Результаты обработки двигателя МАК 8М453С высокой мощности минеральным модификатором трения Fe-do

Одной из высокоэффективных технологий, доступных для организаций, эксплуатирующих технику, и в тоже время выгодной с экономической точки зрения, является технология «безразборного ремонта» машин. Эта технология заключается в том, что при введении специальных добавок в масло в узлах трения механизма вместо износа может происходить либо обратный процесс, либо на порядок уменьшится скорость изнашивания ресурсных деталей. При этом на рабочих поверхностях деталей происходит образование слоев с высокой износостойкостью и аномально малым коэффициентом трения. Таким образом, можно фактически обеспечить безызносную эксплуатацию техники.

Применение неорганических добавок к маслам известно с доисторических времен: речной ил из Нила, слоистые минералы – графит, каолинит и др. В нашу эпоху – молибденит, мортмориллонит, тальк, а по показателю «цена/качество» наиболее эффективны гидросиликаты магния, алюминия, никеля, железа, так называемые геомодификаторы поверхностей трения - ГМТ, Mg6(Si4O10)(ОН)8) [1]. Апробированы ожелезненный кварцит и даже высокодисперсный кварц. Известно несколько органических добавок, в т.ч. сомнительные «PTFE», соли мягких металлов, растворы жидких галогенов и другие однокомпонентные и смеси, как ремонтно-восстановительные, так и профилактические [1].

Первую апробацию ГМТ на двигателе самолета АНТ-25 провели акад. В.И. Вернадский и его ученик, акад. А.Е. Ферсман. Это обстоятельство было засекречено, позднее забыто и ГМТ с 60-х гг. заново отрывали ученые Ленинграда, а геолог Т.Л. Маринич [2] - по эффекту серпентиновой мелочи на шахтные вагонетки Кольских рудников. В Санкт-Петербурге институтом «Механобр» [2] в 1988 г. были проведены лекции по применению высокодисперсных серпентиновых порошков для узлов трения. Из этого возникло несколько инновационных частных организаций. С 1990 г. первые исследования и эксплуатационную апробацию провела Научно-производственная инновационная фирма «Энион-Балтика [3], за нею: «Руспромремонт», «Форсан», «Викко», «А.Р.Т.», «Эдиал», «Триггер», «РеалИнПроект», «Русноинком», «ЦНТ» и др.

Конечно, высказывались и сами минерологи [2, 4, 5]. Апробацию ГМТ практически на всей машиностроительной продукции провели десятки НИИ и вузы [6-9], крупные гражданские промышленные предприятия (например, РЖД, где были утверждены технологические инструкции ТИ-733...ТИ-736) и др., а также ВМФ, речной флот, МО, департамент энергохозяйства Москвы, на авиамоторе М-14 [10]. Отечественные специалисты апробировали ГМТ в некоторых странах Европы, Азии, Африки, Америки, Новой Зеландии. Налажено их производство 70-ю марками в Санкт-Петербурге, десятками - в Москве, в четырех городах Подмосковья, в Екатеринбурге, несколько марок в Японии, Финляндии. В РФ ими обработаны более миллиона автодвигателей, десятки тысяч иных механических и гидравлических агрегатов, в т.ч. при их работе без масла. Толщина ГМТ-покрытия достигает десятков, сотен мкм, отдельно - до 1 мм.

Нетрадиционная триботехника развивается, создавались комбинированные составы, в т.ч. с трибополимеризующимися непредельными углеводородами марки ЭФ-357 [7] и др. [1, 8, 9]. Одновременно разрабатывались наноалмазные трибопорошки (г. Бийск, Дзержинск, Новосибирск, Минск, Харьков, Красноярск). Ранее в РФ, а затем в Германии апробированы порошки гексагонального нитрида бора. В Красноярском НИИ химии и химической технологии созданы наноразмерные углеродные хлопья GRAF-SB, с которыми в КНР по графеновой госпрограмме производят 20 марок масел и пластичную смазку.

Известно и несколько сверхэффективных органических добавок из США, срабатывающих мгновенно, в РФ и в Европе известны добавки химического воздействия на поверхности трения [1, 8], растворы порошков мягких металлов, их органические соли. Обилие добавок к маслам, в т.ч. дискредитирующих инновацию, требует их классификации и уточнения методов и места их применения, а для ГМТ - стандартизации, уточнения оптимизации в маслах.

Добавки к маслам отличаются тем, что они реагируют не с маслами, а с поверхностями трения, когда присадки (до 20 %) только улучшают функциональные и конституционные свойства масел. А уникальная особенность ГМТ - минимумом порошков постепенное и только при трении наращивание алмазоподобной углеродной пленки, отличающейся высокими твердостью, модулем Юнга, антиадгезионностью [11], наращивающейся даже на сухую. Этому способствуют слоистость частиц ГМТ, хорошее сродство их кремнекислородных тетраэдров к железу, образование ими ювенильных поверхностей трения, наращивание каталитической минеральной сталагмитовой структуры, а на ней благодаря уникальным свойствам атомов углерода – алмазоподобного углеродного покрытия [1].

В Постановлении СМ СССР № 359 «О мерах широкого использования эффекта безызносности в народном хозяйстве…» уделено внимание и ГМТ и центру их исследования и сертификации в «Механобре».

Уникальная по механо-физико-химии трибообработка с ГМТ хорошо отработана [1], имеет в РФ более 70 марок на основе более чем 160 патентов, продлевает ресурс изношенных агрегатов машин до 3-х раз с рентабельностью до 500 %. Известны сотни актов её апробации, защищены десятки кандидатских, несколько докторских диссертаций, сотни публикаций, защищены три научные открытия. ГМТ «РВС», «СУПРОТЕК», «НИОД» и их аналоги соответствуют сертификату соответствия РОСС RC H00065, согласованное с ВНИИАТ ТУ 0254-002-23124986-96.

Апробация ГМТ рискованно, но удачно проводилась и на судовых дизелях: Дальневосточное Морское Пароходство и Дальневосточная Морская Академия доказали увеличение ресурса обработанных дизелей с ГМТ «НИОД» почти в 2 раза и экономию дизтоплива до 15%. В 2001 г. Российский Морской Регистр Судоходства выдал свидетельство о сертификации предприятия, выполняющего ГМТ-технологию с ГМТ «НИОД».

Позже такую апробацию проводили: Пустовой И.Ф. – на вспомогательных дизелях атомного ледокола «Адмирал Макаров»; Рыжов В.Г. – на дизеле землечерпалки в гавани г. Рига; Ладиков В.В. на главных дизелях океанских судов, в т.ч. круизного лайнера «MV Gloria» в гавани Гамбурга [1].

Опыт применения триботехнических составов в технике показывает существенный положительный эффект, состоящий в увеличении безремонтного срока службы, что особенно актуально, в увеличении межремонтного ресурса ДВС, и снижении эксплуатационных затрат предприятия [1, 2, 3, 10]. В настоящей статье трибообработка двигателя мак 8М453с высокой мощности, проведенная Пустовым И.Ф., описана подробным образом.

Основная часть

Рассматриваемый в настоящей работе среднеоборотный (600 мин ^-1 ) восьмицилиндровый дизель МаК 8М453С мощностью 2650 кВт, имел наработку в течение 28 лет около 190 тыс. ч, в 2017 г. после планового среднего ремонта (замены поршневых колец, мотылевых и рамовых подшипников, ремонта цилиндровых крышек) продолжал эксплуатироваться на номинальных эксплуатационных режимах нагрузки (около 70-80% мощности двигателя). При выполнении отдельных технологических операций (до 3-4 х раз в сутки примерно по одному часу) нагрузка могла доходить и до 90-95%.

При этом после проведения ремонтных работ до обработки геомодификатором, среднемесячный расход топлива за сутки составлял – 8,64 т/сутки, а моторного масла марки Mobil 15W30 составлял 100 л/сутки (в течении месяца эксплуатации), позднее 110, а затем 138 л/сутки. При этом, согласно рекомендаций МаК производителя дизеля данной серии, расход масла до 150 л/сутки для дизеля с наработкой 180-200 тыс. ч считается допустимым.

Результаты контроля (с помощью штатных, проходящих ежегодную поверку приборов, установленных на двигателе: как термометры, установленные непосредственно на выходных газовых каналах из каждого цилиндра, так и дистанционные приборы (на основе термопар), с датчиками выведенными в ЦПУ(центральный пост управления) позволили установить, что средняя температура отработанных газов по цилиндрам на полной нагрузке составляла 420 °С и более. То есть, учитывая рекомендованный производителем предел – 450°С, значения наход ились в пределах норм, но близко к максимально допустимым. Расчетное значение ⁵⁶                  Агротехника и энергообеспечение. – 2022. – № 2 (35)

запаса мощности при этом составляло 5-6 %. Отметим, что запас мощности в эксплуатации увязан с температурой выхлопных газов по цилиндрам, как с наиболее удобным и быстроопределяемым показателем. При этом согласно Правилам технической эксплуатации (ПТЭ) дизелей данного назначения и расчетным диаграммам от завода-изготовителя при стендовых и ходовых испытаниях допустимая эксплуатационная мощность двигателя составляет не более 80%. Максимальная эксплуатационная мощность, как правило, не превышает 90% и работа на такой мощности допустима в отдельных случаях не более часа. Предельные температурные показатели отработанных газов также даются в ПТЭ и Инструкции завода-изготовителя. При работе используемая мощность определяется по индикатору и в ЦПУ. Зависимость технико-экономических показателей дизеля МаК 8М453С до обработки геомодификатором ММПТ «Fe-do» по 9-ти рабочим месяцам представлена на рисунке 1.

В конце 2018 г. после очередного текущего ремонта на стадии обкатки дизеля в его масляную систему был введен геомодификатор ММПТ «Fe-do», производимый компанией ООО «РеалИнПроект» (в объеме, рассчитанном по методике компании для указанного двигателя и рабочего объема масла). Это была первая из двух рекомендованных производителем модификатора обработок. Вторая обработка была проведена через 8 месяцев.

Рисунок 1 - Зависимость технико-экономических показателей дизеля МаК 8М453С до обработки геомодификатором ММПТ «Fe-do» по 9-ти рабочим месяцам

Результаты первой обработки проявились уже после нескольких суток эксплуатации дизеля (рисунок 2):

– расход масла в первые месяцы после ремонта и обработки ММПТ «Fe-do» не превышал 50-65 л/сутки, а затем установился в средних пределах 85 л/сутки. Таким образом, подтверждается экспериментально установленное снижение расхода смазочного масла более чем на 35% от предшествующего эксплуатационного расхода и почти на 45% от нормально допустимого заводом-изготовителем для этого дизеля. Причем до ремонта расход масла доходил до 250 л/сутки;

– расход топлива снизился не менее, чем на 8-10% (по косвенным показателям);

– температура отработавших газов за цилиндрами снизилась, при мощности 80% от номинальной, до 325 °С; таким образом запас мощности вырос до 15-20 %, что также подтверждалось индикатором используемой мощности.

Рисунок 2 - Зависимость технико-экономических показателей дизеля МаК 8М453С после обработки геомодификатором ММПТ «Fe-do» по 9-ти рабочим месяцам

Указанные изменения показателей (эффект от применения состава ММПТ «Fe-do») дизеля сохранялись более 18 месяцев без снижения.

В целом наблюдалось подтверждение эффекта, гарантируемого производителем состава, а именно не менее 3-х лет, что подтверждалось устной информацией, исходящей от руководителя испытаний. А согласно данных производителя геомодификатора ММПТ «Fe-do» при ежегодном вводе уменьшенной дозы состава ММПТ «Fe-do» стабильный эффект повышенных технико-экономических показателей дизеля гарантируется на весь срок его эксплуатации.

Что особенно важно: в начале 2020 года произошел аварийный случай, в результате которого в двигатель попала морская вода. После разборки и очистки всех механизмов означенного двигателя эффект от применения Fe-do сохранился.

Эксплуатация рассматриваемого дизеля сопряжена с использованием танка запасного масла объемом 12,5 тыс. литров и рабочего, так называемого, картерного, масла объемом 2-2,5 тыс. литров. Этого объема масла до обработки дизеля геомодификатором ММПТ «Fe-do» едва хватало для работы в течении 75-90 суток (танк запаса оказывался пустым и 50-75% от нормального уровня масла в картере). После же применения модификатора ММПТ «Fe-do» и работы в указанный период времени в танке запасного масла оставался запас масла 5-6 тыс. л.

– 50 % от объема запасного танка (с учетом полного картерного объема масла), следовательно, экономия масла составила около 2000-2200 л в месяц.

По расходу топлива следует привести некоторые пояснения, т.к. на первый взгляд улучшения не существенны. Но следует принять во внимание следующее:

В 2018 г. в виду особой специфики выполняемых работ дизель работал преимущественно на средней нагрузке. А весь 2019 г. после обработки геомодификатором ММПТ «Fe-do» дизель работал при высокой загрузке, порой приближенной к максимальной. А расход топлива в рассматриваемые периоды времени существенно не отличается.

Анализ результатов работы дизеля после воздействия модификатором позволяет отметить и следующее.

– индекс топливной рейки в 2019 г. меньше на 20-25%, а это, по сути, показатель расхода.

– P z (максимальное давление газов сгорания топлива по цилиндрам), P z измерялось штатным судовым прибором, называемым «индикатор Майгак», в отдельных случаях использовался штатный максиметр. Измерения, согласно Правилам эксплуатации, производятся механиками не реже 2-х раз в месяц. Записи температур газов, показания индикаторов и топливной рейки контролируются каждые 4 часа и записываются в машинный журнал. Также записывается суточный расход топлива и масла. При сходных показателях индекса рейки в 2019 г. на 12-15 % выше, а значит и мощность двигателя при одинаковых расходах топлива;

– температура выпускных газов за цилиндрами: 420-450 °С (это предел) в 2018 г. и 330 °С в 2019 г. Т.е. запаса мощности в 2018 г. (по температуре газов) практически нет. А в 2019 г. он до 25% обеспечивался достаточно убедительно.

– обороты газотурбонагнетателя (ГТН): при тех же нагрузках, но при меньших температурах газов и меньших индексах рейки, обороты ГТН в 2019 г. в среднем на 1000 мин ^-1 меньше.

Отмеченное показывает увеличение мощности дизеля МаК 8М453С и увеличение запаса мощности при одинаковых затратах топлива, а значит и его экономию.

Срок окупаемости затрат на модификатор (две обработки) Fe-do составляет не более 4-6 месяцев (при работе дизеля не менее 480-500 часов в месяц) при гарантированном устойчивом эффекте не менее 3-х лет.

Через 1 г., по рекомендации производителя модификатора, в масляную систему дизеля для продления и закрепления достигнутого эффекта была введена дополнительная доза Fe-do (рассчитанная по методике компании РеалИнПроект для указанного двигателя и рабочего объема масла).

В мае 2020 года дизель МаК 8М453С вскрывался для частичного ремонта, а также для предъявления и осмотра технической инспекцией, норвежской компании ULMATEC.

Результат осмотра и контроля цилиндров показал не только отсутствие износа поршневых колец и втулок цилиндров (износ втулок, отмеченный на предыдущем ремонте был до 25% и овальность до 30%), но даже восстановление размеров втулок до заводских при использовании геомодификатора ММПТ «Fe-do». Это обстоятельство не является ошибкой измерений. Такому эффекту восстановления есть объяснимые подтверждения действия модификаторов, множество экспериментальных исследований, а также множество публикаций испытаний различных ДВС, которые показали не только снижение износа при применении различных геомодификаторов, в т.ч. Fe-do, но и восстановление до 600 мкм изношенной поверхности деталей. Это подтверждено многими испытаниями на трибометрах и на машинах трения в самых различных организациях, в т.ч. в МАИ (2014, 2019 г.) с официальными отчетами и фотоматериалами.

Через 10 месяцев после второй обработки дизеля геомодификатором ММПТ «Fe-do» параметры его работы несколько улучшились: при 75-80% нагрузке расход топлива составил 8,1 т/сутки, масла – менее 65 л в сутки.

Заключение

Как показали предшествующие и приведенные исследования, применение ремонтновосстановительного геомодификатора ММПТ «Fe-do» позволяет значительно продлить срок службы изнашивающихся деталей ДВС, таких как кольца, втулки цилиндров, коренные и шатунные подшипники, плунжерные пары ТНВД (топливный насос высокого давления), форсунки и др. Использование состава ММПТ «Fe-do» позволяет увеличить срок между заменами масла в 1,5-2 раза, а также и интервалы между плановыми ТО.

При этом, наряду со снижением расхода масла на работу механизмов ДВС, достигается уменьшение его «угара», т.е. на сгорание и на загрязнение атмосферы. А двойное продление срока службы масла снижает как затраты на его утилизацию, так и экологический вред.

Снижение расхода топлива является не только выгодой для владельцев дизелей машин, но и такое же снижение тепловых выбросов.

Повышение мощности ДВС при снижении расхода топлива и температур на выпуске газов является следствием более полного сгорания топлива, т.е. сажи в атмосферу выпускается меньше.

Таким образом, применение геомодификатора ММПТ «Fe-do» даёт значительную экономию на техническое обслуживание, ремонт ДВС, на расход топливо-смазочных материалов и достигается снижение выбросов вредных веществ в окружающую среду.