第六章 润滑油.docx
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第六章润滑油
第六章润滑与与冷却
第一节润滑和润滑油
一、润滑的作用
在柴油机中润滑的作用有:
减磨作用、
冷却作用、
清洁作用、
密封作用、
防腐作用、
减轻噪音及传递动力等。
其中减磨是润滑的主要作用。
二、润滑分类
1.边界润滑
边界润滑——两运动表面被一种具有分层结构和润滑性能的薄膜所分开,所形成的润滑。
薄膜厚度通常在0.1(m以下(称边界膜)。
吸附膜——由滑油中极性分子吸附在零件表面形成
反应膜——滑油中某些添加剂元素如硫、磷等与摩擦表面的化学反应形成。
2.液体润滑
液体润滑——两运动表面被一层一定厚度(为1.5~2.0(m以上)的滑油液膜完全隔开,所形成的润滑。
。
液体润滑方式摩擦系数小,磨损少,是一种理想的润滑状态。
3.混合润滑
介于液体与半边界液体润滑之间或干摩擦与边界润滑之间的润滑形式
三、形成液体润滑的方法:
1.液体动压润滑
借助于滑油的动力作用,形成楔形液膜产生油楔压力以平衡外载荷。
如曲柄销轴承的润滑。
液体动压润滑的影响因素:
(1)运动状态(回转、往复):
转速越高,越易形成液膜(油楔);
(2)滑油粘度适当:
粘度大难以涂布,粘度小,滑油易流失;
(3)轴承负荷:
负荷越大越难形成油楔;
(4)轴承间隙:
间隙过大(滑油流失)、间隙过小(轴颈不易浮起)均不易形成油楔;
(5)表面加工粗糙度。
表面光洁程度高易形成油楔。
2.液体静压润滑
从外部向摩擦表面供给一定压力的滑油,借助于滑油的静压力,产生油膜以平衡外载荷。
如某些大型二冲程十字头轴承的润滑。
3.弹性液体动压润滑
借助于摩擦表面在接触点产生的暂时弹性变形,在接触点产生极薄的挤压油膜以避免金属直接接触。
如废气涡轮增压器中的滚珠轴承。
四、润滑油的性能指标
1.粘度和粘度指数
滑油的粘度随温度的变化规律(即粘温特性)用粘度指数(V1)表示。
VI越大,表示该滑油的粘度随温度变化越小,滑油的粘温性越好。
粘温特性最好的滑油的粘度指数为100,粘温特性最差的粘度指数为0。
粘度比表示该滑油在50℃与100℃时运动粘度的比值。
某油品的粘度比小(接近1)其粘温特性好。
2.酸值和水溶性酸或碱
我国用酸值表示滑油中有机酸的含量,用水溶性酸、碱定性表示滑油属酸性或碱性。
总酸值(TAN)表示滑油中有机酸与无机酸(硫酸)的总和。
强酸值(SAN)表示滑油中无机酸的含量。
总碱值(TBN)表示滑油中所含碱性的高低。
其计量单位为mgKOH/g。
它表示一克滑油中所含碱性物质相当于氢氧化钾(碱)的毫克数。
数值越大,含碱性越强。
五、润滑油的的质量等级
目前,使用广泛的滑油粘度分级主要有两个:
(1)ISO把滑油按40℃时的运动粘度数值分成18个等级;ISO—VG。
(2)美国汽车工程师学会(SAE)把发动机用滑油按粘度分成10个等级。
由美国SAE、ASTM和API三方联合公布的一种质量分类方法按油品质量和适用机型特点把滑油分成CA、CB、CC、CD和CE五个质量级。
十字头机润滑油为CB级
筒形活塞式发电柴油机润滑为CD级
六、润滑油添加剂
1.清净分散剂
防止高温时生成漆膜的添加剂称清净性添加剂;
防止低温下生成油泥沉淀物的添加剂称分散剂。
统称为清净分散剂。
作用:
其一,洗涤与悬浮;
其二,中和酸性起到锈蚀抑制剂作用。
(清净分散剂——碱性添加剂)
2.油性剂、极压剂
滑油中加入油性添加剂,可提高形成吸附膜的能力,
加入极压添加剂,可提高形成反应膜的能力。
第二节气缸润滑
一、气缸润滑的工作条件
1)气缸套上部的高温(缸套上部为180~220℃,活塞环槽为100-200℃)
2)缸套上部活塞运动速度较低(上止点时为零),难以形成液体动压润滑,
3)劣质燃油的使用,使缸套工作条件更加恶劣。
因而,缸套上部的润滑形式只能是边界润滑。
二、气缸润滑的作用
目前气缸润滑有以下三种形式:
(1)飞溅润滑。
连杆大端上的滑油飞溅到缸壁上来润滑,一般不需专门的润滑装置。
滑油为循环使用,飞溅的滑油量为不可控
活塞上必须装设刮油环。
用于中小型筒形活塞柴油机上。
(2)注油润滑。
使用专用气缸油以及专用的注油设备,工作可靠,而且注油量可控,滑油注出后不予收回。
多用于大型十字头柴油机。
(3)除采用飞溅润滑方式外还采用注油润滑作为气缸润滑的辅助措施。
三、气缸注油润滑
1.对气缸油的要求
(1)边界润滑条件下减磨性好(如气缸油具有良好的油性)。
(2)适当的粘度和粘度指数(75-95)。
(3)清净分散性。
抑制形成漆膜和沉淀物并具有良好的悬浮能力。
(4)中和性。
具有一定碱性,TBN约为40-100mgKOH/g。
(5)抗氧化性。
热氧化安定性好。
(6)其他。
如低灰、密封性及贮存稳定性等。
2.气缸油的种类
(1)SAE50粘度等级,此类气缸油使用广泛,总碱值可覆盖10~100。
(2)SAE40粘度等级,总碱值为40。
原先弯流扫气的机型一般是使用SAE40粘度等级的气缸油,主要是考虑防止扫排气口中沉积物过快堆积。
(3)粘度等级大于50,总碱值有70、85、100,用于长冲程高负荷柴油机。
(4)不含添加剂的SAE50高粘度气缸油,用于新发动机及换新缸套磨合使用。
3.气缸油、注油定时和注油率的选择
1)气缸油的选择
气缸油的总碱值应根据使用燃油的硫分来选择。
硫分(S>2.5%)燃油时,气缸油的TBN应为65~70mgKOH/g;
硫分(S<2.5%)燃油时,气缸油的TBN应为40mgKOH/g;
使用柴油时,气缸油的TBN应为10~14mgKOH/g。
如果气缸油的TBN过大,则燃烧室表面将出现由过量碱性添加剂所产生的灰白色沉淀物(钙盐类);
如果气缸油的TBN过低则在注油孔之间的缸套表面出现漆状沉淀物,使铸铁缸套腐蚀发暗(镀铬缸套出现白斑)。
若其TBN大于10则表示该气缸油有足够的碱性储备,否则为碱性不足。
(从活塞杆填料函处取气缸油残油化验),
2)气缸注油孔的数量与位置
气缸注油孔的数量与油孔两侧人字形布油槽的形状对注油润滑有很大影响。
在正常情况下气缸注油孔(8一10个)沿缸套圆周均匀分布。
近代大型柴油机注油孔多在缸套中上部(高位注油孔),
四冲程柴油机的注油孔多分布在缸套下部。
3)注油定时选择
从理论上讲,当活塞上行第一与第二环对准注油孔时注油为注油最佳时刻。
但是当缸内压力低于注油压力时,气缸油自动注入缸内。
对于短活塞而言,即曲轴一转中有两次注油机会
对于长裙活塞只有一次注油机会。
注油量可调,注油定时不可调
4)注油率的选择
注油率太大
(1)浪费和沉积物增多,
(2)活塞环与排气阀粘着,
(3)气流通道堵塞,扫气箱内油污过多,发生着火事故。
注油率太小
(1)难以形成润滑油膜
(2)活塞环与缸套磨损加剧,漏气增多,以至拉缸、咬缸。
气缸油适中的特点有:
第一道环有半干毕湿的滑油膜存在,活塞环与缸套表面油膜干净,环表面光亮,倒角尚在。
推荐:
二冲程直流扫气柴油机约0.6~0.8(g/kW﹒h)
二冲程弯流扫气柴油机约1.0~1.4(g/kW﹒h)
筒形活塞式柴油机约1.3~2.0(g/kW﹒h)
5)气缸注油率的调节方式
(1)"随转速调节":
注油量与柴油机(主机)转速成正比,因而在低负荷运转时(其负荷随转速三次方关系降低而注油量与转速正比下降)注油量过大,使注油率过大。
B&W柴油机选用"随转速调节"的HJ型气缸油注油器
(2)"随负荷调节":
气缸注油量随柴油机(主机)负荷而降低,因而可克服"随转速调节"低负荷时注油量过大的危害。
RTA柴油机选用"随负荷调节"的IVO型气缸油注油器
6)对气缸油的管理
(1)注意注油器油位,观察每个油管的泵油情况;
(2)停车后,用转车机转车以排出残留在缸内的含硫废气;启动柴油机前,用手泵动注油器;
(3)保证柴油机正常的排烟温度,以免破坏缸壁油膜;、
(4)不同品种气缸油未经试验不能任意混兑;
(5)在柴油机磨合运转中,初期应分别使用纯矿物油和中碱性气缸油,以加速磨合过程,另外在磨合初期应加大气缸油注油量。
第三节曲轴箱油润滑
一、曲轴箱油
1.十字头式柴油机曲轴箱油
正常耗油率约为0.1~0.3(g/kW﹒h)
2.筒形活塞式柴油机曲轴箱油
正常耗油率约为1.07~1.6(g/kW﹒h)
二、曲轴箱油的变质和检验
1.曲轴箱油变质的原因:
1)外来物混入。
海、淡水混入使滑油乳化腐蚀金属表面;
燃油漏人会降低滑油粘度和闪点;
燃气漏人使滑油的酸值与炭渣增加。
2)本身氧化
滑油氧化变质,颜色变深,总酸值增加,粘度与密度增加。
温度高于65℃,则氧化速度明显增加,
滑油中掺入铁锈和涂漆将加速滑油氧化。
2.润滑油的检验
(1)经验法:
根据经验,对滑油的摸(粘度)、嗅(气味)、看(颜色)以及分油机中的沉积油泥等加以判断。
(2)油渍法:
把滑油滴到特殊试纸上,待干燥后利用说明书提供的标准图像与试纸上的油渍(颜色与扩散程度)比较,作出判断。
(3)化验法:
分船上现场简易化验法与实验室化验法(由轮机人员在船上取样送油供应商在实验室中进行化验)。
化验法中,必须在船舶进港前取滑油样品。
通常每隔3~4个月取油样一次,所取油样加以封存,注明运转小时等。
第四节柴油机的冷却
一、柴油机的冷却作用
(1)保证受热部件在高温下有足够的强度。
(2)降低受热件内外壁面的温差,降低热应力。
(3)保证运动部件适当的装配间隙。
(4)保证缸壁工作面滑油膜的正常状态,不会因高温而降低其润滑性能和蒸发。
二、冷却介质及其特点
(1)淡水。
水质稳定,传热效果好,出口温度可高,可用水处理来解决其腐蚀与结垢缺陷;但必须循环使用,应用广泛。
(2)海水。
水质多变,其腐蚀与结垢问题严重,出口温度不得高于45C,但其水源充足。
(3)滑油。
比热小,传热效果差,高温时在冷却腔易结焦,但不存在因漏泄而污染曲轴箱油问题,适用于活塞冷却介质。
(4)柴油。
曾用来作为喷油器冷却介质,目前已很少使用。
柴油机活塞的冷却介质主要是淡水(大型机)与滑油(大、中、小型机),当前新型超长行程柴油机的活塞大多采用滑油作为冷却介质。
三、冷却系统的组成和设备
在柴油机动力装置中,根据冷却方式和工作特点的不同,冷却系统分为开式、闭式和中央(集中)式三种类型。
1.闭式淡水冷却系统
一般有缸套和气缸盖、活塞、喷油器三个闭式淡水冷却系统。
1)
图5-7-1缸套水系统布置方案
1-主机;2-膨胀水箱;3-淡水冷却器;4-淡水泵
在缸套水冷却系统中,淡水流动路线可以有两种方案,如图5-7-1所示。
两者的区别在于淡水泵供应的淡水在
a)方案中先进主机,然后再去淡水冷却器;
b)方案中则先去淡水冷却器,然后再去主机。
图5-7-2MC/MCE柴油机缸套冷却水系统
1-主机;2-副机;3-主淡水泵;4-副机机带淡水泵;5-空气分离器报警器;6-膨胀水箱;7-平衡管;8-空气分离器;9-温度传感器;10-热力膨胀阀;11-造水机;12-缸套水冷却器;13-暖机水管系
一般来说,淡水泵供应的淡水应先进主机,这可以防止缸套穴蚀和冷却水的汽化,但由于目前冷却水压力较高,两者实际区别不大。
图5-7-2为MAN-B&WMC型柴油机缸套冷却水系统。
主淡水泵3出口的淡水经造水机11和淡水冷却器12冷却后由缸套进口总管进入各缸套下部,沿缸套→气缸盖→增压器路线进行冷却。
各缸出水管汇总后一路经阀A(航行时开启,港泊时关闭)进入空气分离器8并进入主淡水泵进口;另一路进入淡水膨胀水箱6。
平衡管7用于给系统补水并保持淡水泵吸入压头。
图中还给出了发电柴油机(副机)的冷却水系统。
它与主机冷却水系统并联布置。
在航行期间可以分别并列循环(此时开A阀),在港泊期间可用副机冷却水经管13给主机暖缸(此时关A阀,开B阀)。
系统中有温度传感器9检测主、副机冷却水出口温度的变化,并通过热力控制阀14、10控制其进口温度。
通常主淡水泵设有两台,并为离心泵。
缸套冷却水系统中均设高置膨胀水箱。
其作用是:
膨胀,使系统中的淡水受热后有膨胀余地;补水,补充系统中因蒸发和漏泄而损失的水量并保持淡水泵有足够的吸入压头;排放系统中的空气;投药,可在此投放化学药剂以对冷却水进行化学处理;加热,可对冷却水加热以暖机(如在其中设置加热装置)。
图5-7-3活塞冷却水系统
1-主机;2-活塞水泵;3-活塞水冷却器;4-循环水柜;5-活塞水漏泄柜;6-自动调温阀;7-活塞冷却水进水管;8-活塞冷却水出水管;9-透气管;10-观察镜;11-低位警报;12-补水管;13-水处理投药口;14-压力表;15-活塞水压力表
图5-7-3为某大型柴油机的活塞冷却系统。
该活塞采用淡水冷却。
主要由淡水循环柜4、活塞水泵2和冷却器3等组成。
活塞水泵泵出的淡水经冷却器后进入各缸活塞冷却水进水总管7,再分别经各缸活塞套管冷却机构对活塞进行冷却。
最后冷却水在各缸活塞冷却水出口汇总管8汇集送往循环柜4循环使用。
图5-7-4开式海水冷却系统
1-主机;2-低位海底阀;3-高位海底阀;4-海水滤器;5-海水泵;6-感温元件;7-滑油冷却器;8-增压空气冷却器;9-活塞水冷却器;10-缸套水冷却器;11-温度调节阀;12-出海阀;13-温海水回流管;14-透气管
淡水循环柜的作用是:
汇集各缸活塞冷却水;补充水量不足;可在此投药进行化学处理;如设有加热装置,可对此系统中的水加热用于暖机。
喷油器冷却系统的组成和原理与活塞冷却系统基本相同,冷却剂可用淡水或柴油。
2.开式海水系统
开式海水系统是用海水作为冷却剂冷却淡水、滑油、增压空气和空气压缩机等。
系统的基本组成是海底阀和大排量海水泵。
其系统如图5-7-4所示,使用过的海水排至舷外。
在系统中装设感温元件6和自动温度调节阀11,使部分使用过的海水回流至海水泵进口,保证进冷却器的海水温度不低于25℃。
一般设两个以上海底阀,分高位和低位,分设在船舶的两侧舷旁。
高位海底阀(门)位于空载水线下约300mm处,低位海底阀(门)设在舱底(靠双层底附近)。
船舶进港后,由于水面下泥沙污物较多,多用高位海底阀。
而在海上航行时,为防止因风浪造成空吸,多使用低位海底阀。
当船舶在码头停靠时,一般停止使用靠近码头一侧的海底阀,而改用外侧海底阀,以防污物堵塞。
图5-7-5RTA-T柴油机中央冷却系统
海水泵一般设两台,一台备用。
有些船上把备用泵兼作备用淡水泵。
海水泵排量很大,通常在吸入管接一应急舱底吸口,以备机舱进水时应急排水之用。
海水泵一般均采用大排量离心泵。
3.中央冷却系统
近代船舶动力装置冷却系统中出现了一种新型的系统,即中央冷却系统。
这种冷却系统的基本特点是使用不同工作温度的两个单独的淡水循环系统:
高温淡水(80~85℃)和低温淡水(30~40℃)闭式系统。
前者用于冷却主机,后者用于冷却高温淡水和各种冷却器。
受热后低温淡水再在一个中央冷却器中由开式海水系统进行冷却。
因此可保证只使用一个用海水作为冷却液的冷却器。
图5-7-5所示为SulzerRTA-T系列柴油机使用的中央冷却系统。
优点:
1)海水管系及中央冷却器的维修工作减至最低限度;
2)气缸冷却水温度稳定,不受工况变化的影响,因而使柴油机始终在最佳冷却状态下运转;
3)淡水循环可多年保持清洁,维修工作量极少。
缺点:
1)增加了中央冷却器及其辅助设备与管系,因而投资费用较高;
2)由于附加管系的阻力损失,使水泵耗功也有所增加。
在近年来建造的现代化船舶中,大多采用中央冷却系统。
四、冷却水添加剂及水处理
1.作用:
防止在冷却腔中结垢和造成腐蚀。
2.水处理方法
(1)加入无机缓蚀剂(防锈剂)。
具有防垢和防蚀双重作用,同时可提高冷却水的pH值。
(2)乳化防锈油。
由防锈添加剂、乳化剂和基础油组成。
除可防蚀作用外,还有一定润滑作用,因而适用于活塞冷却水的处理,但同时对环境产生污染,目前使用较少。
我国交通部推荐的柴油机水处理的药剂也是亚硝酸盐和四硼酸盐的混合物。
五、冷却系统的维护管理
首先调整冷却系统的工作参数,并确保正常:
(1)淡水泵出口压力应调整在正常工作范围。
通常淡水压力应高于海水压力。
(2)淡水温度应根据说明书的规定调整至正常工作范围。
对于中高速柴油机,一般出口温度可控制在70~80℃(不烧含硫重油时),低速机可控制在60~70℃;进出口温差不大于12℃。
一般淡水出口温度以接近允许上限为宜。
(3)海水出口温度不应超过50℃,以免盐分析出而沉积成垢,影响传热。
(4)在运转中,调节淡水温度可以利用海水管路上的旁通阀来调节进入淡水冷却器的海水量,或者利用淡水管路上的旁通阀来调节进入淡水冷却器的淡水量或调节海水温度。
现代新建的船舶大多装设淡水和滑油温度自动调节装置,它们的调节阀都装在淡水和滑油的管路中,以控制进入冷却器的淡水量和滑油量。
(5)检查各缸冷却水的流动情况,如需调整冷却水流量,应调整淡水泵的出口阀,同时注意调节速度应尽量缓慢。
淡水泵的进口阀应始终处于全开位置上。
(6)当发现气缸冷却水压力波动而调节无效时,通常是由于系统中有气体存在造成的,应尽快查明原因并消除。
其次应定期检查膨胀水箱和淡水循环柜的水位变化情况。
在备车时应开动淡水泵进行冷却系统驱气,一般使淡水在系统内循环15~30min。
在需要时,还应同时进行暖缸,使水温度达到45℃左右。
停车后,应让冷却水继续在系统内循环20~30min,使气缸温度逐渐下降,防止缸壁表面的滑油蒸发或结炭,又可减少热应力。
应定期(最好每周一次)检查冷却水质量,检测pH值(在20℃时应为7~10)和氯化物浓度(不大于50×10
)。
通过这些指标的变化可大致判断冷却系统的工作状态,
如若氯化物浓度增加,则表示有海水漏入;
pH值降低说明有排气漏入。
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