Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ влияния маслообмена в системе смазки ДВС на состояние моторного масла 8
1.1. Процессы маслообмена в смазочной системе судового дизеля 8
1.2. Влияние долива в систему смазки судового дизеля на изменение физико-химических характеристик работающего масла и дисперсность продуктов его загрязнения 19
1.3. Дисперсный состав продуктов загрязнения моторного масла: методы оценки и способы идентификации 33
1.4. Методы аппроксимации распределения частиц дисперсной фазы по размерам 42
1.5. Выводы и постановка задач исследования 45
Глава 2. Экспериментальная оценка влияния режимов долива моторного масла на его эксплуатационные свойства 48
2.1. Разработка методики лабораторного исследования массо-дисперсного обмена в системе смазки ДВС при доливе свежего масла 48
2.1.1. Общая схема лабораторного эксперимента 52
2.1.2. Методика лабораторного смешивания работающего и свежего масел 53
2.1.3. Методика приготовления объекта микроскопического исследования 54
2.1.4. Микроскопическое исследование 54
2.1.5. Мероприятия по подготовке полученных изображений к обработке 54
2.1.6. Цифровая обработка полученных изображений 54
2.1.7. Статистическая и математическая обработка данных 55
2.2. Комплексная лабораторная оценка массо-дисперсных процессов при смешивании свежих и работающих масел судовых дизелей 57
2.3. Оценка работоспособности экспериментальной модели изменения дисперсности продуктов загрязнения работающего масла при доливе в систему смазки судового дизеля 72
2.3.1. Эксперимент на лабораторном двигателе 4 NVD 24 (4417,5/24) 73
2.3.2. Эксперимент на дизелях т/х «Профессор Хлюстин» 80
2.3.3. Проверка работоспособности экспериментальной модели изменения дисперсности продуктов загрязнения работающего масла в эксплуатационных условиях 87
2.4. Результаты исследования и выводы по главе 2 89
Глава 3. Исследование негативного влияния долива масла на свойства работающего масла и на техническое состояние судового дизеля. выбор рационального режима долива 92
3.1. Теоретические аспекты изменения коллоидной структуры моторного масла при доливе в процессе эксплуатации судового дизеля 92
3.1.1. Интенсивность старения моторного масла в процессе эксплуатации 92
3.1.2. Моюще-диспергирующие присадки к моторным маслам: строение, механизм действия 95
3.1.3. Исследование причин потери коллоидной стабильности моторным маслом при доливе 100
3.2. Влияние дисперсного состава продуктов загрязнения моторного масла на техническое состояние судового двигателя 105
3.3. Определение рационального режима долива свежего масла в систему смазки судового дизеля 109
3.4. Результаты исследования и выводы по главе 3 115
Глава 4. Моделирование влияния режимов долива моторного масла на эффективность эксплуатации судового дизеля 117
4.1. Математическое моделирование процессов массо-дисперсного обмена в системах смазки судовых дизелей при доливе масла 117
4.2. Имитационное моделирование влияния различных режимов долива моторного масла на эффективность эксплуатации судовых дизелей ... 122
4.3. Разработка практических рекомендаций по выбору режима рационального долива моторного масла в систему смазки ДВС 126
4.4. Результаты исследования и выводы по главе 4 131
Общие выводы и заключение 133
Литература 136
Приложение 150
- Дисперсный состав продуктов загрязнения моторного масла: методы оценки и способы идентификации
- Комплексная лабораторная оценка массо-дисперсных процессов при смешивании свежих и работающих масел судовых дизелей
- Влияние дисперсного состава продуктов загрязнения моторного масла на техническое состояние судового двигателя
- Имитационное моделирование влияния различных режимов долива моторного масла на эффективность эксплуатации судовых дизелей
Введение к работе
Совершенствование технической эксплуатации судовых дизелей неразрывно связано с проблемой повышения эффективности их технического обслуживания. Одним из путей решения данного вопроса является широкое внедрение в практику эксплуатации морских судов системы технического обслуживания по фактическому состоянию. Ее применение способствует, в частности, значительному увеличению срока службы моторных масел (ММ), т.е. переводу их в разряд «долгоработающих», когда замена ММ осуществляется при достижении одним или несколькими его показателями браковочного значения. Такая система, безусловно, способствует экономии и рациональному использованию смазочных материалов в судовых ДВС.
Рациональное маслоиспользование возможно только в случае слаженного взаимодействия всех звеньев в цепочки его эксплуатации. Современные тенденции развития двигателестроения, направлены на снижение расхода масла на угар посредством совершенствования конструктивной схемы двигателя [62, 78, 109]. Нефтехимическая промышленность улучшает качество моторных масел, легируя их присадками с различными функциональными свойствами [54]. Эксплуатационники в свою очередь должны грамотно использовать ММ, чтобы увеличить ресурс его работы [7, 10, 13, 29]. Однако с ухудшением технического состояния ДВС в процессе эксплуатации, в частности износа деталей цилин-дро-поршневой группы (ЦПГ), вызывает значительное увеличение расхода масла на угар. И какие бы мероприятия по снижению расхода угара масла не предпринимались, исключить полностью угар невозможно. Расход масла на угар остается неизбежной составляющей эксплуатации любого двигателя.
Компенсация естественной убыли масла (расход на угар, протечки и т.д.) из системы смазки (СС) дизеля осуществляется многочисленными залповыми доливами свежего масла [70]. Однако смешение свежего и работающего масла (РМ) может привести к нарушению устойчивости дисперсной фазы (ДФ) загрязнений [82, 83] и вызвать не только снижение срока службы ММ, но и увеличение грязевой нагрузки на фильтрующие элементы (ФЭ) маслоочистителей,
интенсивное нагаро- и лакообразование, увеличение скорости изнашивания подшипников и деталей ЦІМ'.
Рекомендации по процедуре долива основываются на интуитивном подходе и практическом опыте, накопленным судовым персоналом, и не подтвержденными серьезными научными исследованиями. Существующие экспериментальные данные и их трактовка противоречивы. Требуется, опираясь на современные представления о процессах массообмена в смазочных системах ДВС, разработать научно обоснованную методику организации технического обслуживания судовых дизелей в части долива свежего масла для компенсации его естественной убыли.
Целью работы — является повышение эффективности технической эксплуатации судовых ДВС посредством использования разработанных научно-технических решений по процедуре долива, предотвращающих негативные последствия смешивания свежих и работающих масел - ухудшение эксплуатационных свойств ММ; уменьшение срока службы ФЭ; интенсификации нагаро- и лакообразования на рабочих поверхностях двигателя.
Предмет исследования — процессы изменения состояния нерастворимых продуктов загрязнения в РМ и устойчивость частиц ДФ при доливе свежей порции масла в СС судового дизеля.
Научная новизна выполненных автором экспериментальных и теоретических исследований заключается в следующем:
Получены аналитические зависимости, позволяющие рассчитать изменение средней площади частиц нерастворимых продуктов загрязнения и среднеквадратичного отклонения этого параметра от режимов долива.
На основе расчетно-экспериментальных исследований научно обоснованы рациональные режимы долива моторного масла для компенсации его угара.
Получены экспериментальные зависимости, описывающие стохастич-ный процесс долива масла в эксплуатации.
Уточнена имитационная модель массо-дисперсного обмена продуктов
старения ММ в системе смазки ДВС за счет введения в интегрально-
дифференциальную систему новых уравнений, идентифицирующих скорость срабатывания моюще-диспергирующей присадки и учитывающих изменение дисперсности продуктов загрязнения.
Практическая ценность работы. Выводы и результаты исследования
t ориентированы на использование в судовой практике при проведении проце-
дуры долива и выборе его рационального режима. С помощью разработанной номограммы судовой персонал может определить рациональный режим и про-
' вести долив, минимизируя процесс укрупнения грубодисперсной фазы загряз-
нений. В результате не будет допущено снижение срока службы ФЭ, работаю-
1 щего масла и ухудшение технического состояния судового дизеля. Самостоя-
тельное значение имеет методика проведения и обработки результатов микроскопического анализа, которую рекомендуется использовать при определении совместимости топлив и смазочных материалов.
Реализация работы. По результатам испытания методика выбора рационального долива свежего масла в СС судовых дизелей внедрена и используется на судах ОАО «Приморское морское пароходство» (ОАО «ПМП») и других судоходных компаний Дальневосточного бассейна. Практические рекомендации по процедуре долива просты в применении, позволяют снизить риск возникновения аварийной ситуации, полезны с точки зрения рационального мас-лоиспользования. Основные положения работы по влиянию долива ММ на состояние дисперсной фазы загрязнений работающего в ДВС масла применяются в учебном процессе МГУ им. адм. Г.И. Невельского при чтении курса «Технология использования топлив и смазочных материалов на судах».
Апробация работы: Основные положения и результаты работы опубликованы в журналах «Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока» (Новосибирск, 2008 г.), «Транспортное дело России» (Москва, 2006 г.) и «Научное обозрение» (Москва, 2008 г.). Отдельные вопросы докладывались на международных, региональных, всероссийских конференциях и семинарах: «Исследование, проектирование и техническая эксплуатация судовых ДВС» (Санкт-Петербург, СПб. гос. ун-т вод. коммуникаций, 2006 г.), «Проблемы транспорта Дальнего
Востока» (Владивосток, МГУ им. адм Г.И. Невельского, 2005, 2007 гг.), «Дви-
гатели 2008» (Хабаровск, ТОГУ, 2008 г.), «Молодежь и научно-технический прогресс» (Владивосток, ДВГТУ, 2007 г.); опубликованы в сборниках научных трудов «Актуальные проблемы развития и эксплуатации поршневых двигателей в транспортном комплексе Азиатско-Тихоокеанского региона» (Хабаровск, ТОГУ, 2007 г.), «Исследование по вопросам повышения эффективности судостроения и ремонта» (Владивосток, ДВГТУ, 2006). Результаты проведенных исследований представлялись ежегодно на молодежных научно-технических конференциях МГУ им. адм. Г. И. Невельского (Владивосток, 2005-2007 гг.).
Публикации: Основное содержание работы опубликовано в 14 статьях и докладах. Две статьи представлены в сборниках, рекомендуемых ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, библиографии и приложений. Объем работы - 160 страниц, из них 149 страницы основного текста, 51 рисунок, 28 таблиц. Библиографический список включает 134 источника.
Работа выполнялась автором на кафедре «Судовые двигатели внутреннего сгорания» ФГОУ Морской государственный университет имени адмирала Г. И. Невельского г. Владивосток.
На защиту выносятся следующий материал:
Установленное исследованиями экспериментальное распределение частоты доливов от объема доливаемого смазочного масла в эксплуатации.
Математические зависимости, описывающие изменение дисперсности продуктов загрязнения работающего масла при доливе свежего масла в СС судового дизеля.
Уточненная и дополненная математическая модель процессов массо-дисперсного обмена нерастворимых продуктов в СС судовых дизелей.
Результаты имитационного моделирования влияния различных режимов долива на эффективность эксплуатации судовых дизелей.
Методика выбора рационального режима долива, содержащая комплекс научно-технических решений, направленных на предотвращение негативных последствий долива, таких как укрупнение дисперсной фазы загрязнений и потеря коллоидной стабильности работающего ММ.
Дисперсный состав продуктов загрязнения моторного масла: методы оценки и способы идентификации
Работавшее моторное масло представляет собой сложную дисперсную систему, в которой углеводороды, базового масла являются дисперсионной средой, а частицы продуктов загрязнения и старения масла — дисперсной фазой [96, 115, 121]. Дисперсность D (или раздробленность) характеризуется величиной обратной размеру а ДФ,- т.е. \/а. С уменьшением размера а увеличивается дисперсность [117]. Диспергирующе-стабилизирующие присадки (детергенты), находящиеся в моторном масле обеспечивают устойчивость масляной дисперсной системы: размельчают (диспергируют) нерастворимые продукты загрязнения и стабилизируют их в тонкодиспергированном состоянии, препятствуя выпадению из масла твердой фазы. При потере маслом диспергирующих свойств (срабатывание присадки, накопления слишком большого количества примесей, попадание коагулянта, физико-химическая несовместимость присадок разного строения и функционального назначения) дисперсность частиц загрязнений уменьшается. В результате растет их средний размер, что интенсифицирует рост отложений на фильтрах тонкой очистки и выпадение низкотемпературных отложений в картере, под крышкой клапанного механизма и в маслопроводах [91].
Согласно классификации методов дисперсного анализа, предложенной П. А. Коузовым [53] дисперсность частиц твердой фазы в жидких средах можно оценивать по следующим группам: массе фракций (фильтрация, центрифугирование); числу частиц (микроскопия); условным показателям (светорассеяние).
Пересчет дисперсного состава на соотношение фракций по массе частиц предполагает сначала получение различных фракций [53]. Фильтрование и центрифугирование широко используется для определения нерастворимых в бензине примесей в работающих маслах [26] и при определении совместимости свежих масел [60]. Однако для определения дисперсности частиц твердой фазы в работающих маслах эти методы дают слишком, большую погрешность. Сравнительно крупные размеры бумажного фильтра (8-20 мкм) пропускают основную массу мелких частиц ( 0,5 мкм), составляющих большую часть загрязнений современных масел. Метод центрифугирования (ГОСТ 20684-75) позволяет более достоверно оценивать загрязненность масла, однако полное осаждение наиболее мелких частиц при этом не обеспечивается. В маслах групп Г и Д не-осаждаемые и следовательно-неоцениваемые частицы составляют до 80 % загрязнений [78]. Добавление коагулянтов не устраняет указанный недостаток. Повышение фактора разделения при центрифугировании с целью осаждения мелких частиц может сопровождаться выделением присадки. Кроме того, считается, что надежность метода подсчета дисперсного состава основанного на соотношении фракций по массе уменьшается для частиц неправильной геометрической формы [53].
В работе [79] для дисперсионного анализа продуктов загрязнения работающих моторных масел предлагается использовать дифференциальный метод, осуществляемый с помощью специальных центрифуг, разработанных автором. Анализ сводится к экспериментальному определению концентрации твердой фазы С(Т) на радиусе отбора1 проб для нескольких промежутков времени центрифугирования, расчету необходимого количества значений интегральной функции распределения F(dx), нахождению вида самой функции и ее параметров. Для оценки достоверности полученных результатов использовалось оптико-электронное устройство.
Для непосредственной оценки дисперсности продуктов загрязнения масла используют метод микроскопии [1, 76, 82, 83], который позволяет наблюдать частицы в пределах разрешающей способности микроскопа (0,2-0,3 мкм) [117]. Нижний предел применения световой микроскопии определяется уравнением: где D — разрешение микроскопа; X— длина волны; п — коэффициент преломления среды; а — половина угла апертуры при заданном расстоянии между осветителем и объективом; к— постоянная определяемая условиями освещения.
Методика осуществляется путем микроскопического анализа нескольких проб (капель) масла в определенном количестве полей зрения. Оценка размеров частиц с помощью микроскопа производится следующими способами [53]: замером наибольшего диаметра каждой частицы; измерением каждой частицы в одном и том же направлении; определением «диаметра Мартина» длины линии, ограниченной контуром профиля и делящей примерно пополам площадь профиля; вычислением диаметра крута, имеющего площадь, эквивалентную проектируемой на прозрачную подложку площади частицы; вычислением среднего размера по полусумме длины и ширины частицы.
Для достоверности получаемых результатов необходимо представительное минимальное число подсчитанных частиц. А. И. Бурштейн [10] считал необходимым измерить 300-500 частиц в том случае, когда они не резко различаются по размерам и 1000-2000 при значительных колебаниях. При большом увеличении поле зрения в микроскопе очень мало. Несмотря на просмотр многих полей зрения и число просчитанных и измеренных частиц, число крупных частиц может оказаться недостаточным для достоверности расчета их распределения. Наиболее крупные частицы могут вообще не попасть в просмотренные поля зрения. Для того чтобы избежать этих ошибок, рекомендуется производить раздельно подсчет частиц мельче 8 мкм при увеличении около 1000, а частиц крупнее 4 мкм при 100. При каждом увеличении должно быть просмотрено не менее 10 полей [53, 128].
Комплексная лабораторная оценка массо-дисперсных процессов при смешивании свежих и работающих масел судовых дизелей
Для возможности эффективного использования моторных масел в судовых дизелях необходима оперативная оценка интенсивности их старения в зависимости от состава и режимов эксплуатации комплекса ДЭТМО. Кинетика отдельных направлений процесса старения масла рассмотрена в работах [46, 77]. Приводимые в них уравнения, удовлетворительно описывают процессы накопления нерастворимых примесей, срабатывания щелочности при нейтрализации кислых продуктов окисления масла. Однако ранее никто не учитывал зависимость изменения дисперсности моторного масла в СС от режимов долива и влияние этих процессов на эффективность эксплуатации дизелей.
Целью проведенных исследований было нахождение зависимости изменения площади продуктов загрязнения от долива свежего масла и определение основных факторов, влияющих на данный процесс.
Комплексная лабораторная оценка массо-дисперсных процессов при до-ливе свежего масла в СС судового дизеля осуществлялась с помощью современных статистических методов планирования и анализа эксперимента, широко используемых в научных исследованиях. Научный подход к планированию позволяет повысить эффективность экспериментальных исследований, требующих значительных материальных затрат и длительных сроков исполнения. Особенно значителен эффект при изучении сложных многофакторных процессов. Задача использования математических методов планирования эксперимента состоит в том, чтобы после реализации опытов получить математическое описание функции отклика в виде математической модели, связывающей параметр оптимизации с варьируемыми факторами. Такой подход является оптимальным [34].
В качестве параметров оптимизации в эксперименте по исследованию изменения дисперсности продуктов загрязнения работающего масла при доливе, как было указано ранее, выбраны математическое ожидание площади частиц загрязнения, рассчитываемое, как среднее арифметическое наблюдаемых значений площади и стандартное отклонение равное корню квадратному из выборочной дисперсии (1.10, 1.12).
Методы планирования эксперимента предлагают использование различного вида планов, выбор которого осуществляется в соответствии с типом задачи и метода исследования. Рекомендации и методика по оптимальному выбору методов планирования эксперимента применительно к той или иной задаче даны в [2, 34]. Факторное планирование широко используется в экспериментах с несколькими факторами, когда необходимо исследовать их совместное воздействие на отклик. К преимуществам факторных экспериментов можно отнести следующее: - более эффективны по сравнению с экспериментами, в которых факторы изменяются по одному; -необходим при существовании взаимодействия, чтобы избежать ошибочных выводов; -позволяют оценивать эффекты фактора на нескольких уровнях других факторов, т.е. сделать выводы, справедливые для целого диапазона условий эксперимента. Выбор экспериментальной области факторного эксперимента основывался на тщательном анализе априорной информации. Ранее проведенные исследования по совместимости моторных масел и влияния доливок свежего масла на эксплуатационные характеристики судовых масел [58, 82, 83] позволили определить основные факторы, воздействующие на исследуемый процесс. Они определяются характеристиками работающего и свежего моторных масел и уровнем долива [102]. При планировании лабораторного эксперимента остановились на следующих факторах, влияющих на дисперсность продуктов загрязнения: - исходные детергентные свойства работающего масла, мг КОН/г; - срабатывание детергентной присадки к моменту долива, %; - количество добавляемого свежего масла, % об.; - загрязнение работающего масла нерастворимыми примесями, %.
Необходимый уровень дисперсности частиц твердой фазы обеспечивается наличием в масле детергентных присадок, а общепризнанным методом контроля их содержания в свежих и работающих маслах, как было показано ранее (см. п. 1.3) является определение щелочного числа. Поэтому подбор масел по первым двум пунктам сводился к определению начального и остаточного на момент долива щелочных чисел работающего масла [17, 78]. Чем выше содержание детергентов в масле, тем большим запасом этих свойств обладает масло. Рассмотрены три основных уровня щелочности моторных масел наиболее часто используемых в циркуляционных системах судовых тронковых дизелей - 10, 20, 30 мг КОН/г.
Нижний предел срабатывания детергентной присадки определялся браковочным уровнем щелочного числа. Недопустимый уровень использования масел по щелочному числу трактуется неоднозначно. Величина этого браковочного показателя существенным образом зависит от форсировки дизеля и качества применяемых ГСМ. В табл. 2.3 указаны браковочные уровни щелочного числа, опубликованные в сборнике инструкций по браковочным показателям всех видов смазочных и гидравлических масел, применяемых на судах морского флота [127]. Нормативный документ Wartsila Corporation определяет браковочный уровень щелочного числа следующим образом: для двигателей, работающих на тяжелых топливах - не менее 20; для- двигателей работающих на: легких топливах щелочное число бракуется при уменьшении показателя на 50 % от уровня в свежем масле [131, 134]1 Другие производителю двигателей нормируют этот показатель по уровнюсодержания серьівіиспользуемомтопливе (табл. 2.4) или от типа двигателя и смазочной системы: [132, 133].
Таким образом, в результате анализа априорной информации выяснилось, что браковочный показатель по щелочности масла связан с исходным уровнем щелочного числа свежего масла, которое в свою очередь подбирается в соответствии с типом применяемого топлива. Поэтому за нижний уровень срабатывания детергентной присадки к моменту долива принят остаток щелочной при- садки в количестве 50 % от начального уровня. Верхним уровнем определили остаток в 90 %, чтобы отследить изменение дисперсности при доливе в достаточно свежие масла, а нулевым — серединный показатель - 70 %.
Для определения диапазона варьирования следующего фактора — уровня долива использовались результаты разработанного и внедренного специалистами лаборатории программного комплекса «Контроль ГСМ» [70, 71, 102]. С помощью которого мы отслеживали процесс изменения уровня ММ в циркуляционном танке на судах ОАО «Приморское морское пароходство» (ПМП) в режиме реального времени, ежесуточно, в течение года. В табл. 2.5 и на рис. 2.2 представлены данные по изменению уровня масла и объему долива трех судов серии «Партизанск» за равные промежутки времени.
Влияние дисперсного состава продуктов загрязнения моторного масла на техническое состояние судового двигателя
Как уже упоминалось в п. 1.2. абразивный износ деталей ДВС происходит вследствие попадания твердых частиц загрязнений в слой смазки, разделяющей поверхности трения. С увеличением концентрации грубодисперсной фазы и размеров частиц в моторном масле растет износ деталей двигателя. Под грубодисперсной фазой (ГДФ) понимается наличие в ММ частиц загрязнений размером более 3-5 мкм соизмеримых с зазорами в парах трения, вызывающие абразивный износ и определяемые по методу [26].
На кафедре судовых двигателей внутреннего сгорания МГУ им. адм. Г.И. Невельского в 80 годы [39, 87] был осуществлен целый комплекс всесторонних моторных исследований старения ММ в процессе эксплуатации. Целью испытаний ставилось определение влияния различных аспектов данного процесса на техническое состояние судовых дизелей и эффективность работы средств очистки. В частности большое внимание при этом было уделено оценке воздействия дисперсности продуктов загрязнения на износ и нагарообразование на деталях ДВС, а также влияние данного фактора на работу очистителей. Повышение доли крупнодисперсных частиц, которое было зафиксировано в наших исследованиях при доливе масла в систему смазки, происходящее за счет реструктуризации коллоидной системы «масло-продукты загрязнения», может привести к идентичными процессам с точки зрения их влияния на ресурсные показатели дизеля, срок службы масла и периодичность техобслуживания средств очистки. Испытаниям [39, 87] была охвачена группа дизелей, используемых в качестве вспомогательных, и получивших наибольшее распространение на флоте Дальневосточного бассейна: 6 NVD36A.I, 5 ВАН22, 8 ВАН22, 5 AL25. При выполнении экспериментальной программы использовались масла следующих марок: М-10-В2, М-10-Г2(цс), Mobilgard312. Основные результаты эксперимента [39, 87] представлены нарис. 3.11.
Обработка результатов этих исследований позволила выявить влияние концентрации крупнодисперсных продуктов загрязнения работающего масла на техсостояние дизелей. Как показали наши исследования (п. 2.2) при доливе масла, прежде всего, наблюдается тенденция увеличения именно этой характеристики продуктов загрязнения. Из рис. 3.11 явно видно, что увеличение доли ГДФ приводит повышению интенсивности износа цилиндровых втулок и поршневых колец, увеличению нагаро- и лакообразования на деталях двигателя. Установлено так же, что снижение диспергирующе-стабилизирующей способности ММ идет пропорционально увеличению концентрации в работающем масле ГДФ.
Эксперимент на дизеле 6 ЧН18/22 [44] ставился с целью определить основные направления старения масла М-10-Г2(цс), чтобы выявить какие из них приводят к нарушению работы дизеля. Суть методики моторного эксперимента заключалась в определении состояния масла через 250 ч с замером скорости изнашивания и интенсивности нагарообразования за каждый этап его работы. Для этого через данный промежуток времени цилиндры 1, 3, 4 и 6 двигателя вскрывали. Цилиндры 2 и 5 являлись контрольными и в течение испытаний от нагаров не очищались. Таким образом, определяли интенсивность и динамику нагарообразования по мере срабатывания присадок и старения масла.
Анализ кинетики старения моторного масла М-10-Г2(цс) в дизеле 6 ЧН18/22 показал, что срабатывание щелочных присадок отразилось на диспергирующих свойствах масла. Показатель ДСС, определяемый методом бумажной хроматографии, уменьшился к концу испытаний со значений 0,87 до 0,38 (рис. 3.12). Начиная с 1,3 тыс. ч работы диффузионная зона масляного пятна просматривалась плохо. Таким образом, установлена корреляция между показателями коллоидного старения и концентрацией присадок, а точнее — зависимость между дисперсностью частиц загрязнений (по показателям тд и та), величиной ДСС и накоплением нерастворимых примесей от времени эксплуатации масла М-10-Г2(цс) в дизеле 6 ЧН18/22.
Наблюдение за накоплением в масле общих нерастворимых примесей показало, что данный процесс идет по экспоненциальной зависимости, причем концентрация общих НРБ, определяемых центрифугированием (рис. 3.12), после 1,5 тыс. ч работы стабилизируется в диапазоне 1,62-1,73 %.
Если на ранних этапах испытаний значительной коагуляции частиц нерастворимой фазы загрязнений не происходило, то в некоторых пробах последних этапов микроскопированием зафиксировано образование крупных агрегатов продуктов загрязнения, что свидетельствует о неустойчивости дисперсной фазы в период работы масла от 1,5 до 2 тыс. ч и о потере им способности диспергировать нерастворимые примеси. На рис. 3.13 даны соответствующие им изменения технического состояния деталей двигателя. Как следует из представленных результатов, рост md и та, свидетельствующий об увеличении в ММ крупнодисперсных загрязнений, соизмеримых с зазорами в деталях кривошипно-шатунного механизма и ци-линдро-порпшевой группы ДВС, негативно сказывается на их состоянии. Повышение изнашивания основных деталей, нагаро- и лакообразование на поршнях того же дизеля происходит пропорционально увеличению md и та. По влиянию на нагаро- и лакообразование в дизеле выявлена тенденция интенсификации этого процесса после отработки маслом 1,5 тыс. ч. К этому времени средний диаметр продуктов загрязнения увеличился до 1 мкм при среднеквадратичном отклонении данного параметра 0,5 мкм.
Имитационное моделирование влияния различных режимов долива моторного масла на эффективность эксплуатации судовых дизелей
На основании уточненной математической модели массо-дисперсного обмена в системе смазки судовых дизелей (3.12) был проведен модельный имитационный эксперимент и осуществлена оценка влияния режимов долива на кинетику изменения физико-химических свойств работающего моторного масла, надежность и долговечность работы судового дизеля. Программный комплекс был реализован на языке Fortran. Описание модельного эксперимента
Для модельного эксперимента нами выбран двигатель 624 TS (6ЧН 24/31). Накопленный в МГУ им. адм. Г.И. Невельского опыт исследования старения ММ в судовых дизелях [51, 88, 89] содержит достаточно большое количество экспериментальных данных, позволяющих корректно осуществить модельный эксперимент. В табл. 4.1 представлены исходные данные моделирования. Рассмотрен вариант работы дизеля на дистиллятном топливе Л-0,5-62 (ГОСТ 305-82) при использовании масла класса М-10-Г2 (цс) (ГОСТ 12337-84) со щелочным числом, равным 10 мгКОН/г. Имитируется работа двигателя по нагрузочной характеристике. В качестве средств очистки в системе смазки этого дизеля используется полнопоточный фильтр тонкой очистки с номинальной тонкостью отсева при До,95 = 40 мкм.
В имитационном моделировании рассматривались два варианта режимов долива. Первый режим долива соответствует разработанному нами рациональному режиму по выражению 3.3. Второй соответствует реальному доливу по данным полученным из судовой практики, где процент долива определен человеческим фактором, и определяется по полученному нами статистическому распределению (2.6). Результаты имитационного моделирования представлены нарис. 4.1 -4.5.
Как следует из представленных данных нормирование режимов долива моторного масла в систему смазки дизеля благоприятно сказывается на увеличении его ресурса работы. На рис. 4.1 показана динамика изменения щелочного числа в процессе эксплуатации моторного масла. Достижение браковочного значения по этому важнейшему показателю в случае неконтролируемого долива достигается уже через 1400 ч работы, в то время как для разработанного варианта режима долива приближается к браковочному уровню, но не достигает его в течение всего срока службы ММ.
В соответствие с инструкцией по эксплуатации завода-изготовителя ресурс работы масла в этом двигателе установлен 2000 ч или же по достижению каким-либо показателем браковочного уровня. В связи с чем можно констатировать, что использование режима рационального долива способствует увеличению срока службы ММ как минимум в 1,4 раза. Аналогичным образом происходит и накопление загрязнений в системе смазки судового дизеля, с той лишь разницей, что здесь процесс идет в обратную сторону - их количество увеличивается, а не снижается как в случае щелочности (рис. 4.2). Накопление продуктов загрязнения в работающем масле при рациональном режиме долива в среднем в 1,25 раз чем при ненормированном доливе.
Динамика увеличения среднего диаметра частиц загрязнений и среднеквадратичного отклонения отображена на рис 4.3. До тех пор пока работающее моторное масло имеет высокий уровень моюще-диспергирующих свойств показатели дисперсности mda, mada, загрязнений несколько снижаются. Это благоприятно сказывается на работе средств очистки, т.к. при этом «грязевая нагрузка» на агрегаты очистки минимальна.
