CC BY
72
УДК 621.892.096:629.12
Г.П. Кича, С.А. Завадский, М.Г. Пышный,
МГУ им. адм. Г.И. Невельского, Владивосток
МОДЕЛИРОВАНИЕ ИЗНАШИВАНИЯ СУДОВОГО ТРОНКОВОГО ДИЗЕЛЯ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ УНИФИЦИРОВАННЫХ МОТОРНЫХ МАСЕЛ
По результатам испытаний на моторном стенде осуществлена оценка износных свойств масел, работающих в судовых дизелях при сжигании топлив разного фракционного и группового состава. Данные стендовых испытаний представлены как обобщенная модель изнашивания двигателя внутреннего сгорания в эксплуатации. Показаны возможности модели при оптимизации состава комплекса «дизель - топливо - масло - очистка» по критерию изнашивания с целью выбора моторного масла, отвечающего требованиям дизеля и применяемого топлива.
Рациональное сочетание топлива и масел обеспечивает высокую экономичность дизеля, а также позволяет сохранить его ресурсные показатели при использовании низкосортных мазутов. При выборе моторного масла (ММ) необходимо учитывать как конструктивные особенности, форсировку дизеля, так и качество применяемого топлива. Цель исследований предусматривала получение количественной оценки износных свойств унифицированных смазочных масел и разработка рекомендаций по их применению в судовых тронковых дизелях, работающих на разных сортах топлива.
В судовых среднеоборотных дизелях (СОД) часто вместо дизельного топлива применяется судовое маловязкое топливо (ТУ 38.101567-87), а также флотские Ф-5, Ф-12 и топочные М-40В, М-40 мазуты (ГОСТ 10585-75) и моторное топливо ДТ и ДМ (ГОСТ 1667-68). Использование этих топлив в сочетании с унифицированными ММ оказывает различное влияние на состояние дизеля [1]. При недостаточном запасе качества масла, особенно при высокой форсировке двигателя, наблюдается повышенное изнашивание, нагаро- и лакообразование деталей цилиндропоршневой группы (ЦПГ). Низкий уровень щелочности ММ при работе на сернистых топливах способствует коррозийным процессам в ДВС. Применение масла, имеющего высокую концентрацию металлосодержащих присадок, также негативно сказывается на состоянии дизеля. Из-за повышенной зольности ММ, особенно при работе двигателя на малосернистом топливе, возрастает износ поршневых колец и цилиндровых втулок.
Моторные свойства масла должны соответствовать форсировке дизеля и качеству используемого топлива. При оптимальном сочетании звеньев комплекса «дизель - топливо - масло - очистка» (ДТМО)
снижается износ двигателя и в целом повышается надежность его работы. Старение масла зависит от качества используемого топлива и форсировки двигателя. Уменьшить этот процесс и ослабить коррозийные и износные воздействия на ДВС можно специальными многофункциональными присадками, которыми легируется ММ [2].
Необходимо оптимизировать работу комплекса по показателю «скорость изнашивания двигателя» и дать рекомендации по подбору ММ, обеспечивающих указанный в технических условиях ресурс работы ДВС при применении низкосортных топлив, в том числе глубокой переработки нефти. Была поставлена задача определить износные свойства масла, работающего в дизелях разной форсировки, при сжигании топлив широкого фракционного и группового составов.
Ранее было установлено, что износные свойства долго работающего ММ мало изменяются при стабилизации накопления в нем нерастворимых продуктов (НРП), уровня щелочности и зольности. Значение этих показателей существенным образом зависит от состава и параметров комплекса ДТМО. Поэтому исследованию подверглись масла, отработавшие в дизеле 1-2 тыс. ч при условии стабилизации показателей их старения. Так как уровень износных свойств Мм зависит от работы средств очистки, то исследованию кроме работавшего масла подвергались также продукты его старения, выделяемые центрифугами и сепараторами за последние 250 ч работы перед отбором пробы ММ на испытание.
Оценку износных свойств отработанного масла и продуктов его старения осуществляли на моторном стенде в дизеле 2410,5/13 (Ре = 14,7 кВт, Пд = 25 с-1) с вместимостью картера 8 л. Испытания проводили согласно ОСТ 24.060.09-89 при температуре масла 65-70 оС на номинальной мощности этапами по 50 ч. Долив ММ для компенсации его угара осуществляли через 10 ч порциями по 40-45 г. В доливаемое масло для ускорения износных испытаний вводили и гомогенизировали 1,5 г отложений, взятых из центробежных очистителей (ЦО). Для увеличения скорости изнашивания деталей дизеля полнопоточный фильтр тонкой очистки был замещен ФГО с номинальной тонкостью отсева 60 мкм.
Скорость ввода загрязнений и продолжительность этапа испытаний выбирались из условия воспроизводимости эксперимента и высокой достоверности замера износа основных деталей ДВС. Кроме того, вся программа испытаний должна быть реализована на дизеле, когда его техническое состояние не должно сказываться на износе, т.е. износ на контрольных этапах должен изменяться в пределах точности измерений. Кроме перечисленных, были предприняты дополнительные меры для обеспечения хорошей воспроизводимости износных испытаний.
Замер скорости изнашивания контролируемых деталей моторной установки осуществляли взвешиванием по потере их массы за этап испытаний и с помощью метода искусственных баз (приборы УПОИ-6 и УПОИВ-2). Оценку скорости изнашивания дизеля (И) проводили по
скорости изнашивания втулок цилиндра, поршневых колец, вкладышей подшипников и шатунных шеек коленчатого вала двигателя 2410,5/13. Весомость износа каждой из контролируемых деталей при формировании показателя И была принята одинаковой.
Интегральный показатель «скорость изнашивания дизеля И» есть сумма с коэффициентами весомости (в относительных единицах) скоростей изнашивания вышеперечисленных деталей, представленных относительно их значений на базовом этапе работы.
Так как целью испытаний была оценка износных свойств работающих в различных условиях ММ, то в дизель 2410,5/13 заливалось масло, забираемое из смазочной системы (СС) судовых комплексов ДТМО. Отложения из ЦО соответствовали продуктам старения конкретного масла, работающего в дизеле определенной форсировки при использовании топлива с заданным показателем качества.
Предполагалось, что продукты старения и самоотработанное ММ дают информацию об условиях его работы в комплексе ДТМО. Оценка износных свойств их на моторной установке может косвенно характеризовать воздействие рассматриваемого масла на конкретный дизель, который входит в состав комплекса ДТМО. Допускалось, что при определенных ограничениях выраженное в относительных единицах износное воздействие звеньев в комплексе ДТМО с допустимой точностью может воспроизводиться в модельной моторной установке при испытаниях в ней работавшего в этом комплексе масла.
При износных испытаниях двигателя 2410,5/13 в качестве базы приняты скорости изнашивания контролируемых деталей при его работе на масле М-10 Г2 (цс) (ГОСТ 12337-84), взятых из СС дизеля, эксплуатируемого без ЦО на топливе Л-0,2-61 (ГОСТ 305-82) с нагрузкой на основном эксплуатационном режиме по среднему
эффективному давлению рте = 1 МПа.
Добавка загрязнителя была вызвана не только желанием ускорения износных испытаний, но и необходимостью ослабить влияние на износ ДВС старения масла в моторной установке в сравнении с влиянием, которое оказывают продукты старения
испытываемого масла, образуемые при его работе в комплексе ДТМО на судах. Испытания работающего масла без продуктов,
накапливающихся в агрегатах очистки, не полно характеризуют химмотологическое взаимодействие звеньев рассматриваемой системы.
Износные свойства ММ зависят не только от его углеводородной основы, но обусловлены применяемыми присадками. Поэтому в
судовом эксперименте ограничились унифицированными маслами вязкостью 10-16 сСт при 100 °С с уровнем щелочности 6-40 мг КОН/г и зольностью 0,8-6,2 %. Отношение щелочности к зольности свежих ММ равнялось 8-12. При этом эксплуатационные свойства масел задавались общей концентрацией сп присадок МАСК и ПМС при их
соотношении 3:2. Остальные антиокислительные, противозадирные и противопенные присадки присутствовали в соответствии с требованиями ГОСТ 12337-84 на унифицированные масла.
Применяемое топливо существенно влияет на износ дизеля. Оценку его качества задавали обобщенным показателем Кт, который рассчитывали согласно зависимости [3]
Кт = Аз (Зт/Зтб) + Аз^г/Бгб) + Аф(Ф/Фб) + Аг(Г/Гб), (1)
где Аі - коэффициент весомости; Зт, Зтб - зольность топлива, %; Бт, Бтб - содержание серы, %; Ф, Фб - фракционный состав топлива, отн. ед.; Г, Гб - групповой состав топлива, отн. ед. Индекс Б соответствовал базовому топливу с показателями: Зтб = 0,1 %, Бтб = 2 %, Фб = 0,4 и Гб = 0,5.
Характеристики Ф и Г определяли соответственно долям топлива, выкипающего при температуре выше 360 оС, и суммарным относительным содержанием асфальтово-смолистых веществ и ароматической группы углеводородов в нефтепродукте. Фактор Кт -средневзвешенная величина вышеперечисленных показателей, взятых относительного базового топлива с коэффициентом весомости 0,25.
Качественно-количественная характеристика НРП масла существенным образом зависит от марки применяемого топлива. Между триботехническими свойствами продуктов неполного сгорания топлива, скоростью их поступления в СС дизеля и показателем Кт существует корреляция [3]. Поэтому при оценке эффективности функционирования комплекса ДТМО по интегральному показателю «скорость изнашивания дизеля» важно учесть ее составляющую, обусловленную качеством сжигаемого в ДВС горючего.
Химмотологическое взаимодействие звеньев в системе ДТМО довольно сложно. С позиций оценки роли ММ в изнашивании дизеля его влияние на двигатель проявляется через эксплуатационные свойства масла и продукты старения. Формирование износных свойств НРП происходит под действием тепловых процессов, происходящих в цилиндре ДВС. Последние в значительной мере зависят от форсировки дизеля и режимов его работы.
Условия работы масла в дизеле определяются средним эффективным давлением рте дизеля на основном эксплуатационном режиме работы. Этот показатель косвенно характеризует механическую нагрузку, действующую в трибосопряжениях двигателя. В эксперименте были задействованы ДВС, в которых рте коррелирует с тепловым потоком, проходящим через масляную пленку, находящуюся на зеркале цилиндра дизеля. Поэтому можно предположить, что этот показатель характеризует не только механическое, но и тепловое воздействие на ММ.
На изнашивание дизеля значительное влияние оказывает эффективность очистки ММ. В эксперименте рассматривались
комплексы ДТМО, СС дизелей которых оснащались фильтрами тонкой очистки масла с номинальной тонкостью отсева 30-40 мкм и ЦО различных типов с фактором разделения 1000-3000 и индексом производительности от 50 до 500 м2. Так как действие очистителей на состояние ММ зависит не только от их эффективности, но и от скорости загрязнения масла НРП целесообразно влияние ЦО на накопление нерастворимых примесей задавать удельным показателем оц, который представляет отношение индекса производительности центрифуги к скорости загрязнения масла.
Пробы работающего масла для оценки их износных свойств отбирались из СС судовых дизелей с диаметром цилиндра от 15 до 65 см и частотой вращения 3-20 с-1. Средняя эксплуатационная нагрузка их соответствовала 60-90 % номинальной мощности. Дизели
эксплуатировались по винтовой и нагрузочной характеристикам. Среднеквадратичное отклонение нагрузки от тр математического ожидания составляло 10-30 % номинальной мощности. Параметр рте на средней эксплуатационной мощности соответствовал 0,5-1,5 МПа.
Описание обобщенной модели изнашивания ДВС осуществлено полиномом второго порядка. Для получения модели выбран некомпозиционный план, который при четырех переменных факторах рациональнее центральных композиционных. Разработанный план рототабелен и по числу опытов более экономичен, чем центральный композиционный план. Кроме того, последний предусматривает выполнение опытов в «звездных» точках, что требует использования пяти уровней для всех факторов [4]. При этом достройка модели осуществляется по полученному на первом этапе испытаний линейному уравнению регрессии, что усложняет моторный эксперимент.
Для моделирования зависимости И (Сп, Кт, рте, оц) был использован некомпозиционный план, матрица которого (табл. 2) предусматривает 27 опытов. Интервалы варьирования факторов и их кодирование осуществляли согласно табл. 1.
Таблица 1
Уровни и интервалы варьирования факторов
Факторы Кодовое обозначе ние Интервал ы варьиров ания Уровень факторов
нижний -1 основно й 0 верхни й +1
Концентрация присадок Сп, % *1 7 6 13 20
Качество топлива КТ, отн. ед. *2 0,8 0,2 1 1,8
Форсировка дизеля рте, МПа *3 0,5 0,5 1 1,5
Эффективность очистки ац, м2ч/г *4 5 0 5 10
Предложенный план представляет собой определенную выборку строк из полного эксперимента. Принятый некомпозиционный план характеризуется наличием в строках матрицы планирования большого количества нулей, в результате чего существенно упрощается вычисление коэффициентов модели в центре плана, т.е. при нахождении всех факторов на нулевых уровнях (хї, Х2, хз = 0), предусмотрено проведение трех опытов (9, 18, 27), табл. 2.
25
Матрица планирования и результаты опытов
№ опыта Хо Х1 Х2 Хз Х4 Х1Х2 Х1Х3 Х1Х4 Х2Х3 Х2Х4 Х3Х4 X 2 XI х 2 х 2 Х 2 Х3 Х 2 Х4 у У (у - У)2
1 + + + 0 0 + 0 0 0 0 0 + + 0 0 300 316 256
2 + + - 0 0 - 0 0 0 0 0 + + 0 0 205 189 256
3 + - + 0 0 - 0 0 0 0 0 + + 0 0 470 490 400
4 + - - 0 0 + 0 0 0 0 0 + + 0 0 86 74 144
5 + 0 0 + + 0 0 0 0 0 + 0 0 + + 152 137 225
6 + 0 0 + - 0 0 0 0 0 - 0 0 + + 271 282 121
7 + 0 0 - + 0 0 0 0 0 - 0 0 + + 81 75 36
8 + 0 0 - - 0 0 0 0 0 + 0 0 + + 153 173 400
9 + 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 142 148 36
10 + + 0 0 + 0 0 + 0 0 0 + 0 0 + 93 107 196
11 + + 0 0 - 0 0 - 0 0 0 + 0 0 + 243 257 196
12 + - 0 0 + 0 0 - 0 0 0 + 0 0 + 180 165 225
13 + - 0 0 - 0 0 + 0 0 0 + 0 0 + 272 257 225
14 + 0 + + 0 0 0 0 + 0 0 0 + + 0 438 429 81
15 + 0 0 - 0 0 0 0 - 0 0 0 + + 0 334 318 256
16 + 0 - + 0 0 0 0 - 0 0 0 + + 0 116 131 225
17 + 0 - - 0 0 0 0 + 0 0 0 + + 0 65 73 64
18 + 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 150 148 4
19 + + 0 + 0 0 + 0 0 0 0 + 0 + 0 202 189 169
20 + + 0 - 0 0 - 0 0 0 0 + 0 + 0 144 129 225
21 + - 0 + 0 0 - 0 0 0 0 + 0 + 0 232 244 144
22 + - 0 - 0 0 + 0 0 0 0 + 0 + 0 123 133 100
23 + 0 + 0 + 0 0 0 0 + 0 0 + 0 + 306 313 49
24 + 0 + 0 - 0 0 0 0 - 0 0 + 0 + 498 479 361
25 + 0 - 0 + 0 0 0 0 - 0 0 + 0 + 71 86 225
26 + 0 - 0 - 0 0 0 0 + 0 0 + 0 + 174 163 121
27 + 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 152 148 16
5 т II 1М’ 1 1 ^ к: ьй п-27 = 56; 5„= £ *-9$ и = 4756
25
При обработке экспериментальных данных, приведенных в табл. 2, получаем
1 1 1
Ь. =-444 = 148; Ь. = — <-176,04>-14,67; Ь9 =—1629 = 135,7;
3 12 12
1 1 ^
Ь, = —510,96 = 42,58; Ь, = — (- 728,04> -60,67;
12 12
1 1
Ь12=-<289>-72,25; Ь13 =-<-51>-12,75;
4 4
1 ^ 1 ^ 4 = - <- 58> -14,5; Ь23 = - 53 = 13,25;
4 4
1 1
Ь24 = - * 89> -22,25; Ь34 = - <■ 47> -11,75;
4 4
= 27,71; Ь22 =91,83; Ь33 = -2,167, Ь44 = 20,71.
Дисперсию 52{у} воспроизводимости эксперимента вычисляем по результатам опытов в центре плана (опыты 9, 18, 27):
-28 = 9,332;
11 11 Б2 4 >-52 ^>-28 = 3,5; в2 А. >-в2 ^>-28 = 7;
8 8 4 4
1? 1?
Б2 А. 1= —Б2 Я > —28 = 7,582..
48 48
Доверительные интервалы для коэффициентов регрессии находили через табличное значение критерия Стьюдента. При f = 2 и 5%-ом уровне значимости Т = 4,3 доверительные интервалы
ДЬо = ± ^{Ьо} = ±4,33,05 = ±13,13;
ЛЬ, = ± ^{Ь,} = ±4,31,87 = ±8,044;
ДЬц = ± ^{Ь,у} = ±4,32,64 = ±11,38;
ЛЬ, = ± tтS{Ьii} = ±4,32,75 = ±11,84.
25
Коэффициент Ьээ меньше доверительного интервала, поэтому его можно признать статически незначимыми и исключить из уравнения регрессии. Все остальные коэффициенты пересчитываем с использованием метода наименьших квадратов [4]
Ьо = 146; Ь = -14,67; Ь2 = 135,75; Ьз = 42,58; ЬА = -60,67;
Ь12 = -72,25; Ь,з = -12,75; Ьм = -14,5; Ь2з = 13,25;
Ь24 = -22,25; Ьз4 = -11,75; Ьц = 28,42; Ь22 = 92,56; Ь44 = 21,42.
Модифицированное уравнение регрессии получает вид у = 146 - 14,67X1 + 135,75X2 + 42,58хз - 60,67x4 - 72,25X1X2 -
- 12,75х1хз - 14,5X1X4 + 1з,25х2хз - 22,25X2X4 - 11,75хзх4 + (2)
Адекватность данной модели была проверена по критерию Фишера
Следовательно, полученная модель адекватна при 5%-ом уровне значимости. Уравнение (3) можно использовать при подборе ММ для дизелей разной форсировки, работающих на тяжелых топливах в широком диапазоне фракционного и группового составов с высоким содержанием серы.
Переход от кодированных значений факторов к натуральным осуществляется через интервалы варьирования и основные уровни факторов в натуральном выражении по формулам:
Сп = 7хі + 13; Кт = 0,8x2 + 1; Рте = 0,5хз + 1; Оц = 5x4 + 5.
После подстановки факторов в натуральном виде модель процесса износных свойств работающих масел принимает вид
И = -16,91 - 1,417Сп + 42,88Кт +122,9рте - 5,16оц - 12,9сКт -3,643СпРте 0,41 СпСТц + 33,12КтРте 5,55КтОц 4,7 Рте^ц + (3)
+ 28,42Х12 + 92,56Х22 + 21,42х42.
Л/-/с'-С0-1^ 27-14-2 11
Бо - Бр 4756 - 56 4700
—-------1----Ц=--------------=--------= 427,3;
Б2 Я} 28
= 15,26 < Г =19,2.
’ т ’
+ 0,58Сп2 + 144,5Кт2 + 0,86Оц2.
25
Анализ зависимостей (2) и (3) показывает, что наибольшее влияние на И оказывают факторы Кт и оц. Действие Сп на износ двигателя проявляется при взаимодействии с фактором Кт и отраженно коэффициентом при квадратичном его члене. Причем, если взаимодействие факторов Кт и рте увеличивает И, то совместное влияние Кт с Сп и Оц снижает.
С помощью гиперповерхности функции отклика И, построенной в различных координатах (рис. 1), без труда можно определить зону минимального изнашивания, координаты которой зависят от соотношений Сп, Кт, рте и Оц. Повышение Кт, рте и Оц увеличивает И, а влияние Сп противоречивое.
Повышение концентрации присадок, которые улучшают эксплуатационные свойства масла, уменьшает износ ДВС только до определенного значения Сп. При высоких концентрациях присадок, особенно при работе на дистиллятных топливах, износ увеличивается. Чем дефорсированнее двигатель, тем ярче выражена такая тенденция (рис. 2). Это явление можно объяснить тем, что при низких Рте и содержании серы в топливе, зольность работающего циркуляционного масла стабилизируется на высоком уровне, при котором интенсифицируется изнашивание поршневых колец и цилиндровых втулок.
Рис. 1. Гиперповерхность целевой функции И при оценке влияния качества масла, топлива и форсировки дизеля
25
а б
в г
Рис. 2. Влияние концентрации присадки в масле (а), качества топлива (б), форсировки ДВС (в) и эффективности ЦО (г) на изнашивание дизеля
Исследование функции (3) на экстремум показало, что существует концентрация присадок, обозначенная c0pt, при которой скорость изнашивания минимальна. Для условий использования в СС только полнопоточного фильтра тонкой очистки масла (оц = 0) зависимость Copt, Итп(Кт) при pme = 1 МПа представлена на рис. 3. Зависимости хорошо согласуются с экспериментальными данными, полученными при испытании унифицированных ММ на судах. Оптимальная концентрация присадок зависит от качества применяемого топлива, форсировки дизеля и эффективности очистки масла:
Copt = -1,221 + 11,12KT + 3,14pme. (4)
При работе на маслах с оптимальной концентрацией присадок минимальная скорость изнашивания может рассчитываться по формуле
Итт = -17,77 + 58,64Kt +127,35pme - 7,42Kt pme +
(5)
+ 72,82Kt2 - 5,72pme2.
Из анализа зависимости (4) следует, что чем хуже топливо, больше форсировка дизеля и менее эффективна отчистка ММ, тем выше должно быть Copt и, следовательно, запас эксплуатационных свойств масла.
Рис. 3. Зависимость оптимальной концентрации присадок в ММ и изнашивания ДВС от качества применяемого топлива
Рекомендации, полученные на основе моделирования, позволили для судовых СОД в зависимости от качества применяемого топлива предлагать к использованию следующие унифицированные масла
26
(табл. 3). Рекомендации апробированы в судовых условиях и полностью подтверждены длительными испытаниями дизелей.
Таблица 3
Рекомендации по применению судовых унифицированных масел
Уровень форсировки (Рте) дизеля на основном эксплуатационном режиме, МПа Применение топлива (КТ), отн. ед. Рекомендуемая концентрация (Copt) присадок в масле, % Марки масел
0,5-1 0,2-0,5 6-9 М-10(14,16)Г2(цс)
0,5-1 0,6-0,9 7-12 М-10(14,16)Г2(цс) М-10(14,16)Д2(цл20)
0,5-1 1-1,3 8-15 М-10(14, 16)Г2(цс) М-10(14, 16)Д2(цл 20) М-14(16)Д2(цл 30)
0,5-1 1,4-1,8 12-18 М-10(14, 16)Д2(цл 30) М-10(14, 16)Д2(цл 40)
1-1,5 0,2-0,5 7-10 М-10(14, 16)Г2(цс) М-10(14, 16)Д2(цл 20)
1-1,6 0,5-0,9 9-13 М-10(14, 16)Д2(цл 20)
1-1,8 0,6-1,5 12-22 М-10(14, 16)Д2(цл 20) М-14(16)Д2(цл 30)
1-1,8 1,4-1,8 15-24 М-14(16)Г2(цл 30) М-14(16)Д2(цл 40)
Анализ основных показателей применяемых на судах топлив показал, что они, в зависимости от Кт могут быть разбиты на 4 группы. В первую со значениями Кт = 0,2-0,5 входят в основном дистиллятные топлива Л, З, ЗС, А и УФС (ГОСТ 305-82) с содержанием серы от 0,2 до
0,5 %. Топливо УФС от остальных отличается утяжеленным
фракционным составом. В качестве заменителя дизельных топлив используют газотурбинные ТГ и ТГВК (ГОСТ 10443-75), которые в сравнении с дизельным имеют более высокие вязкость и плотность, содержат до 25 % смолистых соединений и непредельных
углеводородов.
В настоящее время отечественная промышленность освоила выпуск судового маловязкого топлива СМТ (ТУ 38.101.567-87), которое по своим показателям близко к зарубежным топливам ОМ, ОМА и ОМБ (180 8217-96). Его получают смешиванием вторичных крекинг-процессов с дизельными фракциями с повышенными температурами кипения. Компонентами сМт являются негидроочищенные прямогонные атмосферные и вакуумные дистиллятные продукты вторичного происхождения - легкие и тяжелые газойли каталитического и термического крекинга, коксования. Содержание серы обычно находится в диапазоне 0,5-1 % и может доходить до 1,5 %.
Ко второй группе с Кт = 0,6-0,9 относится моторное топливо ДТ(1667-68), флотские мазуты Ф-5 и Ф-12 (ГОСТ 10585-75) и экспортные топлива Э-2 и Э-3 (ТУ 38.001361-87). Содержание серы в них колеблется в диапазоне 0,5-2 %. Моторное топливо и флотские мазуты получают смешиванием продуктов прямой перегонки нефти с дизельным топливом. Входящие в эту же группу судовые средневязкие топлива СЛ (ТУ 38.101314-90) получают компаундированием остатков перегонки и деструктивных процессов с добавлением дистиллятных фракций средней вязкости. Содержание серы в них колеблется в пределах 0,5-1 %. Вязкость составляет 4-5 сСт при 50 оС. Из зарубежных топлив во вторую группу можно включить судовые топлива оМс, РМА, РМВ, РМО со сравнительно высоким содержанием серы, иногда превышающим 2 %. Их характеристики полностью
соответствуют международному стандарту на судовые топлива М8 !80/О!8-Р-8217.
Третья группа (Кт = 1-1,3) представлена судовым высоковязким топливом СВЛ (ТУ 38.1011314-90). Оно содержит серы 1-2,5 %. Типичными представителями этой группы являются отечественное экспортное топливо Э-4 (ТУ 38.001211-87) и зарубежный высоковязкий мазут РОМ (!80 В8 8217-96). Зарубежные топлива характеризуются повышенным содержанием серы, которое может доходить до 3,5 %.
Представителями четвертой группы (Кт = 1,4-1,8) являются топлива с вязкостью 80-180 сСт при 50 оС. К ним относятся моторное ДМ (ГОСТ 1667-68), высоковязкое СВТ (ТУ 38.1011314-90), экспортное топливо Э-5 (ТУ 38.001361-87) и топочный мазут М-40В (ГОСТ 1058575). Изготавливают их в основном из остатков переработки нефти. Для снижения температуры застывания в некоторые из них добавляют среднедистиллятные фракции. Содержание серы в них находится в диапазоне 2-3 %. Зарубежными аналогами перечисленных
нефтепродуктов могут выступать топлива РМЕ и РМР (!80 ВР-96) с содержанием серы 3,5-4 %.
Сочетание элементов комплекса ДТМО, при котором достигнут самый высокий технико-экономический эффект в эксплуатации СОД на 6 судах, приведены с учетом ассортимента унифицированных судовых масел, выпуск которых освоен отечественной промышленностью. Анализ показывает, что запас качества их достаточен для эксплуатации СОД с рте до 2 МПа на топливах вязкостью 2-180 сСт (при 50 оС) и содержанием серы 4 %.
Имеется ассортимент топлив, например топочные мазуты М-40В и М-100 (ГОСТ 1058575), высоковязкое топливо СВС (ТУ 38.1011314-90), зарубежные тяжелые РМО, РМН и РМК (!80 В8-96), в основном состоящие из остаточных продуктов прямогонных и крекинг-процесса, имеющих вязкость 180-380 сСт. Содержание серы в них может составлять 3,5-5 %. Имеющийся ассортимент унифицированных судовых масел отечественного производства не позволяет
использовать их в СОД, хотя заводы-изготовители отдельных моделей дизелей рекомендуют их применять.
Расчет Кт этих топлив показывает, что этот обобщенный показатель для них находится в диапазоне 1,6-1,8. Если экстраполировать результаты моделирования на этот участок pme = 1,51,8 МПа, то данным условием может соответствовать масла М-14(16)Е2(цл 40) с содержанием присадок 24 % и щелочностью 40 мг КОН/г. Необходимо освоить производство такого масла. Зарубежные аналоги имеются. Кроме того, рекомендуется дополнительный выпуск унифицированных масел группы Д2 со щелочностью 20 и 30 мг КОН/г, вязкостью 10-16 сСт при 100 °С.
Длительные наблюдения за работой комплексов, элементы которых выбирали согласно рекомендациям полученной зависимости (5), показали возможность эксплуатации унифицированных ММ в режиме долгоработающих. При этом расходы на обслуживание и сменно-запасные части были на 10-20 % ниже, чем в дизелях, на которых соответствие элементов комплекса ДТМ не соблюдалось. Вскрытие цилиндров и моточистка в последних проводились чаще, что сказалось на трудоемкости обслуживания ДВС. Расход масла (общий и на угар) в дизелях с оптимизированными комплексами ДТМ был на 30 % ниже, чем в контрольных, что обусловлено меньшей скоростью изнашивания деталей ЦПГ и менее интенсивным старением ММ. Рекомендации в виде монограмм по выбору масла, соответствующего условиям его использования в ДВС, с учетом качества применяемого топлива приведены в работе [3].
Выводы
В результате моторных испытаний с привлечением теории планирования экспериментов установлена зависимость скорости изнашивания ДВС от концентрации многофункциональных присадок в масле, качества топлива, форсировки дизеля и эффективности очистки ММ. Выявлен экстремум функции И (Сп, Кт, pme, Оц), что указывает на 6необходимость при подборе масел учитывать форсировку дизеля, качество применяемых топлив, эффективность очистки. Полученная зависимость Copt от перечисленных выше факторов показывает возможность удовлетворения требований современных комплексов ДТМ унифицированными ММ с концентрацией присадок МАСК и ПМС в диапазоне 6-24 %.
Библиографический список
1. Кича Г.П. Триботехнические характеристики нерастворимых продуктов загрязнения моторных масел и их влияние на износ двигателя / Г.П. Кича, Г.М. Липин, С.П. Полоротов // Трение и износ. 1986. Т. 7. № 6. С. 1068-1078.
26
2. Никифоров О.А. Повышение эффективности масляных систем быстроходных судовых дизелей. Л.: Судостроение, 1970. 224 с.
3. Перминов Б.Н. Комплексное повышение эффективности маслоиспользования на судах Дальневосточного бассейна. Владивосток: МГУ им. адм. Г.И. Невельского, 2002. 97 с.
4. Спиридонов А.А. Планирование эксперимента при исследовании технологических процессов. М.: Машиностроение, 1981. 118 с.
