Актуальные вопросы

Печать

Наиболее часто задаваемые вопросы наших клиентов:

1. Почему нельзя выключать двигатель на высоких оборотах?

Тепловые условия работы узла подшипников определяются в основном частотой вращения ротора, величиной подачи и температурой масла и зависят от температуры газов перед турбиной. Высокая температура газов, свойственная автотракторным ТКР, обуславливает наличие двух интенсивных потоков тепла в узле подшипников. Один из них распространяется по корпусным деталям, а другой — через колесо турбины по валу ротора. Таким образом, подача масла к подшипникам должна обеспечивать помимо своего основного назначения (создания надежных масляных слоев в зазорах подшипников) и отвод тепла, поступающего с указанными выше  тепловыми  потоками.

Исследования на примере турбокомпрессора ТКР 11 238НБ проведенные на безмоторном стенде, позволили оценить характер изменения температуры масла и отдельных точек корпуса подшипников в зависимости от частоты вращения ротора, температуры газов и расхода масла.

Было установлено, что существенное влияние на работоспособность узла  подшипников могут  оказывать резкие остановы дизеля. Исследование влияния таких остановов на тепловое состояние деталей узла подшипников осуществлялось путем записи температур характерных точек этих деталей после выключения подачи топлива.

 Через 3—4 минуты после остановки дизеля с режима полной подачи топлива температура вала и корпуса подшипников со стороны турбины достигает 350—360°С, а над уплотнительными кольцами— 400°С. У подшипника со стороны компрессора температуры повышаются в меньшей степени и к 10-й минуте достигают 200°С. Снижение температур после достижения максимума происходит со скоростью примерно одинаковой для всех точек и равной 3—4°С в минуту. При таком температурном состоянии узла подшипников происходит закоксовка уплотнительных колец, потеря подвижности и, как следствие, течь масла через турбину. Наличие цветов побежалости на деталях ротора свидетельствуют о их перегреве и уменьшение надежности работы.

При останове дизеля после пятиминутной работы его на холостых оборотах уровень температур деталей ТКР меньше почти в два раза, так как за это время температура корпуса и колеса турбины, от которых подводится тепло в корпус подшипников и вал ротора снижается в значительной степени. Так к пятой минуте работы двигателя на холостых оборотах (вне зависимости от исходного режима) температура масла после подшипника со стороны турбины составляет 114—117°С, а температура корпуса над уплотнительными кольцами—173—175°С. При остановке с такого режима температура вала со стороны турбины повышается лишь до 190°С, а над уплотнительными кольцами — до 210°С, то есть достигают того же уровня, как и при установившейся работе двигателя на номинальном режиме. Приведенные данные свидетельствуют о том, что для надежности работы турбокомпрессора дизель с турбонаддувом необходимо останавливать лишь после 3—5 минут работы на холостых оборотах. Это условие, также как и условие прогрева двигателя при запуске при отрицательной температуре окружающего воздуха, должно быть записано в инструкцию по эксплуатации и неукоснительно выполняться водителями.

 2. Почему нежелательна длительная работа дизельного двигателя в режимах холостого хода или с малой нагрузкой?

При длительной работе на холостом ходу или с малой нагрузкой система охлаждения и система смазки не обес­печивают поддержание оптимального теплового режима двигателя (353...373'К, или 80...100°С), а система питания топливом и система питании воздухом — оптимального приготовления и сгорания рабочей смеси в цилиндрах дви­гателя. Детали двигателя недостаточно смазываются, топ­ливо плохо распыляется, увеличивается время запазды­вания начала горения, часть топлива не успевает сгореть в цилиндрах двигателя и выбрасывается в выпускные кол­лекторы, что снижает мощносные и экономические пока­затели двигателя. Содержащиеся в выпускных газах про­дукты неполного горения топлива осаждаются в виде на­гара, коксовых скоплений и лаковых пленок на детали цилиндропоршневой группы, форсунках, клапанах системы газораспределения и выпускных коллекторах.

Описанные выше явления усугубляются при работе в  условиях низких температур окружающего воздуха.

При наличии турбокомпрессора, длительная работа на холостом ходу более 20 мину приведет к  разрежению в корпусе компрессора, а низкая температура масла на сливе  приведет к отложениям смолистых веществ на стенках сливного патрубка и повышению сопротивления сливной магистрали. Как следствие, течь масла через уплотнительные кольца.

Поэтому  при необходимости длительной работы на холостом ходу, а также при появлении признаков неполного сгорания топлива необходимо периодически переводить двигатель на работу под нагрузкой и при­нять при необходимости другие меры к повышению темпе­ратурного режима работы: установить утеплительный чехол, поднять шторку масляного радиатора.

3.Как  влияет неправильный пуск  дизельного двигателя на долговечность турбокомпрессора?

  Турбокомпрессор является, как правило, наиболее удаленной от масляного насоса точкой смазки. Это обстоятельство накладывает условия на организацию подачи масла к узлу подшипников на различных режимах работы дизеля.

Одним из наиболее неблагоприятных эксплуатационных режимов работы автомобильного дизеля, оказывающих влияние на надежность и долговечность узла подшипников ТКР, является режим пуска, особенно при отрицательных температурах. В этих условиях имеет место значительная задержка поступления масла к подшипникам турбокомпрессора, обусловленная как гидравлическим сопротивлением трубопроводов на линии всасывания масляного насоса, так и элементов системы смазки на линии нагнетания по ним масла повышенной вязкости. Недостаточное количество масла, вызванное задержкой его поступления, приводит к изменению гидродинамических условий работы подшипников ТКР и при нарушении режима прогрева дизеля после пуска возможен отказ ТКР или создаются для этого предпосылки.

После остановки турбокомпрессора во внутренних полостях корпуса подшипников сохраняется некоторое количество масла, которое  создает условия для обеспечения работоспособности узла подшипников в течение времени, достаточного для прогрева масла в поддоне двигателя  до рабочей  температуры, если окружная скорость вала ТКР не превышает 13 м/с. Частота же вращения ротора ТКР на пусковых режимах превышает частоту вращения коленчатого вала дизеля в 10—12 раз. Это было установлено  на безмоторном стенде, а также на двигателе ЯМЗ-238НБ при его работе в  моторном  боксе. Этими опытами установлено, что работа ТКР без подачи масла на режимах холостого хода двигателя до частоты вращения коленчатого вала равной 1500 мин-1 не оказывает влияния на работоспособность узла подшипников и не приводит к износам деталей. На режиме 1700 мин-1 произошел задир подшипников ТКР. Таким образом, до окружной скорости вала ротора, равной 13 м/с, что на двигателе ЯМЗ-238НБ соответствует частоте вращения коленвала 1500 мин-1, еще создаются допустимые условия гидродинамической смазки подшипников, и ТКР может работать некоторое время. Максимальная  же частота вращения коленчатого вала этого двигателя на холостых оборотах составляет 1950 мин-1

Прогрев двигателя до достижения рабочих параметров масла необходимо осуществлять на холостых оборотах, не превышающих 50-60%  от максимальных.

Недостаточная подача масла при высокой частоте вращения ротора приводит к потере устойчивости масляного слоя в узле подшипников. Это усугубляется почти полным отсутствием демпфирования в масляном слое, в результате чего отмечается мгновенное возрастание амплитуды прецессионного движения конца вала ротора и уменьшение частоты его вращения. В этот момент на подшипники ТКР передаются обусловленные значительным уменьшением вязкости масла из-за возрастания температуры, дополнительные нагрузки из-за большой амплитуды прецессирования ротора. Эти нагрузки приводят к контактированию поверхностей трения. При осмотре деталей узла подшипников было отмечено засветление участков контакта. При длительном контактировании поверхностей появляются натиры, а в случае наличия в масле абразивных частиц - риски. Последовательное накопление натиров и рисок приводит к качественным изменениям в работе сопряженных поверхностей узла подшипников и, в конечном счете, к возникновению задиров и последующему отказу подшипников ТКР. Приведенная физическая модель отказа подтверждается материалами эксплуатации и проведенных стендовых испытаний.

Неблагоприятные обстоятельства, сопутствующие холодному пуску, учтены в рекомендациях для эксплутации двигателей зарубежных фирм:  Cummins, Caterpillar, Scania и др. Например, фирма Scania ограничивает верхний предел частоты вращения коленчатого вала дизелей с турбонаддувом после пуска 1000 мин-1 (45% от nном:). в течение 30 секунд, а фирмы Cummins и Caterpillar не допускают резкого повышения частоты вращения коленчатого вала во время прогрева после пуска и работы двигателя под нагрузкой в этот период.

4. Как неисправности дизельного двигателя влияют на работу турбокомпрессора?

На работу ТКР могут оказывать влияние различные неисправности в системах дизелей. Внешним признаком неисправности системы наддува является снижение мощности и увеличение дымности выпускных газов. Из накопленного опыта следует, что чаще всего это происходит из-за засорения воздушных фильтров и разгерметизации впускного и выпускного трактов. Причиной разгерметизации впускного тракта являются разрушения резиновых шлангов, ослабление соединительных хомутов, усадка резиновых уплотнительных колец в компрессоре ТКР или в соединении впускных коллекторов. Разгерметизация выпускного тракта (утечка газов) происходит из-за ослабления крепления коллекторов или прогара уплотнительных прокладок.

Неисправности в самом турбокомпрессоре также могут быть причиной уменьшения мощности двигателя. Небольшие повреждения лопаток колеса компрессора или турбины посторонними предметами, задевание лопатками колеса компрессора за нагаро-отложения на корпусе приводят к уменьшению давления наддува и, как следствие, к снижению мощности двигателя и повышению дымности отработавших газов. Отказ узла подшипников из-за достижения предельных зазоров в плавающих подшипниках или из-за недостатка смазки происходит мгновенно. В этом случае отмечается наволакивание бронзы на вал, поломка уплотнительных колец или раскатка их в канавках, сильная течь масла во впускной и выпускной коллекторы. При этом имели место случаи работы дизеля на воздухо-масляной смеси при полностью выключенной подаче топлива. Однако, течь масла может произойти из-за усадки уплотнительного резинового кольца внутри турбокомпрессора и повышенного сопротивления сливной магистрали в результате отложений из-за длительной непрерывной работы дизеля на режиме холостого хода.

Течь масла из выпускной трубы (после турбокомпрессора) на режимах холостого хода у нового дизеля не является признаком отказа ТКР - В начальный период работы дизеля поршневые кольца могут пропускать небольшое количество масла на выпуск. После приработки поршневой группы примерно через 200—300 часов течь  масла прекращается.

Отказ узла подшипников ТКР при запуске дизеля в холодное время при температуре минус 20—25°С из-за задержки поступления масла к подшипникам возможен при нарушении инструкции по. эксплуатации.

 

5. К вопросу применения в турбокомпрессорах подшипников скольжения из антифрикционных порошковых материалов взамен бронзовых.

 Как известно турбокомпрессор представляет собой объединение газовой турбины и центробежного компрессора. Оба агрегата имеют один общий вал ротора, установленный в бронзовых подшипниках скольжения. Узел подшипников включает в себя и упорный подшипник, ограничивающий осевое перемещение ротора. Упорный подшипник , как и подшипниковые втулки, изготавливаются из свинцово-оловянистой бронзы БрОС-10-10, содержащий до 10% олова. Применение бронзы с содержанием олова менее 5% не обеспечивает работоспособности подшипников.  Коэффициент трения стали по бронзе со смазкой составляет 0,07-0,10.В некоторых конструкциях для изготовления подшипников используют алюминиевые сплавы.

В настоящее время материалом для подшипников служат  композиционные спеченные материалы на основе меди и на основе железа. Подшипники изготовляют из сплавов железа и 1–7% гра­фита ( ПА-ЖГр ) согласно ГОСТ 26802-86 и бронзографита, содержащего 8–10% Sn и 2–4% графита ( ПА-БрОГр ) согласно ГОСТ 26719-85. 

Композиционные материалы на основе железа получили наибольшее распространение среди антифрикционных спеченных материалов. Это объясняется возможной заменой ими подшипниковых материалов типа баббитов, бронз (как литых, так и спеченных), что достигается изменением триботехнических свойств материалов на основе железа в широком диапазоне введением в их состав легирующих элементов и присадок (медь, олово, хром, никель, фосфор, бор, сера, дисульфид молибдена, сернистый цинк, латунь, молибден). Эти материалы обладают более высокой износостойкостью, чем бронза, и превосходят ее по максимально допускаемым контактным давлениям. Так до­бавка к железографитовым материалам серы (0,8–1,0%) или сульфидов (3,5–4,0%), образующих сульфидные пленки на тру­щихся поверхностях, улучшает прирабатываемость, уменьшает износ и прихватываемость сопряженных деталей.  

Антифрикционные порошковые сплавы имеют низкий коэффи­циент трения, легко прирабатываются, выдерживают значитель­ные нагрузки и обладают хорошей  износостойкостью. Подшипники  из порошковых сплавов могут работать без при­нудительного смазывания за счет «выпотевания» масла, находя­щегося в порах.

Структура металлической основы железографитовых материа­лов допускает наиболее высокие скорости и нагрузки при наименьшем износе подшипников.

Коэффициент трения железографита по стали при смазке 0,07–0,09. Подшипники из железографита применяют при до­пустимой нагрузке не более 1000–1500 МПа и максимальной тем­пературе 100–200°С.

Применение железографитовых подшипников позволяет экономить сплавы цветных  металлов – бронзы, баббиты. В ряде случаев железографитовые подшипники скольжения могут успешно заменить шариковые и роликовые подшипники качения. Наличие графита и запас жидкого смазочного материала придают подшипникам свойства самосмазывания, что уменьшает опасность выхода из строя деталей  узлов трения из-за недостатка смазки.