерации ОСМ в судовых условиях до настоящего времени не уделялось должного внимания. Так, не разработаны способы и средства регенерации ОСМ на судах транспортного, рыбодобывающего, специального и служебновспомогательного портового флотов. Также необходимо
проанализировать существующие браковочные показатели,
исследовать их и разработать браковочные показатели для оптимизации и интенсификации процесса регенерации судовых масел с целью возможности получения после регенерации масел с восстановленными эксплуатационными свойствами, позволяющими применение их в главных судовых двигателях. Если не удается с помощью имеющихся на судне средств регенерации и восстановления эксплуатационных свойств масел получить показатели, необходимые для их повторного использования в главных ДВС, то должна быть возможность оценки свойств полученных после регенерации масел с целью их повторного использования в других судовых механизмах и устройствах. Для этого необходимо разработать браковочные показатели для определения оптимальных свойств работающих смазочных масел, по которым их можно будет переводить в разряд ОСМ с сохранением необходимого запаса эксплуатационных свойств масла, которые позволят осуществить регенерацию ОСМ и получить восстановленное смазочное масло с такими эксплуатационными показателями качества, которые позволят восстановленному смазочному маслу конкурировать со свежим смазочным маслом, рекомендованным для данного ДВС.
При соблюдении данных условий можно с уверенностью рассчитывать на повторное использование ОСМ, после регенерации и восстановления его эксплуатационных свойств, которое обеспечит надежную, безопасную, экономичную работу ДВС и эффективное маслоиспользование в механизмах и устройствах судовой энергетической установки.
Библиографический список
1. Григорьев М.А. Очистка масла в двигателях внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 1983. 148 с.
2. Повышение долговечности судовых дизелей / В.А. Сомов, Б.С. Агеев,
В.В. Чурсин, Ю.Л. Щепельский. М.: Транспорт, 1983. 167 с.
3. Щепельский Ю.Л., Певзнер Л.А. Плотность как показатель загрязненности работающего моторного масла // Двигателестроение. 1986. № 7. С. 35-37.
4. Черножуков Н.И., Крейн С.Э. Химия минеральных масел. М.: Гостопттехиздат, 1959. 416 с.
5. Виппер А.Б., Абрамов А.С., Балакин В.И. Использование тяжелых нефтяных и альтернативных топлив в дизелях // Двигателестроение. 1984. № 7. С. 32-34.
6. Липин Г.М., Кича Г.П., Гусев Е.В., Шилин Б.И. Проблемы химмотологии при работе дизеля на альтернативных топливах // Теория и практика рационального использования горючих и смазочных материалов: тез. докл. науч.-техн. семинара. Челябинск, 1983. С. 25.
7. Кича Г.П., Полоротов С.П. Экспериментальное моделирование процесса изнашивания двигателей внутреннего сгорания в условиях полнопоточного фильтрования масла // Трение и износ. 1982. Т. 3, № 2.
С. 290-298.
8. Давыдов П.И., Сибарова И.И., Никифоров О.А. Пути повышения качества моторных масел для форсированных дизелей // Двигателестроение. 1981. № 4. С. 47-50.
9. Кича Г.П., Шилин Б.И., Свистунов Н.М., Давыденко В.А. Исследование эффективности полнопоточной тонкой очистки масла в судовых дизелях отечественного производства: экспресс-информ.: ЦБНТИ ММФ, сер. Техническая эксплуатация флота. М., 1983. № 17 (565). С. 3-9.
10. Полоротов С.П., Кича Г.П., Шилин Б.И. Новые научно-технические решения по совершенствованию полнопоточной тонкой очистки масла в судовых дизелях // Повышение эффективности судовых технических средств: тез. докл. краевой науч.-техн. конф. Владивосток, 1984. С. 56-57.
11. Розенберг Д.Н. Пути повышения надежности и долговечности машин // Надежность и долговечность машин и приборов. Вып. 1. М.: Машиностроение, 1966. С. 6.
12. Надежкин А.В., Шилин Б.И., Артемьев А.К. Оценка влияния показателей загрязненности моторного масла на долговечность трибосопряжений дизелей // Вопросы повышения надежности и эффективности судовых энергетических установок: тез. докл. отрасл. науч.-техн. конф. Владивосток, 1985. С. 30-32.
13. Венцель С.В., Боздеркин В.А., Миронов Е.А. Теоретические и экспериментальные обоснования длительного применения масла в поршневых и газотурбинных двигателях // Двигателестроение. 1985. № 3. С. 58-60.
14. Жилко В.Н. Исследование процессов старения моторных масел в судовых тронковых дизелях методами теории подобия: дис. ... канд. техн. наук.
15. Возницкий И.В. Практические рекомендации по смазке судовых дизелей. СПб., 2002. 136 с.
16. Средства очистки жидкости на судах: справ. / под общ. ред. И.А. Иванова. Л.: Судостроение, 1984. 272 с.
