В малооборотных крейцкопфных дизелях цилиндры отделены от картера диафрагмами и поэтому масло, используемое для смазки подшипников и других узлов трения двигателя, не подвергается воздействию работающих, в цилиндре газов, если не считать небольшого количества газов, проникающих в картер через сальниковые уплотнения поршневых штоков. В этом заключается основное отличие условий работы масла в циркуляционной системе смазки крейцкопфных дизелей от тронковых. В последних циркуляционное масло должно также обеспечить смазку цилиндро-поршневой группы, т. е. работать в условиях высоких температур и давлений при непосредственном контакте с продуктами сгорания топлива.
Тем не менее функции циркуляционного масла в малооборотных дизелях весьма многочисленны:
— обеспечивать надежную смазку подшипников кривошипно-шатунного механизма (рамовых, мотылевых, головных) и распределительного вала, упорного подшипника, цепных и шестеренных приводов и других деталей;
— охлаждать головки поршней в двигателях с масляным охлаждением поршней;
— предохранять смазываемые детали от стояночной коррозии (ржавления) при длительном перерыве в работе двигателя; отводить тепло от узлов трения;
— уносить из двигателя продукты износа, пыль, окалину и пр. Кроме того, эти масла не должны образовывать стойкой эмульсии при их обводнении, не корродировать черные и цветные металлы и их сплавы, не вспениваться, не вызывать отложений на охлаждаемой поверхности головки поршня, в маслопроводах и на стенках картера и практически работать неограниченно долгое время.
Качественные циркуляционные масла для судовых малооборотных дизелей изготавливают, для обеспечения высокого индекса вязкости (не менее 90), преимущественно из парафинистых нефтей при помощи селективных методов очистки. Оптимальной вязкостью для этих масел, как показывает практика эксплуатации, является величина 9—ПсСт при 100 °С. При большей вязкости увеличиваются потери на трение и ухудшается теплоотвод от смазываемых деталей. При меньшей вязкости снижается несущая способность масла и может произойти выдавливание масляного клина, разделяющего шейку вала от подшипника. Кроме того, масла с малой вязкостью имеют большие потери на угар.
В циркуляционной системе смазки малооборотного дизеля при водяном охлаждении головок поршней работа масла протекает в условиях умеренных температур. Поэтому масло окисляется с небольшой скоростью и глубиной. Большинство продуктов окисления растворимы в масле, и если масло не загрязняется посторонними примесями, стенки картера и другие детали двигателя, омываемые маслом, остаются чистыми.
При масляном охлаждении поршней масло соприкасается с внутренней поверхностью днища поршня, температура которого достигает 200—220°С, а иногда и выше. При недостаточной стабильности масла к окислению при высоких температурах (это свойство масла называется термоокислительной стабильностью) продуктами его окисления, уплотнения и полимеризации могут стать липкие, клейкие вещества (смолы, асфальтены) или твердые углистые частички (карбены, карбоиды), которые в виде лаков и нагаров откладываются на охлаждаемых поверхностях головок поршней. Эти углеродистые отложения в значительной степени ухудшают отвод тепла от головок поршней, вызывая тем самым повышение их температуры. При значительной величине отложений в полостях охлаждения может произойти деформация головок поршней и появление трещин, хотя более частой причиной возникновения последних является неудачна^ конструкция головки. В малооборотных судовых дизелях последних выпусков, несмотря на их высокую цилиндровую мощность, за счет более продуманного охлаждения поршней и уменьшения толщины стенок цилиндрической части и днища удалось значительно понизить их температуру и тем самым облегчить условия работы циркуляционного масла.
Наряду с хорошими антиокислительными свойствами циркуляционное масло должно обладать и высокой смазочной способностью. Особенно большое значение приобретает смазочная способность масла для работы крейц-копфных подшипников современных малооборотных дизелей в связи с высокими нагрузками на подшипники, вызванными ростом цилиндровых мощностей этих двигателей и неблагоприятными условиями смазки. Давление на вкладыши подшипников достигают (120-г130)Х98066,5Паиблиз-ки к верхнему пределу допустимых нагрузок на баббит.
Под давлением высоких нагрузок происходит прогиб поперечины крейцкопфа (а), взаимное смещение носовой и кормовой половин подшипника (b), изгиб верхней пятки шатуна. При этих деформациях не представляется возможным обеспечить условия для гидродинамической смазки крейцкопфных подшипников. Этому также препятствует и значительное понижение вязкости масла вследствие его нагревания в подшипнике. В результате больших давлений и знакопеременных деформаций в крейцкопфных подшипниках имеет место усталостное разрушение баббита. Вначале, примерно через 1000—2000 ч работы подшипника, оно проявляется в виде мелких волосяных трещин на наиболее нагруженных участках. Эти трещины постепенно разрастаются как по длине, так и по глубине и в конце концов проникают на всю глубину слоя заливки, вызывая отставание и выкрашивание баббита. Кроме того, при недостаточной способности масла образовывать прочный граничный слой смазки на трущихся поверхностях возникают отдельные очаги сухого трения, которые в дальнейшем приводят к задирам цапф крейцкопфа, наволакиванию на них антифрикционного сплава, оплавлению этого сплава в подшипниках и закупорке маслораспределительных канавок и масло-подводящих отверстий.
В практике эксплуатации малооборотных .дизелей с высоким наддувом подобные случаи повреждений крейцкопфных подтипников встречаются довольно часто. Поэтому наряду с совершенствованием конструкции подшипников (увеличением их жесткости), выбором наиболее правильной формы и расположения масляных канавок, смазкой под высоким давлением, как это имеет место в двигателях МАН и др., должны предъявляться высокие требования к смазывающей способности циркуляционного масла.
Рис. 1. Схема деформации крейц-копфного узла
Хорошо очищенные минеральные масла без присадок или же с добавкой небольшого количества антиокислительных и анти-ржавейных присадок вполне удовлетворительно работают в циркуляционной системе смазки малооборотного двигателя. К таким маслам можно отнести отечественное масло Д-11, вырабатываемое из бакинских нефтей, зарубежные масла Шелл Тальпа 30, Энергол ОЕ 175 фирмы Бритиш Петролеум, DTE-3 фирмы Мобил и ряд других.
Однако в последние годы все более широкое применение в циркуляционных системах смазки малооборотных дизелей находят масла, легированные присадками, которые придают им высокие моющие и нейтрализующие свойства, повышают противоокисли-тельную стабильность масла, а также сообщают ему ряд других необходимых эксплуатационных свойств. Создание таких масел было вызвано стремлением использовать для смазки главных и вспомогательных судовых дизелей и некоторых других судовых механизмов масло одного сорта. Экономические выгоды и удобства от применения на судне Одного масла многоцелевого назначения несомненны. Упрощаются прием и хранение масла, его сепарация, исключается смешивание одного сорта масла с другим и т. д.
Естественно, что к циркуляционному маслу для тронковых двигателей, которыми являются вспомогательные судовые дизели, предъявляются более высокие требования, чем к маслу, работающему в циркуляционной системе смазки малооборотных дизелей. В тронковых двигателях циркуляционное масло, помимо смазки подшипников движения, поступает на смазку цилиндро-поршневой группы, работая в условиях высоких температур и давлений и подвергаясь непосредственному воздействию агрессивных продуктов сгорания топлива. Поэтому циркуляционные масла для тронковых двигателей должны обладать более высокими моющими свойствами, повышенной термоокислительной стабильностью и необходимым запасом щелочности, что достигается введением в масло соответствующих присадок.
Такие, легированные присадками, масла, по сравнению с минеральными маслами без присадок, при работе в циркуляционной системе смазки малооборотного дизеля обладают рядом преимуществ. Имея достаточно большой запас щелочности, они полностью нейтрализуют минеральные кислоты, вносимые в масло с продуктами сгорания сернистого топлива и остатками цилиндрового масла, проникающими в картер через неплотности сальниковых уплотнений поршневых штоков. Высокие антиокислительные свойства таких масел препятствуют образованию в нем высокомолекулярных органических кислот, смол, асфальтенов и других продуктов окислительной полимеризации, являющихся источниками образования в картере и на охлаждаемой поверхности головок поршней углеродистых отложений. Обладая хорошей смазочной способностью и высокими противоокислительными свойствами, циркуляционные масла для главных и вспомогательных судовых дизелей оказались пригодными и для смазки компрессоров, редукторов, подшипников валопроводов и некоторых других судовых механизмов. Поэтому эти масла часто называют маслами многоцелевого назначения.
На протяжении последнего десятилетия масла многоцелевого назначения были созданы рядом зарубежных нефтяных компаний. К их числу следует отнести масла Шелл Мелина 30, Мобил-гард 300 и 312, Кастрол 215МХ и ряд других.
В нашей стране для циркуляционных систем смазки малооборотных судовых дизелей используется в основном моторное масло по ГОСТ 1520—42. Это масло вырабатывается из малосернистых бакинских нефтей на основе сернокислотной очистки и является продуктом с весьма низкими эксплуатационными свойствами. В некоторых пароходствах (Северном, Эстонском, Азовском и др.) для этой цели применяют масла М-12Б (ТУ 38-101264—72) или М-10В2 (ТУ 38-101278—72). Однако эти масла не могут быть рекомендованы к использованию в циркуляционной системе смазки судовых малооборотных дизелей, Так как содержащиеся в них присадки не обладают влагостойкостью и при обводнении масла вымываются из него либо выпадают в осадок, что может привести к нежелательным последствиям. Поэтому вопрос о разработке нового циркуляционного масла для судовых малооборотных дизелей весьма актуален.
Было признано целесообразным применение единого масла для смазки судовых главных и вспомогательных дизелей и некоторых других судовых механизмов. В качестве эталона для сравнения выбрали масло многоцелевого назначения Шелл Мелина 30, показавшее высокие эксплуатационные свойства при его применении на ряде судов морского транспортного флота нашей страны.
По разработанному ЦНИИ ТМФ техническому заданию во ВНИИ нефтеперерабатывающей промышленности (ВНИИ НП) был определен состав масла и проведены лабораторные исследования опытных образцов. Испытания на моторных установках показали высокие качества этого масла и его соответствие классификационным требованиям ГОСТ 17479—72 к маслам группы Г.
Эксплуатационные испытания опытных партий масла М-10Г2ЦС были проведены на малооборотных судовых дизелях 6ДКРН 74/160-2 и 550VTBF110, построенных по лицензии фирмы Бурмейстер и Вайн на Брянском машиностроительном заводе и заводе Валмет (Финляндия), и вспомогательных двигателях 6ЧН 25/34 и 20МТВН30.
Опытное масло М-10Г2ЦС испытывалось в циркуляционной системе смазки главных судовых дизелей и одного из дизель-генераторов. Остальные два дизель-генератора каждого судна смазывались: один —- штатным маслом М-10В2 (ТУ 38-101278—72), второй — маслом Шелл Мелина 30.
Подготовительные работы по главному двигателю включали: разборку двух цилиндров с выемкой поршней и снятием их головок; очистку головок поршней от отложений, включая очистку полости охлаждения; разборку рамовых, мотылевых и головных подшипников и оценку технического состояния шеек коленчатого вала и цапф крейцкопфа, а также антифрикционного сплава подшипников; удаление из циркуляционной системы смазки двигателя, запасных и расходных цистерн находящегося в них штатного масла, их очистку, промывку и заливку маслом М-10Г2ЦС.
Во время испытаний периодически отбирали пробы циркуляционного масла из картера двигателя, пробы масляных отложений из сепаратора и регистрировали количество доливок масла в систему. Кроме того, производилось взвешивание отложений при чистках масляного сепаратора, с регистрацией числа часов его работы между чистками.
Подготовительные работы по вспомогательным двигателям включали: полное разобщение циркуляционных систем смазки всех трех дизель-генераторов; разборку двигателей с выемкой всех поршней и их полную моточистку; обмеры цилиндров штихмасом и методом вырезанных лунок; маркировку и взвешивание всех поршневых колец; замеры зазоров между кольцом и канавкой по вертикали и в замках колец; взвешивание вкладышей мотылевых подшипников; очистку и промывку системы смазки двигателей после их сборки; заливку испытуемого сорта масла.
Во время проведения испытаний систематически контролировали равномерное распределение нагрузки по отдельным двигателям и цилиндрам и регулярно отбирали пробы масла из циркуляционных систем смазки двигателей. Кроме того, определялось количество отложений, задержанных фильтрами тонкой очистки масла, при каждой смене фильтрующих элементов.
Испытания проводились при работе малооборотных дизелей на экспортном мазуте +10 °С и флотском мазуте Ф-5, содержащих до 2,0—2,5% серы, и работе вспомогательных двигателей на дизельном малосернистом топливе. Длительность испытаний на двигателях 6ДКРН 74/160-2 и 64 25/34 составила около 6000 ч, на дизелях 550VTBF110 и 20МТВН30 — около 3000 ч.
По окончании испытаний проводилась полная разборка двигателей с оценкой лако- и нагарообразований на деталях ЦПГ и в картере, состояния трущихся пар и износа цилиндровых втулок и поршневых колец.
Осмотр поршней главных двигателей со стороны охлаждения маслом показал, что их поверхность была чистой, если не считать небольших лаковых отложений в местах перехода днища поршня в цилиндрическую часть.
Стенки картера, стойки, поддон, щеки и противовесы коленчатого вала, а также другие поверхности, смазываемые маслом, были чистыми, без каких-либо отложений, что свидетельствует о высоких моющих свойствах масла М-10Г2ЦС.
В хорошем состоянии находились крейцкопфные, мотылевые и рамовые подшипники. Шейки коленчатого вала и цапфы крейцкопфа были чистые, блестящие, без следов коррозии.
Испытания показали, что масло М-10Г2ЦС обеспечивает качественную смазку подшипников и других узлов трения в системе циркуляционной смазки малооборотных дизелей и эффективное охлаждение их поршней.
Сравнительные испытания масла М-10Г2ЦС в судовых вспомогательных двигателях 6ЧН 25/34 и 20МТВН30 также показали его высокие противонагарные свойства; оценку проводили в баллах. Нулю баллов соответствует чистая поверхность, 10 баллам — поверхность, полностью покрытая твердыми отложениями, заполняющими зазор между сопрягаемыми деталями (поршнем и втулкой цилиндра или поршневым кольцом и канавкой и т. д.). Данные по всем шести цилиндрам каждого двигателя усреднены.
Высокие диспергирующие свойства масла М-10Г2ЦС, предотвращающие появление лаков и нагаров в двигателе, подтверждаются также относительно небольшим образованием отложений на поршневых кольцах — наиболее объективным .показателем оценки противонагарных свойств масла в эксплуатационных условиях. Как видно из рис. 51, где показана средняя по цилиндрам каждого двигателя масса нагара (в г), образовавшаяся на поршневых кольцах, суммарная масса нагара при работе на масле
М-10Г2ЦС оказалась значительно меньше, чем на масле Шелл Мелина 30 (кривая 2) и на масле М-10В2 (кривая <?). Особенно заметной была разница в количестве нагара на маслосъемных кольцах, где при использовании масел Шелл Мелина 30 и М-10В2 нагара образовалось соответственно в 4,2 и 9,7 раза больше, чем на масле М-10Г2ЦС.
Подшипники и шейки коленчатого вала, а также головные (шатунные) подшипники и поршневые пальцы были в хорошем состоянии, без следов коррозии, натиров, царапин и других дефектов.
Рис. 2. Количество нагара, образовавшегося на поршневых кольцах дизелей 6ЧН25/34 при их смазке маслами М-10Г2ЦС, Шелл Мелина 30 и М-10В2
В целом сравнительные эксплуатационные испытания масла М-ЮГгЦС на двигателях 6ЧН 25/34 показали его высокие моторные свойства, не уступающие эталонному маслу Шелл Мелина 30. По моющим и диспергирующим свойствам масло М-10Г2ЦС превосходило эталонное масло Шелл Мелина 30 и показало значительно лучшие результаты, чем масло М-10В2.
Одновременно с испытаниями масла М-10Г2ЦС в главных и вспомогательных судовых дизелях его использовали для смазки воздушного компрессора, сепаратора и подшипников промежуточных валов между двигателем и гребным валом судна. Осмотр названных механизмов показал, что масло М-10Г2ЦС обеспечивает их качественную смазку и может быть рекомендовано для применения.
Применение масла М-10Г2ЦС для циркуляционных систем смазки главных и вспомогательных судовых дизелей и некоторых других механизмов в значительной степени увеличит их моторесурс и надежность в работе, облегчит эксплуатацию и снизит трудоемкость технического обслуживания. Кроме того, высокие антиокислительные, нейтрализующие, моющие и другие моторные свойства масла М-10Г2ЦС позволят увеличить кратность циркуляции этого масла и тем самым уменьшить емкость масляных систем судна.