Категории сайта

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 Rэф комплекса двигатель-масло-масляная система зависит от характера протекающих в нем процессов (фактор Фм), условий и режима работы (фактор Фу), конструктивных особенностей элементов (фактор Фк) и эксплуатационных свойств смазочного материала (фактор xΣ).

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

Существует сложный комплекс связей между:

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:

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:

Функции внешней масляной системы сводятся к следующему:

1 пополнение (или замена) необходимого запаса масла;

2 восстановление рабочих (моторных) свойств масла путем:

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).

Схема классификации внешних масляных систем
Рис. 1 Классификация масляных систем

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, 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.

Схема внешней масляной системы
Рис. 2 Внешняя масляная система дизеля 12 ЧН 18/20.
1 – дизель; 2 – нагнетательный масляный насос; 3 – приводная центрифуга (ЦМО); 4 – редукционный клапан; 5 – маслявый насос откачки; 6 – невозвратный клапан; 7 – предохранительный клапан; 8 – подкачивающий масляный насос; 9 – ФГО; 10 – масляный холодильник; 11 – масляный бак

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, вместимость системы 500 л. Срок службы моторного масла 500 ч.

Схема внешней масляной системы
Рис. 3 Внешняя масляная система дизеля 6ДР 30/50.
1 – дизель; 2 – масляный холодильник; 3 – ручной насос; 4 – ФГО; 5 – масляный насос; 6 – редукционный клапан; 7 – фильтр

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.

Схема классификации средств очистки масел
Рис. 4 Классификация средств очистки масел

Конструктивные типы основаны на следующих принципах:

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:

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.

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

Vм. с = Wм. нz.

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

Таблица 1. Удельная вместимость масляных систем
Страна – производитель дизелейУдельная вместимость, л/кВт
Россия0,136-0,58
Германия0,273-0,625
Франция0,273-0,51
Англия0,23-0,42
США0,12-0,332

Анализ взаимосвязи вместимости систем и ряда других параметров (Nе, 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:

Vм. с = f (Vs).

Предварительный расчет вместимости масляной системы Vм. с, л, может быть произведен по эмпирической формуле:

Vм. с = aVs + 2,2Vs +(3÷5) n1,

где:

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

Vм. с = Vм. с  τдQуk,

где:

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

Gмс

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

Gмс = nVм. с,

где:

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

νм. су

= 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 Vм. 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 Wмн = 150 м3) масляные насосы (навешенные и с независимым приводом), функцией которых является:

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

Qм = Qп + Qтр = aпgеNеQрн + 623Nе1  ηмηмaтр,

где:

Ориентировочно поток масла в системе можно определить по формуле:

Gмт = ξ Qмtc,

где:

Для дизелей без охлаждения поршней маслом производительность насоса Wм. н, кг/ч, определится выражением:

Wм.н = Gмтр 1 + k ,

где:

Для дизелей с охлаждаемыми поршнями

Nм. но,

кг/ч:

Wм. но = Wм. н + Gмп,

где:

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

Wм. н = Dmb2 660ηnн,

где:

Удельная производительность масляного насоса ω, л/кВт:

ω = Wм. нNе.

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

Wм. ну 

= 9,52-54,4 л/кВт).

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

Wм. н = 1,5 + 0,136 Vs   

для дизелей с pе < 0,539 МПа;

Wм. н = 2,5 1,5 + 0,136Vs

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

Wм. н = 4,5 1,5 + 0,136Vs

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 Wм. 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 ηн 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).

Таблица циркуляции масла
Таблица 2. Кратность циркуляции масла в системе

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 Vм. с и Wм. 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:

Внутренние загрязнения:

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.

Таблица 3. Состав осадков загрязнений картерного масла СДВС с очистительных устройств различного типа
Тип очистительного устройстваСостав осадка, %
масло + смолымеханические примеси
несгораемые (минеральная часть)сгораемые (органическая часть)
Сетчатый фильтр40,54,754,8
Щелевой фильтр62,61,036,4
Фильтр АСФО73,32,724,0
Войлочный фильтр77,82,020,2
Сепаратор41,932,425,7

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.

Таблица 4. Отложения на средствах очистки в дизеле М401 на разных маслах
Показатели (за 500 ч работы)Масло
МС20П (М20Б)М16В2
Общее количество отложений, г1 166894
В том числе:
на ФГО (вход)321310
на ФГО (выход)540374
в ЦМО100100
в шейках коленчатого вала205110

Для очистки моторных масел применяют фильтры различных конструкций:

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

Таблица 5. Характеристики средств очистки масла российских серийных дизелей
№ п/пТип дизеляФильтры грубой очистки (ФГОМ)Фильтры тонкой очистки (ФТОМ)Центробежные малоочистители (ЦМО)
типразмер ячейки или щели в цвету, ммтип фильтруещего элементасхема включенияколичество фильтроэлементов на дизельсрок службы фильтруещего элемента, чтип приводасхема включенияпроизводительность, л/ч
1Ч; 2Ч; 4Ч; 8,5/11Пластинчато-щелевой0,08ДАСФО-ЭФА-КПЧастично-поточная1100
22Ч 10,5/13 “Сардизель”ДАСФО-2Частично-поточная1100ГидрореактивныйПолнопоточная700
31,2ЧСП 10,5/13Сетчато-войлочныйДАСФО-1Частично-поточная1150
46Ч 12/14Сетчатый цилиндрический0,08-0,14ГидрореактивныйЧастично-поточнаяДо 400
56Ч; 6ЧН 15/18; 12Ч; 12ЧН 15/18Проволочно-щелевой0,07-0,09КИМАФЧастично-поточная1100ГидрореактивныйЧастично-поточная720
642ЧН 16/17Сетчатый тарельчатый сдвоенный60-100
712ЧН 18/20Сетчатый тарельчатый сдвоенный60-100МеханическийПолнопоточная7 200
86ЧСП 18/22Сетчатый цилиндрический0,09ГидрореактивныйЧастично-поточная600
96ЧН 21/21Цилиндрический0,125ФЭМП-6Полнопоточная5250
106Д 19/30Пластинчато-щелевой0,14ДАСФО-2Частично-поточная4250
1110Д 20,7/2·25,4Пластинчато-щелевой0,15Бумажный поверхностного типаЧастично-поточная27500ГидрореактивныйЧастично-поточная5 000
1216ДН 23/2·30 (61)Сетчатый тарельчатый сдвоенный 0,14Сепаратор НСМ-4/1Частично-поточная3 000
136ЧСП 25/34Сетчатый тарельчатый сдвоенный0,071-0,09ДАСФО-1Частично-поточная10150
14ДР 30/50Сетчатый тарельчатый сдвоенный0,14ДАСФО-1Частично-поточная14250
Открыть таблицу в новой вкладке

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

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:

4 Специальные физические свойства:

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:

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.

Таблица 6. Состав бумаги типа БФМ, %
КомпонентБФМ Пропитывается 10 %-ным раствором бакелитового лака с термообработкой ступенчатым прогревом до температуры 160 °C.x (основа)БФМ (клееная)
Целлюлоза сульфатная (ГОСТ 5186-59)7060
Целлюлоза хлопковая (ГОСТ 595-55)2020
Синтетическое волокно (на основе поливинилового спирта)109
Меланиноформальдегидная смола5
Белый канифольный клей2
Квасцы4
Итого100100

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.

Таблица 7. Основные характеристики фильтрованных материалов
Показатели/td>Марка или фирма-изготовитель
ДРКБНК ФМ-1БФМ“Текалемит”“Вокес”“Манн и Хуммель”
Толщина, мм0,70,560,40,551,70,95
Максимальный размер пор, мкм12812560-709519373-80
Удельная пропускная способность, см/ч10 1007 3501 8002 90011 3001 900
Пористость, %0,810,760,72-0,760,810,870,8
Сопротивление продавливанию, МПа0,330,820,107-0,1370,49
Тонкость отсева, мкм18-252525
Сопротивление излому (число двойных перегибов)15030
Сопротивление разрыву, кгс:
исходное4,64,81,50,82,22,5
после испытания в обводненном масле2,42,50,20,72,41,2
после испытания в горячем масле5,75,11,10,72,2

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

График гидравлических характеристик фильтроматериалов
Рис. 5 Гидравлические характеристики фильтроматериалов.
1 – «Текалемит»; 2 – БФМ-2; 3 – БФМ-7; 4 – БФМ-4 (0,3); 5 – «Манн и Хуммель»; 6 – БФМ-5 (0,22); 7 – БФМ-3 (0,34)

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.

Таблица 8. Технические характеристики фильтрующих элементов для очистки моторных масел
МаркаРазмеры, ммПоверхность фильтрации, м2Тонкость отсева, мкмПропускная способность, м3·с·10-3Предельный перепад давления, МПаМатериал фильтрующей шторы
диаметр наружныйдиаметр внутреннийвысота с уплотнением
Нарва 6-4-01
Нарва 6-4-03
Нарва 6-4-04
Нарва 6-4-05
150543673,50
3,50
3,50
4,30
40-60
25-30
40-60
25-30
1,50
1,17
1,80
1,05
0,245НКФМ-1
НКФМ-3
ДРКБ
БФМ
Нарва 6А-4-01
Нарва 6А-4-03
Нарва 6А-4-04
Нарва 6А-4-05
150541851,80
1,80
1,80
2,20
40-60
25-30
40-60
25-30
0,75
0,58
0,92
0,44
0,245НКФМ-1
НКФМ-3
ДРКБ
БФМ
Реготмас 460-1-01
Реготмас 460-1-03
Реготмас 460-1-04
Реготмас 460-1-05
Реготмас 460-1-06
Реготмас 460-1-07
150541851,0
1,24
1,38
0,67
1,17
1,79
40-60
25-30
40-60
25-30
25-30
3
0,78
0,64
0,95
0,45
0,28
0,25
0,245НКФМ-1
НКФМ-3
ДРКБ
БФМ
КФМ
БФДТ
Открыть таблицу в новой вкладке

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).

Таблица 9. Характеристики фильтрующих элементов Фильтра к (Германии)
ПоказателиЧастично-поточные
70/122-9085/133-120104/133-150
Тонкость отсева, мк5-85-85-8
Пропускная способность, л/ч90120150
Высота с уплотнением, мм117±1133±1133±1
Высота без уплотнения, мм109±1126±1126±1
Внешний диаметр, мм70±0,585±0,585±0,5
Внутренний диаметр, мм13,213,213,2
НазначениеАвтомобильные ДВС
ПоказателиЧастично-поточныеПолнопоточные
90/180-14085/146-500104/176-600
Тонкость отсева, мкм5-810-1510-15
Пропускная способность, л/ч140500500
Высота с уплотнением, мм150±2146±1174±1
То же без уплотнения, мм176±1137±1166±1
Внешний диаметр, мм90±185±0,5104±0,5
Внутренний диаметр, мм2313,220
Назначение Тракторные ДВССудовые ДВС

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

Диаграмма характеристик фильтроэлементов
Рис. 6 Гидравлические характеристики фильтрующих элементов из различных фильтроматериалов со шторой МЛЗПС.
1 – корпус фильтра; 2 – «Нарва-6-4» (ДРКБ); 3 – «Нарва-6-3» (НКФМ-3); 4 – «Нарва-6-5» (БФМ); 5 – ИГ-6

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

Схема фильтроэлемента в разрезе
Рис. 7 Полнопоточный фильтрующий элемент тонкой очистки масла типа «Нарва-6».
1 – фильтрующая винтовая штора; 2 – крышка; 3 – центральная трубка; 4 – цилиндрическая оболочка

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

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:

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.

Таблица 10. Основные типоразмеры корпусов фильтров Вокес (Смазочное масло L)
Тип корпусаМощность дизеля, кВтПропускная способность, м3
одиночныйдвойной
319L13S01A2F319L13D01A2F882-1 4705,45-9,1
319L17S01A2F319L17D01A2F1 470-1 9489,1-12,0
319L13S01A2G318L13D01A2G1 948-2 57312,0-16,0
318L18S01A2G318L18D01A2G2 573-3 67516,0-22,7
318L13S02A2G318L13D02AI3 675-5 51322,7-34,0
318L18S02A21318L18D02AI5 513-7 35034,0-45,5
320L18S02A21320L18D02AI7 350-13 23045,5-82,0
324L18S04A334L18D04A13 230-15 43582,0-95,5
326L18S06A336L18D06A15 435-22 78595,5-141,0
328L18S08A338L18D08A22 785-30 870141,0-191,0

Фильтрующие установки и фильтры

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

Таблица 11. Основные характеристики самоочищающихся фильтров и установок
Название фильтраФирма, странаТонкость отсева, мкмПроизводительность, м3Допустимое давление, МПаТип фильтрующего элементаПринцип самоочистки фильтра
ЦикликБМЗ, Россия; “Б и В”, Дания25027-1001,96СетчатыйПериодическая продувка сжатым воздухом
“Реллумикс”, Франция; “Ганс-Маваг”, Венгрия5-300,98Пластинчато-щелевойОбратный поток, создаваемый перемещением дифференциального поршня,
в сочетании с распределительным устройством
Интеграл“Реллумикс”, Франция5-300,98Пластинчато-щелевойОбратный поток, создаваемый за счет подсоединения отдельных фильтроэлементов
к области пониженного давления
“Скаматик”
С1
С2
С3
СКАМ, Франция5-301,33
1,8
6,00
0,16-0,588Проволочно-щелевойОбратный поток, создаваемый лопастным насосом,
приводимым в движение от гидромотора
“Микровайер”“Вокес”, Англия6014-400,686Проволочно-щелевойОбратный поток, создаваемый распределительным устройством,
поочередно подключающим отдельные участки фильтра и области пониженного давления
“Софранс Дуплекс” 7036“Софранс”, Франция5-201,5-60,784Пластинчато-щелевойОбратный поток фильтруемой жидкости при поочередном включении одного
из фильтроэлементов на промывку
“Автоклин”“Автоклин”, Англия401-551,568Пластинчато-щелевойПоворот очищающих пластин вручную или электромотором
“Микродиен”“Вокес”, Англия4054-5463,13Пластинчато-щелевойПоворот очищающих пластин с помощью электро- или пневмодвигателя
“Клинсон”“Фергюсон и Типсон”, Англия0-501-40Пластинчато-щелевойПоворот фильтрующего элемента относительно скребков

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.

Чертеж конструкции фильтра
Рис. 8 Конструктивная схема самоочищающегося фильтра Скаматик.
1 – крышка; 2 – слив из гидромотора; 3 – перепускной клапан; 4 – вход грязного масла; 5 – корпус фильтра; 6, 8 – резиновые сальники; 7 – кожух; 9 – слив из грязевой камеры; 10 – основание очистительного устройства; 11 – фильтроэлемент; 12 – вход масла в гидромотор; 13 – очистительное устройство

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).

Таблица 12. Характеристики фильтров Скаматик
ПоказателиТип фильтра
С-1С-2С-3
Пропускная способность, л/ч1 3501 9806 000
Рабочее давление, МПа0,196-0,5880,196-0,5880,196-0,588
Вместимость отстойной камеры, см3130300500
Диаметр корпуса, мм115115210
Высота корпуса,мм225376745
Масса, кг46,269,5

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).

Таблица 13. Характеристики полнопоточной РМЦП  конструкции ЛИВТ
Основные показателиЗначения
Вместимость ротора, см34 000
Грязеемкость ротора, см32 000
Плечо реактивного момента, мм75
Наружный диаметр ротора, мм195
Пропускная способность, л/чДо 6 000
Частота вращения ротора, об/мин4 500-5 500
Перепад давления масла на потоке очистки, МПа0,059-0,118
Давление масла, поступающего на привод ротора, МПа0,49-0,687

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

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.

Таблица 14. Средства очистки, применяемые зарубежными дизельными фирмами
Тип агрегата и средство очисткиФирма
ФТОМП (поверхностно-адсорбирующий – бумага, фетр, синтетические материалы)“Сторк”, МВМ, “Форд”, “Крейслер”, “Медокс”, “Лейланд”, “Мерседес-Бенц”, “Камминс”
ФТОМЧ (объемно-адсорбирующий – бумага, фетр, синтетические материалы)“Бюссинг”, “Хеншель”, МАН, “Дейц”,
ЦМОП“Фиат”, “Бристоль”, “Альбион”, “Майбах”
ЦМОЧ“Даймлер-Бенц”, МАН, “Хеншель”, “Альбион”
ФТОМЧ + ЦМОЧ (комбинированная очистка)“Нохаб-Поляр”, “Майбах”, “Мерседес-Бенц”
ФГО + ФТО (общий агрегат частично- и полнопоточной очистки)МАН, МВМ, “Крейслер”, “Дейтц”

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.

Таблица 15. Характеристики российских сепараторов
Тип сепаратораПроизводительность, л/чТемпература масла при входе, °CДавление всасывания, МПаДавление нагнетания, МПаСкорость вращения барабана, об/минМасса, кг
НСМ-2500350,0390,3437 125265
НСМ-2/1500350,0390,3437 100265
НСМ-31 500350,0390,3434 520515
НСМ-3М/12 000350,0390,3434 520410
НСМ-4/13 000450,0440,3434 520638
СЦС-33 0000,0580,3926 0001 050
СЦС-55 0005 000

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

Таблица зарубежных сепараторов
Таблица 16. Характеристики сепараторов зарубежного производства
Сноски
Sea-Man

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Июнь, 02, 2023 295 0
Добавить комментарий

Текст скопирован
Пометки
СОЦСЕТИ