Ii техническое обслуживание дизелей

Таблица 13

Поршневые кольца изготовляются из серого перлитного чугуна с пластинчатым графитом способом индивидуального литья. Такие кольца имеют наибольшее содержание графита и наиболее благоприятные показатели по скольжению.

С увеличением степени наддува, как правило, повышается максимальное давление в цилиндре, а следовательно, при прочих равных условиях и давление газов на кольцах. Повышенные давления действуют на большей части хода поршня, и более длительный период кольца находятся под влиянием омывающих их горячих газов. Поэтому не подлежит сомнению, что с увеличением степени наддува нагрузка на кольца увеличивается. Однако, при правильном выборе рабочего режима для колец, даже при максимальных значениях степени наддува, встречающихся в современных дизелях, не возникает особенных нарушений в их работе.

Высоконагруженные кольца для мощных дизелей с высоким наддувом в большинстве случаев изготавливаются из легированного чугуна. В настоящее время получили распространение легирующие присадки, указанные в таблице 14.

Фирма «Зульцер» применяет кольца из материалов с коррегированием верхних трех колец типа Кз и нижних типа Ki. Фирма МАН только в дизелях моделей K.ZE и K.SZ два верхних кольца устанавливает из легированного материала RS или RAK, остальные кольца из материала R, нелегированного специального чугуна. Все кольца с коррегированием по Ei. Коррегирование достигается получением отливки в форме овала и обточкой до приобретения свободной формы. Это позволяет кольцу сохранить свойства, приобретенные материалом при отливке с различным распределением удельных давлений, в разных сечениях от собственного напряжения материала.

Под коррегированием компрессионных колец понимается характер распределения (эпюра) удельного давления кольца на втулку (рис. 32). В данном случае, для дизелей МАН и Зульцер, кольца с коррегированием Ki, K2 и Ei имеют одинаковый характер эпюры, распределения давлений в форме яблочка (рис. 32,й). Которая заключается в том, что концы колец около замка на расстоянии 50 мм имеют легкое прилегание к поверхности втулки или определенный зазор для исключения попадания их в окна и поломок. Кольца с коррегированием (рис. 32,6) имеют зазор, мм, у замков: Ki—0,10; К2—0,2; Кз—0,3; Ei — 0,20. Марка материала и коррегирование фирмой-изготовителем «Дарос» указываются в районе замков, а при поставках больших партий в сертификатах — химический состав.

Толщина кольца выбирается в стадии проектирования дизеля, исходя из пластичности при его приработке по втулке, прочности сечения и в зависимости от диаметра цилиндра Dц. У крупных судовых дизелей отношение Dц/а=30—35, где, а—толщина кольца, например, у дизеля KZ70/120 это отношение равно 35, у RD76 — 33. В данном случае у дизелей МАН кольца обладают большей пластичностью, повышенной скоростью приработки. Следовательно, для обеспечения их высокого моторесурса необходимо в первую очередь обеспечить прочностные качества металла, как это учтено на дизеле KZE и особенно KSZ.

Высота кольца (h) в дизелях различных фирм при одинаковых диаметрах цилиндров колеблется в значительных пределах. Преимущество высокого кольца заключается, прежде всего, в его более высокой теплопроводности и прочности сечения. Кольца с меньшей высотой должны обладать большей износоустойчивостью по причине меньшей поверхности трения. Несмотря на повышенную прочность материала, поршневые кольца фирмы «Зульцер» имеют высоту 18 мм, а кольца фирмы МАН—12 мм. Износ колец дизеля RD76 в 7—10 раз меньше, чем у дизеля МАН KZ70/120. Этот фактор также обуславливает повышенные прочностные требования к материалу колец дизелей фирмы МАН.

Напряжение компрессионных колец дизелей средней и высокой мощности измеряется силой Р, кг, приложенной диаметрально к середине кольца до получения рабочего зазора в замке, Р=1,32 pDa. Поскольку ни одно чугунное литье не обладает определенным пределом текучести и при каждой нагрузке деформируется, то во избежание вредных деформаций кольца при постановке его в канавку нагрузка в сечениях не должна превышать 24 кг/см², а величина напряжений кольца во втулке— 18 кг/мм².

Фаски кромок поршневых колец, поступающих от фирмы «Дарос» для дизелей МАН, обработаны на 2,0 мм. При моточистках судовыми командами фаски на кольцах восстанавливаются, а зачастую их размер увеличивается. В результате рабочей поверхности кольца остается 50—60%, что способствует быстрой при- работке, но и быстрому его износу.

Фирма «Бурмейстер и Вайн» фаску на кольце делает радиусом 1,0 мм, так как она считает, что при больших ее значениях давление газов между кольцами и втулкой цилиндра может превысить давление газов в ручье за кольцом и оно будет утапливаться в канавке (явление «калапс»). В результате произойдет прорыв газов и возможна поломка колец. Явление калапса усиливается при малых зазорах колец в канавках по высоте, когда происходит медленное повышение давления газов за кольцом в канавке. В связи с этим фирма «Бурмейстер и Вайн» рекомендует увеличенные зазоры в канавках: для диаметров цилиндров:

500—0,30 мм, 840—от 0,35 до 0,40 мм. Специалисты фирмы МАН на дизелях с высоким наддувом для верхних колец устанавливают зазор 0,35—0,40 мм.

Температура поршневых колец способствует их деформации, а следовательно, пропускам газов и в конечном счете возгораниям и аварийным поломкам ЦПГ. Температура деталей, входя­щих в контакт с кольцом, не должна превышать 180—200°С, а при работе на тяжелых сортах топлива должна быть значительно меньше. При повышенной температуре деталей ЦПГ смазывающая способность масла резко ухудшается, масляная пленка разрушается. Особенно это следует учитывать на дизелях МАН, где цилиндровое масло подводится через вертикальные сверления от верхнего бурта длиной до 450 мм. На дизелях последней модели KSZ фирма отказалась от этих сверлении, подсоединяя штуцеры цилиндровой смазки непосредственно через блок.

При слишком низкой температуре деталей ЦПГ, что имеет место в результате длительной работы на самых малых ходах и применения топлива с высоким содержанием серы, происходит конденсация серной кислоты из продуктов сгорания, чрезвычайно ускоряющей износ и способствующей сильной коррозии колец. Таким образом, температурный интервал, который следует выдерживать для поршневых колец, относительно мал. К тому же эффективной защитой верхнего кольца в условиях высоких температур является меньший аксиальный зазор кольца в канавке поршня. Теплотехнические испытания подтверждают температуру втулки цилиндра в районе замков колец до 400°С, сопровождающуюся прогоранием перемычек между первым и вторым кольцами.

Некоторые специалисты объясняют это слабым вращением колец. Вращение и подвижность кольца — явления совершенно разные. В крейцкопфном дизеле вращение колец происходит случайно, скорость его мала и зависит от степени износа втулки, поршня, кольца и его упругости в разных сечениях.

Высокие значения температур имеют место по причине обрастания корпуса судна, тяжелых винтов и режимов перегрузки. Известны случаи, когда перлитная структура кольца на отдельных участках переходит полностью в ферритную вследствие теплового воздействия.

Что же касается допустимой температуры поверхностей деталей ЦПГ, то можно сказать, что крекинг масла наблюдается при температуре 325°. Крекинг сам по себе еще не есть коксообразование. Однако при соприкосновении масляной пленки с кислотосодержащим газом образуются не растворимые в масле продукты. Присутствие в масляной пленке серной кислоты может значительно увеличить образование кокса. По мнению специалистов, следует считать, что если температура в канавке первою кольца будет ниже 270°С, то обугливания масла и отложения кокса происходить не будет. Скорость окисления увеличивается вдвое на каждые 10°С увеличения температуры, что важно при регулировании параметров дизеля по теплонапряженности детален ЦПГ.

Исследованиями подтверждается, что даже при изменении нагрузки дизеля от 100 до 25% температура на стороне охлаждения изменяется мало. В остановленном дизеле тепло переходит от головки поршня к втулке. По данным лабораторных исследований известно, что при работе на тяжелом топливе и

минеральном масле при остановке поршня в в.м.т. после 2—3 ч на стенке втулки цилиндра в районе верхних поршневых колец образуются твердые и острые лаковые пленки. Это происходит вследствие перегрева тонкого слоя масла между кольцами и втулкой.

Поэтому для исключения местных перегревов не следует допускать быстрой остановки дизеля. В случае временной остановки после длительного перехода дизель необходимо периодически проворачивать валоповоротным устройством или воздухом, прокачивая лубрикаторы цилиндрового масла вручную.

С увеличением среднего эффективного давления и диаметра цилиндров, переходом на тяжелые сорта топлива, сокращением стояночного времени и т. д. увеличиваются требования к поршневым кольцам. Для исключения образования рисок на зеркале втулки, большого начального износа колец и втулок во время обкатки фирма «Дарос» ввела электролитическое меднение рабочей поверхности кольца (рис. 33). Для дизелей малой скорости толщина слоя меди составляет 0,15—0,30 мм.

В настоящее время меднение колец применяется на дизелях Зульцер, Пильстик, Гетаверкен, на новых дизелях Бурмейстер и Вайн и МАН. Преимущества меднения колец: исключение образования рисок на зеркале втулки, качественная приработка

Кольца, плакируемые медью, часто употребляются в изношенных втулках цилиндров, и после замены поршней.

Таблица 15

Суммарные зазоры, мм, между поршнем и втулкой дизелей Зульцер и МАН

Минимальный зазор между втулкой и поршнем дизеля K.Z70/120 находится в районе направляющего чугунного кольца» на последних моделях дизелей зазор увеличен на 0,3 мм, он ра­вен 1,3 мм. Направляющее кольцо у дизеля МАН и тронк дизеля Зульцера служат для направления движения поршня и уменьшения поверхности контакта с втулкой.

Основным условием безаварийной работы деталей ЦПГ является правильная центровка всех деталей движения в цилиндре. Фирма МАН 75—90% дефектов поршня относит к неправильному положению его. Правильное положение поршня во втулке цилиндра определяется ползуном и подшипниками. Проверка центровки деталей движения производится в трех положениях (в.м.т., середине, н.м.т.) на передний и задний ход. В крайних положениях ползун прижимается к параллели домкратом, чтобы обеспечить полное прилегание. В противном случае поршень не доводится до крайних положений. Правильным положением поршня в цилиндре можно считать, когда зазор со стороны выхлопа больше примерно в 2 раза, чем со стороны топливных насосов. Независимо от наличия эксцентрической расточки втулки (0,3 мм) в районе выхлопных окон, т. е. смещение оси поршня от оси цилиндра должно быть 0,2 мм в сторону топливных насосов (противоположную выхлопу). Это вызвано петлевой траекторией движения поршня в основном по причине наличия зазоров в параллелях и тепловых деформаций втулки. Несоосность по оси выравнивается мотылевым подшипником (но не крейцкопфным). Торцы крейцкопфного подшипника должны быть параллельны оси цилиндра. Перекос мотылевой шейки 0,05 мм (допускается не более 0,03 мм) вызывает изменение зазора между втулкой и поршнем около 1,0 мм, при котором поршень будет прижат к втулке.

При замене деталей (головки, тронка, проставочного кольца) поршень в сборе должен проверяться на станке, так как, по мнению фирмы, каждая третья головка поршня, как правило, собирается несоосно. Регулировка зазоров поршень—втулка в плоскости вращения шатуна обеспечивается прокладками под башмак ползуна.

В случае если ползун будет иметь непараллельные оси цилиндра движения, то в момент действия давления газов на поршень возникают составляющие силы, изменяющие положение поршня. Появление дугообразной или вогнутой формы параллелей и нащечин устраняется перезаливкой и шабровкой в заводских условиях. В качестве временной меры для восстановления соосности между колонной и параллелью могут быть ступенчато установлены прокладки.

Основное назначение бронзовых колец—дополнительно поглощать тепло от трения. Количество их устанавливается от двух до четырех, в зависимости от напряженности дизеля. На новом поршне бронзовое кольцо имеет диаметр больше проставочного на 0,30 мм для приработки при случайных деформациях поршня, местных перегревах, а также для приработки на время окончательного старения чугуна. При износе бронзовых колец до диаметра проставочного кольца замена их не требуется. Заменять бронзовые кольца следует при появлении в них поперечных трещин, подвижности частей, опасности попадания их в окна.

Канавки поршневых колец в зависимости от степени наддува и форсировки дизеля должны иметь скорость износа 0,02— 0,04 мм па 1 тыс. ч работы. Установочный зазор верхних колеи в канавке поршня по высоте для разной теплонапряженности дизелей KZ70/120 лежит в пределах 0,30—0,45 мм при максимально допустимом значении 0,8—1,1 мм.

Максимальная величина зазора достигается через 20— 25 тыс. часов работы дизеля. При достижении предельно допустимого зазора фирма рекомендует производить ремонтную обработку канавок и установку поршневых колец увеличенного по высоте размера. После ремонтной обработки дополнительное упрочнение поверхностей канавок не требуется, поскольку построечная толщина упрочненного слоя на поверхностях канавок составляет около 2,0 мм.

Первый ремонтный размер канавки hрем = hном + K + δ =12+ +1,1+0,4=13,5 мм, где hном—номинально допустимый зазор, мм; К.—предельно допустимый зазор, мм; δ—припуск на обработку, мм.

По мнению фирмы, срок службы головок поршня после проnочки канавок составляет не менее 20—25 тыс. ч. В случае, если головка поршня проточена в районе канавок или наплавлена специальным легированным электродом, упрочнение рабочих поверхностей может производиться пламенной закалкой или токами высокой частоты.

Ремонтные размеры поршневых колец высотой до 14 мм через каждые 0,5 мм рекомендуются фирмой «Дарос».

Сроки моточистки ЦПГ через 5—6 тыс. ч лимитируются в первую очередь предельным износом компрессионных колец. На дизелях K.Z модификации Е при каждой моточистке подлежит замене первое (верхнее) компрессионное кольцо, через моточистку заменяют второе, а при третьей моточистке заменяют кольца с третьего по шестое. На дизелях K.Z модификации Ад сроки моточистки еще меньше, так как верхние кольца сделаны из нелегированного чугуна.

На первой серии судов преждевременный подъем поршней производится и по причине водотечности через технологическую пробку. После замены красномедной (толщиной 3,0 мм) прокладки на текстолитовую прокладку водотечность прекратилась. Поступление воды через пробку происходило в результате слабины в резьбе из-за разного линейного расширения прокладки и материала пробки.

Прогары перемычек между кольцами происходят по причине высокой тепловой напряженности из-за гидродинамически тяжелых гребных винтов, обрастания корпуса и вялой продувки цилиндра воздухом.

Правильное обжатие деталей крепления является важной предпосылкой для надежности в эксплуатации и долговечности крышки цилиндра. В начале эксплуатации резьба гаек и шпилек несколько садится, поэтому необходимо производить контрольное обжатие их после обкатки дизеля. Резьба должна быть тщательно расхожена и смазана сульфид молибденом. При использовании пневматического гайковерта для обжатия гаек обязательным требованием к нему является надежная работа ограничителя крутящего момента. Для этих целей под гайки желательно подкладывать шайбы толщиной 10—15 мм из прочной стали.

В результате неравномерного обжатия крепежа крышки, несоответствия момента, механических и термических перегрузок, а также условий эксплуатации и охлаждения могут быть пропуски газов из-под посадочного бурта. В этих случаях следует немедленно сбросить нагрузку на дизеле или на отдельном цилиндре, чтобы не допустить прогара посадочного бурта крышки.

Восстановить поверхность посадочного бурта крышки можно притирая его, а при сильном прогорании протачивая на станке.

Для сохранения камеры сжатия необходимо компенсировать высоту кольцом из красной меди или мягкой стали.

Появление трещин в донышке крышки, по заявлению специалистов фирмы, возможно и от пережатия крепежных гаек форсунки. Размер плеча ключа для крепления форсунки в крышке должен быть 250—300 мм. Для разгрузки осевого усилия под гайки крепления форсунки на удлиненные шпильки устанавливают цилиндрические втулки-стаканы.

От дизелей K.Z до K.SZ конструкция крышки претерпела три модификации (рис. 36). Принципиальное конструктивное исполнение сохранено. Крышка дизелей модификации Е состоит из трех частей, т. е. нижняя часть вместо технологических пробок полости охлаждения, как на дизелях модификации As, имеет дополнительную съемную крышку, которая при большом диаметре и малой жесткости имеет точную посадку. При демонтаже съемная крышка деформируется и при сборке определить плоскостность прилегания можно только по свинцовым выжимкам. Возможно, по этим причинам у основания перемычек охлаждения появляются трещины. Поэтому величину зазоров предварительного напряжения следует проверять до разборки крышки.

В результате поисков конструктивных решений для равномерного распределения и уменьшения возникающих в крышке напряжений на дизеле K.SZ фирма возвратилась к изготовлению ее из двух частей. При этом высота перемычек, толщина стенок нижней охлаждаемой части уменьшена, и изготовлена она уже не из чугунного, а стального литья.

§ 12. ПОДШИПНИКИ

Анализ работы дизелей МАН показывает, что наиболее часто повреждениям подвергаются рамовые (рис. 37), мотылевые (рис. 38) и особенно крейцкопфные подшипники (рис. 39). Это объясняется различными условиями работы данных подшипни­ков,

Все многообразие повреждений подшипников в основном связано с растрескиванием и выкрашиванием антифрикционного сплава, а иногда с его под плавкой (выплавкой) или интенсивным износом.

Крейцкопфные подшипники работают в условиях высоких удельных нагрузок и несовершенной граничной смазки, обусловленной небольшими скоростями скольжения, переменой направления движения




каждые пол-оборота коленчатого вала и ограниченностью угла поворота на рабочих шейках крейцкопфа. Сопоставление продолжительности безотказной работы подшипников дизелей МАН, Зульцер, Бурмейстер и Вайн отечественного флота [5] показывает, что крейцкопфные подшипники являются ненадежными у всех дизелей (табл. 16).