Комплекс двигатель – масло – масляная система

Масляная система дизельного двигателя – это комплекс элементов и механизмов, который обеспечивает циркуляцию моторного масла по всем узлам двигателя, смазывая и охлаждая их. Она состоит из масляного насоса, масляного фильтра, масляного поддона, каналов маслопроводов и трубопроводов.

К судовым маслам, ввиду их особого предназначения, предъявляются высокие требования. Они должны соответствовать определенным стандартам по своим техническим характеристикам.

Общая характеристика комплекса

Эффективность функционирования R_эф комплекса двигатель-масло-масляная система зависит от характера протекающих в нем процессов (фактор Ф_м), условий и режима работы (фактор Ф_у), конструктивных особенностей элементов (фактор Ф_к) и эксплуатационных свойств смазочного материала (фактор x_Σ).

Эффективность как сложное суммарное свойство комплекса двигатель-масло-масляная система характеризуется следующими показателями:

• способностью системы выполнять свои основные функции (энергетические показатели);
• надежностью;
• приспособляемостью к изменению режимов и условий эксплуатации;
• экономичностью.

Существует сложный комплекс связей между:

• конструкцией;
• параметрами рабочего процесса дизеля;
• условиями и режимами его работы;
• качеством масла;
• конструкцией и параметрами масляной системы и ее агрегатов.

Взаимодействие этого комплекса изменяется по времени в процессе работы. Например, плохое сгорание в дизеле вызывает интенсивное загрязнение масла сажей (НРБ), что в свою очередь, влечет за собой загрязнение фильтров и РМЦ. С другой стороны, установка полнопоточных фильтров тонкой очистки масла в системе снижает содержание НРБ-примесей, увеличивает срок службы и снижает расход масла на слив, снижает износ деталей дизеля и повышает его моторесурс. Так изменения в одном из звеньев сказываются на работе всего комплекса. Срок службы масла может влиять на износы деталей ЦПГ, а следовательно, не только на расход масла на угар, но, вследствие компрессии цилиндров, и на параметры рабочего процесса и т. д.

Теоретические разработки указанных взаимосвязей практически отсутствуют, а потому отсутствуют расчетные формулы в области теории масляных систем, теории Характеристики качества и ассортимент моторных маселфильтрации моторных масел, расчета ФТОМП и т. д. В связи с этим целесообразно рассмотреть элементы комплекса двигатель-масло-масляная система и сформулировать общие требования к нему. Двигатель как элемент этого комплекса был рассмотрен ранее. В данной статье изложены сведения, касающиеся масляной системы и смазочных материалов.

Масляная система обеспечивает:

• смазывающие,
• терморегулирующие,
• моющие и другие защитные функции дизеля при авторегенерации свойств рабочего тела (масла).

Условно ее разделяют на два взаимосвязанных контура – внешнюю и внутреннюю масляные системы.

Внутренняя масляная система выполняет свои функции в узлах трения самого дизеля, внешняя масляная система – это комплекс емкостей и агрегатов, объединенный трубопроводами и оборудованный средствами очистки, автоматизации и контроля состояния масла. Он включает в себя:

• емкости (баки) для размещения достаточного запаса масла;
• насосы различного типа и назначения;
• средства регенерации (очистки) масла (фильтры, дозаторы масла и присадок, центрифуги, магнитные, ультразвуковые и электростатические очистители, реакторы-антиокислители, химические фильтры и т. д.);
• холодильники масла;
• агрегаты предпусковой прокачки;
• внешние маслопроводы с клапанами;
• элементы контроля, защиты и автоматизации.

Функции внешней масляной системы сводятся к следующему:

1 пополнение (или замена) необходимого запаса масла;

2 восстановление рабочих (моторных) свойств масла путем:

• снижения содержания НРБ (органических и зольных) примесей за счет сепарации или фильтрации;
• повышения моющих, диспергирующих и антиизносных свойств масла за счет доливок, работы дозаторов свежего масла или применения присадок (химических регенераторов);
• удаления воды за счет сепарации и т. д.;

3 поддержание необходимого режима в системе и узлах трения по температуре и давлению масла.

Классификация масляных систем и средств очистки масел

На рис. 1 дана классификация внешних масляных систем тронковых дизелей (крейцкопфные дизели имеют комбинированную систему – циркуляционную и лубрикаторную).

В основу классификации положены следующие принципы:

1. размещение и количество (запас) работающего масла;
2. кратность циркуляции масла;
3. условия работы масла в дизеле и системе;
4. охлаждение деталей маслом;
5. принцип действия и тип средств очистки;
6. степень автоматизации.

По принципу 1 различают системы с мокрым и сухим картером. В первых весь запас размещается в картере (например, дизели Ч 12/14, Ч 18/22), во вторых – в отдельной цистерне циркуляционного масла (дизели Ч и ЧН 15/18, ЧН 18/20 и др.).

По принципам 2 и 3 различают системы малой и большой удельной вместимости, с малым и большим расходом масла на угар. Кратность циркуляции зависит от вместимости системы и производительности масляного насоса. По этому признаку выделяют системы малой и большой циркуляции.

В форсированных дизелях масло может быть использовано для охлаждения поршней.

В настоящее время автоматизируются и регулируются некоторые параметры масляных систем, для чего используют терморегуляторы, вискозиметры, самоочищающиеся фильтры и сепараторы и т. д. Поэтому системы делятся на неавтоматизированные и автоматизированные (1, 2 и 3-й степени).

Развитие современных (магнитных, ультразвуковых, электростатических, химических) методов очистки жидкостей, средств контроля и автоматизации позволит создать автоматическую саморегулирующуюся масляную систему, работающую в оптимальном режиме (без смены масла).

Свежее масло, заливаемое в дизель, должно обладать комплексом свойств, необходимых для выполнения главных функций системы.

Комплекс дизель-масло-система требует оптимального сочетания конструкции, параметров дизеля и системы и свойств смазочного масла с присадками.

На рис. 2 показана внешняя масляная система четырехтактного дизеля 12ЧН 18/20 мощностью 513 кВт при 1 400 об/мин. Производительность масляного насоса 7,2 м³/ч, объем масляной системы 100 (250 л), давление масла 0,49-0,88 МПа, расход масла 5-7 кг/ч, срок службы масла М16В₂ 300-500 ч.

На рис. 3 дана внешняя циркуляционная масляная система двухтактного дизеля 6ДР 30/50 мощностью 441 кВт при 300 об/мин; производительность масляного насоса 24 м³/ч, вместимость системы 500 л. Срок службы моторного масла 500 ч.

Система является комбинированной, так как цилиндры смазываются линейной (невозвратной системой) через лубрикаторы.

Внешние масляные системы СДВС могут включать и другие средства очистки, например сепараторы с независимым электроприводом или фильтровальные установки, гомогенизаторы и т. д.

Средства очистки масла – важнейшие агрегаты масляной системы ДВС. На рис. 4 представлена классификация средств очистки масла.

Конструктивные типы основаны на следующих принципах:

• очистка фильтрацией через сетки или пористые фильтроматериалы;
• очистка в центробежном поле;
• очистка в магнитном поле;
• очистка в электростатическом поле;
• химическая (адсорбционная и др.) очистка;
• комбинированная очистка.

Главной тенденцией в мировом дизелестроении является введение полнопоточной тонкой очистки масла путем фильтрации или сочетания фильтрации и сепарации. Известны разнообразные конструктивные типы фильтров, реактивных масляных центрифуг и сепараторов.

Новым направлением является применение комбинированных средств очистки, в том числе автоматизированных самоочищающихся фильтров и фильтрующих установок на судах. В стадии испытаний находятся химические фильтры-регенераторы. Фильтрация оказывает положительное влияние как на масло, так и на двигатель. Дизельные заводы и фирмы совершенствуют и вводят новые средства очистки моторных масел.

Параметры и режимы работы масляных систем

К основным параметрам штатных масляных систем дизелей относятся:

• тип системы, вместимость V_{м. с}(G₀);

• удельная вместимость

  $v_{\mathrm{м}. \mathrm{с}} = \frac{V_{\mathrm{м}. \mathrm{с}}}{N_{\mathrm{е}}}$

  или

  $G_{\mathrm{м}. \mathrm{с}} = \frac{G_0}{N_e}$

  (кг/кВт);

• производительность масляного насоса W_{м. н} л/ч;

• удельная производительность масляного насоса

  $\omega = \frac{W_{\mathrm{м}. \mathrm{н}}}{N_e}$

  л/кВт и кратность циркуляции z = W_{м. н}/V_{м. с} ч^-1.

Вместимость и удельная вместимость масляной системы. Общее количество масла в системе и количество масла, приходящегося на 1 кВт мощности, – важные показатели масляной системы. При выборе вместимости системы конструкторы исходят, как правило, из массогабаритных показателей и заданного периода работы дизеля до смены масла (т. е. из радиуса действия установки). Вместимость масляной системы – величина переменная, она зависит от расхода масла на угар и от пополнения доливками. Различают начальную (полную) вместимость, Удельную вместимость и минимально допустимую вместимость системы.

• Начальная вместимость для циркуляционных Системы топливоподготовки дизелей работающих на тяжелых топливахсистем судовых дизелей лежит в пределах 4-4000 л.
• Минимальную удельную вместимость имеют многоцилиндровые быстроходные дизели с наддувом (64Н 12/14; 12ЧН 15/18): 0,122-0,272 л/кВт (0,09 + 0,2 л/э. л. с.);
• максимальную – тяжелые дизели средней оборотности (64ЧН 36/45, 64ЧН 30/38; ДР 30/50): 1,49-1,76 л/кВт (1,1 + 1,3 л/э. л. с.) и более.

Вместимость масляной системы связана с производительностью масляного насоса и кратностью циркуляции:

Удельная вместимость масляных систем для быстроходных дизелей ряда стран приведена в табл. 1.

Анализ взаимосвязи вместимости систем и ряда других параметров (N_е, n, d, s) не дает достаточно строгой зависимости, которая могла бы быть использована при проектировании отечественных конструкций. Наиболее последовательной является зависимость вмеcтимости системы от литража (рабочего объема) дизелей:

Предварительный расчет вместимости масляной системы V_{м. с}, л, может быть произведен по эмпирической формуле:

где:

• V_s – литраж двигателя;
• lg a = 0,0087;
• n₁ = 1 для четырехтактных и n₁ = 2,2÷2,5 для двухтактных дизелей.

Минимально допустимая вместимость масляной системы при работе без доливок может быть определена по формуле:

где:

• V_{м. с} – начальная вместимость, л;
• τ_д – период между доливками, ч;
• Q_у – средний часовой расход масла на угар, кг/ч;
• k – коэффициент запаса (k = 1,2÷1,3).

Вместимость масляной системы связана с качеством масла и присадок. Если применяются более качественные масла и более эффективные присадки, обеспечивающие высокую чистоту дизелей, удельная вместимость масляных систем может быть значительно (на 30-40 %) ниже. Соответственно снижается расход масла на слив, т. е. на замену

$G_{\mathrm{м}}^{\mathrm{с}}$

(к тому же замена производится значительно реже ввиду длительных сроков службы масла):

где:

• $G_{\mathrm{м}}^{\mathrm{с}}$

  – расход масла на слив, л;

• n – число смен масла;
• V_{м. с} – вместимость масляной системы.

Как показали исследования, для некоторых типов быстроходных дизелей, если позволяют габариты объекта (при

${\nu }_{\mathrm{м}. \mathrm{с}}^{\mathrm{у}}$

= 0,14÷0,27 л/кВт), целесообразно увеличивать вместимость системы, что приводит к снижению изнашивания и увеличению срока службы масла.

Испытания быстроходных форсированных дизелей показали также целесообразность работы при максимальном уровне масла в системе (с более частыми доливками). Работа при постоянной вместимости системы V_{м. с} = const (непрерывная дозировка) имеет ряд преимуществ. Этот вопрос подлежит специальному исследованию как вопрос выбора режима работы масляной системы.

Общая и удельная производительность масляного насоса. В дизелях применяют шестеренные и винтовые (при W_мн = 150 м³/ч) масляные насосы (навешенные и с независимым приводом), функцией которых является:

• подача масла к узлам трения;
• подача масла для охлаждения поршней;
• откачка масла из двигателя;
• предпусковая прокачка дизеля маслом.

Производительность насоса, нагнетающего масло в дизель, можно определить исходя из количества теплоты Q_м, отводимой от узлов трения и деталей с потоком масла:

где:

• a′_п – доля теплоты, переданной маслу (0,3 + 0,05 – с неохлаждаемыми поршнями; 0,07-0,15 – с охлаждаемыми поршнями);
• a_тр – доля теплоты трения, отводимой маслом (0,4-0,45).

Ориентировочно поток масла в системе можно определить по формуле:

где:

• Q_м – суммарная теплота, отводимая с маслом;
• ξ – коэффициент запаса (1,2—2,5);
• c = 0,45÷0,5 ккал/(кг·°С) – теплоемкость масла;
• Δt – перепад температуры масла на входе и выходе (5-15 °С).

Для дизелей без охлаждения поршней маслом производительность насоса W_{м. н}, кг/ч, определится выражением:

где:

• k – коэффициент, учитывающий расход масла на вспомогательные механизмы и агрегаты системы, а также утечки, износ двигателя и вязкость масла.

Для дизелей с охлаждаемыми поршнями

$N_{\mathrm{м}. \mathrm{н}}^{\mathrm{о}},$

кг/ч:

где:

• $G_{\mathrm{м}}^{\mathrm{п}}$

  – количество масла для охлаждения поршней.

Конструктивные параметры масляного насоса шестеренного типа могут быть определены из соотношения:

где:

• D – диаметр начальной окружности шестерен, мм;
• m – модуль зацепления;
• b – длина зуба, мм;
• η – коэффициент подачи (η = 0,6÷0,8);
• n_н – частота вращения шестерен насоса, об/мин.

Удельная производительность масляного насоса ω, л/кВт:

Производительность масляных насосов российских дизелей составляет 200-120 000 л/ч и более (

$W_{\mathrm{м}. \mathrm{н}}^{\mathrm{у}}$

= 9,52-54,4 л/кВт).

Анализ конструкций отечественных дизелей не позволяет обнаружить закономерной связи между мощностью дизеля и W_{м. н}. Для предварительного определения производительности насоса в ЦНИДИ предложены эмпирические формулы:

для дизелей с p_е < 0,539 МПа;

для четырехтактных дизелей с p_е = 0,98÷1,86 МПа и двухтактных с p_е = 0,882-0,931 МПа;

для дизелей ПДП.

Производительность масляного насоса определяет кратность циркуляции z, т. е. частоту прокачки масла через горячую зону (поршни, подшипники), где масло подвергается наиболее интенсивному старению.

Таким образом, величина W_{м. н} оказывает влияние на состояние и ход основных процессов во внешней масляной системе дизеля (процессы окисления и очистки масла).

Значительный запас производительности масляных насосов объясняется необходимостью обеспечения работы узлов трения на минимальной частоте вращения, а также на переменных режимах. Для каждого дизеля существуют минимальная частота вращения при определенной вязкости масла, ниже которой может наступить разрыв масляной пленки в узлах трения (подшипники, кольцо-втулка).

Экспериментами показано влияние вязкости на устойчивость режима смазки подшипников дизелей. Например, на дизель-генераторах 12ЧН 18/20 в период пуска и при малой частоте вращения может иметь место разрыв масляной пленки именно в подшипниках. Чтобы избежать этого явления, вызывающего повышенный износ дизелей на пусковых режимах, необходимы специальные меры: подбор вязкостно-температурной характеристики масла по условиям пуска или обеспечение быстрого нарастания давления масла перед пуском.

Таким образом, высокая производительность масляного насоса обеспечивает необходимые давления в узлах трения и лучшие условия смазки в них.

Коэффициент подачи масляного насоса η_н зависит от вязкости масла, что особенно важно при предпусковой прокачке холодного дизеля.

Кратность циркуляции масла в системе. Кратность циркуляции z является величиной производной и характеризует частоту прокачки полного объема масла через дизель. Из табл. 2 видно, что для российских серийных дизелей за срок службы масла кратность колеблется в пределах z = 0,5÷10 (без учета перепуска масла через клапан).

Влияние кратности циркуляции на работу масляной системы изучено недостаточно полно. Несомненно, что она оказывает существенное влияние на следующие факторы: скорость загрязнения масла в системе (чем чаще масло попадает в высокотемпературную зону, тем быстрее оно окисляется и загрязняется), а также на эффективность средств очистки или регенерации. Имеет значение также скорость фильтрации (сепарации), которая связана с эффективностью очистки и сроком службы фильтров (до смены или очистки).

С точки зрения работы масла и системы целесообразно иметь средние значения z = 3÷8, что может быть достигнуто, например, путем увеличения вместимости масляной системы или изменения производительности масляного насоса. При подборе оптимальных значений V_{м. с} и W_{м. н} нужная кратность циркуляции достигается автоматически.

Основные характеристики средств очистки моторных масел

Во время работы в дизеле происходит сложный комплекс физико-химических процессов, которые обычно называют старением масла. Групповой химический состав базового масла изменяется незначительно. Однако в масло непрерывно поступают загрязнения и примеси от внешних и внутренних источников. Внешние загрязнения:

• пыль из воздуха;
• твердый углерод (сажа) от неполного сгорания топлива и другие продукты сгорания (SO₂, SO₃);
• водяная пыль на всасывании;
• топливо;
• вода и т. д.

Внутренние загрязнения:

• продукты разложения самого масла (высокотемпературные продукты окисления и низкотемпературные осадки);
• продукты разложения сработавшей присадки;
• продукты изнашивания деталей.

Спектр загрязнений колеблется в широких пределах.

Аварийным браковочным параметром является содержание воды и топлива в масле, которое лимитировано значениями 0,5 и 2 % соответственно. Содержание воздуха в масле достигает 7-12 % и может вести к повышенному ценообразованию. Практически чем грязнее масло (фильтры), тем чище детали дизеля, меньше нагаролакообразование и износы.

Эффективность средств очистки зависит от количества и структуры загрязнений, которые изменяются в процессе работы дизеля. Скорость загрязнения зависит от многих факторов.

Концентрация загрязнений оценивается по количеству нерастворимых в бензине веществ (X, НРБ %).

Масла, работающие в системах смазки дизелей, представляют собой сложную коллоидную систему, состоящую из двух или нескольких веществ, раздробленных на мельчайшие частички и равномерно распределенных в основной среде. Размер частиц колеблется от 0,1 до 200 мкм.

Вещества, находящиеся в мелкораздробленном состоянии, называются дисперсной фазой, а растворитель – дисперсной средой. В отработавшем масле дисперсной средой является масло, дисперсной фазой – мельчайшие углеродистые частицы, пыль и продукты изнашивания.

Дисперсная фаза и дисперсная среда могут быть различными веществами в любом из трех возможных состояний – газообразном, жидком или твердом. В зависимости от физического состояния дисперсной фазы и среды различают следующие коллоидные системы:

1. газообразные частицы в жидкой среде – пены (пенообразование в масле);
2. жидкие частицы в газообразной среде – туманы (масляный туман в картере);
3. твердые частицы в газообразной среде – дымы (дымность выпускных газов);
4. твердые частицы в жидкой среде – суспензии (отработавшие масла);
5. жидкие частицы в жидкой среде – эмульсии (водотопливные эмульсии).

Таким образом, в дизелях и их системах могут иметь место все пять видов коллоидных систем, а в масляной системе – суспензии, эмульсии и пены. Наиболее опасны для узлов трения частицы размером от 10 до 200 мкм с абразивными свойствами.

В табл. 3 дан состав осадков на различных средствах очистки масла, а в табл. 4 – количественное распределение осадков в дизеле М401 при работе на двух сортах масла.

Для очистки моторных масел применяют фильтры различных конструкций:

• ФГО, ФТОМЧ, ФТОМП, АСОФ;
• фильтровальные установки (Фипока и др.);
• реактивные масляные центрифуги РМЦЧ, РМЦП;
• сепараторы и т. д. (см. классификацию).

В табл. 5 приведены характеристики средств очистки масла российских дизелей.

Масляные фильтры. Очистка масла фильтрацией заключается в пропускании нагретого работающего масла через:

• сетки;
• зазоры между пластинами;
• проволочные стаканы;
• войлок;
• фетр или специальные пористые фильтроматериалы.

Существуют два метода очистки – полнопоточный и частично-поточный (ФТОМП и ФТОМЧ). По тонкости отсева фильтрация масла может быть грубой (ФГО) и тонкой (ФТО). Тонкой очисткой достигается отсев частиц размером 5-40 мкм, грубой – 40-100 мкм.

Следует отметить, что при работе дизеля и системы изменяется не только спектр загрязнений масла, но и осадок на фильтрах, причем растет гидравлическое сопротивление фильтров и возникает так называемый «шламовый эффект», т. е. с течением времени тонкость очистки через слой шлама возрастает, что влечет за собой сокращение сроков службы фильтров. Спектр загрязнений зависит также от качества масла с присадками: в маслах с высокими диспергирующими свойствами частички загрязнений не объединяются в крупные комплексы (мицеллы) и сохраняются в мелкодисперсном состоянии.

Регенерация (восстановление) некоторых характеристик масла – снижение содержания НРБ-примесей и воды – достигается с помощью фильтров и центробежных маслоочистителей.

Основные характеристики средств очистки масла российских быстроходных дизелей (см. табл. 5) позволяют установить следующее:

1. Преимущественное распространение имеет частично-поточная схема включения ЦМО: 18-20 % потока (16 типоразмеров дизелей).
2. Наиболее распространена схема ФГО + ФТОМЧ (семь типоразмеров).
3. Полнопоточные системы работают с ФТОМП и с центробежными средствами очистки.
4. В серийном производстве дизелей уже внедряется наиболее распространенная за рубежом современная схема очистки масла (полнопоточные ФТОМ).

Основные российские фильтры тонкой очистки масла выполняются с использованием материалов (картон, войлок и др.), не обладающих комплексом свойств, необходимых для тонкой фильтрации.

В российских дизелях применяют четыре схемы включения фильтров:

1. включение с частичной подачей масла в корпус ФТО и отводом очищенного масла в картер;
2. включение с полной подачей масла в корпус ФТО и отводом очищенного масла в картер;
3. включение с отводом масла в маслонагнетатель дизеля;
4. полнопоточное включение с перепускным клапаном.

Из частично-поточных фильтров лучшие результаты по снижению концентрации НРБ-примесей дает схема 3, но количество масла (при равных давлении и производительности маслонасоса), проходящего через фильтр, у них меньше, чем в схемах 1 и 2. При проходе полного потока масла через корпус (схема 2) происходит более быстрый прогрев фильтра, но увеличение скорости может дать вымывание осадков.

Наибольшее распространение в российских дизелях получила схема 1 с отводом очищенного масла в картер или масляный бак. Однако дизели, работающие с полнопоточными фильтрами конструкции ЦНИДИ (по схеме включения 4), значительно более эффективно очищают масло от механических примесей.

По данным журнала «Diesel Engineer», почти все быстроходные дизели английских фирм оборудованы полнопоточными фильтрами (со схемой включения, аналогичной схеме 4).

Фильтрующие материалы

До недавнего времени для фильтроэлементов применялись материалы, не обеспечивавшие тонкой очистки масел (коробочный картон, облицовочный картон, хлопчатобумажная набивка). Ряд зарубежных фирм по производству фильтров («Фрам», «Манн и Хуммель» и др.) разработали и применили в широком масштабе специальные фильтрующие материалы для очистки масел.

Основные технические требования к современным фильтрующим материалам для тонкой очистки масел сводятся к следующему:

1 Оптимальная пористость (распределение диаметров и объем пор) с начальной тонкостью отсева 20-25 мкм.

2 Необходимая гидравлическая характеристика (пропускная способность при рабочей температуре на свежем и отработавшем масле).

3 Высокие механические свойства:

• сопротивление излому;
• сопротивление продавливанию;
• сопротивление разрыву (в двух направлениях);
• герметичность.

4 Специальные физические свойства:

• минимальная влажность;
• минимальная влагоемкость;
• стойкость в свежем и работающем масле;
• стойкость в обводненном масле;
• минимальная адсорбция присадок.

Из различных типов материалов (керамические, синтетические и др.) этим требованиям, как показали предварительные опыты, наиболее полно отвечают бумажные материалы на основе специальных композиций. Преимущества бумажно-целлюлозных и синтетических материалов сводятся к следующему:

• довольно равномерная поровая структура;
• возможность регулирования размеров пор с помощью пропиток;
• возможность обеспечения в ограниченном объеме больших поверхностей фильтрации;
• стойкость в масле.

Свойства фильтрующего материала в значительной мере зависят от его состава (компонентов) и технологии изготовления. Структура материала характеризуется размерами и объемом пор, через которые и осуществляется процесс фильтрации.

Бумага, пропитанная 10 %-ным раствором бакелитового лака с последующей термообработкой, несколько изменяет поровый состав, а волокна приобретают дополнительную прочность на разрыв и влагостойкость. В 1970 г. была разработана бумага БФМ, предназначенная для полнопоточной фильтрации масел в дизелях. Состав бумаги БФМ (основы и клееной) приведен в табл. 6.

Из многочисленных образцов бумажных материалов бумага БФМ показала хорошие результаты на отборочных испытаниях. Она была подвергнута более глубокому исследованию в сравнении с лучшими зарубежными фильтроматериалами, применяемыми для Сепарация топлива для использования на судовых дизеляхочистки масел в дизелях.

В табл. 7 представлены основные характеристики новых российских и зарубежных фильтрующих материалов.

На рис. 5 даны гидравлические характеристики этих материалов, полученные методом пролива образца при разных давлениях.

Создание новых фильтрующих материалов с высокими эксплуатационными свойствами позволило перейти к серийному производству полнопоточных фильтроэлементов и ФТОМП, обеспечить полнопоточную тонкую очистку моторных масел в эксплуатации и в конечном итоге увеличить сроки службы масел и дизелей.

На основе новых фильтрующих материалов в России и Германии были созданы типоразмерные ряды полнопоточных фильтроэлементов для тонкой очистки масел в ДВС (табл. 8 и 9).

На рис. 6 приведены гидравлические характеристики фильтроэлементов 6-го типоразмера из различных российских фильтро-материалов, полученные на масле М12В (свежем).

В табл. 8. даны основные характеристики фильтроэлементов типа «Нарва-6» для дизелей судового, тепловозного и стационарного назначения; разрез фильтроэлемента показан на рис. 7.

Положительные результаты получены на стендовых, заводских и судовых испытаниях дизелей следующих типоразмеров:

• 8,5/11;
• 10,5/13;
• 12/14;
• 15/18;
• 18/20;
• 18/22
• 25/34;
• 26/26;
• 36/45.

Во всех случаях получено снижение износов ДВС и нагаров и увеличение сроков службы масел в 2-3 раза по сравнению с применением штатных средств.

За рубежом широкое распространение получили фильтры для топлив и масел фирмы «Вокес», которые предназначены для дизелей, турбин, компрессоров и других агрегатов. В качестве фильтроматериала применен синтетический материал вафлон, имеющий равномерную плотность, водостойкий и коррозионноустойчивый в масле. Тонкость отсева для масел – до 8 мкм. Одноразовые фильтроэлементы «Вокес» служат в масляных системах дизелей 2 000-2 500 ч; диапазон диаметром 168-305 мм при высоте 324-457 мм. Выпускается десять типоразмеров фильтров, в том числе с магнитными вставками и паровым подогревом.

Пример кодового обозначения фильтров «Вокес»: 318L 18Д02А3I00.

Оно расшифровывается так:

• 318 – номер модели;
• L – смазочное масло (или F – топливо);
• 18 – длина патрона (в дюймах);
• Д – двойной сосуд (или S – одиночный);
• 02 – число фильтрующих элементов в каждом сосуде;
• А – характеристика фильтруемой среды;
• 3 – тип фланцевого соединения;
• I – номинальное проходное сечение;
• 00 – наличие (или отсутствие) дополнительного оборудования (подогрева и т. д.).

В табл. 9 приведены основные характеристики фильтроэлементов Фильтрак, которые производятся в Германии для автотракторных и судовых дизелей. Типоразмерный ряд корпусов фильтров английской фирмы «Вокес» представлен в табл. 10.

Фильтрующие установки и фильтры

Для судовых и других дизелей в сервис-исполнении начали применять самоочищающиеся фильтры и автоматизированные фильтрующие установки (табл. 11).

Фильтры типа Скаматик С имеют проволочно-щелевой фильтрующий элемент, внутри которого размещено очистительное устройство, состоящее из лопастного гидромотора и лопастного насоса. Конструктивная схема фильтра Скаматик С дана на рис. 8.

Грязное масло, поступившее в фильтр, попадает в кольцевой зазор между фильтрующим элементом и защитным кожухом. Кожух служит для создания быстрого вертикального потока, уносящего смытые отложения вниз в отстойную камеру, а также для защиты фильтрующей поверхности при разборке и транспортировке фильтра. Из кольцевого зазора масло, пройдя фильтрующий элемент, поступает в дизель. Часть очищенного масла через отверстие в вале очистительного устройства идет на привод масляного гидромотора, а затем сливается в картер дизеля. Очистительное устройство, работающее непрерывно, совершает семь всхлопываний с последующим поворотом корпуса, пока не сделает один оборот. Смытые отложения удаляются через резьбовые пробки.

Тонкость отсева фильтров «Скаматик» определяется величиной зазора между витками проволочной намотки и зависит от модели фильтра (табл. 12).

Испытания фильтра Скаматик в масляных системах быстроходных дизелей показали необходимость его дополнительной автоматизации. Схема должна обеспечивать очистку фильтрующего элемента не постоянно, а периодически, в зависимости от степени его загрязненности и от перепада давления. При этом используется шламовый эффект, и фильтр начинает работать лучше.

Читайте также: Судовые топливные системы дизелей

Некоторое распространение в СЭУ получили также фильтры типа Релюмикс (10 типоразмеров). В этих фильтрах фильтрующими элементами служат элементы Фипока (патент Франции № 1222613). Они состоят из набора пластин, насаженных на перфорированную трубку с фильтрующими щелями. Если температура масла не превышает 200 °C, применяют пластмассовые, а при более высоких температурах – аллюминивые пластины.

В российских и зарубежных судовых дизелях для очистки масел применяют реактивные и приводные (от вала) масляные центрифуги, работающие как на частичном, так и на полном потоке (РМЦЧ и РМЦП), а также масляные сепараторы с независимым приводом. В автотракторном двигателестроении создан типоразмерный ряд РМЦ (ГОСТ 10556-63) и типоразмерный ряд РМЦ для автотракторных ДВС. Дизельные заводы создали для судовых и тепловозных дизелей свои конструкции РМЦ. Однако большинство этих РМЦ работает не в режиме или имеет конструктивные недостатки, и на ряде дизелей их заменяют ФТОМП.

Перспективной является конструкция полнопоточной РМЦП, разработанная для судовых дизелей в ЛИВТ (табл. 13).

За рубежом реактивные масляные центрифуги выпускают как специализированные, так и дизельные фирмы:

• «Гласье»,
• «Альбион»,
• «Бристоль»,
• «Фиат»,
• «Лейланд»,
• «Кнехт»,
• «Даймлер-Бенц»,
• МАНН.

Свои конструкции центрифуг имеют фирмы Германии, Чехии и Польши. Большинство выпускаемых центрифуг частично-поточные. Из полнопоточных наибольшее распространение получили центрифуги английской фирмы «Гласье» (GFT 0,1 и 2) с максимальной производительностью 45 л/мин.

В табл. 14 указаны дизельные фирмы, применяющие различные средства очистки масла. Характерно, что многие фирмы применяют как фильтры, так и центрифуги в зависимости от типа и назначения двигателей, а также условий их эксплуатации.

В судовых дизелях широко распространены РМЦ фирмы «Глесье», полнопоточного и частично-поточного типа. В некоторых типах дизелей устанавливают несколько частично-поточных центрифуг «Гласье» или применяют их в сочетании с ФТОМП.

В СЭУ с дизелями крейцкопфного и тронкового типов применяют приводные сепараторы для очистки масел от воды и механических примесей. Сепараторы снижают содержание воды в масле с 10 до 0,25 % и отделяют механические примеси размером до 3-5 мкм. Эффективность работы сепараторов зависит от режима сепарации и от качества масла. Центрифугирование проводится при повышенных температурах масла (70-85 °C). В последние годы появились автоматизированные самоочищающиеся центрифуги (СЦС-3, СЦС-5, Гравитрол, Вестфалия и т. д.), которые на ходу под действием гидравлического давления автоматически сбрасывают шлам в грязевые цистерны.

Некоторые типы моторных масел могут подвергаться промывке горячей (75-90 °C) водой в количестве 1-2 %. Промывка допускается только для масел с водостойкими присадками.

В табл. 15 и 16 даны характеристики российских и зарубежных сепараторов.

Таким образом, можно отметить следующие тенденции в России и за рубежом:

• применение полнопоточных ФТОМ на базе фильтрующих элементов из специальных фильтроматериалов;
• применение эффективных (частично- и полнопоточных) РМЦ
• применение масляных сепараторов (в мощных СЭУ);
• использование самоочищающихся фильтров и установок;
• индивидуальный выбор агрегатов очистки в зависимости от параметров дизеля, системы, качества масла и условий эксплуатации.