CC BY
21УДК 621.6.03:621.431
М.И. Тарасов, Л.А. Семенюк, Г.П. Кича
Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского, Владивосток, 690003
ВЛИЯНИЕ УГАРА МАСЛА НА ЕГО СТАРЕНИЕ И СОСТОЯНИЕ СУДОВОГО ДИЗЕЛЯ
Рассматривается влияние удельного угара моторного масла на его загрязнение нерастворимыми продуктами, окисление и срабатывание присадок. Исследуется изнашивание и нагарообразование дизеля в функции от этого показателя.
Ключевые слова: угар моторного масла, старение масла, изнашивание дизеля, загрязнение нерастворимыми продуктами, окисление масла.
M.I. Tarasov, L.A. Semenyuk, G.P. Kicha
Marine State University named after G.I. Nevelskoy, Vladivostok, 690003
THE IMPACT OF OIL SMOKE ON ITS DETERIORATION AND MARINE DIESEL
ENGINE CONDITION
The influence of specific engine oil smoke on its contamination by insoluble products, ageing and additive depletion is considered. The wear and carbon formation of a diesel as a function of this index is studied.
Key words: engine oil smoke, oil deterioration, diesel wear, contamination by insoluble products, oil ageing.
Важнейшим показателем технического уровня и конкурентоспособности современного двигателя внутреннего сгорания (ДВС) служит экономичность по расходу моторного масла (ММ), которая складывается в основном из двух составляющих: замены при сливе и его угара. Техническое состояние двигателя, его конструкция и формировка значительно влияют на показатели расхода смазочного масла. Надежность, ресурс и эксплуатационные расходы судового дизеля зависят от качества применяемых горюче-смазочных материалов. Проблему повышения экономичности ДВС по расходу ММ нужно решать, учитывая данную совокупность факторов, влияющих на его работу [1-3].
Перспективным направлением в решении общей задачи экономии топливно-энергетических ресурсов на флоте, является снижение расходов при эксплуатации ММ в двигателях. Лучшие мировые образцы ДВС опережают отечественные по общему расходу смазочного масла, увеличение общего срока службы и возможность дальнейшего уменьшения угара в них существенны.
На угар ММ в судовых двигателях, в ходе проведенного анализа было выяснено, что факторы оказывающие основное влияния - конструктивные, технические и эксплуатационные, примером которых являются параметры рабочего процесса и системы смазки, величины износов на парах трения, устройство клапанного механизма, немаловажную роль имеет конструкция поршня и его колец, величины зазоров в сопрягаемых деталях цилиндро-поршневой группы (ЦПГ), уплотнений турбокомпрессора и многие другие [1, 4].
При проведении эксперимента был выбран дизель 2Ч10,5/13, который работал с параметрами Рш = 15 кВт, Go = 8 кг, n = 25 с-1, на топливе Л-0,2-62 (ГОСТ 305-2013), моторном масле М-10-В2С (ГОСТ 12337-84), продолжительностью одного этапа испытаний был выбран промежуток 200 ч. Изменение конструкции маслосъемных колец, участвующих в эксперименте и варьирование их удельного давления на зеркало цилиндра, угар ММ изменялся в диапазоне 0,3-5 г/(кВт • ч). Целью начальных исследований было определить, какое влияние оказывает уменьшение угара на техническое состояние (износ, нагаро- и лакообразование) дизеля, а также на старение масла.
Было выявлено, что снижение угара с 5 до 1 г/(кВт • ч) ощутимо влияет на скорость изнашивания деталей ЦПГ (в 2-5 раз) и в целом на изнашивание И дизеля. Самые лучшие показали,
в диапазоне варьирования gy, уменьшения износа были зафиксированы на маслосъемных кольцах, а самые минимальные - на рабочих поверхностях цилиндровых втулок дизеля (рис. 1). Концентрация нерастворимых продуктов (НРП) сх в конечных пробах масла в диапазоне угара 2-5 г/(кВт • ч) и И показали хорошую корреляцию (рис. 2).
Рис. 1. Состояние дизеля 2410,5/13 от влияния угара масла
Рис. 2. Старение масла в зависимости от его угара в дизеле 2410,5/13
Снижение угара gy от 1 до 0,3 г/(кВт • ч) привело к резкому возрастанию скорости изнашивания практически всех деталей дизеля 2Ч10,5/13 в 3-8 раз. Более всего фактор gy повлиял на верхнее компрессионное кольцо, установленное в поршне, а менее всего влияние было оказано на рабочую поверхность цилиндровой втулки. При осмотре деталей трения при угаре 0,3; 0,6 и 1 г/(кВт • ч) были выявлены множественные натиры, а также, что немаловажно, зафиксирована высокая вероятность наволакивания металла, что может привести к задирам. При угаре менее 1 г/(кВт • ч) помимо увеличения изнашивания деталей дизеля значительно интенсифицируется нагаро- и лакообразование, особенно это хорошо заметно в потере подвижности Пк поршневых колец (см. рис. 1).
Очень незначительное поступление смазки в трибосопряжение и при этом низкий угар делают для пар трения тяжелые условия работы. Выгорание масляной пленки в зоне верхней мертвой точки (ВМТ) обусловлено в первую очередь менее интенсивным маслообменом. При увели-
чении gy с 0,3 до 1 г/(кВт • ч) угар растет быстрее, чем скорость загрязнение масла НРП, поэтому сх падает. На участке gy с 1 до 5 г/(кВт • ч) скорость роста загрязнений опережает скорость роста угара, поэтому концентрация НРП возрастает [2].
Глубина старения масла зависит от gy, это вытекает из того, что на всем промежутке возрастания угара степень окисления (СО) ММ растет. Зависимость кислотности К от угара показывает схожую тенденцию (см. рис. 2). По ГОСТ 11362-96 находили кислотно-основные свойства.
По показателю смолообразования См процесс старения протекает иначе, зависимость См^у) в данном случаи экспоненциальная. При нижнем уровне угара концентрация смол наивысшая. В процессе увеличения gy показатель См начинает снижаться и стабилизирует содержание смол примерно на уровне 4-5% при угаре выше 4 г/(кВт • ч). В нижней части поршня отмечается резкое возрастание нагаро- и лакообразования, при малых угарах. На участке gy = 0,3-0,8 г/(кВт • ч) фиксируется закупоривание спускных (дренажных) отверстий маслосъемных колец отложениями и резкое возрастание лакообразования на юбке поршня дизеля (см. рис. 1).
Угар масла имеет существенное влияние на нагары различных деталей ЦПГ и их износ, что следует из результатов испытаний [5]. Зафиксировано, что зависимость cx(gy) имеет непростую конфигурацию. Самый благоприятный маслообмен в ЦПГ достигается в диапазоне угара gy от 0,5 до 2 г/(кВт • ч), загрязнение масла НРП находится на минимальном уровне.
С целью достижения высокого срока службы масла в приведенном диапазоне угара физико-химические, а также моторные свойства находятся на самом благоприятном уровне [6, 7]. При угаре выше 3 г/(кВт • ч) резко интенсифицируется старение ММ.
Термоокислительная способность масла М-10-В2С в диапазоне угара от 0,3-0,8 г/(кВт • ч) недостаточна для нормального функционирования судового дизеля 2Ч10,5/13 на протяжении продолжительного времени. Для такого низкого угара можно только порекомендовать использовать другое масло, а именно М-10-Г2(цс) (ГОСТ 12337-84). Угар ММ ниже 0,5 г/(кВт • ч) при работе дизеля нецелесообразен, так как обусловлен крайне не высокой надежностью его функционирования и очень сильно завышенным расходом топлива из-за крайне высоких потерь в трибосопряжениях [8].
В будущих исследованиях следует рассмотреть, как влияют различные факторы на угар и стабилизацию расхода ММ, перспективные нефтепродукты, также определить, какие сроки служб масел самые оптимальные, при работе дизеля на низкосортном и дизельном топливе. В основном будут задействованы унифицированные влагостойкие масла, главными компонентами которых являются различные многофункциональные присадки.
Выводы
1. Выявлено, что за пределами gy = 1-3 г/(кВт • ч) значительно ухудшается состояние ММ, так как при увеличении gy более 2 г/(кВт • ч) рост угара отстает по интенсивности от старения масла.
2. Зафиксирован угар масла, при котором работа ДВС сопутствует наилучшему состоянию дизеля и ММ. При угаре масла ниже 0,5 г/(кВт • ч) начинается масляное голодание трибосопряже-ния кольца с втулкой, что негативно сказывается на продолжительной работе и приводит к задирам. Когда угар превышает 3 г/(кВт • ч), значительно увеличивается общий расход масла.
Литература
1. Тарасов М.И., Кича Г.П. Исследование влияния угара масла на его старение и состояние малоразмерного дизеля // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. - 2017. -№ 3-4.- С. 143-147.
2. Кича Г.П., Перминов Б.Н., Надежкин А.В. Ресурсосберегающее маслоиспользование в судовых дизелях: Монография. - Владивосток: Изд-во Мор. гос. ун-та, 2011. - 372 с.
3. Кича Г.П., Надежкин А.В., Глушков С.В. Комплексное системное решение проблемы ресурсосберегающего маслоиспользования в судовых дизелях // Морские интеллектуальные технологии. - 2016. - Т. 1, № 3(33). - С. 118-126.
4. Кича Г.П. Влияние очистки масел на их расход в дизельных ДВС // Химия и технология топлив и масел. - 1986. - № 8. - С. 22-24.
5. Кича Г.П., Надежкин А.В., Перминов Б.Н. Имитационное моделирование смазки трибо-сопряжений и изнашивания основных деталей ДВС // Транспортное дело России. - 2004. -СП № 2. - С. 51-53.
6. Кича Г.П., Кича П.П., Семенюк Л.А. Возможность увеличения срока службы моторного масла в судовых дизелях типа ЧН18/22 // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. - 2017. - № 1-2. - С. 112-116.
7. Кича Г.П., Гаук Г.А., Тарасов В.В. Увеличение срока службы моторного масла в судовых тронковых дизелях // Исследования по вопросам повышения эффективности судостроения и судоремонта: Сб. науч. тр. - Владивосток: ДВГТУ, 2009. - Вып. 47. - С. 89-97.
8. Кича Г.П. Экономичная эксплуатация дизелей // Морской флот. - 1984. - № 11. -С.47-49.
