ВЛИЯНИЕ ЭФФЕКТА КАВИТАЦИИ НА УРОВЕНЬ ПОЛЕЗНОЙ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Аннотация

В статье рассмотрено понятие кавитационного эффекта, приведены результаты изучения количественного поражения двигателей машинно-тракторного парка ГБПОУ РО «ОАТТ», даны рекомендации по ремонту гильз цилиндров, подвергшихся влиянию кавитации.

Ключевые слова: кавитация, двигатель, ремонт, гильза цилиндра.

Основным компонентом двигателя внутреннего сгорания (ДВС), определяющим положение и ход поршня, является гильза цилиндра. Этот элемент также ответственен за такие параметры двигателя, как:

• мощность;
• расход топлива;
• расход масла и т. п.

Однако интенсивная работа двигателя внутреннего сгорания диктует свои условия жизни гильзы цилиндра. В связи с высоким темпом протекания рабочих процессов в двигателе, гильзы цилиндра, будучи в непосредственном контакте с охлаждающей жидкостью, постоянно испытывают на себе результат действия эффекта кавитации, что, безусловно, сказывается на долговечности цилиндра.

В переводе с латинского, кавитация означает «пустота». Эта пустота образуется в жидкости и зачастую заполнена газом, паром или их смесью. Эффект кавитации обусловлен резкими перепадами давления в жидкости. Вследствие этого происходит перемещение кавитационного пузырька (или каверны) с потоком жидкости в область высокого давления. Во время процесса перемещения каверна «схлопывается», излучая ударную волну [3]. Собственно, результатом этого и обуславливается негативное влияние эффекта кавитации на гильзы цилиндров двигателя внутреннего сгорания. Не обнаруженное вовремя кавитационное поражение гильзы цилиндра приводит к снижению мощности двигателя. Дальнейшее разрушение цилиндра ведет к поломке двигателя и необходимости проведения его капи­тального ремонта.

Как правило, определить кавитационное повреждение поверхности гильзы цилиндра достаточно легко. Необходим только лишь визуальный доступ к гильзам цилиндров. Пораженный участок имеет характерную особенность, заключающуюся в том, что отверстия, возникшие в результате воздействия кавитационного эффекта, зачастую располагаются чуть выше и чуть ниже точки возврата поршня. Легко детектируемые визуально, кавитационные повреждения представляют собой небольшие углубления на поверхности гильзы цилиндра. С течением времени и при отсутствии ремонта, эти ямки углубляются, расширяются, объединяются в отверстия большего размера, в результате чего сквозь эти отверстия может просачиваться охлаждающая жидкость, что снижает мощность двигателя.

Вместе с тем, следует отметить, что подобный тип износа поверхности гильзы цилиндра очень легко спутать с коррозией. Отличительные черты кавитационного поражения:

• Видимые отверстия появляются только на участках давления или противодавления гильзы.
• Отверстия увеличиваются вовнутрь.

Результатом кавитационного повреждения поверхности гильзы цилиндра становится сквозное разрушение стенки цилиндра, что приводит к попаданию охлаждающей жидкости в область движения поршня.

Как правило, в составе практически всех охлаждающих жидкостей используется этиленгликоль, взаимодействие которого с машинным маслом формирует твердые нерастворимые вещества, которые по своим физическим свойствам можно считать абразивными веществами. Естественно, подобные элементы снижают срок службы всего двигателя в целом. Кроме того, попадание охлаждающей жидкости в гильзу цилиндра ведет к ухудшению охлаждения двигателя и его перегреву. В конечном итоге это становится причиной тепловой деформации блока цилиндров [1].

Помимо этого, уже начавшийся процесс разрушения поверхности цилиндра будет только усиливаться с течением времени, создавая предпосылки для развития новых кавитационных повреждений.

Для исследования количественного поражения кавитацией гильз цилиндров было решено прибегнуть к осмотру цилиндров двигателей, установленных на тракторах, имеющихся в составе машинно-тракторного парка «ОАТТ». Двигатели Д-240 с «мокрым» типом поршней были демонтированы с тракторов МТЗ-82 и подготовлены таким образом, чтобы обеспечить прямой визуальный доступ к поршневым цилиндрам. Следует отметить, что для осмотра были выбраны тракторы, отработавшие более 2,5 тысячи моточасов. Это было необходимо для исключения из списка двигателей, которые не испытывали должной рабочей нагрузки, что могло исказить конечные результаты обследования.

Тщательный осмотр цилиндров двигателя позволил установить, что характерные кавитационные повреждения имеют место быть на более чем 70 % цилиндров всех двигателей.

Проведенное исследование дает основание полагать, что кавитационный эффект появляется при интенсивной работе двигателя, что косвенно подтверждается большим объемом моточасов, отработанных каждым трактором.

На рисунке 1 изображено легко детектируемое визуально кавита­ционное поражение стенки цилиндра, находящееся в критическом для цилиндра состоянии.

Рисунок 1. Кавитационное повреждение гильзы цилиндра (отмечено кружком)

Как правило, обратить негативные изменения поверхности цилиндра, полученные вследствие воздействия кавитации, невозможно. Тем не менее, существует способ, позволяющий продлить срок службы гильзы цилиндра на некоторое время. Специфика ремонта поврежденной гильзы заключается в покрытии поврежденного участка специальным составом на основе эпоксидной смолы. Состав технологического процесса ремонта включает в себя выполнение следующих операций [4]:

• зачистка поврежденного кавитацией участка поверхности гильзы;
• обезжиривание поверхности гильзы цилиндра;
• нанесение подготовленной смеси на основе эпоксидной смолы.

Эта мера позволит временно продлить срок службы гильзы цилиндра, но не избавит от проблемы появления кавитационного эффекта в дальнейшем. Для предупреждения возникновения эффекта кавитации необходимо использовать особые охлаждающие жидкости – антифризы – имеющие в своем составе антикоррозионные, нитритные и прочие присадки, предупреждающие возникновение кавитации [2].

Проведение надлежащего технического обслуживания трактора и двигателя в частности способствует своевременному обнаружению кавитационных повреждений гильз цилиндров, что позволяет предпринять необходимые меры по их восстановлению. В противном случае кавитационное разрушение гильз цилиндров продолжится, что приведет к снижению общей мощности двигателя и, как следствие, снижению уровня его полезной работы. Через некоторое время кавитационные поражения гильз цилиндров достигнут такой степени, при которой их восстановление будет нецелесообразным.

Необходимо понимать, что кавитация имеет физическую природу, следовательно, снижение ее разрушительного эффекта заключается в применении более прочных сплавов при создании гильз цилиндров, а также использовании наиболее прогрессивных жидкостей для охлаждения гильз цилиндров.

Список литературы:

1. Антифриз или тосол в блоке цилиндров [Электронный ресурс] // КрутиМотор: сайт. - URL: http://krutimotor.ru/tosol-ili-antifriz-v-bloke-cilindrov/ (Дата обращения: 10.11.2017).
2. Антифриз (часть 1) [Электронный ресурс] // Основные средства: сайт. - URL: https://os1.ru/article/4540-svoystva-ohlajdayushchih-jidkostey-raznyh-tipov-dlya-tyajeloy-tehniki-antifriz (Дата обращения: 14.11.2017).
3. Кавитация [Электронный ресурс] // Википедия: сайт. - URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Кавитация (Дата обращения: 10.11.2017).
4. Технология восстановления гильз цилиндров [Электронный ресурс] // Сельхозтехника: сайт. - URL: http://sxteh.ru/mess041.htm (Дата обращения: 12.11.2017).