Основные сведения о трении и смазке (стр. 14 из 19)

В процессе работы двигателя может увеличиваться температура вспышки (рис.12).

Рис.12. Изменение температуры вспышки масла в процессе работы двигателя

Это тоже связано с потерей маслом легких фракций в первые часы работы двигателя.

Накопление механических примесей в маслах при их работе в реактивном двигателе происходит, в основном, в первые 50-100 ч. работы, после чего содержание их практически не меняется. Это может быть связано с приработкой двигателя и накоплением в масле продуктов износа, которые по действующим требованиям эксплуатации необходимо периодически контролировать (по содержанию железа и меди) с использованием современных анализаторов (например, рентгено-флюоресцентный анализатор «Призма»), позволяющих точно отслеживать накопление продуктов износа и частиц металлов конструкционных материалов в маслах, не допуская сверхнормативного износа узлов и агрегатов двигательной установки. Еще одним показателем, характеризующим степень выработки ресурса масла, является его окисление, которое можно оценить по изменению его кислотности в процессе эксплуатации. График зависимости изменения кислотности от ресурса работы приведен на рис. 13.

Рис. 13. Изменение кислотности масла в процессе работы двигателя

В связи с тем, что масла в реактивных двигателях не соприкасаются с зоной горения, их свойства в процессе эксплуатации меняются сравнительно медленно, что дает возможность отрабатывать ресурс двигателя без замены масла, периодически пополняя потери рабочего объема масла по мере его выработки.

9. Масла для авиационных поршневых двигателей.

Условия работы масла в поршневом двигателе

Основные узлы трения авиационных поршневых двигателей являются самыми напряженными из всех типов двигателей внутреннего сгорания. Кроме того, в поршневом двигателе масло выполняет функцию уплотнителя между камерой сгорания и картером двигателя, следовательно, оно соприкасается с зоной горения горючей смеси. Это делает условия работы масла в двигателе весьма тяжелыми.

Смазка узлов трения и отвод тепла от деталей двигателя осуществляется маслом путем его циркуляции и барботажа. Циркуляция масла производится под давлением 0,4-1,0 мПа. Через двигатель прокачивается от 1100 до 3800 л/ч масла (в зависимости от типа двигателя и режима его работы). При срав-нительно больших емкостях масляных баков за 1 ч частица масла успевает пройти через двигатель десятки раз.

В поршневых двигателях основным типом подшипников являются подшипники скольжения. Удельное давление в них достигает 6000 – 8000 Н/см². Температура подшипника зависит, главным образом, от работы трения, температуры и количества масла, протекающего через него. В современных двигателях температура подшипника может достигать 150°С.

В двигателе масло попадает в различные температурные условия от 80°С в картере до 2500°С в камере сгорания, а в среднем, в различных узлах двигателя, колеблется от 100 до 280°С . Часть циркулирующего в двигателе масла проникает в камеру сгорания и сгорает вместе с топливом. Связанный с этим расход масла в зависимости от типа двигателя и его технического состояния может быть от 5 до 25 г/л.с•ч.

Для узлов трения авиационных двигателей характерны большие скорости движения. Так, например, скорость скольжения основных трущихся деталей находится в пределах 6-15 м/с.

Масло в двигателе приходит в соприкосновение с самыми разнообразными металлами и сплавами: сталями различных марок и различной обработки, алюминиевыми сплавами, баббитами, свинцовистой бронзой, кадмиево-серебряными сплавами и др.

Очистка масла в процессе работы производится пластинчатыми фильтрами, а также центрифугированием в полостях шатунных шеек коленчатого вала. Содержащиеся в масле загрязнения отбрасываются центробежными силами к периферии шейки и образуется осадок.

Чтобы обеспечить жидкостную смазку узлов трения в условиях высокого удельного давления и высокой температуры, а также хорошее уплотнение зазоров между поршнем и цилиндром, необходимо масло достаточно высокой кинематической вязкости, порядка 20-22 мм²/с при 100°С. При недостаточной вязкости жидкий слой масла не может удержаться в зазорах, и, в результате, усиливается износ деталей. Кроме того, увеличивается заброс масла в цилиндры, из-за чего растет его расход, усиливается нагарообразование, происходит замасливание свечи, что приводит к перебоям в зажигании, детонации, перегреву и разрушению поверхности поршня. Наряду с этим нарушается уплотнение поршневых колец, падает компрессия, газы прорываются в картер, снижая мощность двигателя, загрязняется масло, усиливается коррозия подшипников и шламообразование.

Слишком высокая вязкость масла тоже нежелательна, так как она приводит к увеличению трения, и, следовательно, при режимной работе двигателя вызывает повышенную потерю мощности. При низкой температуре из-за высокой вязкости затрудняется запуск двигателя, а после запуска замедляется прокачка и ухудшается разбрызгивание масла. Свежее масло к узлам трения своевременно не поступает, а находящееся в зазорах за счет трения перегревается и вытекает. Возникает масляное голодание, повышенный износ или даже задир и заедание деталей.

В моменты пуска и остановки граничная пленка масла должна защищать узлы двигателя от сухого трения, а также обеспечивать надежную работу шестерен редуктора и других силовых передач, где образование жидкостного трения невозможно. Следовательно, масло должно обладать высокой смазывающей способностью. Таким образом, масло в двигателе подвергается действию высоких температур и давлений, находится в тесном контакте с различными металлами в присутствии кислорода воздуха. В таких условиях масло должно быть весьма стабильным, чтобы длительное время сохранять свои свойства и не давать больших загрязнений двигателя в виде нагара, лака и шлаков, что обеспечивается технологическими приемами в процессе его производства, описанными в предыдущих разделах.

9.1. Изменение свойств масла при работе поршневого двигателя

В процессе работы двигателя находящееся в нем масло изменяет свои первоначальные свойства под действием ряда факторов, характерных для данного типа двигателя и условий его эксплуатации.

Прежде всего, в масле происходят процессы окислительной полимеризации углеводородов, в результате которых в нем накапливаются продукты окисления (асфальтены, смолы, карбоиды, органические кислоты и др.). Исследования показали, что некоторые вещества, образующиеся в процессе окисления, являются ингибиторами окисления. Продукты окислительной полимеризации выпадают из масла в виде лаковой пленки на деталях двигателя, и, тем самым, уменьшают каталитическое действие металлов на процессы окисления. Все это приводит к тому, что в общем случае процессы окисления замедляются с течением времени, а само масло становится более стойким против окисления (рис. 14-17).

Рис. 14. Изменение содержания смол в масле во время работы поршневого двигателя

Рис. 15. Изменение содержания асфальтенов в масле во время работы поршневого двигателя

Рис. 16. Изменение содержания карбенов и карбоидов в масле в процессе работы поршневого двигателя

Рис.17. Изменение кислотности масла во время работы поршневого двигателя

Наряду с продуктами окислительной полимеризации в масле в процессе его работы накапливаются неорганические примеси в виде частиц износа, механических примесей, попавших в двигатель извне (частицы пыли), а также продукты коррозии и неполного сгорания топлива и масла.

Таким образом, в масле накапливаются примеси, которые можно разделить на две части – органическую часть (продукты окисления) и неорганическую часть (механические примеси, продукты износа, коррозии и т.п.).

Основными методами определения ресурса работы масла в двигателе, которыми традиционно пользуются конструкторы двигателей, являются стендовые и эксплуатационные испытания масел на полноразмерных двигателях с последующей обработкой результатов на основании замеров износа и снятия основных характеристик работы двигателя. Последующая корректировка сроков службы масел производится на основании обобщения опыта эксплуатации данного вида двигателей.

Такие методы весьма трудоемки, требуют значительных затрат на их проведение и в ряде случаев занижают назначаемые ресурсы работы масел в двигателях. В этой связи полезно рассмотреть методику графоаналитического определения сроков службы авиационных масел, разработанную еще в 60-е годы прошлого века кафедрой технической эксплуатации Киевского института гражданской авиации.

По этому методу основным критерием состояния смазочного масла является интенсивность суммарного износа двигателя, зависящая от изменения свойств масла в процессе эксплуатации в двигателе. Предполагается, что суммарный износ деталей двигателя можно считать состоящим из суммы двух составляющих (рис.18): износа, происходящего под влиянием свойств основной части масла, который зависит от физико-химических свойств углеводородов, входящих в него, т.е. того, износа, который формируется исходя из предположения о том, что масло не меняет своих свойств в процессе эксплуатации: Y₁ = Bt