close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

bd000101889

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
Перминов Борис Николаевич
РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЕ МАСЛОИСПОЛЬЗОВАНИЕ
В СУДОВЫХ ТРОНКОВЫХ ДИЗЕЛЯХ
05.08.05 «Судовые энергетические установки
и их элементы (главные и вспомогательные)»
Автореферат диссертации на соискание ученой степени
доктора технических наук
Владивосток - 2005
Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреж­
дении высшего профессионального образования «Морской госуд£фственный
университет имени адмирала Г. И. Невельского».
Научный консультант -
заслуженный деятель науки и техники Р Ф ,
доктор технических наук, профессор
Кича Геннадий Петрович
Офи1щальные оппоненты:
заслуженный деятель науки и техники Р Ф ,
доктор технических наук, профессор
Слесаренко Владимир Николаевич
доктор технических наук, профессор
Мохнаткин Эдуард Михайлович
доктор технических наук, профессор
Лашко Василий Александрович
Всд\ щая организация -
Федеральное государственное унитарное
предприятие «Центральный научноисследовательский институт
имени академика А.Н. Крылова»
Защита состоится « 23 » ноября 2005 года в 10.00 часов на заседании
диссерииионного совета Д223.005.01 при Морском государственном
университете им. адм. Г.И. Невельского по адресу: 690059, г. Владивосток,
ул. Верхнепортовая 50А, аул 241, факс (4232) 41-49-68.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Морского государствен­
ного университета им. адм. Г. И. Невельского.
Автореферат разослан « 1 5 » октября 2005 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
Резник А. Г.
1&o6~i
2^35-^
110^/^^
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Развитие двигателестроения сопровождается
дальнейшей форсировкой дизелей наддувом и применением высоковязких
топлив, что ужесточает условия функционирования в них моторного масла
(ММ). Углубление переработки нефти приводит к ухудшению эксплуатаци­
онных свойств топлив. При их сжигании в двигателях внутреннего сгорания
(ДВС) интенсифицируется старение, сокращается срок службы и в целом по­
вышается расход М М . Одновременно с этим увеличивается скорость изна­
шивания и загрязнения дизелей углеродистыми отложениями, что вызывает
понижение их эксплуатационной надежности и ресурсных показателей.
Ужесточение условий работы М М в тронковых форсированных дизелях
из-за действия выше указанных факторов требует разработки ресурсосбере­
гающего маслоиспользования, что возможно только за счет комплексного
повышения эффективности их смазочных систем (СС). Для этого необходимо
исследовать функционирование комплекса «дизель - эксплуатация - топливо
- масло - очистка» (ДЭТМО) с учетом взаимодействия его звеньев.
В данной работе под ресурсосберегающим подразумевается такое маслоиспользование, реализация которого способствует сокращению расхода
М М в дизелях, увеличению их надежности и ресурсных показателей при ра­
боте на тяжелых высоковязких топливах.
Объектом исследования являются системы смазки и средства очистки
М М судовых тронковых форсированных дизелей, функционирующих в со­
ставе судовых дизельных энергетических установок (СДЭУ) и использую­
щих низкосортные топлива.
Цель диссертационной работы состоит в разработке комплекса науч­
но-технических решений, сокращающих эксплуатационный расход М М в су­
довых тронковых дизелях средней и повышенной частоты вращения и увели­
чивающих их надежность и ресурсные показатели при использовании тяже­
лых высоковязких топлив, в том числе продуктов глубокой переработки нефти.
Методологической основой работы является системный подход. Стохастичность взаимодействия звеньев комплекса ДЭТМО и разделения слож­
ных гетерогенных систем в агрегатах СС учтена с использованием теории
марковских процессов. Влияние продуктов старения М М и его угара на изна­
шивание дизеля идентифицировано имитационным моделированием и мотор­
ными испытаниями с использованием теории планирования экспериментов.
Численное решение задач фильтрования и центрифугирования М М осу­
ществлено на основе различных разностных схем. Обработку эксперимен­
тальных данных вели методами математической статистики. При этом широ­
ко применяли регрессионный и корреляционный анализ.
Процесс старения М М при его использовании в дизеле контролировали
современными методами: диализом, хроматографией, фотометрией, инфра­
красной и эмиссионной спектроскопией. Диспергирз^ошую способность мас­
ла, дисперсный состав его загрязнений и эффективность маслоочистителей
(МО) оценивали оптической и электцонвойнлччивкявдвй» Лазерной нефело5ЛИ0ТЕКА / 1J
БИБЛИОТЕЦА./
^ ^
"^wj
••
метрией. Моторные испытания масел, систем и агрегатов их очистки выпол­
няли по ОСТ 24.060.09-89. Износ деталей ДВС определяли с помощью ис­
кусственных баз (приборы УПОИ-6 и УПОИВ-2), взвешиванием (ВЛА-200),
микрометражом, снятием профилограмм и с помощью спектрального анализа
(установка МФС-7). Нагаро- и лакообразование в дизеле оценивали по мето­
дике Щ Ж Д И .
Достоверность и обоснованность полученных результатов достигнуты:
- использованием фундамейтальных законов и апробированных класси­
ческих методов механики сплошных сред, химической термодинамики;
- широкой апробацией расчетных зависимостей и хорошей сходимостью
их с экспериментальными данными;
- адекватностью моделей и регрессионных зависимостей, доказанных по
различным критериям;
- соблюдением принципов комплексного подхода, постулатов и основ­
ных положений теории планирования экспериментов при их корректном
проведении;
- ис1юльзованием в экспериментах современной поверенной на эталонах
и прошедшей метрологическую аттестацию измерительной аппаратуры;
Реализация результатов работы. Основные разработки по ресурсосбе­
регающему маслоиспользовапию в судовых тронковых дизелях вошли в про­
грамму развития морского машиностроения Приморского края на 2004 2010 гг. (постановление губернатора № 394 от 18.12.2003 г.). Они также при­
менены при реализации целевой комплексной программы «Рациональное ис­
пользование и экономия топливно-энергетических ресурсов на транспорте».
Научно-технические решения диссертанта используются на судах Даль­
невосточного бассейна с целью обеспечения экономичной ресурсосохраняющсй эксплуатации тронковых дизелей. Отдельные предложения по
улучшению маслоиспользования в ДВС реализованы иа судоремонтных и
дизелестроительных заводах Сибири и Дальнего Востока.
Использование унифицированных судовых масел позволило отказаться
от применения дорогих М М зарубежного производства, сохранить и в неко­
торых случаях повысить надежность и ресурс среднеоборотных дизелей
(СОД) при переводе их на флотские и топочные мазуты.
Производство МО и фильтрующих элементов ( Ф Э ) высокого функцио­
нального уровня освоено Дальзаводом и ООО «Приско-Экофил». Смазочные
системы большинства дизелей, эксплуатируемых на Дальневосточном бас­
сейне, оснащены высокоэффективными комбинированными маслоочистительными комплексами (КМОК) конструкции диссертанта.
На судах корпорации «РИМСКО», морских пароходств и рыбохозяйственной отрасли введена система контроля за рациональным использованием
нефтепродуктов, технические и организационные стороны функционирова­
ния которой разработаны автором данной работы. Его новые научнотехнические решения внедрены в практику рационального топливо- и масло­
использования не только на судах, но и на других морских объектах, напри­
мер платформах для бурения, установленных на Сахалинском шельфе.
Апробация работы. Результаты проведенных исследований представJrялиcь ежегодно па научно-технических конференциях профессорскопреподавательского состава Д В Г М А ( М Г У ) им. адм. Г. И. Невельского (1986
- 2005 гг.), на научно-технических советах и совещаниях по проблемам тех­
нической эксплуатации флота в Приморском и Дальневосточном морских
пароходствах. Основные положения работы докладывались на краевых, ре­
гиональных, всесоюзных (российских) и международньпс конференциях и
семинарах: «Диагностика, повьппение эффективности, экономичности и дол­
говечности двигателей» (Ленинград, ЛСХИ, январь 1985 г.); «Проблемы эко­
номии ресурсов и использование альтернативных топлив в судовых дизель­
ных и турбинных установках» (Ленинград, Ц П НТО им. акад. А. Н. Крылова,
октябрь 1985 г.); «Теория и практика рационального использования горючих
и смазочных материалов и рабочих жидкостей в технике» (Челябинск, Ч Ф
НАТИ, апрель 1987 г. и май 1995 г.); «Проблемы транспорта Дальнего Вос­
тока» (Владивосток, ДВО PAT, октябрь 1995, 1997 1999, 2001, 2003 и 2005
гг.); «Рыбохозяйственные исследования Мирового океана» (Владивосток,
Дальрыбптуз, сентябрь 2002 г.); «Актуальные проблемы создания и эксплуа­
тации комбинированных двигателей внутреннего сгорания» (Хабаровск,
ХГТУ, сентябрь 2002 г.); «Актуальные проблемы развития и эксплуатации
поршневых двигателей в транспортном комплексе АТР» (Хабаровск, ТОГУ,
сентябрь 2005 г.); «Вологдинские чтения» (Владивосток, ноябрь 2001 г.);
«Перспективы развития энергосберегающих технологий и методы энергосбе­
режения на морском и речном транспорте» (Новороссийск, октябрь 2002 г.);
X X X I V Уральский семинар по механике и процессам управления (Миасс,
УрО РАН, 28 декабря 2004 г.).
Публикации. Основное содержание работы опубликовано в двух науч­
ных монографиях и в 65 статьях, из которых 12 представлено в центральных
изданиях, рекомендуемых В А К для опубликования материалов докторских
диссертаций. Результаты исследований отражены также в шести отчетах по
хоздоговорным и госбюджетньпй НИР, выполненных при участии автора
диссертации и прошедших государственную регистрацию.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, восьми
глав, заключения, списка использованньпс источников и приложения. Содер­
жание работы изложено на 385 с. машинописного текста, включая 75 рисун­
ков, 34 таблицы и библиографию из 214 наименований. Приложение включа­
ет описание основных программ расчетов, а также акты внедрения разрабо­
ток диссертанта на 42 листах.
Научная новизна проведенных исследований состоит в:
- разработке на основе системного подхода модели комплекса
ДЭТМО и оптимизации его состава с целью снижишя расхода М М и достижения
высоких ресурсных показателей тронковых форсированных ДВС при сжи­
гании низкосортных топлив;
- разработке с использованием теории марковских процессов стохасти­
ческих моделей процессов очистки М М агрегатами с разными принципами
действия и реакцией на накапливаемые в них отложения;
- раскрытии закономерностей основных направлений старения М М с
учетом его свойств, угара и режимов долива, качества применяемого топли­
ва, форсировки и условий эксплуатации дизеля;
- математическом описании кинетики очистки М М от нераствори­
мых продуктов (НРП) фильтрованием и центрифугированием с идентифика­
цией сложного и переменного, в зависимости от времени работы дизеля, дис­
персного состава загрязнений, влияния на эффективность их удаления накап­
ливаемых в МО отложений и срабатывания присадок;
- учете в моделях очистки при отфильтровывании нерастворимых про­
дуктов их гетерогенной структуры и совокупного действия на дисперсную
фазу (ДФ) ситового эффекта, химмотологической (электрокинетической), ад­
гезионной и седиментационной групп отсева;
- стохастическом моделировании массодисперсного обмена нераство­
римых примесей в СС дизелей с определением состава ДЭТМО, отвечающего
требованиям ресурсосберегающего маслоиспользования;
- обосновании новых принципов комбинированной очистки М М фильт­
рованием и центрифугированием с максимальной реализацией достоинств и
преимуществ каждого из методов в комплексах ДЭТМО разного состава;
- разработке рациональных путей сокращения в тронковых дизелях
расхода М М , повышения ресурсных показателей ДВС и в целом экономии
топливно-энергетических ресурсов на морском транспорте;
- моделировании эффективности применения в судовых тронковых ди­
зелях унифицированных М М и улучшения их эксплуатационных свойств
многофункциональными и направленного действия присадками;
- исследовании влияния угара на старение М М и состояние тронкового
дизеля при применении тяжелых высоковязких топлив;
- разработке метода управления состоянием М М в эксплуатации с целью
достижения высоких технико-экономических показателей тронковых ди­
зелей при конвертировании их на топлива глубокой переработки нефти;
- разработке имитационной модели изнашивания основных деталей ди­
зеля с учетом свойств и эффективности очистки М М , триботехнических ха­
рактеристик продуктов его загрязнения.
Практическая ценность работы заключается в комплексном повыше­
нии эффективности маслоиспользования в судовых тронковых дизелях. Ре­
сурсосберегающее маслоиспользование на судах достигнуто разработкой:
- новых научно-технических решений, направленных на сокращение уга­
ра и увеличение срока службы М М , повышение при работе на низкосортных
топливах ресурсных показателей и надежности дизелей;
- комбинированных маслоочистительных комплексов, в том числе само­
регенерирующегося типа, одновременно обеспечивающих надежную защиту
пар трения дизеля от абразивного изнашивания, торможение старения и ста­
билизацию угара масла;
- водостойких судовых М М многоцелевого назначения с унификацией
их на основе присадок M A C K , ПМС и добавками модификаторов трения,
способствующих экономии М М и снижению изнашивания деталей дизелей;
- мероприятий по поддержанию угара М М на уровне, при котором его
расход, изнашивание, нагаро- и лакообразование деталей ДВС минимальны;
- системы рационального маслоиспользования, реализация которой по­
зволяет значительно сократить расход горюче-смазочных материалов (ГСМ)
и сменно-запасных частей и увеличить ресурсные показатели дизелей.
Предметом защиты являются следующие основные результаты рабо­
ты, определяющие ее научную и практическую ценность:
1. Универсальная модель комплекса ДЭТМО, позволяющая идентифи­
цировать входящие в нее звенья, вести оценку соответствия их друг другу и
осуществлять выбор М М и МО, задавать угар масла, обеспечивающих ре­
сурсосберегающее маслоиспользование на судах.
2. Методология системного решения проблемы ресурсосберегающего
маслоиспользования в судовых тронковьпс дизелях.
3. Модели старения М М в тронковых дизелях разного уровня форсировки при использовании топлив широкого группового и фракционного со­
ставов, учитывающих влияние на этот процесс качества и угара масла, пере­
менной эффективности взаимодействующих агрегатов К М О К .
4. Кинетические уравнения старения М М по загрязнению и срабаты­
ванию присадок при непрерывном и периодическом его доливах в СО дизеля.
5. Уточненные стохастические ячеистая, волоконно-решетчатая и ячеисто-решетчатая модели очистки масла фильтровальными материалами с нере­
гулярной поровой структурой (ФМНПС), стохастические модели центрифу­
гирования М М аппаратами со сложной гидродинамикой потоков.
6. Аналитические зависимости для расчета эффективности комбини­
рованной очистки М М фильтрованием и центрифугированием с учетом за­
растания пор фильтровального материала ( Ф М ) и накопления отложений в
роторе центробежного очистителя (ЦО).
7. Модель массодисперсного обмена нерастворимьпс продуктов в СО
дизеля с оценкой их триботехнических свойств.
8. Имитационная модель изнашивания основных деталей дизеля при
функционировании его в составе комплекса ДЭТМО.
9. Новые научно-технические решения по комплексному повышению
эффективности маслоиспользования в ДВС:
- композиции многофункциональных и специального назначения приса­
док к унифицированным М М со сбалансированными нейтрализующими,
моюще-диспергирующими и противоизносными свойствами, обеспечиваю­
щие масло- и ресурсосбережение и надежную роботу дизелей на низко­
сортных топливах;
- последовательно-параллельные схемы комбинированной очистки М М ,
более полно используюидае достоинства фильтрования и центрифугирования;
- комплекс мероприятий по сокращению и длительной стабилизации
угара масла на оптимальном уровне, увеличению срока службы и уменьше­
нию общего расхода М М в дизелях.
10. Результаты моторных стендовых и эксплуатационных испытаний судо­
вых тронковых дизелей с ресурсосберегающим маслоиспользованием.
8
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы диссертации, дается краткое
описание наиболее важных результатов выполненных исследований, сфор­
мулированы основные положения работы, выносимые на защиту.
В первой главе дан обзор состояния проблемы ресурсосберегающего
маслоиспользования в СДЭУ. Обобщение опыта технической эксплуатации
тронковых дизелей на судах позволило установить, что большинство из них
при работе на высоковязких тяжелых топливах имеют повышенный расход
М М и низкие ресурсные показа!ели. При конвертировании СОД на топлива
глубокой переработки нефти по сравнению с их эксплуатацией на моторных
топливах изнашивание деталей цилиндро-поршневой группы (ЦПГ) увели­
чивается, а наработка на отказ уменьшается в 1,2-2,5 раза. При этом ресурс­
ные показатели дизелей уменьшаются на 20-30 % .
Как показало проведенное исследование, снижение эксплуатационных
характеристик и надежности ДВС вызвано несоблюдением взаимных требо­
ваний и разбалансированностью звеньев комплекса ДЭТМО, особенно про­
являемой при эксплуатации судовых тронковых форсированных дизелей на
низкосортных топливах. Отсутствие модели функционирования рассматри­
ваемого комплекса не позволяет добиться полного соответствия звеньев друг
другу и научно обосновать условия ресурсосберегающей его эксплуатации.
Подходы к разработке модели ДЭТМО заложены в трудах С В . Венцеля,
Е.В. Даниловой, Л.И. Двойриса, Г.П. Кичи, Э.М. Мохнаткина, О.А. Никифо­
рова, В.А. Сомова, В.И. Сторожева, В.В. Щагина. Они рассматривали в ос­
новном взаимодействие отдельных звеньев комплекса при работе двигателя
на дистиллятных топливах. В широком диапазоне группового и фракционно­
го их составов, с учетом качества и эффективности очистки М М , режимов
работы дизеля, особенно при его высоком наддуве, функционирование
ДЭТМО не изучено. Известные закономерности взаимодействия его звеньев
носят частный характер и не учитывают вероятностную природу их связей и
стохастичность процессов, происходящих в элементах комплекса.
Выделен вклад ученых, трудами которых создавались модели разделе­
ния сложных гетерогенных систем: A.M. Гольдина, М.А. Григорьева, В.А.
Жужикова, В.А. Карамзина, Г.П. Кичи, В.П. Коваленко, С.А. Плюшкина,
П.Г. Романкова, П.Г. Рыбакова, Г.А. Смирнова, В.И. Соколова. Из зарубеж­
ных исследователей в этой области значительные достижения имеют J . Нарpel, S. Kuwabara, R. Rajagopalan, L.A. Spielman, J.A. Tichy, M. Trowbrige.
Доказана необходимость совершенствования моделей очистки М М на
основе стохастического и вероятностного подходов. Показаны пути совер­
шенствования маслоиспользования в дизелях, которые базируются на дости­
жениях в области химмотологии М М и СДЭУ: П.Б. Аратского, И.Ф. Благовидова, В.Ф. Большакова, А.Б. Виппера, Л.Г. Гинзбурга, Н.А. Иващенко, В.А.
Лашко, В.Л. Лашхи, О.Н. Лебедева, Ю.А. Микутенка, Э.М. Мохнаткина, Б.Г.
Лаврова, М.К. Овсянникова, К.К. Папок, В.Л. Певзнера, Л.И. Погодаева,
В.Н. Половинкина, В.Д. Резникова, А.Ю. Шабанова, В.М. Школьникова.
Проведенный обзор показал, что в целом проблема ресурсосберегающе­
го маслоиспользования в судовых тронковых дизелях далека до завершения.
По его данным, а также в результате анализа современных методов расчета
старения и очистки М М , улучшения его эксплуатационных свойств сформу­
лирована цель работы и обоснованы задачи исследования.
Во второй главе представлена методология решения проблемы ресур­
сосберегающего маслоиспользования. Системный подход к исследованию
рассматриваемой проблемы обусловлен сложным взаимодействием звеньев
комплекса ДЭТМО. Структура связей в нем такова, что каждое звено оказы­
вает влияние на остальные, находясь в то же время в зависимости от них.
Проблему эффективного маслоиспользования в судовых форсированных
дизелях предлагается решать на основе методологии исследований, способ­
ной поднять на новый, более высокий, уровень эксплуатационные показатели
д в е по расходу Г С М и ресурсу. При этом пересматриваются многие уста­
ревшие представления по влиянию угара масла на его старение и разделению
сложных многофазных систем при очистке М М в судовых условиях.
Практическая направленность работы заключалась в создании смазоч­
ных систем повышенной эффективности (ССПЭ), способных повысить при
работе на тяжелых высоковязких топливах надежность, экономичность (по
расходу М М ) и ресурсные показатели тронковых дизелей средней и повы­
шенной частоты вращения до уровня использования моторных топлив.
Повышение эффективности маслоиспользования предусматривалось
осуществить на основе методологии системного подхода путем воздействия
на звенья «масло» и «очистка» с учетом влияния остальньпс элементов ком­
плекса ДЭТМО на этот процесс. Старение М М предлагалось оценивать с
учеюм эффективности его очистки, качества применяемого топлива, форсировки и режимов работы дизеля. Управляющее воздействие состояло в выбо­
ре оптимального угара масла, в подборе к нему многофункциональных и на­
правленного действия присадок, эффективном удалении из М М продуктов,
ускоряющих его окисление и интенсифицирующих изнашивание дизеля.
С теоретических позиций системный подход к моделированию комплек­
са ДЭТМО сводился к идентификации взаимодействия его звеньев по не­
скольким целевым функциям с переводом pix на заключительном этапе ис­
следований в технико-экономический критерий. По нему оптимизировался
состав и параметры СС, обеспечивающие повышение эффективности работы
дизеля при применении низкосортных топлив.
В этом плане стратегия исследований предусматривала разработку мо­
делей старения М М по загрязнению НРП и срабатыванию присадок, иденти­
фикацию массодисперсного обмена ггерастворимьгх примесей в масле с оцен­
кой их абразивности. Кроме того, планировалось исследование старения и
очистки М М в зависимости от его угара, действия на рассматриваемые про­
цессы остальных звеньев комплекса ДЭТМО.
Заключительный этап теоретических исследований должен был вклю­
чать имитационное моделирование изнаишвания основных деталей дизеля. В
этой главе также представлена иерархия целей и задач, а также функциональ-
10
ная схема исследований при решении проблемы ресурсосберегающего маслоиспользования в судовых тронковых дизелях, которые показывают как
связаны научные и практические разработки при комплексном повышении
эффективности С С .
В третьей
главе представлены теоретические разработки по ресурсо­
сберегающему маслоиспользованию. Они включают моделирование:
- кинетики срабатывания присадок, зафязнения и очистки М М при ис­
пользовании в смазочной системе тронкоого форсированного дизеля К М О К ;
- массодисперсного обмена Н Р П старения масла в С С двигателя.
Дается вывод и практическое приложение выражений для расчета сраба­
тывания присадок и накопления нерастворимых примесей в М М работающе­
го дизеля. Для этой цели составлена и решена система дифференциальных
уравнений по балансу этих продуктов в масле при его периодическом доливе.
В конце у-го цикла (до долива) масла концентрацию присадок и Н Р П в
масле предложено рассчитывать по формулам:
Г(о»фф)п
1+К,+1 Ь-1
^бд
= c„oG^
G
(бф^ф);
1-G
+К,
i-G^
^l^T^
К,
-*Ky+\U
^'
(0^^
1
(О^Уф
к,еу+(ефФф)п
■ G
^ ♦ '+K,
П к ! J _ ( J -V «r
^ ' K,+lb
1-G
Куб.+бфФф
(1)
G
^'
(
J-I
£пяед
2'
(2)
бфФф^
1 - G ->■
где Сп,н, Сф — концентрация присадок и нерастворимых примесей в масле до
У-го долива; с ^ - концентрация присадок в доливаемом (свежем) масле; Go,
G = 1 - Q^IJ^JGQ
- начальная масса и относительное количество масла в С С к
моменту долива; а^, а^ - скорости срабатывания присадок и загрязнения масла
Н Р П ; (бф.Фф)». бфФФ ~ интенсивности удаления присадок и нерастворимых за­
грязнений М О ; Qy, Ку - скорость и коэффициент угара масла; Тд - продолжи­
тельность работы масла в цикле между долинами.
Концентрации присадок и нерастворимых примесей в масле после его
очередного долива соответственно равны:
п/в
(1-^т
^ п/н ^
iV
„
Go
)+с
^L,
^д/^^-nд ^
1^0
^д
XJH
Go
),
(3)
В результате проведения натурных испытаний различных типов дизелей
на моторных стендах и в эксплуатации, в том числе с привлечением теории
планирования экспериментов, удалось получить следующие зависимости для
расчета удельных, приходящихся на единицу мощности и концентрации (для
присадок) скоростей срабатывания присадок и загрязнения масла Н Р П .
11
с достаточной для практических целей точностью зависимости для A„ii
А^ можно выразить в форме позиномов:
^„=l,25^,a,rf/"n;''V^°'*'K/'"0,62"l,69^K;''V„-°'''';
(4)
Л = 13,2^,^,rf/'^/'V„/''2,72'^'0.68"l,69^K/''V„-<'«,
(5)
где А„,Ах- удельные скорости срабатывания присадок и загрязнения масла
НРП, г/(кВтч) и мг/(кВт-ч); Ад, ду - коэффициенты, з^итывающие влияние
рабочего процесса и угара масла на его старение; d^ - диаметр цилиндра
двигателя, см; Ид - частота вращения, с"'; Рте - среднее эффективное давле­
ние, МПа; М, Т - показатели качества масла и технического состояния дизе­
ля, ранг; Кр, Кт - коэффихщент использования мощности и качества топлива,
отн. ед.; У^. - удельная вместимость СС, дм^кВт.
Расчет кинетики загрязнения масла НРП в режиме непрерывного его до­
лина для компенсации угара при переменной интенсивности очистки предла­
гается вести на основе взаимосвязанных уравнений следующей системы:
с.J = с,0-1) ^''Р
ефФф(у-1)+ецФцО-1) + К , е у
-Ат
бфФфО-О + биФиО-.) + ^убу
1 - ехр
ефФфо-1) + ецЧ'ио 1) + *^у2у Дт
^фффУ = бфФфО I- А.
бцФч/ =2цФ«0 1 -
(,.«ФО-О
А^ф^Хф
(6)
G фз
(г,,0-1)+АЯчу)^ц
f'pPu
бфФфО-О
Agfe
^иФиО-О
А^ц/
бфффо-о + ецФцо-о + К у е ,
■[a,Az-{c,j
-C,(^.,))GO],
где Ag, Иф - константы, зависящие от закона фильтрования и типа Ф М ; Сф, Кр
- грязеемкость Ф Э и вместимость ротора ЦО, Х,ф, Х^ - отношение массы от­
ложений в фильтре и центрифуге к количеству содержащихся в них НРП;
р„ - плотность отложений; Дт - шаг расчета (по времени работы СС); Д^ф^,
Agiy - накопление отложений очистителях за/-й цикл; ЯФо-'ь guo-i) "" масса
отложений в к у-му циклу очистки.
Скорость удаления НРП фильтром а^ и центрифугой Яц рассчитывали по
формулам:
-2п*
^Ф^Ф
8пК
; «Ц=биФцОС;,
■■ ^ ф Ф ф о < : 1-А.
'*^ J
12
^ф. gvu г
1200
1000
О
100
200
300
400
500
600
700
800
900 т, ч
Рис. 1. Кинетика очистки и загрязнения М М в дизеле 5ЧН24/31
13
Разработанный метод расчета кинетики старения М М по показателю с^ с
учетом переменной эффективности КМОК, зависящей от состояния Д Ф в
масле и накопления отложений в МО, проверен в дизеле 5ЧН24/31 (рис. 1).
Зависимость эффективности очистки и накопления Н Р П в масле от вре­
мени его работы, рассчитанная по уравнениям системы (6), хорошо согласу­
ется с экспериментальными данными, что указывает на адекватность основ­
ных выражений, предложенных для расчета переменных значений интенсив­
ности фильтрования и центрифугирования.
Математическое описание массодисперсного обмена загрязнений в СС
представлено следующей системой дифференциальных уравнений:
\ (
»,
Л
dc
dx
dm^
A
"0
1
Go
« . + Qn'^a - ^yQy^x
k=\
— {'"da -'"d)-2lQk(^'-4>tXr"d-'"M)~Qyi^-^y)md
Cr
da.
IGoOj
+
t=l
QAir>
c.
di
- Z е*Ф*<^.
p)
,)
^ f c -d' -Im^m.+lmiytQ^-'Pkid:-
-d'-2m,,m,
+ 2ml)+ Q,^d^
'
I)
-d^~2m m^ + 2m
da'"d
где /Mrf, /Ийд, mjk, т^а - математическое ожидание диаметра d частиц, находя­
щихся соответственно в циркуляционном и доливаемом масле, в фугате
(фильтрате) к-го очистителя и поступающем загрязнителе; а</ - среднеквадратическое отклонение d частиц в циркуляционном масле; Q^ - скорость долива масла; Q^ - пропускная способность Аг-го очистителя; с^, с„ - концентра­
ция НРП в работающем и доливаемом масле; t/j. ^t, d^ - среднее значение
квадрата d частиц, находящихся в масле, фугате (фильтрате) и в поступаемом
загрязнителе; ф^- коэффициент полноты отсева к-то очистителя.
Согласно системе (7), при установившемся режиме очистки концентра­
ция примесей в масле с^ и дисперсный состав НРП стабилизируются при
показателях:
т da
т.
'da
а, *=|
а^
Iо
^yQy+tQk9k
а, t.i
а^
к=\
Для решения системы уравнений (7) необходимо задание характеристик
загрязнителя М М , поступающего в дизель извне и образующегося в резуль­
тате старения масла. Накопленный опыт исследования этого процесса позво­
лил его идентифицировать.
14
Принимая процесс формирования Д Ф в масляной пленке на зеркале ци­
линдра случайным марковским, плотность fF вероятности (она тождественна
концентрации частиц Д Ф размера d) определяли решением уравнения
d^W
dW
дх
dd
^
^■'
2
с граничными и начальными условиями
dW
di
д kAd-d^)w +
—
k,{d-
dd ''^
' "
*arp .'
an../
*pd dW
2~dd^
"
W = <) при d^d^;
(8)
dd'
^pd d^W
2 dd'
при
W„=F^{d)
d^d„
при т = 0,
где Fo(cO начальное распределение частиц Д Ф в М М при поступлении в ци­
линдр на смазку; d^-p - размер скоагулировавшихся частиц Д Ф ; kj - скорость
агрегатирования первичных частиц; b^d - интенсивность «белого» шума.
Стационарное решение уравнения (8) при заданных условиях имеет вид:
^.r-i'Adh
ехр
лЬ.pd
4Ь
V
l-erf
-{d-d^}
'{d-dj
(9)
Показатели mja и oja рассчитывали через первый начальный и второй
центральный моменты распределения Fj(d). Проведенные расчеты с исполь­
зованием теории планирования компьютерных экспериментов позволили
обобщить полученные результаты в виде следующих зависимостей:
ГПя
= 4,98
„0,Пт;г 0,289^-0,107
Рте ^ р
'^т
,0,735п0,419.
м^'''п"'''ч,08"'
СТ. =0,69
~
„0,29 т^ 0,107 jr0.27I
Рте
м;;,"'п"''^»иг
(10), (11)
в формулах (10) и (11) Мдс - показатель диспергирующе-стабилизируюих свойств масла. Параметр П характеризует срабатывание присадок. Дина­
мичность работы дизеля задана показателем Кд.
Приведенная модель (7) массодисперсного обмена совместно с выраже­
ниями (10) и (11) при использовании кинетических уравнений срабатывания
присадок, загрязнения и очистки М М позволяет оценить результаты взаимо­
действия звеньев ДЭТМО (см. рис. 1).
В четвертой главе осуществлено моделирование процесса очистки М М
в дизелях фильтрованием. Новизна в исследовании фильтрования и принци­
пы, на основе которых уточнялась теория этого процесса, сводятся к:
- наиболее полному и адекватному описанию стесненного движения в
формируемом переплетаемыми волокнами поровом пространстве частиц Д Ф ,
представляющей собой продукты загрязнения и старения М М с присадками;
— представлению волоконных материалов полипоровыми структурами с
одно- и двумерньпли вероятностно-статистическими распределениями;
15
- моделированию с учетом стохастичности отсева не одиночных частиц
одинакового размера, а ансамбля взаимодействующих частиц полидисперс­
ного состава;
- учету при расчете очистки и накопления Н Р П в масле ДВС изменения
дисперсного состава загрязнителя из-за срабатывания присадок, дрейфа за­
держивающей способности М О вследствие накопления в них отложений.
Отсев ДФ рассмотрен как случай­
ный процесс. При этом использована
методика, позволяющая сочетать дос­
тоинства точного детерминированного
описания механизма очистки, вероят­
ностного и стохастического представ­
ления явлений, сопутствующих про­
цессу фильтрования. Причем учиты­
ваются флуктуации скорости осажде­
ния частиц, вызываемые броуновским
движением, стесненностью перемеще­
ния, хаотическим распределением во­
локон в современных Ф М .
Реальное разделение многофазных
гетерогенных систем сведено к процес­
су без последствия с применением для
его исследования аппарата случайных
Рис. 2. Схема ячеистой модели
марковских процессов.
Ячеистая модель для волоконного Ф М представлена цилиндрическим
коллектором радиусом R^ с прилегающей оболочкой Л, (рис. 2). Стгатистически Л, и Ья характеризуют выделенную ячейку и определяются через порис­
тость материала т:
R^=RAl-m)
Л
т
4
В результате идентификации сложной гидродинамической
обстановки и
сил, действуютцих на частицу при обтекании суспензией цилиндрического
коллектора, были составлены кинетические уравнения движения частиц ДФ
через элементарную ячейку. Эффекты вязкости оценены объединением ранее
найденных частных решений Тихи и Раджагопалана аппроксимацией линей­
ного и параболического полей сдвигового течения, а также поля осесимметричного заторможенного потока.
Обобщенное совокупное действие гидродинамических факторов на час­
тицу рассчитывали по Стоксу. Идентификация молекулярных сил притяже­
ния, действующих на ДФ, осуществлена по уравнению Лондона - Ван-дерВаальса. Силы тяжести и Архимеда находили по известным вьфажениям.
Химмотологическое взаимодействие определяли через эклектрокинетические
силы, обусловленные образованием на частицах и коллекторе двойного по­
ляризационного слоя с поверхностными дзета-потенциалами.
16
Составив уравнения равновесия сил и моментов, действующих на части­
цу, и проецируя их на координатные оси, получили систему для расчета ско­
рости ее движения. После приведения входящих в уравнения величин к без­
размерному виду и их решения относительно м^ и Щ получили:
1
К"
NDL ( ^ Ы
exp[-£oiUrf-l)]
- ехр[- Sot {.га -1)]}
1 - ехр[- lEoL {гJ - 1)]
N,
■-N^^cos{y^+dj)-f;A'z^rJcosQ,
{z,-\Y{z,+\)
sinO^
r;iV^sm(7^+e^)
Г;^е' -T'F,'
sin9„
+
B'z,r,{T;f^+F,4')
(12)
(13)
где F,,fi,T,,t,- поправочные коэффициенты к закону Стокса на стесненность
движения ДФ; А' ,В' - вспомогательные величины, уточняющие функцию тока.
Адгезионная N^j =Q^l9%\i„rjU, химмотологическая(электрокинетическая)
NoL = е*o((;^ + ;5)/12яц„С/
и гравитационная
Л^^д = 2г^{р^ -p„)g/9n„f/
группы являются отношениями вандерваальсовых, электрокинетических двой­
ного слоя, гравитационных и подъемных сил к силе вязкого сопротивления.
Электрокинетический симплекс £ ^ =2С;^^^Д^^+(1^^] представлен через
потенциал коллектора и частицы. Симплекс двойного слоя Е^^ =fc^r^ис­
пользован для приведения Е^^ к безразмерному виду.
Показатель к^ - величина, обратная длине Дебая - Хаккеля, определяет­
ся через заряд электрона е , ионную валентность z^, концентрацию ионов с, и
температуру масла Г„ по выражению
*D =
где къ - постоянная Больцмана (1,3810'^' Дж/кг); е - диэлектрическая про­
ницаемость среды.
На основе уравнения Колмогорова - Фоккера - Планка стохастический про­
цесс стационарного фильтрования представлен следующей краевой задачей:
or
50
2 дг
W U « . = 0. Wl,-,^ = l,
_
и,
-
Mo
-
'■
Т>
л ,
=^
л ,
(И)
дг
7=Г
Dr
где К=-^, Щ =-2-, г =—, R^=-^, К=—,
Я
2Ur,
и
и
rj
rj
rj
Коэффициентом диффузии в тангенциальном направлении пренебрегали,
а в осевом его определяли по соотношению Эйнштейна:
Я
671Ц„Г^
17
Краевое условие W |-^^ = О означает полное "поглощение" частиц, кос­
нувшихся коллектора. При попадании на него ДФ удерживается на поверх­
ности цилиндра силами адгезии.
Эффективность фильтрования определяется потоком вероятности на кол­
лектор по выражению
^■" 2R, i{
1
(15)
дг У'-^'
Для многослойных или нетканых волоконных Ф М коэффициент отсева
при последовательном прохождении ДФ через и, ячеек равен
(16)
Ф<*|.=1-П(1-ФА)-
При задании фракционного состава загрязнителя по массе в дифффенпиальной форме функцией F{d) коэффициент полноты отсева фф для сложных поровых структур определяется интегрированием выражения
Фф=
Фф к
0,020
0,016
v^4
0,8
\\,
N
■ V
0,004
1
эксперимент; 2 1 ) /
расчет по С М (
— расчет по Д М /
Ч
1
1
0,4
\
^чХ
эксперимент;
ч <
— расчет по С М i
— расчет по Д М 14);'>
of
■
"
"
-
-
\У
0,2
S"^^
/°
/
f
>
0,6
0,012
0,008
1
Ф<А|.
л
0,024
(17)
\^^F{d)dd.
о
^
>
j
>/ 1
^
/
/
/
I //
/
/
/
О
2
4
6
8 с„,%
о
15
30
45
^,мкм
Рис. 3. Влияние присадок на эффектив- Рис. 4. Эффективность очистки
ность фильтрования
масла Ф М Н П С
Стохастические задачи фильтрования решали сеточными методами.
Сравнение результатов расчета (рис. 3) по разработанным стохастической
(СМ) и детерминированной (ДМ) ячеистым моделям фильтрования с экспе­
риментальными данньпли подтверждает достаточно высокую точность расче­
та при использовании СМ для оценки эффективности отфильтровывания
18
тонкодисперсных суспензий. Применение Д М для расчета фф М М приводит к
погрешности расчета на 18-76 % . Детерминированный подход к фильтрова­
нию приемлем только для дисперсных систем с Ре^ = UrjDr более 10.
Для оценки эффективности Ф М с нерегулярной перовой структурой раз­
работана волоконно-решетчатая модель фильтрования. В ней поровая струк­
тура идентифицируется двумерным распределением. Свободную длину во­
локон в двух перпендикулярных направлениях оценивали параметрами avib.
Рхли принять основным задерживающим механизмом кольматаж и до­
пустить, что частицы Д Ф при прохождении суспензии через пору движутся
110 линиям тока, то фракционный коэффициент отсева для частиц диаметром
d равен отношению потока через периферийную зону на расстоянии dll. от
его периметра ко всему потоку Q, через пору.
'Pd(ab)
х!\.
б,
llv(x,y)dydx
=1
(18)
lu(x,yjdydx
Для учета влияния других механизмов осаждения ДФ на волокна зона
отсева Sj корректируется показателем е^. Это безразмерная координата отсе­
ва, которая учитывает смещение частицы от линии тока под действием ранее
рассмотренных сил Ван-дер-Ваальса, тяжести, Архимеда и электрокинетиче­
ских.
Осуществив оценку гидродинамики потока через прямоугольную пору,
получили следующие выражения для расчета фракционных коэффициентов
отсева для пор, у которых соответственно а> b кЬ> а:
'"'">-'^*7^"'^'-^7b*i^*^»"^'*^&b*^*'"'^'-' <"'
Ф.,« -i^^^^^y-^■^*^Ф'"'^'**3;|т*5.*..*)'.
(20)
При аппроксимации основных размеров фильтровальной ячейки в моно­
слое ФМНПС распределением Вейбулла расчет его фракционного коэффи­
циента отсева можно вести численным интегрированием выражения
\р.
"шах ''тах
f
{фйИ-М"""*'^"'"^^? -
■шах
\
"mm
Ja''''*'b''**'exp
а '
Kb.J
уЬь
dbda
(21)
dbda
где Ьа, Ъь л Ра, Рь " парамвтры масштаба и формы распределения Вейбулла.
И1ггегрирование выражения (21) для учета ситового отсева необходимо
вести с ограничением Щаь. da) = 1 при d>aw.d>bvL использовании для фрак­
ционного коэффициента отсева прямоугольной поры формулы (19) при а>Ьи
формулы (20), если Ь>а.
■
19
, .
Автором на основе ячеистой и волоконно-решетчатой моделей разрабо­
тана стохастическая ячеисто-решетчатая модель фильтрования, которая учи­
тывает все механизмы задержания и обеспечивает высокую точность расчета
ф^ф. Синтез этой модели осуществлен на базе уравнений (14) и (21) с нахож­
дением безразмерной координаты отсева по формуле е ^ = 2ф ^,й, /d
Сравнение результатов моделирования разделительной способности
ФМНПС по стохастической ячеисто-решетчатой модели с эксперименталь­
ными данными (рис. 4) показало xopoinyro их сходимость. Погрешность рас­
чета ф</ф по ДМ, учитывающих только ситовый отсев ДФ, довольно велика.
Разработанные модели фильтрования применены для разработки полно­
поточных фильтров с повышенными пропускной способностью, грязеемкостью и сроком службы. Они позволили обосновать требования к поровой
структуре и предложить методы повьппения эффективности ФМНПС, исходя
из назначения и способа включения Ф Э в СС дизеля. Модели использованы
при выборе наиболее рационального для конкретных условий работы Ф М ,
определения путей совершенствования Ф Э и обоснования притщгюв ком­
плектования СС дизелей современными МО.
В пятой главе изложены основы расчета эффективности очистки в цен­
тробежном поле Г С М с полидисперсным загрязнителем. Моделирование в
одно- и многомерной постановке разделения сложных многофазных систем
центрифугированием и сепарированием осуществляли на системном подхо­
де. Новизна полученных моделей осаждения Д Ф заключается в учете:
- сложной гидродинамической обстановки в аппаратах, в частности
влияния на отсев частиц распределения меридионалып.1х скоростей в межта­
рельчатом потоке сепаратора, действия на суспензию не только инерцион­
ных, но кориолисовых сил;
- формы и концентрации частиц, взаимовлияния их на сопротивление
движению каждой из них, нарушающего закон Стокса;
- совместного влияния детерминированных и случайных факторов на
осаждение частиц;
- интенсивности случайных воздействий на осаждение ДФ загрязнений.
Если центрифугирование считать простым марковским процессом, то
стесненному осаждению частиц в роторе ЦО (рис. 5) согласно уравнению
Холмогорова - Фоккера - Планка может быть поставлена в соответствие
следующая начально-краевая задача:
dW _
9т
J-2 djrW)
дг
д^
дг
-2^,,. 5 Ж |
G,=-2h^FW +
1
2
„ „.,
. „,|
=0; W1 _ =0; W\ =
2F
(22)
где а, =p^^a-d-/lSk^k^n„ ; b^ ^ba^ji^nk^k^v^df; р^ =Р„ - р „ ;
К-^^-Л
л„ - г„
= {к,-г,)^;Ч
^ Ь,
= ^{к^-г,Гт,
Ь,
г- = - ^ — ; П , = R„ - г.
ЯЦ
20
Pd > Рм ~ плотность ДФ и масла; ш - скорость вращения ротора ЦО; к^ и к^коэффициенты, учитывающие отклонение гидравлического сопротивления
частицы от рассчитываемого по закону Стокса, которое обусловлено стес­
ненностью движения и формой частиц.
Плотность вероятности W{r,x) отождествлена с относительной концен­
трацией частиц в сечении г в момент f. Граничное условие W=0 соответст­
вует полному связыванию частиц, достигших стенки ротора. Условие G^ = О
при г -г^ характеризует полное отражение частиц от колонки ротора, т.е.
поток вероятности в направлении г на внутреннюю обечайку ротора равен
нулю. Начальное условие W{r,Q) = 2г /{Ra-r^) указьгоает на то, что плотность
вероятности W^ в поступающем на очистку потоке равномерно распределена
во всем объеме жидкости.
С достаточной для практических целей точностью поправочные коэф­
фициенты к закону Стокса оценены зависимостями
к,^\ + 5,8с, + 2i,9cl; Л^ = 2,3-2,5v|/^ + 1,2ч/1■
Интенсивность bor случайных воздействий является квазидиффузионным
параметром и отвечает за подвижность частиц в роторе центрифуги. Ее рас­
считывали по выражению, найденному методом множественной корреляции
0,65 f
л „у
,0.37 .
LSu +Q.
Фл,
/
0,8
/
/
/
/
1
/ 1
/ <
0,6
0.4
'
Рис. 5. Расчетная схема ЦО
l
f/
1
^'<:::'^^
■ > - *
i
t
/ i
/
/ //
0,2
бц+бп
/ *
/'
2^
1
f // i
/ ij
/' \ /г
0
/У
5
— экспериме!1т;
— расчет по С:М(22);
— расчет по/ЦУ1
10
15
20rf,MKM
Рис. 6. Зависимость ф^ц от размера частиц
21
Фракционный коэффициент отсева (стационарный режим центрифуги­
рования) определяли через концентрацию частиц в фугате к моменту
т„ = Я „ / и , = uHJRl
-г^)lQ^:
Ф А = 1 - М'^'^^ц)^'
(23)
где V.- средняя осевая (в направлении z) скорость потока жидкости в ЦО;
Тц - время воздействия центробежного поля на ДФ.
Задачу (22) решали численным методом с использованием конечноразностных схем. Теоретическая кривая располагается в пределах довери­
тельного интервала экспериментальных данных (рис. 6). По критерию Вилькоксона рассчитанная по С М (22) и экспериментальная зависимости принад­
лежат одной генеральной совокупности. Для зависимости, полученной по
существующим расчетньпи методикам, которые имеют детерминированную
основу, подобного вывода сделать нельзя. Результаты расчета с использова­
нием Д М по отношению к экспериментальным данным завышены в 1,5-2,3
раза.
Анализ результатов расчета по С М разделительных процессов в ЦО раз­
ного типа позволил предложить следующие методы повышения эффективно­
сти очистки М М центрифугированием:
- уменьшение в очистителях полнопоточного типа толщины подвижного
в осевом направлении слоя и смещение его конструктивными мерами на
больший радиус, вплоть до грязевого пространства;
- усиление подвижности частиц и флуктуации их скорости за счет гид­
родинамических и тепловых воздействий на ДФ;
- формирование в центрифугах с комбинированным сливом радиальноосевого потока так, чтобы полностью использовался полезный объем ротора;
- интенсификация отфуговывания частиц в ЦО частично поточного типа
за счет увеличения толщины подвижного слоя, что способствует повышению
эффективности очистки М М , особенно от мелкодисперсных загрязнений;
- оптимизация потока масла через ротор (параметр и,) для достижения
самой высокой интенсивности очистки.
Предложенные модели способствовали разработке методов управления
механизмами отфуговывания загрязнений М М в ЦО для достижения много­
функционального или избирательного их действия. Они позволили опреде­
лить условия, при которых возможности рассматриваемого способа очистки
Г С М используются наиболее полно.
Моделирование процессов разделения гетерогенных систем в центро­
бежном поле при решении многомерных задач заключалось в комплексном
учете детерминированного и случайного воздействия на скорость движения
частиц по нескольким координатам. Примером такой задачи является оценка
эффективности очистки Г С М в центробежных сепараторах (ЦС), в которых
движение ДФ рассматривается в межтарельчатом пространстве с использо­
ванием биконической системы координат дс и j^ (рис. 7).
22
Траектория движения осаждаемых частиц, которая формирует их отсев,
определяется соотношением и„(х, у) и мДх, у). В результате идентификации
сил, действующих на частицы в центробежном поле, составления и решения
системы уравнений взаимодействия между ДФ и вязким потоком жидкости
получили следующие выражения для расчета скоростей частицы
Рзфдссо^'ш'а
(
^
(
\ Рзф^со'^'а'п'асо^а
^Лх.у)=
, „ . , ..
ттгГТ,
^ЛХ.УП ИД^.З')=
■ ^^^^'^2^)
\U^k^\i„
Uk^k^ii^
Меридиональную скорость осесимметричного потока в сепараторе, та­
релки которого выполнены без направляющих ребер, определяли по Iформуле:
(26)
п (х,у)=
^
J e x f l - l ^ W ^ + exp - A I I - T ^ I xsinxll"сУ
где Qc - пропускная способность ЦС; Z^ - число тарелок; X. = /г^ycosina / v „ .
—
0,8
—
1
1
1
/
/
/
0,6
i
Г
>^
'
1
/
/ ч
у>
0,2
ство сепаратора
/^
//
/
/
0,4
Рис. 7. Межтарельчатое простран-
.'1
эксперимент;
/
расчет по C M (27);
{засчетпоДМ /
.?sS
О
»
2
.
4
6
8
„ .
10^,мкм
Рис. 8. Эффективность сепарирования
по разным моделям
Начально-краевая задача сепарирования представлена следующей сис­
темой уравнений:
dW
дт~
d{u,iV)
дх
d{uyW)
ду
by dw
2 ду
Ж(дс,т)=0 при у = 0;
b, d^fV , *j, d^W
2 дх^
2 ду^
= 0 при J ' = А^ ;
Wix^.x^O)
(27)
23
Эффективность сепарирования оценивается показателями ф(/с и (pi, через
относительную концентрацию частиц диаметром d и всех размеров на выхо­
де из межтарельчатого зазора аппарата:
VlJ^tУiw\
i
..
Ф.=1-°
dy
«"'mm
-%(^)
^
;
(28)
Фс=1-1 1 ^ ^ ^ ^ ' U ™ . ' ^ 0
0
(29)
"JOB
где щ„- среднее значение скорости на координате Xmin.
Показатель by, служащий квазидиффузионной характеристикой процесса
сепарирования и обусловливающий степень подвижности частиц в аппарате,
определяли по выражению
/ I
fe =1,62.10-'Ч"'"
::
VS^n^xSma
Of,
^0■2V
Л *>< ^ 2. Ч"-'*
^m i
g
с,0,32
.
(Зтс/гД^ц^й?)^
(30)
где UQ - характерная скорость движения потока.
Критерием применимости ДМ очистки и адекватности ее реальным ус­
ловиям сепарирования служит определенное экспериментом соотношение:
{Рэл^ш.п'О^*^^ sinacosa
h = lOfe j ^ ^ """
'■J
m.k^n^by
^ 5.
Реализацию задачи (27) для заданных начальных и краевых условий
осуществляли методом контрольного объема. Сетка деления фазового про­
странства выбиралась по условиям достижения требуемой точности расчета.
Разностные уравнения решали итерационным методом.
Анализ использования различных сеточных методов, использованных в
расчетах эффективности очистки М М в дизелях как фильтрованием, так и
центрифугированием (сепарированием), показал:
- универсальной конечно-разностной схемой численного решения рас­
сматриваемых задач следует считать метод переменных направлений с цен­
тральными разностями и расщеплением стохастических дифференциальных
уравнений по координатам г и 9, г и z, х и j ;
- для расчета систем с неустойчивой ДФ при их разделении в аппаратах
со сложной гидродинамикой оптимален метод контрольного объема, так как
он позволяет соблюсти баланс вероятности в условиях отфуговывания за­
грязнений с изменяющимся дисперсных составом;
- большинство краевых задач центрифугирования рационально решать
методом прогонки с аппроксимацией "против потока", устойчивой независи­
мо от соотношения конвективных и диффузионных членов уравнений Кол­
могорова - Фоккера - Планка.
Возможности стохастического и детерминированного подходов в оценке
эффективности сепарирования при X = 3-6 показаны на рис. 8.
24
Разработанная стохастическая модель (27) использована для обоснова­
ния комбинированных и автоматизированных систем тонкой очистки масла
(СТОМ), подбора ЦС для СС мощных форсированных дизелей и выбора оп­
тимальных режимов сепарирования М М с разным уровнем моющедиспергирующих свойств.
В шестой главе осуществлена разработка и оценка эффективности ме­
роприятий по сокращеншо расхода М М в судовых тронковых дизелях. Про­
веден комплекс исследований по оценке влияния угара масла на его старение
и состояние дизеля. В результате физического моделирования и моторных
испытаний выявлена область угара, при котором обеспечиваются самые вы­
сокие технико-экономические показатели ДВС.
Разработаны новые научно-технические решения по сокращению в 1,3-2
раза расхода масла в дизелях путем уменьшения его угара и увеличения сро­
ка службы. Предложены конструкции поршневых колец с повышенным масjmcbeMHbiM действием. Уточнены браковочные показатели М М с учетом ус­
ловий его использования, форсировки двигателя и качества применяемого
топлива. Получены зависимости для расчета значений браковочных показа­
телей по допустимому срабатыванию многофункциональных присадок.
Экспериментальное исследование старения М М в форсированных трон­
ковых дизелях показало, что снижение угара масла изменяет основные на­
правления его старения. Интенсифицируется смолообразование и термоокис­
лительная деструкция углеводородов, растет концентрация грубодисперсных
и падает содержание мелкодисперсных примесей в масле, наблюдается его
карбонизация. При увеличении угара более 3 г/(кВт'ч) усиливается коллоид­
ное загрязнение масла НРП, в нем образуется больше кислородосодержащих
и кислых продуктов окисления.
В дизелях типа ЧН24/31, работающих на топочном мазуте М-40В (ГОСТ
10585-76) и масле М-10Д2(цл20) (ГОСТ 12337-84) при снижении угара с 4,5
до 1 г/(кВтч) содержание См смол в конечных пробах масла возрастало с 7,8
до 14,6 % (рис. 9). Особенно интенсивно смолообразование повышалось при
уменьшении gy с 4,5 до 2 г/(кВтч). На участке угара 2-0,7 г/(кВтч) рост См
замедлялся.
Степень СО окисления масла, определяемая по присутствию карбонилсодержащих соединений, в диапазоне угара 4,5-0,7 г/(кВтч) находилась в
пределах 5,3-13,2 % . В эксперименте зафиксирована более интенсивная тер­
моокислительная деструкция углеводородов масла при работе дизеля с уга­
ром ниже 2 г/(кВт-ч). Хроматографическое разделение на этапах работы с gy
= 0,7-2 г/(кВт-ч) показало увеличение количества деструктированных угле­
водородов почти в два раза по сравнению с этапом, когда угар составлял 4,5
г/(кВт-ч). Их содержание находилось в пределах от 6,3 до 12,1 % .
Щелочность масла в конечных пробах работавшего масла М-10Д2(цл20)
составляла 8-12,2 мг КОН/г. Наибольшее значение этого показателя при­
шлось на этап с gy = 3 г/(кВт-ч), наименьшее - при работе дизеля с угаром
0,7 г/(кВт-ч). Зависимость U\(gy) носит экстремальный характер. Самые вы-
25
сокие нейтрализующие свойства масла наблюдались при угаре 1,3-3
г/(кВтч). Причем максимум соответствовалgy = 2,2 г/(кВт-ч)(см. рис. 9).
Зафиксированная по концентрации ИРП зависимость cj^^) имеет экс­
тремальный характер. Минимальное содержание нерастворимых продуктов
соответствует gy= 1,7 г/(кВт-ч). Отклонение угара М М от данного значения
п р и в о д и т к р о с т у Cj.
См,Са%;
Щ,мгКОН/г
0,5
1,0
1,5 2,0 2,5 3,0 3,5gy, г/(кВт-ч)
Рис. 9. Влияние угара масла на его старение
и состояние дизеля 5ЧН24/31
Исследование влияния угара на состояние дизеля показало, что в облас­
ти gy = 1 ,2-2 г/(кВтч) его изнашивание протекает с наименьшей интенсивно­
стью. Объясняется это лучшим состоянием М М . Увеличение угара выше 2
г/(кВт-ч) приводит к интенсивному озолению масла и росту концентрации в
нем НРП, что способствует повышению И. Это же явление при уменьшении
gy ниже 1,2 г/(кВт-ч) обусловлено также увеличением содержания в М М не­
растворимых примесей и укрупнением ДФ загрязнений.
Выявлен угар масла, при котором нагаро- и лакообразование ДВС наи­
менее интенсивно (см. рис. 9). Величина gy, препятствующая образованию
нагаров на поршнях в наибольшей мере, соответствует 2-3 г/(кВт-ч). Угар
26
ниже 2 г/(кВтч) интенсифицирует лакообразование на юбке поршня и мо­
жет вызвать забивание его дренажных отверстий отложениями. Это явление
объясняется повышенным смолообразованием при работе с gy = 0,75-2
г/(кВтч). Эксплуатация дизеля с gy > 3 г/(кВт-ч) вызывает рост нагаров в вы­
сокотемпературной зоне поршня, что связано с интенсивным старением мас­
ла при высоком угаре.
Давая общую оценку влияния угара масла на его старение и состояние
д в е , можно отметить, что в диапазоне gy = 1-2,5 г/(кВт-ч) создаются самые
благоприятные условия для эксплуатации форсированного дизеля с мини­
мальной скоростью изнашивания и нагаро- и лакообразования деталей ЦПГ.
Старение масла М-10Д2(цл20) в этом случае проходит с наименьшей интен­
сивностью, что создает условия для перевода его в разряд долгоработающих.
Особо необходимо отметить, что снижение угара масла ужесточает требова­
ния к очистке М М . Сохранение угара на низком уровне в течение длительно­
го периода требует увеличения эффективности очистки масла от НРП.
Физическое моделирование старения масла по различным направлениям
показало, что в диапазоне угара 1-5 г/(кВт-ч) его интенсивность, рассчиты­
ваемая по формулам (4) и (5), может быть скорректирована выражением:
а, = 0,245 gy--0,265 gy +0,59.
(31)
Расчет поправки на удельную скорость загрязнения масла НРП и сраба­
тывания присадки ведется по зависимости (31). Корректирующий коэффици­
ент а, принят равным единице при gy = 2 г/(кВт-ч).
Анализ зависимости (31) позволил опровергнуть мнение, что увеличен­
ный маслообмен при компенсации угара доливом свежего масла улучшает
состояние масла. Установлено, что за пределами gy= 1-3 г/(кВт-ч) состояние
М М ухудшается. Вызвано это тем, что при повьпиении gy более 2 г/(кВтч)
приращение интенсивности старения М М опережает рост угара, а при низких
gy маслообмен недостаточен для поддержания с^ и с„ на должном уровне.
Зависимость обобщенной скорости изнашивания от величины угара мас­
ла можно представить следующим уравнением:
M = 25.07-44,89gy + 4,958К,м + 53,84р„, -3,71gyK™- 21,62g^„, + 15,71K™;j„, + 25,46g^,
(32)
где Ктм - показатель качества применяемых Г С М , который задается произве­
дением зольности масла на Кт.
Функция отклика И в приведенном выражении представляет сумму ско­
ростей изнашивания основных деталей ДВС, взятых с одинаковым значением
коэффицие1гга весомости. Изнашивание их представлено в безразмерном ви­
де (%) относительно значений на базовом этапе испытаний: gy = 2 г/(кВт-ч),
К™ = 4,р„г=1МПа.
Зависимость (32) получена на основе проведения моторного экспери­
мента в форсированных дизелях фирмы «Васа-Вяртсиля». Проверка ее рабо­
тоспособности осуществлена в СОД действующего парка. Расхождение меж­
ду расчетным по формуле (32) и экспериментальными данными не превыси­
ло 20 % . Среднеквадратичное отклонение составляло ±12 % .
■ 27
Исследование зависимости (32) на экстремум показало, что существует
оптимальный угар g^^, при котором И достигает минимума:
g ^ , =0,88+ 0,073 К™ + 0,42/..„.
(33)
Результаты моделирования старения М М и изнашивания ДВС при раз­
ном угаре М М подтверждены на большом числе двигателей, эксплуатируе­
мых в составе СДЭУ. Полученные зависимости использованы для обоснова­
ния оптимального угара в различных типах судовых тронковых дизелей.
Для сокращения угара масла в дизелях использованы следующие мето­
ды:
- применение поршней с минимально допустимыми зазорами по втулке
цилиндра и оптимальной геометрией боковой поверхности, в том числе
овально-бочкообразной формы;
- использование для изготовления поршней материалов с малым коэф­
фициентом линейного расширения;
- снижение температуры поршней за счет их интенсивного охлаждения;
- выбор оптимальных профилей, расположения и количества поршневых
колец, увеличение площади проходных сечений дренажа М М ;
- использование маслосъемных колец с заданной эпюрой радиальных
давлений, с экспандерами, минутных, торсионных и др.;
- применение новых материалов и антиизносных покрытий при изго­
товлении колец.
Обобщение результатов исследования старения унифицированных М М в
дизелях различного уровня форсировки и технического состояния при ис­
пользовании высоковязких топлив широких фракционного и группового со­
ставов дало возможность проанализировать влияние угара и эффективности
очистки масла на его срок службы. Были определены условия, при которых
интенсифицируется изнашивание и нагаро- и лакообразование. Обработка
результатов экспериментов на основе корреляционного анализа позволила
получить для уточненных значений браковочных показателей следующие
выражения:
Пбр = 0,3р1 - 0,26р^ + 1,5К, + 0,31р^К,;
<34)
Щбр = 0.35pL - 0,31р^ + 0,955, + 0,18;;„,5,.
(35)
Полученные выражения адекватны для дизелей с р„,е ДО 2 МПа при при­
менении топлив с массовой доли серы не более 5 % и значений К^ в диапазо­
не 0,2-1,8. При этом качество применяемого масла должно соответствовать
сжигаемому топливу с учетом форсировки и быстроходности дизеля.
По результатам оценки влияния угара на старение масла разработаны
эксплуатационные мероприятия по сокращению его расхода в дизелях. Ос­
новными из них являются:
- применение масел с повышенными вязкостью и индексом вязкости, а
также низкой испаряемостью;
- оптимизация концентрации многофункциональных присадок в масле с
учетом качества топлива и форсировки дизеля;
28
- использование унифицированных масел с высокой термо- и водостой­
костью и низкой эмульгируемостью, повышенными антиизносными, анти­
коррозионными и моюще-диспергирующими свойствами;
- тонкая очистка М М полнопоточным фильтрованием с дополнитель­
ным центрифугированием его для торможения старения.
В седьмой главе представлены новые научно-технические решения по
повышению эффективности СС в судовых тронковых дизелях. Ресурсосбере­
гающее маслоиспользование достигалось за счет:
- уточнения композиций присадок к унифицированным маслам;
-улучшения эксплуатационных свойств унифицированных М М путем
повышения эффективности их работы на низкотемпературных режимах
смазки и перевода некоторых из них в разряд топливосберегающих;
- достижения синергизма при взаимодействии сукцинимидов и модифи­
каторов трения (МТ) с присадками, входящими в унифицированные масла;
- разработки К М О К высокого функционального уровня.
Была уточнена базовая композиция присадок, на основе которых осуще­
ствлялась унификация М М . Испытания многофункциональных присадок
MACK и Г Ш С в составе унифицированных масел показали, что максималь­
ный синергизм по противоизносным, моющим и диспергирующим свойствам
с рациональным удаленным МО, образующихся при их использовании про­
дуктов старения наблюдается при соотношении рассматриваемых компонен­
тов 3:2. В этом случае наблюдается самый выгодный баланс эксплуатацион­
ных свойств М М при длительном использовании в форсированных ДВС, ра­
ботающих на низкосортных топливах.
Достоинством уточненной композиции присадок являются высокие вла­
гостойкость, протиБОИЗНосные и антинагарные свойства легированных ими
ММ. Дисперсная фаза НРП в таких М М стабильна и обладает хорошей разделяемостью в центробежном поле, что исключает полировку цилиндров
ДВС и значительное повышение угара масла при длительном его использо­
вании без смены.
Проведенными экспериментами доказана рациональность добавок в
унифицированные масла термостойких сукцинимидных присадок. Преиму­
щество таких композиций особенно велико при использовании масла в усло­
виях обводнения, а также при низкотемпературных режимах работы дизеля с
высокой продолжительностью переходных режимов.
Для уточнения номенклатуры унифицированных М М и их подбора было
проведено моделирование эффективности функционирования комплекса
ДЭТМО по различным критериям. Интегральную оценку изнашивания дизе­
ля в составе рассматриваемого комплекса предложено осуществлять по зави­
симости
И = -66,5 - 1,259с„ + 37,5К, + 129,2р„, - 12,к„К, - 3,643с„р„, +
+ 36,87К,р„ + 0,б5с„^ +136,8К^.
(36)
Базой в расчете И принято изнашивание деталей дизеля (р„^ = 1 МПа)
при его работе на топливе Л-0,2-61 (Кт = 0,2) и масле М-ЮГгСцс) (с„ = 13 % ) .
29
Увеличение концентрации присадок в масле и, следовательно, улучше­
ние его эксплуатационных свойств благоприятно сказывается на износе дизе­
ля только до определенного значения с„. При высоких конце1гграциях зольных
присадок, особенно при работе на качественных топливах, с повышением с„
наблюдается рост И. Чем дефорсированнее дизель, тем резче выражена такая
тенденция. Этот факт подтверждается не только проведенным моделирова­
нием, но и результатами длительных судовых испьгганий.
Эксперимент позволил выявить концентрацию присадок, обозначенную
Cnopti при которой скорость изнашивания дизеля минимальна. Ее величина за­
висит от качества применяемого топлива и форсировки дизеля:
Спор. = 0.97+ 93К,+2,8р^.
(37)
По результатам моделирования на основе зависимостей (36) и (37) уточ­
нена номенклатура унифицированных М М и даны рекомендации к их при­
менению с учетом форсировки дизеля и качества используемого топлива.
Номенклатура М М в диапазоне вязкости 10-16 сСт при 100 "С расширена
по щелочности до 40 мг КОН/г.
Моторным экспериментом на стендах установлена эффективность доба­
вок в композицию унифицированных М М термостойких сукцинимидов типа
С-5АМ. При концентрациях в масле 1-3 % значительно облегчается работа
фильтра тонкой очистки масла, полнопоточного (ФТОМП). Срок службы Ф Э
увеличивается в 1,5-2 раза. Масса низкотемпературных отложений в картере
двигателя и в элементах его СС снижается в 4-6 раз. Уменьшается лакообразование на юбках поршней на 40-70 % . Особенно эффективна композиция
присадок MACK и ПМС с добавками сукцинимидов при обводнении масла.
При этом работа Ф Т О М П не нарушается при содержании воды в масле до 5 % .
С целью исследования влияния различных МТ на ресурсосберегающее
маслоиспользование был проведен комплекс лабораторных и моторных ис­
пытаний. Выявлен антагонизм и синергизм отдельных из них при взаимодей­
ствии с присадками многофункционального и направленного действия, кото­
рыми легируются унифицированные масла. Некоторые модификаторы ин­
тенсивно удаляются из СС при применении современных КМОК.
Проведено ранжирование МТ по противоизносному и топливосберегающему действию при добавках в унифицированные масла. Показано, что
нерастворимые в масле модификаторы, например такие как Т Ф Э , ER и ГМТ,
требуют особой технологии использования. Ввод их в масло на стадии про­
изводства М М не желателен.
Возможности МТ в судовых быстроходных форсированных дизелях по­
казаны в табл. 1. На примере форсированного дизеля 6L108A2 видно, что
эффективность модификаторов ПАФ-4, Э-ЗОООМ (отечественный аналог Э3000) и ГМТ в сравнении с изнашиванием его деталей при работе на масле
М-6з/14ДМ без добавок МТ находятся в соотношении 100:66:67:57. Сниже­
ние расхода топлива на номинальном режиме работы составило 9-12
г/(кВтч). На угар масла и нагаро- и лакообразование добавка МТ практиче­
ски не повлияла.
30
Влияние МТ на экономические и износные показатели
судового дизеля 6L108A2 (6ЧН10,8/13)
Показатель
Износ деталей, мг:
первое компрессионное кольцо
маслосъемное кольцо
комплект поршневых колец
Цилиндровая втулка, мкм:
верхний пояс
средний по втулке
Вкладыши шатунных подшипни­
ков, мг
Мотылевые шейки коленчатого
вала, мкм
Расход топлива, г/(кВт ч)
Угар моторного масла, г/(кВт- ч)
Нагаро- и лакообразование,
Балл
Масло
ЛЛ6,/14ДМ
Таблица 1
Добавка 2 %
модификатора
ПАФ-4
Э-ЗОООМ
ПИТ
203
126
483
164
92
304
170
85
285
142
76
274
24,3
12,5
18,5
8,4
17.4
9,1
14,8
7,2
56.4
38.4
41,6
8,2
9,2
216
2,3
6,3
204
2,3
6,8
207
2.1
7,1
205
2,4
8,7
7,5
9.2
8,5
Моделирование эффективности металлоорганических плакирующих со­
ставов при добавке в унифицированные М М проведено с квазиэпиламным
модификатором Э-ЗОООМ, который на предварительном этапе испытаний хо­
рошо сочетался с многофункциональными присадками и не удалялся МО.
Планирование активного эксперимента и проведение его в дизеле ЧН8,5/11 с
регулируемым наддувом (моторная установка ИМ) позволили получить сле­
дующую зависимость:
И = 98,03~ 18,44с^ -40.04р^ + 3,\&N„ - 12с„р^, •0,6123c„JV„ +5.47с^ +72.52р^ +0,134Л^„^
(38)
где с„ - концентрация модификатора, % ; N^ - число «холодных» пусков.
Эксперимент вели при варьировании факторов в диапазонах: с„т.= 0-4 % ,
Pmt = 0,5-1,5 МПа. Фактор Л^„ на этапах испытаний за 100 ч изменяли в пре­
делах 0-20. Судовые испытания подтвердили эффективность легирования
М М модификаторами в концентрациях 1-3 % . Ввод МТ в унифицированные
масла особенно благоприятно сказывается на работе дизелей с g,, = 1,2-2
г/(кВтч). Это мероприятие способствовало длительному сохранению угара М М
на нижнем уровне, так как снижает изнашивание маслосъемных колец в 1,5-2,2
раза. Применение М Т компенсирует некоторое увеличение расхода топлива,
вызванное повышением удельного давления маслосъемных колец на втулку ци­
линдра из-за усиления экспандерами их маслосъемного действия.
Разработка комбинированньк систем тонкой очистки масла (КСТОМ),
использующих достоинства очистки масла фильтрованием и центрифугиро­
ванием, осуществлена на основе следующих принципов:
- разграничения функций агрегатов очистки таким образом, чтобы наи­
более полно реализовывались преимущества полнопоточного фильтрования
31
для защиты пар трения двигателя от крупных абразивных частиц и центри­
фугирования для глубокой очистки масла от тонкодиспергированных, осо­
бенно зольных, нерастворимых примесей;
- последовательно-параллельного включения агрегатов очистки в СС ди­
зелей и оптимизации их параметров для полного использования возможностей
каждого из очистителей, что достигается уменьшением массы полнопоточно
фильтруемого холодного масла, увеличением доли центрифугируемого М М ;
- поддержания высокой интенсивности очистки масла центрифуги­
рованием на всех скоростных режимах работы дизеля путем автономной
подачи его на очистку и раскрутку ротора, установки напорного и
переливного клапанов.
По результатам моделирования обоснованы главные направления интен­
сификации очистки М М в судовых д в е . Определены условия, при которых
возможности рассмотренных способов разделения сложных дисперсных сис­
тем (к ним относятся загрязненные продуктами своего старения работающие
ММ), используются наиболее полно.
В итоге разработаны методы управления механизмами отсева НРП для
достижения избирательного действия МО. Это позволило прогнозировать
перспективные направления интенсификации разделения сложных коллоид­
но-дисперсных систем и наметить пути разрешения характерных для фильт­
ровальной техники противоречий.
Разработаны три базовых варианта системы тонкой очистки М М в ДВС:
полнопоточной (ПСТОМ), комбинированной (КСТОМ-1 и 2) и автоматизи­
рованной (АСТОМ 1 и 2). Возможности каждой из них можно расширять за
счет изменения характеристик МО и комплектации СС разньпли средствами
очистки.
С использованием результатов теоретических исследований процессов
фильтрация и центрифугирования осуществлена разработка и комплектова­
ние СС судовых тронковых дизелей МО нового поколения. Параметры
СТОМ подобраны и оптимизированы с учетом состава и режимов работы
комплексов ДЭТМО с различными ДВС (см. табл. 1).
Анализ рекомендуемых СТОМ показал, что для дизелей без наддува и с
удельной скоростью загрязнения масла НРП менее 0,05 г/(кВт-ч) допустимо
только полнопоточное тонкое его фильтрование. При сжигании топлива с К^
> 0,8, особенно в дизеле с р,„е > 0,9 МПа, использование КСТОМ обязатель­
но. Для дизелей с Ре„ > 4 тыс. кВт и прокачкой масла через СС более 60 м^/ч
вместо фильтра масляного, полнопоточного (ФМП) предпочтительнее ис­
пользовать саморегенерирующийся фильтр (СРФ). В СДЭУ с классом авто­
матизации А1 желательно применять АСТОМ, сочетающие полнопоточные
фильтры Ф М П и С Р Ф с самоочищающимися ЦО.
Схема включения МО в СС форсированного дизеля (КСТОМ-1), в кото­
рой реализованы ранее изложенные принципы комбинированной очистки
масла, имеет следующую особенность. В ней главный и вспомогательный
контуры очистки гидравлически связаны. Подача на фильтр предварительно
центрифугируемого масла увеличивает продолжительность работы Ф Э без
32
закупорки пор. Перераспределение "грязевой" нагрузки между центрифугой
и фильтром с уменьшением доли загрязнений, удаляемых последним, спо­
собствует росту срока службы Ф Э .
Функции агрегатов очистки в КСТОМ-1 разграничены так, что для за­
щиты пар трения двигателя от наиболее опасных крупных частиц загрязне­
ний используются преимущества полнопоточного фильтрования, а для глу­
бокой очистки от катализаторов окисления (тонкодиспергированных зольных
нерастворимых примесей) - достоинства центрифугирования.
При последовательной схеме подключения фильтра и масляной центри­
фуги с наружным приводом и с напорным сливом (МЦН-НС) имеется режим
центрифугирования, создающий самые благоприятные условия для функ­
ционирования ФТОМП. Проведенными исследованиями была установлена
оптимальная подача М М в центрифугу, при которой срок службы Ф Э макси­
мален. При этом режиме центрифугирования не только увеличивается Т^ но
и масло стареет с наименьшей интенсивностью а, из-за минимального накоп­
ления в нем продуктов срабатывания присадок и изнашивания дизеля, спо­
собствующих окислению М М (рис. 10 а, б).
pt, см/с
'Лоо! ~
0,015'; К у
о
3
4
5
ц^, см/с
/
g
/
/
0
)
/а
0
/
4
5
а, см/с
150 250
350
450 550
б
в
Рис. 10. Оптимизация характеристик ЦО с напорным сливом
К„
В результате моторного эксперимента установлено, что оптимальная
осевая скорость Ujopt потока в роторе центрифуги зависит главным образом от
ее фактора разделения Fr, дисперсного состава загрязнителя масла и плотно­
сти частиц ДФ. Последние показатели определяются зольностью масла 3„ и
величиной Кг.
33
Осуществлена линеаризация функции Ujopt от перечисленных параметров
и получен критерий К„ =:РгК°'''^/з°''*, по которому можно обобщенно оп­
ределить влияние качества топлива, масла и рабочих характеристик центри­
фуги на эффективность разделения сложных гетерогенных систем.
На примере дизеля 6VDS26/20AL1 (6ЧН20/26) показана эффективность
предлагаемой КСТОМ-1 в сравнении со штатной системой очистки (ШСО)
масла. Сопоставление старения масла М-10Г2(цс) в дизеле 6ЧШ0/26 со штат­
ной и новой системами очистки показывает преимущества КСТОМ-1 по ин­
тенсивности очистки (рис. Н и табл. 2). Так, максимальная концентрация
обыщх и зольных Н Р П (ГОСТ 20684-75) при комбинированной очистке масла
составляла 1,1 и 0,21 % . В то время как при работе дизеля со штатными МО
уровень накопления примесей этого же вида доходил соответственно до 1,9 и
0,37 % , т. е. был в 1,7-1,8 раза выше.
оСО^,%
12
О
500
1000
т,ч
Рис. п. Старение масла М-10Г.(цс) ФЧ*Й?{'^АЦИОНАЛЬИАЛ I
ОЧН20/26 с разными систем: ми о^ЖЩфютЕКА
|
СЛетервург
|
<
" ■■
«а ме акт
:ш
if
'
34
Очищая M M по штатной схеме, степень окисления СО и смолообразова­
ние См доходят до критического уровня, когда интенсифицируется нагаро- и
лакообразование в дизеле (см. рис. 11). Щелочность М М при использовании
ШСО срабатывалась в 1,6 раза интенсивнее по сравнению с его очисткой
КМОК.
Высокий уровень функциональных свойств КСТОМ-1 виден из сопос­
тавления скоростей изнашивания деталей ЦПГ при разных системах очистки.
Использование комбинации ФМП-3 и МЦН-6НС в сравнении с очисткой
масла Ф Г О приводит к агажению этого показателя в 1,3—1,9 раза. Наиболь­
ший эффект от комбинированной очистки масла проявился по мотылевым
шейкам коленчатого вала: достигнуто снижение изнашивания в 1,9 раза. Ме­
нее всего повышение эффективности очистки сказалось на изнашивании ци­
линдровых втулок.
Таблица 2
Моторная эффективность СТОМ при тяжелых условиях функционирования
Показатель
Максимальная концентрация НРП, % :
общих
зольных
Интенсивность очистки масла
от НРП, г/ч:
общих
зольных
Срок службы ФЭ, тыс. ч
Скорость изнашивания деталей ДВС:
комплект поршневых колец, г/1000 ч
цилиндровая втулка,
мкм/ЮООч
вкладыши мотылевых подшипников.
мг/ЮООч
мотылевые шейки коленчатого вала.
мкм/ЮООч
Нагаро- и лакообразование на порш­
нях, балл
Дизели
6VDS26/20AL1
Vasa 32
(6ЧН20/26)
(6ЧН32/35)
ФМП-3+
СРФ-60+
ФТОМП
ФГО
МЦН-6НС
МЦН-7ИС
1,9±0,4
1,1±0,2
0,37±0,04 0,21+0,02
2,6+0,4
14±0,2
0,65+0,1 0,28±0,03
70±20
65±15
0,3±0,1
790+85
8701110
1,3±0,4
290±40
170±20
0,7±0,2
3270±250
1830±160
1,5+0.3
8,7±1,1
5,3±0,6
9,2±1,2
5.6+0,6
8,3±3,2
21.6+2,5
37±6
23±4
185+31
132+16
263+45
202+31
23,4+3,1
12,3±1,4
-
-
14,3±1,8
8,2±1.4
26,8±3,5
15,4±2,1
Для дизелей с высокой прокачкой масла через СС предложена система
его очистки с саморегенерирующимся полнопоточным фильтром и центри­
фугой. Особенностью этой СТОМ является подключение ЦО для очистки
промывного масла СРФ, дисперсная фаза загрязнений которого укрупнена и
легко отфуговывается. Для повышения регенерирующей способности фильт­
ра путем снижения гидравлического сопротивления промывного потока
МЦН выполнена с напорным сливом и имеет автономный подвод масла на
гидропривод от места в СС, где давление жидкости самое высокое.
35
- -
Возможности системы очистки АСТОМ-1 проверяли в дизеле Vasa-32
(6ЧН32/35). Базой сравнения бьши результаты, полученные при использова­
нии масла М-14Д2(цлЗО) и очистке его ФТОМП со сменными Ф Э Н-20 зару­
бежного производства. Моторные испытания велись на указанном М М и то­
почном мазуте М-40В с содержанием серы 2 % . Угар масла на обоих этапах
составлял 1,6-1,74 г/(кВт(ч).
Интенсивность очистки масла от НРП при использовании АСТОМ-1
возросла в 9-12 раз (табл. 2). Наибольшее увеличение ее наблюдалось по
зольным нерастворимым примесям, что объясняется дополнительной очист­
кой масла центрифугированием. При этом стабилизация обпщх и зольных
НРП в масле происходила на уровне в 1,8-2,3 раза более низком.
Комбинированная очистка масла фильтрованием и центрифугиро­
ванием, как видно из результатов моторньге испытаний КСТОМ и АСТОМ,
стабилизирует моюще-диспергирующие свойства унифицированных масел
на более высоком уровне, длительно сохраняет солюбилизирующую способ­
ность некоторых из них, ускоряет перевод промежуточных продуктов окис­
ления в карбеиы и карбоиды, которые легко удаляются центрифугированием.
Очистка М М фильтрованием и центрифугированием наиболее эффективна
при применении зольных масел с высокими моюще-диспергирующими свой­
ствами и топлив с содержанием серы более 1 % .
В восьмой главе приведены результаты комплексного повышения эф­
фективности маслоиспользования в судовых форсированных тронковых ди­
зелях. Совершенствование СС дизелей, находящихся в эксплуатации, осуще­
ствляли по схеме:
- анализ маслоиспользования и выявление наиболее слабых мест в штат­
ных системах смазки;
- моделирование и выбор наиболее рационального сочетания звеньев в
комплексе ДЭТМО;
- обоснование наиболее эффективных методов совершенствования мас­
лоиспользования в конкретных дизелях;
- технико-экономическая оценка результатов комплексного повышения
эффективности маслоиспользования.
Оценку влияния предлагаемых мероприятий на состояние и ресурсные
показатели дизеля давали по результатам имитационного моделирования из­
нашивания и расчета долговечности его основных деталей, а также по дан­
ным эксплуатационных испытаний.
Разработана имитационная триботехническая модель функционирования
системы ДЭТМО, которая позволяет:
- рассчитать молекулярно-механическое, усталостное и абразивное из­
нашивание основных деталей ДВС с учетом кинетики зшрязнения и старения
М М , его моюще-диспергирующих свойств и эффективности очистки;
- исследовать численными методами с использованием П Э В М эффек­
тивность СС при различных сочетаниях звеньев рассматриваемого комплекса;
- определять статистические характеристики изнашивания пар трения
дизелей при использовании перспективных М М и КСТОМ.
36
в результате оценки триботехнических характеристик Н Р П масла пока­
зано, что абразивность их зависит от твердости и размера частиц загрязнения.
Большое влияние на износные свойства ДФ оказывают продукты сжигания
тяжелых топлив, срабатывания зольных присадок М М , которые в результате
карбонизации, коксования и термокрекинга углеводородов в цилиндре ДВС
спекаются и в виде конгломератов попадают в циркуляционное масло. Абра­
зивные свойства нерастворимых продуктов зависят также от содержания се­
ры в топливе и его фракционного и группового составов.
Модель изнашивания основных трибосопряжений дизеля строили по из­
вестной схеме на основе расчета толпщны масляной пленки между компрес­
сионными кольцами и втулкой цилиндра, а также между валом и вкладыша­
ми подшипников. Воспроизводили установившийся процесс изнашивания за
конкретный цикл нагружения по абразивной, усталостной и контактной (молекулярно-механической) составляющим.
Новизна подхода состояла в идентификации триботехнического воздей­
ствия абразивной ДФ на детали трения с учетом кинетики загрязнения и ста­
рения М М по основным направлениям и избирательного удаления Н Р П из
масла очистителями. Изнашивание полагали зависимьпл от качества масла,
эффективности его очистки и случайных факторов: режима работы дизеля и
СС, эксплуатационных свойств М М , триботехнических характеристик ДФ,
шероховатости сопрягаемых поверхностей и интенсивности трения, величи­
ны зазоров в парах трения.
Скорость изнашивания (по объему) устанавливали интегрированием
функции, характеризующей воздействие частиц конкретного размера и проч­
ности на выделенный элемент Да пары трения с размерами Д и i , :
_ ДаР,1, р„
Ио1(2)=
.^
'Т^-^1а)С „ , , , . ,
— g .
:7^^^^^'^'^'
....
(39)
где F{d) - дифференциальная функция распределения по размерам (диамет­
ру) частиц ДФ, поступающих в трибосопряжение; Ua\(2) — скорость переме1цения абразива относительно деталей пары трения.
Параметр и^щг) находили через скорость движения трущихся деталей.
Число циклов п/1(2) воздействия, приводящих к отделению металла при по­
вторных пластических деформациях, выражали через параметры металла.
Глубину hi(2) внедрения частицы находили, сопоставляя ее размеры, толщи­
ну масляного клина и твердость материалов деталей.
Суммируя повреждения, наносимые абразивными частицами разных
диаметров и твердости за рабочий цикл Хц ДВС, получили формулу для рас­
чета объемного износа деталей. Для поршневого кольца она принимает сле­
дующий вид:
И.,а, = 6d,h, ^ J П -^-^^Fid,o^)dddc^dT,
Pd Oa„rf™ "/,(2)0
(40)
где йк - высота кольца; F{d,Стр)- распределение ДФ по размерам и твердости
частиц.
37
Вычислительный эксперимент на основе метода статистических испы­
таний показал хорошую сопоставимость результатов расчета изнашивания
дизелей по имитационной модели с данными замера И в эксплуатации. По­
этому имитационное моделирование использовали для обоснования парамет­
ров СС, его рабочего тела и агрегатов очистки современных тронковых дизе­
лей средней и повышенной частоты вращения при конвертировании на топ­
лива глубокой переработки нефти. Эта же модель была применена для расче­
та остаточного ресурса, оценки технического состояния дизелей, находящих­
ся в эксплуатации, и разработки мероприятий по улучшению их техникоэкономических показателей. Повышение эффективности маслоиспользова­
ния в судовых тронковых дизелях осуществляли на основе:
- перевода большинства двигателей на унифицированные судовые масла
с улучшенньпйи эксплуатационными свойствами, в том числе топливосберегающего типа;
- отказа от использования в СДЭУ морально устаревших ШСО с пере­
оборудованием СС дизелей на очистку смазочного масла К М О К и ФТОМП;
- оптимального управления функцио1гарованием К М О К за счет исполь­
зования самонастраивающегося поискового регулятора оптимальной пропу­
скной способности ЦО;
- оснащения основных типов дизелей с целью снижения угара масла
поршневыми кольцами повышенной эффективности;
- смена М М по уточненным браковочным показателям;
- добавка в унифицированные М М сукцинимицидных присадок для по­
вышения срока службы масляных Ф Э и снижения низкотемпературных от­
ложений в СС;
- использования М Т для снижения расхода Г С М и повышения ресурс­
ных показателей двигателей.
Комплексное повышение эффективности СС судовых тронковых дизе­
лей создает условия для ресурсосберегающего маслоиспользования как при
работе на дистиллятаых, так и на остаточньпс топливах, а также их смесях
(табл. 3). Применение новых разработок, реализованных в ССПЭ, дает воз­
можность:
- сохранить или увеличить не менее чем на 15 % ресурсные показатели
двигателей при конвертировании их на низкосортные топлива;
- затормозить за счет высокоэффективных многофункциональных и на­
правленного действия присадок старение М М па уровне, позволяющем про­
длить его срок службы в 2-6 раз;
- сократить улучшением уплотнительного и маслосъемного действия
поршневых колец угар масла в среднем на 30 % ;
- уменьшить применением высокоэффективных М М и К М О К в 1,3-2,4
раза интенсивность изнашивания основных деталей ДВС и на 30-70 % нагаро- и лакообразование в ЦПГ;
- стабилизировать присадками и эффективной очисткой основные экс­
плуатационные показатели М М на уровне, обеспечивающем при угаре 1,2-2,5
г/(кВтч) перевод унифицированных судовых масел в разряд долгоработаюпшх.
Таблица 3
Результаты комплексного повышения эффективности СС судовых тронковых дизелей
Дизель
ЗД6(6ЧСП15/18)
ДГРЗОО/500 (6ЧН25/34)
ДД102(6ЧСПН 18/22)
ДД104(8ЧНСП18/22)
ДД112(6ЧСПН1В/22)
6NVD36A (6ЧН24/36)
6VD26/20A (6ЧН20/26)
8NVD48A-2U (8ЧН32/48)
5AL25 (5ЧН25/30)
4R22B (4ЧН22/24)
5-824TS (5-8ЧН24/31)
Vasa20 (6ЧН20/28)
Vasa32 (6ЧН32/35)
9L28/32A-F (9ЧН28/32)
6ДР42 (8ЧНРП30/38)
Г-74 (6ЧРПН36/45)
ДРА-3400 (6ЧРН40/48)
Топливо
Масло
Л-0,2-62
СМТ
Л-0,5-62
М-ЮВгС
М-10Г2(цс)
М-10Г2(цс)
Л-0,5-62
Л-0.5-62
СМТ
СМТ
ДТ, Ф-5
СМТ
М-40, Ф-12
М-40, Ф-12
М-40, Ф-12
М-100
М-100
Л-0,2-62
ДМ. Ф-12
ДМ. Ф-12
М-10Г2(цс)
М-10Г2(цс)
М-10Г2(ЦС)
М-10Гг(цс)М
М-10Д2(ЦЛ20)
М-10Г2(цс)М
М-10Д2(цл20)М
М-10Д2(ЦЛ20)М
М-10Д2(Цл30)М
М-14Д2(цлЗО)М
М-14Д2(цлЗО)М
М-14ГБ
М-14Д2(ЦЛ30)
Система
очистки
масла
петом
КСТОМ-2
КСТОМ-1
КСТОМ-1
КСТОМ-2
КСТОМ-1
КСТОМ-2
КСТОМ-1
КСТОМ-1
КСТОМ-2
КСТОМ-2
КСТОМ-2
АСТОМ-1
АСТОМ-1
КСТОМ-2
АСТОМ-2
АСТОМ-2
9yopt,
г/(кВтч)
1,7
1.4
1.5
1.5
1,3
1,6
1,6
1,2
1,4
1,3
1,3
1.3
1,4
1,2
1.6
1,3
Технико-экономические показатели*, %
Долго­
Расход"
Износ
Ресурс**
вечность
масла
139
124
72+6
42±10 .
159
122
46±12
63±5
68±7
64±6
61±6
73+8
75±9
73+8
72±7
54±5
52±6
147
156
164
137
133
137
139
185
192
123
60±7
73±9
53±6
60±8
62±9
48±10
65±4
63±3
135
123
60±10
52±7 .
118
45±10
56±6
179
128
74±5
69±8
65±9
135
145
154
115
116
116
145
120
52±5
58±7
М-14Д2(ЦЛ30)
1,3
АСТОМ-2
14ZV40/48 (14ЧН40/48)
М-14Д2{ЦЛ40)
1.2
67±6
М-100
9ZL40/48 (9ДН40/48)
М-100
М-14Д2{цп40)
АСТОМ-2
1,2
69±8
* Показатели приведены этносительнс) базы (100%), полученной при работе со ШСС.
** Указан ресурс дизелей между переб орками
192
172
149
62±8
124
120
120
114
116
116
132
136
67±9
51±11
58±6
54±9
48+11
39
Моторными испытаниями тронковых СОД на стендах и в эксплуатации
на судах установлено, что использование унифицированных М М с опти­
мальной концентрацией присадок MACK и ПМС в сочетании с другими ком­
понентами при их очистке К М О К позволяет полностью нейтрализовать в ди­
зелях разной форсировки вредное влияние на их состояние 1фодуктов сжига­
ния низкосортных сернистых топлив и старения масла и сократить номенкла­
туру применяемых на флоте нефтепродуктов.
L
Э,%
ШСС\
100
80
70
^ s .
"Ч^
■ "
D
о**0к.
"^'^"-^ о
—
^^ о
j/fi
D
\ s ^ D
90
у
о
;
о
J
^^^^
-"■'''^рсспэ
результаты моделирования;
0 0 судовой эксперимент
0,3
0,6
0,9
1,2
1,5 Кт,отн.ед.
Рис. 12. Эффективность функционирования комплекса ДЭТМО
со штатным и ресурсосберегающим маслоиспользованием
Экономическое обоснование показало, что при применении ССПЭ, по
сравнению со ШСС, приведенные эксплуатационные расходы 3 при работе
СОД на низкосортных высоковязких топливах в среднем уменьшаются на
8 % . Максимальное снижение их в комплексе ДЭТМО наблюдалось при ис­
пользовании топлив с показателем качества 0,6-1,2 (рис. 12). При этом ре­
сурсные показатели дизелей, оборудованных ССПЭ, были на уровне исполь­
зования моторных топлив. Экономический эффект от реализации разработок
по ресуросберегающему маслоиспользованию составляет 65-229 тыс. руб. в
год на дизель. Рациональное маслоиспользовапие на флоте Дальневосточного
бассейна в 2004 г. привело к экономии более 2000 т нефтепродуктов.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Разработана методология решения проблемы ресурсосберегающего
маслоиспользования в судовых тронковых дизелях средней и повышенной
частоты вращения при конвертировании их на низкосортные топлива, в том
числе глубокой переработки нефти. Особенность ее состоит в системном
подходе при исследовании взаимодействия звеньев ДЭТМО при комплекс­
ном повышении эффективности СС дизелей, при котором новые научнотехнические решения улучшают технико-экономические показатели ДВС со­
вместно, вызывая синергетический эффект.
40
2. На системном подходе с использованием теории случайных марков­
ских процессов разработаны:
- модели старения М М и массодисперсного обмена Н Р П в СС тронкового дизеля;
- стохастические модели очистки М М в ДВС фильтрованием и центри­
фугированием (сепарированием);
- модель, идентифицирующая количественные соотношения между ско­
ростью угара и интенсивностью старения масла, состоянием дизеля;
- имитационная модель изнашивания основных трибосопряжений тронковых форсированных дизелей.
Синтезированные модели дают возможность определять условия, при
которых достигается ресурсосберегающее маслоиспользование, позволяют
установить, насколько соответствуют друг другу входящие в комплекс
ДЭТМО звенья и в целом оценить эффективность его функционирования.
3. Установлены новые закономерности старения М М по накоплению не­
растворимых примесей и срабатыванию присадок. Их отличие от сущест­
вующих кинетических зависимостей состоит в учете угара и периодичности
долива масла, переменной интенсивности его очистки, вызываемой накопле­
нием отложений в МО. Для расчета кинетики старения М М по главным на­
правлениям получены зависимости удельной скорости этого процесса от
конструктивных и эксплуатационных параметров дизеля, СС и качества
применяемых Г С М .
4. Новый результат в развитии теории очистки М М фильтрованием и
центрифугированием (сепарированием) достигнут;
- исследованием стесненного движения не одиночных, а взаимодейст­
вующих в ансамбле полидисперсньпс частиц различных форм и концентра­
ций с учетом их торможения от действия пристенных эффектов;
- идентификацией совместного действия на ДФ при фильтровании адге­
зионной, седиментационной и химмотологической групп задержания и сито­
вого отсева;
- учетом влияния на эффективность очистки случайных воздействий на
ДФ, поля скоростей потока в межтарельчатом пространстве ЦС и при движе­
нии суспензии через двумерные поры ФМНПС.
5. Выявленные на основе полученных моделей очистки закономерности
фильтрования и центрифугироваггая позволили:
- обосновать главные направления интенсификации очистки М М в ДВС
при загрязнении их нерастворимыми продуктами со сложной ДФ;
- сформулировать условия очистки, при которых возможности рассмат­
риваемых способов разделения гетерогенных систем используются наиболее
полно;
- определить методы управления механизмами отсева для достижения
многофункционального и избирательного действия очистителей;
- конструировать МО и схемы комбинированной очистки М М , позво­
ляющие наиболее полно использовать возможности фильтрования и центри­
фугирования.
41
6. Решение проблемы ресурсосберегающего маслоиспользования выли­
лось в комплексное повышение эффективности СС судовых дизелей при
форсировании их и конвертировании на низкосортные топлива:
- выявлены характерные для существующих схем маслоиспользования
противоречия и предложены методы их разрешения;
- оптимально сбалансированы присадками антиокислительные, моющедиспергирующие, противоизносные и антикоррозионные свойства М М с уче­
том перспектив совершенствования масел, очистителей и ухудшения качест­
ва товарных топлив;
- улучшены добавками сукщ1нимидных присадок и модификаторов тре­
ния диспергирующие и противоизносные свойства унифицированных М М ;
- сформулированы принципы и разработаны способы полнопоточной и
комбинировашюй очистки масла, наиболее полно реализующей достоинства
фильтрования и центрифугирования;
- предложены методы снижения угара масла регулированием маслосъемного действия поршневых колец и уменьшением поступления его в ка­
меру сгорания дизеля;
- созданы методы утфавления качеством масла в эксплуатации, обеспе­
чивающие наименьший его расход.
7. Доказана рациональность унификации М М для судовых дизелей на
основе многофункциональных присадок MACK и ПМС в пропорции 3:2, при
которой достигается самое высокое соотношение между щелочностью и
зольностью масла. При этом обеспечивается хорошая разделяемость ДС и
эффективная работа КМОК, наблюдается синергетический эффект по противоизносным и моюще-диспергирующим свойствам масла. Моделированием и
испытаниями на судах доказана возможность при уровне щелочности 10-40
мг КОН/г длительного использования унифицированных М М без смены в
дизелях, форсированных по р„е до 2 МГТа, при работе на топливах с Кт = 0,51,8, содержащих серы 0,2-3,5 % .
8. Для ресурсосберегающего маслоиспользования на судах обоснована
необходимость добавок в унифицированные масла МТ и термостойких сукцинимидных присадок. Модификаторы трепия выравнивают эпюру износа
цилиндровых втулок дизелей, значительно (особенно при эксплуатации дизе­
лей с низким угаром масла) снижают изнашивание поршневых колец. Сукцинимиды улучшают детергентные свойства М М при низкотемпературных
режимах их работы и обводнении, что способствует повышению срока служ­
бы масла и Ф Э . По результатам моторных испытаний проведено сравнение
различных МТ по топливо- и ресурсосберегающему действию. Выявлено
взаимодействие их с многофункциональными присадками унифицированных
М М и удаление агрегатами КМОК.
9. Проведен комплекс теоретических и экспериментальных исследова­
ний по оценке влияния угара масла на его старение, изнашивание и нагаро- и
лакообразование дизеля. В результате физического моделирования получена
зависимость угара М М от форсировки дизеля и качества применяемых ГСМ.
Установлено, что при g^opt = 1,2-2,5 г/(кВт-ч) формируются самые благопри-
42
ятные условия для увеличения ресурсных показателей ДВС и сокращения
расхода масла. Доказывается, что увеличение угара свыше 3 г/(кВт-ч) и, сле­
довательно, маслообмена в СС дизеля не способствует стабилизации содер­
жания в масле Н Р П и присадок на рациональном уровне.
10. Системное моделирование эффективности комплекса ДЭТМО на ос­
нове разработанных стохастических моделей маслоиспользования и имита­
ционной изнашивания дизеля позволило:
- рассчитать интенсивность старения унифицированных М М по основ­
ным направлениям в современных форсированных дизелях;
- определить условия наиболее эффективного использования масел с
учетом их угара и эксплуатационных свойств, качества применяемого топли­
ва, форсировки и режимов работы дизеля;
- подобрать комбинированные маслоочистительные комплексы, обеспе­
чивающие самые высокие технико-экономические показатели дизелей при их
функционировании в составе ДЭТМО на высоковязких топливах;
- управлять состоянием М М в эксплуатации для увеличения срока их
службы и снижения расхода;
- обеспечить ресурсосберегающее маслоиспользование на судах за счет
реализации новых научно-технических решений по комплексному повыше­
нию эффективности СС тронковых дизелей при конвертировании их на низ­
косортные топлива.
11. С использованием стохастических моделей очистки М М , массодисперсного обмена НРП в СС и имитационной модели изнашивания дизеля
разработаны новые схемы и агрегаты КСТОМ. По результатам моделирова­
ния оптимизированы их составы и параметры К М О К для современных фор­
сированных дизелей. Системы очистки включают полнопоточные фильтры
высокого функционального уровня саморегенерирующегося типа и со смен­
ными Ф Э , способные надежно с тонкостью отсева 25-40 мкм защитить пары
трения дизеля от попадания опасных абразивных частиц при прокачке через
них 3-600 м^/ч масла. Глубокая очистка М М от НРП, катализирующих его
окисление, обеспечивается цетрифугированием и сепарированием с факто­
ром разделения Fr = 1000-5000 и индексом производительности Е = 20-1000 м^.
12. В результате проведетгаых исследований созданы СС повышенной
эффективности со сроком службы М М не менее 2 тыс. ч, ресурсом непре­
рывной работы 1—4 тыс. ч и трудоемкостью обслуживания 2-10 чел.-ч на
1000 ч работы. Применение их в ДВС по сравнению с распространенными
системами в 1,2-2,3 раза замедляет старение масла и увеличивает в 2-6 раз
срок его службы. Комплексное повьппение эффективности СС, достигнутое
улучшением эксплуатационных свойств масел с разработкой полнопоточных,
комбинированных и автоматизированных СТОМ, совершенствованием
поршневых колец, способствует сокращению на 20-40 % угара М М со ста­
билизацией его расхода в дизелях в течение 8-20 тыс. ч на уровне 1-2
г/(кВтч), уменьшает изнашивание основных деталей двигателей в 1,3-2,4
раза и нагаро- и лакообразование в среднем на 45 % .
43
Основные положения диссертации изложены в работах:
Издания, рекомендуемые ВАК
1. Перминов, Б.Н. Стохастическая модель очистки фильтрованием ис­
пользуемых в д в е горюче-смазочных материалов / Б.Н. Перминов // Двигателестроение. - 2004. - № 4. - С. 38 - 42.
2. Перминов, Б.Н. Двухконтурная система комбинированной очистки
моторного масла в судовых тронковых дизелях / Б.Н. Перминов // Двигателестроение. - 2004. - № 4. - С. 43 - 45.
3. Перминов, Б.Н. Новые схемы и эффективность комбинированной очи­
стки моторного масла в судовых тронковых дизелях / Б.Н. Перминов //
Судостроение. - 2005. - №2. - С. 37 - 41.
4.Кича, Г.П. Моделирование изнашивания судовых тронковых дизелей
при использовании унифицированных моторных масел / Г.П. Кича, А.В. Надежкин, Б.Н. Перминов // Трение и износ. - 2004. - Т. 25, № 6. - С. 635 - 641.
5. Кича, Г.П. Стохастическое моделирование разделения сложных гете­
рогенных систем в судовых аппаратах / Г.П. Кича, Б.Н. Перминов // Механи­
ка и процессы управления / УрО РАН. - 2004. - Т. 1. - С. 145-157.
б.Надежкин, А.В. Системное решение проблемы ресурсосберегающего
маслоиспользования в судовых тронковых дизелях / А.В. Надежкин, Б.Н.
Перминов // Транспортное дело России. - 2004. - № 2. - С. 40 - 45.
7. Перминов, Б.Н. Новые стохастические модели очистки топлив и мо­
торных масел в судовых тронковых дизелях / Б.Н. Перминов // Транспортное
дело России. - 2004. - № 2. - С. 45 - 51.
8. Кича, Г.П. Имитационное моделирование смазки трибосопряжений и
изнашивания основных деталей ДВС / Г.П. Кича, А.В. Надежкин, Б.Н. Пер­
минов // Транспортное дело России. - 2004. - № 2. - С. 51 - 53.
9. Перминов, Б.Н. Моделирование изнашивания ДВС при его функцио­
нировании в составе комплекса «дизель - топливо - масло» / Б.Н. Перминов
// Транспортное дело России. - 2004. - № 2. - С. 54-57.
10. Перминов, Б.Н. Расчетно-экспериментальное исследование интен­
сивности и кинетики старения моторного масла в ДВС / Б.Н. Перминов //
Транспортное дело России. - 2005. - № 3. - С. 43 - 48.
11. Перминов, Б.Н. Комплексное повышение эффективности смазочных
систем судовых тронковых дизелей / Б.Н. Перминов // Транспортное дело
России. - 2005. - № 3. - С. 51 - 55.
12. Перминов, Б.Н. Исследование влияния угара масла на его старение и
состояние дизеля / Б.Н. Перминов // Транспортное дело России. - 2005. Х о з . - С . 56-58.
Монографии
13.Перминов, Б.Н. Комплексное повышение эффективности маслоиспользования на судах Дальневосточного бассейна. Монография / Б.Н. Пер­
минов. - Владивосток: Изд-во мор. гос. ун-та, 2002. - 97 с.
14. Перминов, Б.Н. Научно-технические основы эффективного маслоис­
пользования в судовых тронковых дизелях. Монография / Б.Н. Перминов. Владивосток: Изд-во мор. гос. ун-та, 2005. - 378 с.
44
Статьи и доклады в региональных изданиях
15. Осипов, О.В. Тепловая нагрузка и работоспособность моторного
масла в судовых тронковых дизелях / О.В. Осипов, Б.Н, Перминов, О.В. Тарасевич // Исследования Владивостокского отделения РОТМО в 1995 — 1996
гг.: ииф. сб. / ДВО РАН. - Владивосток, 1997. - С. 24 - 25.
16. Перминов, Б. Н. Комплексное повышение эффективности топливо- и
маслоиспользования на судах Дальневосточного бассейна / Б.Н. Перминов //
Проблемы транспорта Дальнего Востока: пленарные докл. четвертой междунар. пауч.-практич. конф., 2-6 октября 2001 г. / Дальневост. гос. мор. акад. Владивосток, 2001. - С. 178 - 182.
17. Перминов, Б.Н. Пути повышения эффективности топливо- и масло­
использования в судовых энергетических установках / Б.Н. Перминов // Исследо­
вания по вопросам повышения эффективности судостроения и судоремонта /
Дальневост. гос. техн. ун-т. -Владивосток, 2001. -Вып. 42. - С . 190-195.
18. Перминов, Б.Н. Результаты эксплуатационных испытаний в судовых
дизелях новых маслоочистительных комплексов / Б.Н. Перминов // Исследо­
вания по вопросам повышения эффективности судостроения и судоремонта /
Дальневост. гос. техн. ун-т. -Владивосток, 2001. - В ы п . 42. - С . 195 - 199.
19. Перминов, Б.Н. Эффективное топливо- и маслоиспользование, обес­
печивающее экономичную ресурсосберегающую экологически безопасную
эксплуатацию судовых дизелей / Б.Н. Перминов // Повышение надежности
судового оборудования / Мор. гос. ун-т. - Владивосток, 2002 . - С . 181-191.
20.Кича, Г.П. Рациональное использование и экономия топливноэнергетических ресурсов на транспорте / Г.П. Кича, Б.Н. Перминов // Акту­
альные проблемы создания и эксплуатации комбинированных двигателей
внутреннего сгорания / Хабар, гос. техн. унт. — Хабаровск, 2002. - С. 175-184.
21. Перминов, Б.Н. Топливо- и ресурсосбережение в судовых дизелях
при использовании модификаторов трения / Б.Н. Перминов // Актуальные
проблемы создания и эксплуатации комбинированных двигателей внутренне­
го сгорания / Хабар, гос. техн. унт. - Хабаровск, 2002. - С. 206 — 212.
22. Перминов, Б.Н. Новые энерго- и ресурсосберегающие экологически
безопасные технологии эксплуатации дизелей на судах Дальневосточного
бассейна / Б.Н. Перминов // Рыбохозяйственные исследования Мирового
океана: тр. П междунар. науч. конф., 25 - 27 сентября 2002 г./ Дальрыбвтуз. Владивосток, 2002. - Т. 2. - С. 40 - 42.
23. Перминов, Б.Н. Эффективность применения модификаторов трения в
судовых дизелях / Б.Н. Перминов // Сибирский науч. вест. Российск. акад. естеств. наук. - Новосибирск: НГАВТ, 2002. - Вып. 5. - С. 8 - 14.
24. Перминов, Б.Н. Повышение эффективности тонкой очистки масла в
судовых дизелях полнопоточным фильтрованием / Б.Н. Перминов, Г.П. Кича
// Сибирский науч. вест. Российск. акад. естеств. наук. - Новосибирск:
НГАВТ, 2002. - Вып. 5. - С. 14 - 22.
25. Кича, Г.П. Моделирование на основе теории марковских процессов
эффективности судовых маслоочистительных модулей / Г.П. Кича, Б.Н. Пер­
минов, А.А. Калиберда // Исследования по вопросам повьппения эффектив-
45
ности судостроения и судоремонта / Дальневост. гос. техн. ун-т. - Владиво­
сток, 2002. - Вып. 43. - С. 133 - 141.
26. Кича, Г.П. Расчет процесса загрязнения моторного масла ДВС с ком­
бинированными системами очистки / Г.П. Кича, Б.Н. Перминов // Исследова­
ния по вопросам повышения эффективности судостроения и судоремонта /
Дальневост. гос. техн. ун-т. - Владивосток, 2002. - Вып. 43. - С. 142 - 149.
27. Кича, Г.П. Системное решение проблемы эффективного топливо- и
маслоиспользования в судовых энергетических установках / Г.П. Кича, А.В.
Надежкин, Б.Н. Перминов // Проблемы транспорта Дальнего Востока: пле­
нарные докл. пятой междунар. науч.-практич. конф., 1-8 октября 2003 г. /
Дальневост. гос. мор. акад. - Владивосток, 2003. - С. 61 - 64.
28. Перминов, Б.Н. Управление состоянием моторного масла - эффек­
тивный метод ресурсосберегающей эксплуатации СДЭУ / Б.Н. Перминов //
Проблемы транспорта Дальнего Востока: пленарные докл. пятой междунар.
науч.-практич. конф., 1-8 октября 2003 г. / Дальневост. гос. мор. акад. - Вла­
дивосток, 2003. - С. 422 - 425.
29. Перминов, Б.Н. Новые химмотологические принципы энерго- и ре­
сурсосберегающей экологически безопасной эксплуатации дизелей на судах /
Б.Н. Перминов // Техническая эксплуатация флота. Пути совершенствования
/ Мор. гос. мор. ун-та. - Владивосток, 2003. - С. 51 — 53.
30. Перминов, Б.Н. Моделирование эффективности комплекса «дизель топливо - масло» при использовании в ДВС унифицированных горюче­
смазочных материалов / Б.Н. Перминов // Актуальные проблемы создания,
проектирования и эксплуатации современных двигателей внутреннего сгора­
ния / Хабаров, гос. техн. ун-т. - Хабаровск, 2004. - Вып. 3. - С. 65 - 77.
31. Кича, Г.П. Стохастическое моделирование процесса очистки горюче­
смазочных материалов в двигателях внутреннего сгорания фильтрованием /
Г.П. Кича, Б.Н. Перминов, А.А. Калиберда // Актуальные проблемы созда­
ния, проектирования и эксплуатации современных двигателей внутреннего
сгорания / Хабаров, гос. техн. ун-т. - Хабаровск, 2004. - Вып. 3. - С. 168-177.
32. Перминов, Б.Н. Новые закономерности срабатьшания присадок и на­
копления нерастворимых примесей в моторном масле ДВС / Б.Н. Перминов //
Тр. Дальневост. гос. техн. ун-та. - Владивосток, 2004. - Вып. 137. - С. 47 - 52.
33. Перминов, Б.Н. Ячеистая модель очистки моторных топлив и масел в
ДВС волоконными фильтровальными материалами / Б.Н. Перминов // Тр.
Дальневост. гос. техн. ун-та. - Владивосток, 2004. - Вып. 137. - С. 61 - 69.
34. Перминов, Б.Н. Теоретическое исследование старения моторного
масла в судовых тронковых дизелях / Б.Н. Перминов // Тр. Дальневост. гос.
техн. ун-та. - Владивосток, 2004. - Вып. 137. - С. 162 - 169.
35. Перминов, Б.Н. Применение моторных масел с эффективными при­
садками - основа надежной ресурсосохраняющей эксплуатации дизелей /
Б.Н. Перминов // Тр. Дальневост. гос. техн. ун-та. - Владивосток, 2004. Вып. 137.-С. 177-183.
36. Кича, Г.П. Математическое моделирование функционирования маслоочистительных комплексов двигателей внутреннего сгорания / Г.П. Кича,
46
Б.Н. Перминов, А.А. Калиберда // Научные проблемьт транспорта Сибири и
Дальнего Востока.-Новосибирск: НГАВТ, 2004.-№1.-С. 110-122.
37. Перминов, Б.Н. Ресурсосберегающее маслоисполъзование в судовых
тронковых дизелях при сжигании низкосортных топлив / Б.Н. Перминов,
А.В. Надежкин, С.А. Завадский // Научные проблемы транспорта Сибири и
Дальнего Востока. - Новосибирск: НГАВТ, 2004. - № 2. - С. 125 - 135.
38. Завадский, С.А. Оптимизация состава судового комплекса «дизель топливо - масло - очистка» по критерию изнашивания / С. А. Завадский, Б.Н.
Перминов, А.А. Калиберда // Научные проблемы транспорта Сибири и Даль­
него Востока. - Новосибирск: НГАВТ, 2004. - № 2. - С. 136 - 146.
39. Перминов, Б.Н. Химмотологические методы повышения эффектив­
ности маслоиспользования в корабельных дизелях / Б.Н. Перминов // Матер.
XLVTT межвуз. науч.-техн. конф. / Тихоокеан. воен.-мор. ин-т. - Владивосток,
2005. - Т.2. - С. 116-118.
40. Перминов, Б.Н. Эффективность судовых унифицированных мотор­
ных масел при легировании их модификаторами трения / Б.Н. Перминов,
С.А. Завадский, А.А. Калиберда // Актуальные проблемы развития и эксплуа­
тации поршневых двигателей в транспортном комплексе АТР: докл. междунар. науч.-техн. конф. «Двигатели 2005», 19-23 сентября 2005 г. /Тихоокеан.
гос. ун-т. - Хабаровск, 2005. - С. 299 - 305.
41.Кича, Г.П. Влияние угара моторного масла на его старение и состоя­
ние дизеля / Г.П. Кича, Б.Н. Перминов, А.В. Надежкин // Актуальные про­
блемы развития и эксплуатации поршневых двигателей в транспортном
комплексе АТР: докл. междунар. науч.-техн. конф. «Двигатели 2005», 19-23
сентября 2005 г. / Тихоокеан. гос. ун-т. - Хабаровск, 2005. - С. 308 - 314.
42. Перминов, Б.Н. Результаты моделирования влияния угара масла на
изнашивание судового форсированного дизеля / Б.Н. Перминов, С.А. Завад­
ский // Проблемы транспорта Дальнего Востока: пленарные докл. шестой
междунар. пауч.-практ. конф., 5-7 октября 2005 г. / Мор. гос. ун-т. - Влади­
восток, 2005. - С. 15 - 16.
43.Кича, Г.П. Научно-технические основы ресурсосберегающего мас­
лоиспользования в судовых тронковых дизелях / Г.П. Кича, Б.Н. Перминов,
А.В. Надежкин // Проблемы транспорта Дальнего Востока: пленарные докл.
шестой междунар. науч.-практ. конф., 5-7 октября 2005 г. / Мор. гос. ун-т. Владивосток, 2005. - С. 30 - 32.
44. Завадский, С.А. Моделирование триботехническик свойств рабо­
тающих в судовых дизелях моторных масел / С.А. Завадский, Б.Н. Перминов
// Исследования по вопросам повышения эффективности судостроения и су­
доремонта / Дальневост. гос. техн. ун-т. - Владивосток, 2005. - Вып. 45. - С.
178-185.
45. Перминов, Б.Н. Повышение эффективности маслоиспользования в
тронковых дизелях: новые научно-технические решения и их реализация на
судах / Б.Н. Перминов, А.В. Надежкин, А.А. Калиберда // Исследования по
вопросам повышения эффективности судостроения и судоремонта / Дальне­
вост. гос. техн. ун-т. - Владивосток, 2005. - В ь т . 45. - С. 187 - 201.
Перминов Борис Николаевич
РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЕ МАСЛОИСПОЛЬЗОВАНИЕ
В СУДОВЫХ ТРОНКОВЫХ ДИЗЕЛЯХ
автореферат докторской диссертации
2,2 УЧ.-ИЗД. л.
Формат 60 х 84 l /
Тираж 120 экз.
Заказ № 800
Отпечатано в типографии ИПК М Г У имени адмирала Г.И. Невельского
Владивосток, 59, ул. Верхнепортовая, 50а
'19348
РНБ Русский фонд
2006-4
21358
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
2 517 Кб
Теги
bd000101889
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа