✅АННОТАЦИЯ
Глобальное ограничение Международной Морской Организации от 2020-го года на использование топлива с содержанием серы не выше 0,5% изменило специфику работы судовых ДВС. Начальная неоднозначность предложения на рынке топлива посеила сомения среди его производителей, связанные с неопределенностью покупателей этого топлива. Образовалось два "лагеря": одни инвестируют в оборудование для снижения выбросов в атмосферу, чтобы продолжить использовать топливо с высоким содержанием серы, другие - переходят на низкосернистое топливо. Как это повлияет на работу и последующее состояние деталей цилиндро-поршневой группы? С момента ввода первых ограничений (2005-й год) компания WiGD накопило достаточно опыта, чтобы гарантировать безаварийную работу двигателей в любом из итих двух вариантов.
WinGD применяют понятную систему для оценки работы цилиндровой смазки и работают над её совершенствованием в кооперации с производителями цилиндровых масел. В результате WinGD имеет широкий спектр подтвержденных испытаниями цилиндровых масел, среди которых судовладельцу и оператору остается только выбрать более подходящий. Выбирать нужно на базе используемого топлива: от мазута до газа. Большое количество "полевых" испытаний различных смазочных материалов, работающих в разных условиях позволяет очень точно установить дозировку цилиндрового масла, а система анализа масла ( судовая и береговая ) позволяет оценить выбранный режим смазки.
Постепенный отход от использования топлива с высоким содержанием серы подталкивает производителей на изучение поведения деталей цеилндро-поршневой группы. При отказе от использования высокосернистого топлива снижается и коррозийный износ детслей ЦПГ, что позволяет вернуться к классическим системам охлаждения, а упор на антикоррозийные свойства колец отодит на второй или даже третий план. На первое место вновь выходит увеличение интервалов между сменами колец, что возможно при повышении их надежности.
✅ВВЕДЕНИЕ
Глава IV конвенции МАРПОЛ регулирует выбросы в атмосферу с судов. Одной из задач главы является снижение выбросов соединений серы (SOx) со стороны морской индустрии. Так как эффективно регулировать выбросы можно только введением системы ограничений, Международная Морская Организация в 2012-м году ограничила содержание серы в топливе на уровне 3,5%, а уже в 2020-м ограничивающая планка была установлена на уровне 0,5%.
И вот на этом этапе и образовалось два "топливных лагеря". Те судовладельцы, что имеют адекватный горизонт планирования, успели закупиться оборудованием для снижения выбросов (Скрубберами) и продолжили использовать топливо с содержанием серы 3,5%, остальныы пришлось покупать низкосернистый топляк с содержанием серы до 0,5%.
Низкосернистая жижа оказалась дорогой и нестабильной. Получать такое топливо можно разными путями, поэтому фракционный состав бывает очень пёстрым. Смешивать такое топливо категарически запрещено, так как оно буквально может превратиться в асфальт непосредственно в трубах и танках. Долго хранить тоже не рекомендуется, так как оно как никакое другое склонно к расслаиванию.
Тут еще не до конца ясно, кто вышел в "плюс".
✅ЦИЛИНДРОВАЯ СМАЗКА И КОЛЬЦА ПОСЛЕ 2020
Кольца. Они как изготавливались из чугуна, так и изготавливаются. Чугун - очень удобный и недорогой металл. Рабочая повержность колец получает хромо-керамическое напыление, что устойчиво к задирам и сернокислой коррозии. А вот из новшеств - снижение количества поршневых колец до двух и уникальный профиль для каждого из них (в зависимости от позиции в поршне) для оптимизации распределения масла по втулке.
Да, сначала они избавились от четвертого кольца, а темерь и от среднего хотят избавиться. При этом с надежностью проблем не предвидится, а распределение масла по стенке втулки будет оптимальным. В паре с дополнительными канавками, нарезанными во втулке для удержания масла удалось достичь и снижения потерь давления на такте сжатия за счет увеличения уплотняющей способности масла, и удалось снизить потери масла на распыливание при прохождении кольцами продувочных окон.
Кстати, набор колец из всего двух штук - не просто концепт, а прошедший испытания на реальном двигателе опытный образец.
По мере снижения содержания серы в топливе в совокупности со снижением нагрузки на двигатель (мы уже никуда не торопимся и скорость доставки грузов сильно упала в сравнении с показателями до 2008-го года) снижаются и требования к защитным свойствам цилиндрового масла. Весь упор теперь ставится на снижение расхода этого масла.
На что именно делается акцент?
- испарение масла со стенки цилиндровой втулки
- динамика работы набора поршневых колец
- смазка штока выпускного клапана (в случае, если смазка производится лубрикатором цилиндра)
- отложение продуктов работы цилиндрового масла
- потери цилиндрового масла в подпоршневую полость
- протечки
Почему именно два кольца и почему такая форма? А именно так разработчики WinGD решили проблему удержания масла. Оно удерживается между двумя кольцами, а по втулке распределяется при помощи канавок на ней и закругленных граней самих колец. Смотри Рисунок 6.
Есть ли смысл в новой концепции цилиндровой смазки? Есть! Тесты показали, что набор из двух колец специальной формы может снизить потребление цилиндровой смазки на 18%, а аккумулирующие канавки над продувочными окнами еще на 18%. Суммарное снижение расхода около 36% при нагрузке на двигатель 75% и удельной подаче 0,8 гр/кВт в час. Так, удельный расход очень даже стандартный... о каком снижении идет речь? А речь об уносе масла в выпускными газами, что отображается на газоанализаторе. Новый пакет колец и канавки на втулке позволяют снизить расход масла на "угар", что способствует будущему снижению удельной подачи.
36%... Это серьезное основание для дальнейшей работы.
✅СИСТЕМА ПОДАЧИ ЦИЛИНДРОВОЙ СМАЗКИ
Двигатели WinGD в классической комплектации оснащаются струйными инжекторами цилиндровой смазки.
Система проста и наджена, обладает следующими характеристиками:
- впрыск масла в тангенциальном направлении
- количество точек смазки зависит от диаметра цилиндровой втулки
- подача масла может осуществляться на такте "сжатие"
- возможность настройки подачи масла над, под и непосредственно в набор колец
✅МОДЕЛЬ ПОДАЧИ МАСЛА И КОНТАКТ СТРУИ СО ВТУЛКОЙ
Для углубленного изучения цилиндровой смазки был сконструирован тестовый стенд, имитирующий условия в цилиндре двигателя. Стенд представляет собой сектор цилиндровой втулки с инжекторами цилиндровой смазки и системами контроля среды (давления и температуры). Обьективные данные получают при помощи высокоскоростной камеры. Смотри Рисунок 10.
Задачи, выполняемые на стенде просты - выяснить поведение струи масла в различных условиях и отработать концептуальные изменения для оптимизации процесса подачи цилиндровой смазки. Что можно изменять в системе цилиндровой смазки? Давление масла, геометрию инжекторов, открытие клапанов, геометрию игл инжекторов.
Посмотри на Рисунок 11. На нем снимки с камеры на трех разных режимах, соответствующих нагрузкам 10%, 50% и 100% на главный двигатель.
В результате ряда проведенных тестов было подтверждено, что нанесение цилиндровой смазки на втулку лучше осуществлять плотной струей, так как в этом случае снижается количество распыляемого, и в последствии испаряемого, масла. Более того, при увеличении нагрузки на двигатель и, соответственно, параметров его работы, часть масла испаряется даже при подаче его плотной струей, что видно на фотографии с) Рисунка 11.
✅ПОЛЕВЫЕ ИСПЫТАНИЯ
В итоге тестовый стенд дал предельное количество информации и дальнейшую работу необходимо было производить уже на полнорамерном двигателе в "полевых условиях". В какой-то момент времени в мировом океане ходило торговое судно с очень интересным двигателем. Все цилиндры были оснащены двойным комплектом инжекторов. Смотри Рисунок 12.
Получается, что системы смазки расположились на разных уровнях, что не дает объективной картины, так как испарение масла неодинаково интенсивно в разных частях втулки. Поэтому разные системы (классическая и новая) были протестированы на обоих уровнях.
✅ВЫВОД
Внимание к цилиндровой смазке повышено обосновано, так как цилиндровое масло стоит дорого. Результаты газоанализа показывают, что уносимое масло значительно поднимает содержание соединений SOx в уходящих газах и момент времени в будущем, когда эти выбросы будут тоже регулироваться - не за горами. Будем наблюдать...
Подпишись и читай интересные технические статьи.
Все мои ссылки на другие проекты ТУТ.
