М. А. ГРИГОРЬЕВ, Г. П. ПОКРОВСКИЙ
кандидаты технических наук
АВТОМОБИЛЬНЫЕ И ТРАКТОРНЫЕ ЦЕНТРИФУГИ
(ТЕОРИЯ, КОНСТРУКЦИЯ, РАСЧЕТ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ)
ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Москва 1961
ВВЕДЕНИЕ
В книге изложены основные сведения о применении центробежной очистки масла на автомобильных и тракторных двигателях. На основании экспериментальных работ, проведенных в промышленности и исследовательских организациях показаны особенности центробежной очистки масла, подробно даны современные методы расчета центрифуг и примеры их конструкций.
В книге имеются краткие сведения, характеризующие особенности г... _	----°«пч<-к-яемых
промышленностью.
Книга рассчитана на ников i_____'___	
и автомобильного транспорта, использована в -----------я”
лизирующихся двигателей.
выпускаемых
эксплуатации центрифуг,
I рассчшапа инженерно-технических работ-автомобильной и тракторной промышленности п v	а также может быть
качестве пособия для студентов, специа-в области автомобильных и тракторных
Рецензент инж. Е. М. Гоникберг
Редактор инж. М. И. ЖУРАВЛЕВА
Редакция литературы по тракторному и сельскохозяйственному машиностроению Зав. редакцией инж. Е. И. НЕЛЮБОВА
Использование центробежного поля для разделения веществ различной плотности в настоящее время получило широкое распространение во многих отраслях промышленности.
Машины, разделяющие вещества под действием сил центробежного поля, прошли долгий путь развития от примитивных сосудов, вращаемых на длинных веревках и применяемых в древнем Китае для выделения сока из плодов, до современных ультрацентрифуг, способных разделять изотопы вещества, находящегося в газообразном состоянии.
Основы теории центрифугирования разработаны советскими учеными проф. В. И. Соколовым, проф. Г. И. Бремером, проф. Н. А. Фигуровским и другими. В настоящее время установлены методы технических расчетов, позволяющие обоснованно’ подойти к выбору параметров и конструктивному оформлению центрифуг.
Одной из перспективных областей применения центрифуг является их использование для очистки масла в двигателях внутреннего сгорания. Применить центрифуги в этой области пытались давно, однако трудности в создании простого по конструкции и надежного в эксплуатации привода ротора задерживали их массовое распространение.’
Появление идеи гидрореактивного привода, основанного на принципе Сетнерова колеса, позволило создать простую и надежную конструкцию центрифуги, получившую широкое применение.
Большинство современных автомобильных и тракторных двигателей имеет две системы очистки масла: грубую и тонкую. Многолетний опыт эксплуатации двигателей показал, что существующие системы фильтрации имеют серьезные недостатки, снижающие их эффективность. Особенно это относится к системе тонкой очистки масла. В этой системе, состоящей из одного или нескольких фильтрующих элементов (ДАСФО, Р-1, ЛБФ и др.), требуется замена элементов. В связи с этим появляется необходимость организации дорогостоящих служб для изготовления, транспортировки и хранения фильтрующих элементов.
За последнее время вследствие резкого увеличения нагрузочных, тепловых и скоростных режимов работы двигателей, а также широкого применения тонкостенных вкладышей в подшипниках коленчатого вала, с характерными для них малыми зазорами
1 >
и незначительной толщиной антифрикционного слоя, значение фильтрации масла существенно возросло.
Перечисленные выше факторы создали благоприятные предпосылки для разработки и внедрения центробежных очистителей (центрифуг), которые, являясь постоянно действующими агрегатами двигателя, полностью устраняют сменные фильтрующие элементы и значительно снижают износы основных трущихся деталей двигателя.
В результате проведенных исследовательских работ выявлены основные закономерности процесса центробежной очистки масла, уточнены методы расчета и намечены практические рекомендации, по которым можно сконструировать и изготовить центрифугу для любого двигателя внутреннего сгорания.
В настоящее время все тракторные заводы Советского Союза устанавливают центрифуги на выпускаемые ими тракторы.
Большинство автомобильных заводов приступило к массовому выпуску центрифуг и установке их на двигатели новых марок.
ТЕОРИЯ ЦЕНТРОБЕЖНОЙ ОЧИСТКИ МАСЛА
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Центробежное силовое поле
Материальная точка или система материальных точек, вращающихся вокруг определенного центра, находятся в центробежном силовом поле. Для характеристики центробежного силового поля J вводится понятие напряженности поля. Под напряженностью ' Поля понимают силу, действующую на единичную массу, находящуюся в данной точке поля. Напряженность центробежного силового поля имеет размерность силы, деленной на массу, т. е. размерность ускорения.
Все понятия теории гравитационного поля, например силовая линия, поверхность уровня, потенциал, вектор и т. д., могут быть применены и к центробежному полю. -
Центробежное поле в отличие от гравитационного не является } однородным; силовые линии его направлены по радиусам и распо-* лагаются нормально к поверхностям уровня. Поверхности уровня £ имеют форму концентрических цилиндров. При движении мате-С риальной точки по поверхности уровня поля работы не совер-* шается.
( При передвижении материальной точки из одной поверхности * уровня радиуса в другую поверхность уровня радиуса Т?2 Г. совершается работа, заключающаяся в том, что частица (материаль-। ная точка) воспринимает или отдает энергию. Эта работа опрёде-ляется изменением кинетической энергии частицы:
'	=	(О
где т — масса частицы (материальной точки).
Скорость осаждения материальной частицы *	в центробежном поле
Скорость осаждения материальной частицы в центробежном поле и вязкой среде функционально связана с числом Рейнольдса Re, характеризующим отношение сил инерции к силам трения, | возникающим при движении . частицы.
5
1
При Re < 1 для определения скорости осаждения: частицы 3 может быть применен закон Стокса, согласно которому скорость осаждения частицы в центробежном поле выразится зависимостью
» =	(2)
где Q — эквивалентный радиус частицы;
А.— разность плотности частицы и жидкости;
г — расстояние от частицы до оси вращения;
р — динамическая вязкость жидкости.
Как известно,
2ot>Yt
Re = -^,	(3)
Г
где у? — плотность среды (жидкости).
Отсюда условием осаждения частицы по закону Стокса является
^а<1.	(4)
Подставляя в выражение (4) значение v из равенства (2) и решая его относительно q, получаем условие осаждения частицы в центробежном поле:
<5>
При Re > 1000 скорость осаждения частицы определяют по формуле Грасгоффа-Реттингера [10].
Формул для определения скорости осаждения частицы при 1 < Re < 1000 не имеется. Поэтому рассмотрим общий способ определения скорости осаждения частицы в центробежном поле при разных значениях Re.
Частица, движущаяся в жидкости, испытывает лобовое сопротивление, которое определяется по закону Ньютона:
Р = СжЛ/2ур	(6)
где Сх — коэффициент лобового сопротивления;
v — скорость движения частицы;
d — диаметр частицы;
yf — плотность среды.
Коэффициент лобового сопротивления Сх является функцией числа Рейнольдса и зависит от формы и' положения частицы в среде.	>
Выражая скорость осаждения частицы в жидкости через число Рей нольдса
v =	(7)
Sfd
А
-'й подставляя значение v из равенства (7) в выражение (6), получаем р = CxRe2p.2	'	(8)
Yf
Относительное движение частицы в центробежном поле можно выразить следующим дифференциальным уравнением: dv	nd3 . » CxRe2u,2
т -j- — -т- А<от-r
dx 6	yf
(9)
где m — масса частицы;
-g- Д —• приведенная масса частиц в жидкости (А — разность плотности частиц и жидкости).
Для упрощения силой инерции частиц можно пренебречь, что не приведет к заметной ошибке! так как ускорение частицы невелико. Тогда уравнение (9) примет вид
CxRe2=^A<o2ryf.	(10)
Определив из уравнения (10) величину CxRe2 и найдя по диаграмме (CxRe2 = f [Re], см. приложение — вклейку) число Рейнольдса, по формуле (7) вычислим скорость осаждения частицы v*. / Равенству (2), справедливому при условии Re < 1, соответствует значение Сх = где а = const.
Кб
Для оценки эффективности работы центрифуги и скорости осаждения частиц в центробежном поле большое значение имеет так называемый фактор разделения.
Фактор разделения представляет собой отношение ускорений центробежного и гравитационного полей:
Fr = —.	(П)
r g	v ’
где Е — напряженность центробежного поля (ускорение центробежной силы);
g — напряженность гравитационного поля (ускорение силы тяжести).
Приведенные рассуждения основаны на предположении, что осаждающиеся частицы загрязнения масла имеют шарообразную форму. В действительности частицы загрязнения асимметричны. Это обстоятельство привело к необходимости введения эквивалентного радиуса, т. е. радиуса такой воображаемой шарообразной частицы, которая при прочих равных условиях имела бы наблюдаемую для реальной частицы скорость осаждения.
* Более подробно см. Со кол о в В. И., Центрифуги, Госхнмиздат, 1950.
7
, При условии осаждения частицы по закону Стокса фактор разделения, выражается отношением скоростей осаждения частицы ' в) центробежном и гравитационном полях:
= (12)
где v — скорость осаждения частицы в центробежном поле; :	о0 — скорость осаждения частицы в гравитационном поле.
В современных ультрацентрифугах фактор разделения достигает 250 000, в промышленных суперцентрифугах — около 15 000, в обычных промышленных отстойниках и фильтрующих центрифугах не превосходит 1500. В автомобильных центрифугах с гидрореактивным приводом ротора фактор разделения обычно не превышает 1500.
По принятой в литературе классификации процессы центрифугирования в сплошных роторах разделяются по количеству твердой фазы в суспензии на центрифугальное осветление и отстойное центрифугирование.
\ ) При центрифугальном осветлении объемная концентрация твердой фазы в суспензии незначительна и обычно не превышает нескольких процентов; это позволяет применять закрытые роторы со сравнительно редкой очисткой.
Центрифугальное осветление применяется обычно для обработки тонких и коллоидных суспензий и осуществляется в высо-' коскоростных центрифугах двумя способами: тонкослойным и толстослойным.
Тонкослойное центрифугальное осветление отличается от толстослойного тем, что в роторе центрифуги поток жидкости делится, ' с помощью пакета конических тарелок, на слои толщиной . не больше 1 мм. Это сокращает продолжительность осаждения ' частиц и повышает эффективность процесса.
Отстойное центрифугирование является более грубым процессом разделения суспензий, содержащих значительное коли-: чество твердой фазы. Для этого требуются роторы большой емкости или приспособления для удаления осадка во время работы центрифуги. При отстойном центрифугировании взаимодействие частиц загрязнения ускоряет процесс их осаждения. В этом случае скорость осаждения определяется более сложным методом, приведенным в специальной литературе [10].
ПРОЦЕССЫ ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЯ МАСЛА ЗА ОДИН ЕГО ПРОХОД ЧЕРЕЗ РОТОР
Вследствие того, что загрязняющие примеси в картерном масле двигателя являются высокодисперсными (размеры частиц обычно не превышают 1—2 мк), а их концентрация в масле составляет не более 1—2%, процессы очистки, протекающие в роторе центрифуги, относятся к процессам центрифугального осветления.
Л
Так как фактор разделения в автомобильных и тракторных центрифугах относительно невелик, а частицы имеют высокую степень дисперсности и осаждаются в жидкости высокой вязкости (масло), скорость осаждения частиц соответствует закону Стокса и определяется уравнением (2).
В правильности этого нетрудно убедиться. В условиях осаждения, характерных для автомобильных и тракторных центрифуг (средний радиус ротора гср = 50 мм, число оборотов ротора п = 6000 в минуту и вязкость масла АК-10 при температуре 75а р, = 0,22 пуаза), максимальные эквивалентные диаметры частиц загрязнения (при которых осаждение будет протекать по закону Стокса) согласно уравнению (7) составят:
dtnax =120 мк при Д = 0,3 г!см? (органические продукты загрязнения);
dmax = 58 мк при Д = 2,6 г1см? (неорганические продукты загрязнения);
dmax = 42 мк при Д = 6,9 г/см3 (железо).
Экспериментальные данные показывают, что в картерном масле автомобильных и тракторных двигателей практически все частицы загрязнения имеют размеры значительно меньше указанных (см. фиг. 26).
При расчете процессов центробежной очистки масла условно принимается, что весь поток масла в роторе движется без проскальзывания, параллельно его оси.
Тогда средняя скорость потока масла в роторе
где Q — количество масла, проходящее через ротор в единицу времени;
R — радиус внутренней поверхности ротора (при заполнении ротора осадком — радиус внутренней поверхности осадка);
г0 — внутренний радиус слоя жидкости в роторе (средний радиус колонки ротора, а при ее отсутствии радиус оси ротора).
Время пребывания масла в центробежном поле ротора
г =	(14}
w Q
где h — средняя высота ротора;
Q — nh (R2 — г%) — рабочий объем ротора.
Уравнение (2) в дифференциальной форме примет вЫД
dr __ 262Д<в2г	/
dx ~ 9ц
Разделив переменные в уравнении (15), получим
А = kq2dx,	(16)
где
2 А со2
9ц
(17)
I
г Для осаждения всех частиц из всего поступающего в ротор масла (при г = г0) необходимое время пребывания масла в центробежном поле можно определить по формуле
<2j>
Найдем радиус г цилиндрической поверхности, определяющий зону[центрифугируемого масла, из которой за время т происходит
О 2	4	6	8 10 12 р мк О 0,6 0,8 1,2 1,6 р МК
Фиг. 1. Изменение расчетной толщины полностью очищаемого слоя масла в роторе центрифуги в зависимости от радиуса частиц различной плотности (7? = 7,25 см; г0 = 2,8 см; h — 8 см; п = 5000 об/мин; ft = 0,23 пуаза; Q = 10 л!мин]'.
I — д = 6,9 г/см3; 2 — Л — 2,6 г/сл3; 3 — А = 0,6 г/см3; 4 — Д= 0,3 г/см3.
ней поверхности ротора, а правую от 0 до т, и решая полученное равенство относительно г, имеем
г =	(18)
Тогда толщина кольцевого слоя масла, из которого полностью выделяются частицы на стенки ротора, составит
R — r = R(l — е-^).	(19)
На фиг. 1 приведено изменение расчетной толщины полностью очищаемого слоя масла в роторе центрифуги в зависимости от эквивалентного радиуса частиц различной плотности.
Из уравнения (18) находим время, в течение которого стенки . ротора достигнут все частицы, находящиеся в начальный момент поступления в ротор на расстоянии от оси, превосходящем г:
т = ‘ In А.	(20)
kQ? Г	'
Полнота очистки масла за один проход через ротор определяется коэффициентом очистки масла:
х — Хф ф =--------
т Хф
где х — количество загрязняющих примесей в масле на входе в центрифугу в % (по весу);
Хф — количество загрязняющих примесей в масле на выходе из ротора центрифуги (в % по весу).
Коэффициент ф можно также выразить отношением сечения зоны потока, из которого полностью выделяются частицы загрязнения, к площади полного сечения потока масла в роторе:
7?2 — г2
<22>
Подставляя в выражение (22) значение г из уравнения (18), получаем
02
=	(23)
Л г0
Подставляя в уравнение (23) значение k из равенства (17) и вводя соответственно F = ю2т и Е = — имеем с И ’
где Fr — разделяющий фактор;
Ес — разделяемость смеси.
Как нетрудно убедиться, при подстановке в уравнение (23) значения т из уравнения (21) коэффициент ф = 1.
Произведение разделяющего фактора на разделяемость смеси составит
FE,. = <а2лЛ(7?2-^) _ q2A	/25)
Q	р
Для определения коэффициента очистки <р при проведении практических расчетов целесообразно использовать фиг. 2 и равенство
<26>
« 'о где
По кривой (фиг. 2) для данного значения FEC определяем значение К; подставляя это значение в формулу (26), находим коэффициент очистки масла <р.
Фиг. 2. Изменение зависимости величины К от величины FEC.
В автомобильных и тракторных центрифугах для основной массы частиц загрязнения (q < 1 мк) величина (р обычно не превышает 0,01, а толщина слоя масла R — г, из которого полностью выделяются частицы загрязнения, не превышает 0,5 мм. Следовательно, в роторе центрифуги в основном происходит тонкослойное центрифугирование масла.
На фиг. 3 показано изменение расчетного коэффициента очистки масла в роторе центрифуги в зависимости от радиуса частиц загрязнения при различной их плотности.
Из полученных кривых (фиг. 3) видно, что полное осаждение частиц в роторе (<р = 1) центрифуги происходит в том случае, когда их предельные радиусы составляют:
Д в г/см3	0,3	0,6	2,6	6,9
q в мк	12,8	9,1	4,3	2,7
При заполнении рабочего объема ротора осадком значения 7? (в этом случае принимаем за 7? радиус внутренней поверхности
циента <р очистки масла в роторе центрифуги в зависимости от радиуса частиц загрязнения различной плотности (R = 7,25 см; гв ~ 2,8 см; h = 8 см; п = 5000 об/мин; Q= 10 л/мин; р=0,23 пуаза):
1 — Д — 6,9 е]см*; 2 — Д ~ 2,6 г/см*;
3 — Д = 0,6 г1см*; 4 — Д = 0,3 а!смг.
фицнента (р очистки масла в роторе Центрифуги в зависимости от степени заполнения емкости ротора ДУ осадком для частиц с различными радиусами (7? =7,25 см; г0=2,8 см; h = 8 см; п = 5000 об/мин; Q = 10 л! мин; ц = 0,23 пуаза;
Д — 0,3 г/ои3):
1 — q = 12 мк; 3 — q = 8 мк; 4 0 = 4 мк; 6 — о ~ = 1,6 мк; 8 -
2 — о = Ю жк; - Q — 6 мк; 5 — — 2 мк; 7 — q = Q = 1,2 ЛК.
осадка в роторе) и т уменьшаются. На фиг. 4 приведена зависимость коэффициента очистки <р от степени заполнения ДУ ротора осадком.
Подставляя в уравнение (23) значение ф = 1 и решая уравнение относительно Q, найдем предельный радиус частиц qk,
13
полностью осаждающихся за один проход масла через ротор:
V kx г9
(27)
Раскрывая значения входящих в равенство (27) величин, получим
Q« = 1 /-------~In — .	(28)
|/	2До>2лЛ(7?2 —г0
При практических расчетах можно допустить, что при полном осаждении частиц в роторе скорость их осаждения постоянна и равна средней скорости, соответствующей среднему радиусу положения частицы в жидкости.
Тогда время осаждения частицы т = R~ro Vcp
Необходимым условием для полного осаждения частиц в роторе является
R — r0 Q vcP "" Q ’
(29)
откуда
Q<
R — rn
Уравнение (29) можно представить в виде
Q (R r0)	. vcp
--RГ ср РГ ср
где Frcp —средний фактор разделения. Согласно равенству (12)
иср
г г ср
где v0 — скорость осаждения частиц в vcp — средняя скорость осаждения ном поле.
Подставляя в уравнение (30)
(30)
гравитационном поле; частиц в центробеж-
„	®2(/?4-г0)
'г с?~ 2g И
vcp
Fгср ’
Ц> =
получим
2Q(R-r0)g Qco-fA’-rG,)
(31)
Левая часть уравнения (31) характеризует способность центрифуги полностью очищать (осветлять) масло и называется числом осветления:
п  %Qg R rQ	/ооу
В ~ fiw2 R + r0-	'
Условие полной очистки масла за один его проход через ротор принимает вид
B<v0.
Согласно закону Стокса
_ 2Ap2g
V° 9ц ’
Подставляя v0 = В в уравнение (31) и решая его относительно р, получаем значение предельного радиуса частиц, полностью осаждающихся в роторе:
Qk =	а>2АлЛ(/? + г0)2
или
е.=	'	(34>
В табл. 1 приведены определенные опытным и расчетным путем предельные радиусы частиц, полностью осаждающихся в роторе центрифуги за один проход масла (7? = 7,25 см; г0 = 2,8 см; h = 8 см; п = 5000 об/мин; Q = 10 л!мин и р = 0,22 пуаза).
Таблица 1
Предельные радиусы частиц, полностью осаждающихся в роторе центрифуги
Показатели	Искусственный загрязнитель	
	Алюминиевый порошок	Порошок гидрата окиси железа
Разность плотностей частицы и масла Д в г/с.и3 		1,35	2,8
Предельные радиусы частиц в мк\ экспериментальные данные . . .	6,6	3,7
расчетные данные 		6,0	4,2
Из табл. 1 видно, что значения предельных радиусов частиц, полученных расчетным и экспериментальным путем, достаточно близки. Следовательно, уравнение (33) можно использовать при проведении практических расчетов.
Для определения значения qk на фиг. 5 и 6 согласно формуле (34) приведены номограммы изменения предельного радиуса
с с
частиц загрязнения в зависимости от числа осветления центрифуги, при различной плотности частиц и разной вязкости масла. По номограммам, зная значение числа осветления, плотность частиц загрязнения и вязкость масла, можно определить предельный радиус частиц, полностью осаждающихся в роторе центрифуги.
Фиг. 6. Изменение предельного радиуса частиц загрязнения в зависимости от числа осветления при различном отношении вязкости масла к плотности частиц в масле р пуаз \ Д г/см? )
Количество примесей, осевших в роторе за один проход через него масла, определим по формуле
g; = 0,01xyQ(p,	(35)
где 0-,01хуй — количество примесей в масле, находящемся в роторе;
х — количество загрязняющих примесей в масле на входе в центрифугу в % (по весу);
у — плотность суспензии;
Q — рабочий объем ротора.
2 Григорьев и Покровский 457
Подставляя значение <р из уравнения (23) и Й = ah. (Rz — ф, получаем g'3 = О,О1хул/г7?2 (1 — е~
Количество примесей, осевших в роторе за время g3 = 0,01ху(?<р/ или
= _0,01xYQ^ 1 _ е_ ёэ А’2 — г2 v	’
Дифференцируя уравнение (37) по времени, получаем скорость выделения загрязняющих примесей из масла в роторе центрифуги: ^ = 0,01xyQ<p.	(39)
(36) t, составит (37)
(38)
Таким образом, коэффициент очистки <р служит для качественной оценки полноты процесса центрифугирования в роторе центрифуги. Количественная оценка центрифугирования (скорость выделения в роторе загрязняющих примесей) определяется произведением Qcp, которое характеризует интенсивность очистки масла. Величина Q<p представляет собой долю общего потока масла (проходящего через ротор центрифуги в единицу времени), которая подвергается в роторе полной очистке от имеющихся в масле примесей. Поток масла, не подвергающийся очистке, определяется величиной Q (1 — <р).
Раскрывая значение <р в соответствии с уравнением (23) и подставляя т из равенства (14), получаем
/	2Ар2л/г (к2 — \
«т = о - <	°	’• т 
г-	d(Qq>)
Беря производную и приравнивая полученное выражение нулю, получаем, что максимальное значение <?<р будет соответствовать
Q = со.
Таким образом, с увеличением расхода Q интенсивность очистки масла и скорость выделения загрязняющих примесей из масла должны повышаться.
Согласно полученным уравнениям, с увеличением расхода масла коэффициент очистки масла должен уменьшаться, а скорость выделения загрязняющих примесей из масла в роторе должна увеличиваться.
18
Из: уравнения (40) видно, что чем больше величина
7?а
,	-2*02лЛ (R2-r2„
1 — е '
тем больше интенсивность очистки масла Qq> с увеличением расхода Q.
Из расчетных кривых (фиг. 7) видно, что в центрифуге интенсивность очистки масла с увеличением Q по мере уменьшения
радиуса частиц замедляется и для q < 0,5 мк при Д=0,3 г/смъ интенсивность очистки практически не зависит от Q.
Влияние увеличения расхода Q на интенсивностьочистки масла может происходить только до определенных пределов, после чего повышение расхода Q не только не увеличивает интенсивность очистки, но может привести к значительному ее снижению. Это обусловливается 'явлением уноса частиц маслом. Сущность этого явления заключается в том, что частицы загрязнения, достигая под действием центробежного поля внутренней стенки ротора, начинают отставать от общего потока масла, и возникающее при этом лобовое воздействие потока на частицу
Q<p
0,55 0,60 0,45 0,40
Фиг. 7. Изменение расчетной интенсивности очистки Q<p в зависимости от расхода масла Q в центрифуге для частиц загрязнения с различными радиусами (7? =7,25 см; га = 2,8 см; h = 8 см; п — 5000 об/мин; ц = 0,23 пуаза; А — 0,3 г/см3):
и 4 S п 76 го Ц/'/мин
вызывает ее движение по ложу. При этом подъемная сила, образующаяся от наталкивания частицы на неровности ложа, и вихревое движение масла могут перевести частицу обратно
во взвешенное состояние.
Критическая скорость по-
1 — Q = 0,5 мк: 2 — 0=1 мк: 3— Q=2 мк: 4 — q = 5 мк: 5 — Q = 10 мк: 6 — Q = = 20 мк.
тока масла в роторе и крити-
ческий расход его, соответствующие началу уноса частиц маслом, по В. И. Соколову, соответственно составляют
1
/ 7? — гп \ 7 о avs(o2r;
£
2*
(41)
(42)
19
где R — радиус ложа (внутренний радиус ротора, а при заполнении ротора осадком — внутренний радиус осадка); а — коэффициент, характеризующий движение частицы по ложу;
vs — скорость осаждения частицы в гравитационном поле. Коэффициент, характеризующий движение частиц,
где f — коэффициент трения;
а — коэффициент пропорциональности.
Для шарообразных твердых тел. В. И. Соколов принимает f = 0,666; a = 0,34.
Согласно равенству (43) для шарообразных твердых тел а = 5,37-10~2.
Для загрязняющих примесей картерного масла действительные значения критической скорости и критического расхода значительно выше расчетных, полученных при a = 5,37-10~2. Это объясняется тем, что частицы загрязняющих примесей в масле имеют не сферическую форму, способствующую их уносу со стенок ротора, а произвольную — вплоть до пластинчатой. При этом частицы асфальто-смолистых продуктов загрязнения прилипают к ложу ротора и друг к другу и создают в роторе вязкий и липкий осадок.
Поэтому действительная критическая скорость потока масла в роторе автомобильных и тракторных центрифуг составляет значительную величину 2,5—5 см!сек.
Следует учесть, что центрифугированием не могут быть удалены все высокодисперсные частицы. Существует так называемый предел центрифугирования, характеризующийся критическим размером частицы, ниже которого осаждение частиц в роторе не происходит, как бы длительно ни продолжался процесс центрифугирования.
Физическая сущность предела центрифугирования обусловлена тем, что скопление высокодисперсных частиц у ограничивающей их движение поверхности ложа при определенных условиях и не стесненном броуновском движении может привести к равенству движущей силы процесса и градиента осмотического давления.
Г. И. Бремер определяет предел центрифугирования (предел сепарации) следующей формулой [31:
/	1 п *
е- = °.71/	<«>
где R — универсальная газовая постоянная;
Т — абсолютная температура;
N — число Авогадро;
и п2 — соответственно максимальная и минимальная концентрации в «придонном слое»;
Д — разность плотностей дисперсной фазы и дисперсионной среды;
<в — угловая скорость ротора;
г — внутренний радиус ротора (радиус ложа).
Г. И. Бремер принимает величину In—равной 13,8. В этом пг
случае уравнение (44) получит вид
' <«)
В литературе имеются указания о несколько завышенном расчетном значении предельного радиуса частиц в сравнении с действительным в трубчатых центрифугах.
Для экспериментальной центрифуги (г = 72,5 мм; п = = 5000 об/мин; р = 0,23 пуаза) предельные размеры частиц согласно уравнению (45) составляют:
Д в zicit? 0,3	0,6	2,6	6,9
qk в мк 0,226	0,19	0,132	0,108
Найдем соотношение количеств загрязняющих примесей, осевших в роторе по его высоте за время t. Произведя преобразования в уравнении (38), согласно равенству (14), имеем
g3 = 0,01xyn®fp7?2/ (1 — е 2&С ш ’	(46)
Дифференцируя по h, получим
= 0,02хул^2^е2/е“2А°г .	(47)
Уравнение (47) свидетельствует о том, что количество осадка, приходящегося на единицу высоты ротора, уменьшается по высоте, т. е. толщина слоя осадка постепенно уменьшается от нижней части ротора к верхней.
При h = 0 получим
(-#-')	= 0,02xyaR*kQzt.	(48)
\ «Л / max
Исходя из того, что в конце рабочей высоты ротора должны полностью выделиться частицы из внутреннего слоя суспензии радиуса г, найдем из уравнений (14) и (20) рабочую высоту ротора:
91
Подставляя это значение h в уравнение (47), получаем.
= 0,02xynr2kQ2t.	(49)
/ min
Тогда
dg3 \	. / rfg3 \	_ R2
dh /
max \ dh ) min r2
(50)
Подставляя в уравнение (50) значение г из равенства (18), имеем
(	= е2*о2\	(51)
\ dh ) max \ dh ) m-in
Принимая с некоторым приближением, что количество осадка, приходящегося на единицу высоты ротора, прямо пропорционально толщине слоя осадка, напишем
Smax p2*q2t
Sntfn
(52)
где Smax — толщина слоя осадка внизу ротора; Smin — толщина слоя осадка вверху ротора.
Фиг. 8. Изменение отношения расчетных толщин слоя осадка внизу и вверху ротора центрифуги в зависимости от радиуса частиц различной плотности. *->min
(R = 7,25 см; г0 = 2,8 см; h = 8 см; п = 5000 об/мии; Q = 10 л/мин;
р, = 0,23 пуаза):'
1 — А = 6,9 г/см*; 2 — А = 2,6 г/см3; 3 — А = 0,6 г/см3; 4 — А = 0,3 г/сл’.д
Графики, изображенные на фиг. 8, свидетельствуют, что для центрифуги при R = 7,25 см; г0 = 2,8 см; h = 8 см; п = = 5000 об/мин; Q = 10 л/мин; р, = 0,23 пуаза небольшой раз-S
деляемости суспензии значение ^-а*- составит менее 1,05 для частиц следующих размеров:
g < 2,0 мк о < 1,4 мк g < 0,68 мк g < 0,41 мк
при А = 0,3 г/см*; при А = 0,6 г/см3; при А = 2,6 г/см3; при А = 6,9 г/см3.
Эквивалентные радиусы основного количества частиц загрязняющих примесей в картерном масле не превышают указанные выше, поэтому при дальнейших расчетах толщину осадка по высоте ротора можно считать постоянной. Экспериментально установлено, что при эксплуатации автомобильных и тракторных центрифуг изменение толщины осадка по высоте ротора обычно не превышает 5%.
В приведенном расчете скоростей осаждения частиц было принято условно, что частицы загрязняющих примесей имеют § = const (монодисперсная система). Однако в картерном масле двигателя частицы загрязняющих примесей имеют различные величины q и Д (полидисперсная система).
Для упрощения расчетов полидисперсная система с различными значениями Д приводится к полидисперсной системе с одним приведенным значением Длр. При этом значения приведенных эквивалентных радиусов частиц можно получить из равенства
Aq2 = AnpQ2p = const.	(53)
В табл. 2 даны размеры частиц примесей (с приведенной плотностью Длр = 0,6 г/см8) в отработавшем масле и частиц, снятых с фильтров тонкой очистки АСФО (загрязнитель по ГОСТу 7155-54).
Таблица 2
Количество загрязняющих примесей в масле при разных эквивалентных радиусах частиц
Средний эквивалентный радиус частиц в мк	Количество загрязняющих примесей в ®/0	
	в отработавшем масле АК-Ю	снятых с фильтра АСФО (загрязнитель по ГОСТу 7155-54)
о,1	15		
0,3	37	15
0,5	20	28
0,7	—	20
0,8	16	— :
0,9	—	12
1,1	—	6
1,2	12	—
1,4	—	5
3,0	—	14
При полидисперсной системе коэффициент очистки масла в роторе
Ф = £ Ф<£г>	(54)
<=1
где <pz — коэффициент очистки масла в роторе от частиц радиуса ег;
23
gt = -£--количество частиц в загрязняющих примесях
с радиусом Qi', п — количество эквивалентных радиусов различных частиц.
Раскрывая правую часть уравнения (54), получим
(55)
При полидисперсной системе отношение максимального и минимального количеств осадка загрязняющих примесей на единице высоты ротора, согласно равенствам (48), (49) и равенству (18), после соответствующего преобразования составит:
(56)
отсюда

Smin
2j
<=1
(57)
ЦЕНТРОБЕЖНАЯ ОЧИСТКА ВСЕГО ОБЪЕМА МАСЛА В ДВИГАТЕЛЕ
Система смазки автомобильного и тракторного двигателей с включенной в нее центрифугой образует замкнутый контур, при котором масло, поступающее из картера в центрифугу, после очистки в ней возвращается обратно в картер. Поэтому очистка всего объема масла в двигателе зависит от скорости выделения, загрязняющих примесей в роторе центрифуги. При этом концентрацию загрязняющих примесей в картерном масле выражают зависимостью
X = f (О,
где t — время действия системы очистки.
Для решения этого уравнения составим баланс загрязняющих примесей в картерном масле:
Agi =	+ Ag3;	(58)
Agt = аДЛ
Lg2= [0,01 A(Gx)+o>O1^xJ АЛ
Ag3 = 0,01у(2фхД/, где	Agi — количество загрязняющих примесей, посту-
пающих в масло за время ДЛ в кг;
Др2 — изменение количества примесей, содержащихся в масле всей системы за время ДЛ в кг;
Ag3 — количество загрязняющих примесей, удаленных центрифугой за время kt, в кг\ а — скорость поступления примесей в масло в кг!сек\
0,01 Gx — вес загрязняющих примесей в системе смазки в данный момент в кг;
0,01 (Gx) — скорость изменения веса загрязняющих примесей в масле в кг!сек',
0,01^ (х)—скорость выгорания загрязняющих примесей из масла в кг/сек', G — количество масла в картере в кг;
Gy — количество выгоревшего масла в кг.
Подставляя приведенные выше выражения в равенство (58)> получаем
abt = 0,01f^x + ^-G+^- х+ Q<pyxl АЛ (59) «,	’ \_dt 1 dt dt 1 r J	'
Величина определяется из уравнения dG  dGg	dGy
dt	dt	~dF ’
где Gd — количество масла, долитого в картер, в кг.
После подстановки величины ~ в уравнение (59) окончательно уравнение баланса примет вид
+ <60>
Принимая интенсивность очистки, скорость поступления загрязняющих примесей и вес масла в системе постоянными (Qcp = const; а = а0 = const; G = Go = const и dGd = 0), 25
уравнение (60) преобразуем в линейное с постоянными коэф: •фициентамн:
dx . gy JOQo0_n dt + Go УХ Go -
Интегрируя это уравнение, получаем зависимость концентрации загрязняющих примесей от времени работы центрифуги:
х = хое‘^‘
I lOCtap ( 1 ____
r YQ<p V
(61)
где x0 — начальная концентрация загрязняющих примесей в масле.
Если центрифуга очищает загрязненное масло, в которое ‘больше не поступают загрязняющие примеси (а = 0), то величина концентрации определяется равенством
х = хое ‘G°Q<pt.	(62)
Приведенные выше уравнения даны для монодисперсной •системы загрязняющих примесей в масле (g = const).
Для полидисперсной системы загрязняющих примесей уравнение (61) получает следующий. вид:
где п — количество эквивалентных радиусов различных частиц;
xoi — начальная концентрация частиц загрязняющих приме- . сей с радиусом рг;
п01- — скорость поступления частиц загрязняющих примесей с радиусом q;.
В частном случае, при а = 0,
• /=л У n <
х = S xoie Go Фг ,	(64)
;=1
Ранее принималось значение радиуса поверхности осаждения частиц постоянным и равным внутреннему радиусу ротора /?. Фактически 7? изменяется по времени, уменьшаясь по мере заполнения ротора осадком, что снижает эффективность очистки масла.
Расчет концентрации загрязняющих примесей в масле с учетом заполнения ротора осадком более сложен.
В этом случае зависимость х = f (/) может быть выражена с некоторым приближением при разбивке времени t на m частей с длительностью каждой части А/. Концентрация загрязняющих
примесей в масле в течение времени lxt-z (в конце каждого промежутка времени ZU):

yQ.\t
,	.—,	1«ч<
yQ&t
е~ ~GT ™ {г
(65)
где
W (z—1) I =
-2fee^A/ (2_0
1 —• e	Q
N\t (z—t)
(2-i) = nhR2 — &aokt (z — 1) + 0,01eGo(x;V (2_t) — x0);
Мы (2-d = лй (Rz — го) — еа0А/ (z — 1) + 0,01 eG0 (xA< (2_n — x0). Коэффициент e вычисляется по формуле
e = ^-,	(66)
где ms — отношение веса влажного осадка в роторе к весу сухой фазы примесей (ms~3,2);
ys— плотность осадка в роторе (ys~ 1,07 г/cxt3).
Подставляя в равенство (66) соответствующие значения его членов, получаем
е 3 см3!г.
Определяя концентрацию загрязняющих примесей в масле последовательно от z = 1 до z = т за время l\tz, при z — т получим концентрацию загрязняющих примесей в масле за время t. При этом чем больше число частей т, тем точнее расчет.
По приведенным выше уравнениям производят расчет концентрации загрязняющих примесей в картерном масле двигателя. Для этого необходимо взять дисперсный состав загрязняющих примесей в масле, среднюю скорость их поступления и средний режим процесса центрифугирования.
Из графиков (фиг. 9 и 10) видно, что расчетные кривые концентрации х = f (t) обычно идут несколько ниже кривых, построенных по экспериментальным точкам. Это объясняется тем, что при расчете не учитывались явления уноса частиц со стенок ротора потоком масла, организация потока масла в роторе и предел центрифугирования. Разница расчетных и экспериментальных данных обычно не превышает 10% и может быть допустима при проведении практических расчетов.
В случаях ориентировочного определения концентрации загрязнения в масле допускается производить расчет по формуле (61) при 50% заполнения ротора осадком (по среднему радиусу
27
ротора Rcp
принимая загрязняющие примеси в
масле за монодисперсную систему со средним эквивалентным радиусом частиц g = 0,4 мк при А = 0,6 г!см'л.
Фиг. 9. Изменение концентрации загрязняющих примесей х за время t в масле-лабораторной установки при работе центрифуги (7? = 7,25 см; г0 = 2,8 см; h = 8 см; G = 10 кг; р = 0,23 пуаза; п 5000 об/мин, Q = 10 л/мин; кривые — расчетные значения, точки — экспериментальные):
а — единовременное загрязнение масла; б — скорость загрязнения масла постоянная (а0 = 6 а за 30 мин.); в — скорость загрязнения масла постоянная (ротор свободен от' осадка вследствие частой его очистки).
Периодичность очистки ротора центрифуги при ее работе на двигателе определяется из условия заполнения ротора осадком v  примерно на 75%.
О 1000 1000 3000 4000 5000 км Пробег автомобиля
Фиг. 10. Изменение концентрации загрязняющих примесей хв масле в зависимости от пробега автомобиля ЗИЛ-150 (кривые — расчетные значения, точки—экспериментальные).
Пр
В этом случае время между очистками составит
0,01x5onG+--0,75
'<>,= -----------------(67>
и единовременном загрязнении масла
где хдоп — допустимое количество загрязняющих примесей в масле (для автомобильных карбюраторных двигателей хдоп = 0,4%).
(а0 = 0; х =h 0) примесей время /)
относительное снижение концентрации загрязняющих за время t (коэффициент очистки масла в системе за согласно уравнению (62) будет равен:
для монодисперсной системы
К, = Хо-£,=	Q<₽< .	(68>
х0
для полидисперсной системы

(69>
(
На фиг. 11 показано изменение коэффициента очистки масла в системе в зависимости от времени работы центрифуги для частиц разных размеров.
При 50% вероятности задержания примесей центрифугой среднее значение времени пребывания частицы в масле выразится: tc =0,7-^-^-,	(70)
СР	у	'
а при 99% вероятности соответственно
<71>
Из уравнений (70) и (71) видно, что время пребывания частиц в картерном масле двигателя прямо пропорционально количеству
Фиг. 11. Изменение расчетного коэффициента очистки масла всей системы K.t в зависимости от времени работы центрифуги t для частиц с различными радиусами (/? = 7,25 см; г0 = 2,8 см; h = 8 см; п — 5000 об/мин; Q = 10 л!мин;
J1 = 0,23 пуаза; G = 10 кг; А = 0,3 г/см3):
1 — Q = 0,25 мк', 2 — q == 0,5 мк\ 3 — q = 1 мк; 4 — Q = 2 мк; 5 — Q > 12,8 мк.
масла в системе и обратно пропорционально интенсивности его очистки Qcp.
Из приведенного теоретического анализа следует, что эффективность очистки масла за один его проход через ротор определяется величиной коэффициента очистки масла в роторе <р, а эффективность очистки всего объема масла в двигателе определяется интенсивностью очистки Q<p. При этом интенсивность очистки повышается с увеличением расхода Q до определенного предела, что особенно заметно для крупных частиц загрязнения с большой плотностью, при высокой скорости вращения ротора, малой вязкости масла и частой очистке ротора от осадка.
РАСЧЕТ ЦЕНТРОБЕЖНОЙ ОЧИСТКИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ СПЕЦИАЛЬНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ ДВИЖЕНИЯ МАСЛА В РОТОРЕ
В автомобильных и тракторных центрифугах ротор обычно состоит из одной трубчатой камеры. Поэтому путь осаждения частицы составляет довольно большую величину и полнота очистки масла от загрязняющих примесей относительно невысока.
29
Фиг. 12. Схемы многокамерного ротора:
а — с последовательными камерами; б — с параллельными камерами.
Фиг. 13. Ротор со спиральной камерой.
Для повышения очистки масла в роторе необходимо уменьшить путь осаждения частицы и увеличить общую поверхность осаждения.
Это достигается применением: а) многокамерного ротора; б) ротора со спиральной камерой; в) ротора с пакетом кони-
ческих тарелок.
На фиг. 12—14 приведены схемы внутренней части таких роторов с указанием движения потока масла.
Все три типа роторов, из-за сложности их изготовления и эксплуатации, к настоящему времени не получили широкого применения в двигателях. Особенно сложен в изготовлении и эксплуатации ротор с помещенным в нем пакетом конических тарелок.
Однако в будущем при разработке простой технологии изготовления и особенно в связи с перспективой использования для изготовления центрифуг пластических масс и полимеров эти типы роторов могут получить широкое применение не только в центрифугах с механическим приводом,
Фиг. 14. Центрифуга с пакетом коииче-ских тарелок.
но и в центрифугах с гидрореак-.
тивным приводом.
Рассмотрим указанные типы роторов в отдельности.
Многокамерный ротор
Этот тип ротора имеет две конструктивные разновидности Первая — с последовательными камерами, когда весь поток масла, входящий в ротор, движется последовательно из одной камеры в другую, каждый раз при этом меняя направление своего движения. Вторая — с параллельными камерами. В этом случае весь поток масла, поступающий в ротор, разделяется по отдельным камерам, пройдя по которым собирается снова в один поток, выходящий из ротора.
Для улучшения очистки масла целесообразно увеличивать количество камер в роторе, но при этом не следует чрезмерна уменьшать его грязеемкость.
31
Коэффициент очистки масла за один проход через ротор с последовательными камерами составит
ф = ’PiS'i + Ф2Д2 + Фзй’з + , • • • > + Фп-ign-i + Ч’пёп’’ в общем виде
Ф = 2	(72)
z=i
где п — количество камер;
<pz — коэффициент очистки масла в камере;
gi — количество загрязняющих примесей в масле, поступающем в камеру, от всего количества загрязняющих примесей в масле, поступающем в. ротор.
Количество загрязняющих примесей в масле, входящем в камеру, составляет:
gi = 1;
gz = 1 — Фь
ёз = О — Фг);
g* = ёз (1 — Фз);
ёп = ёп-1 (1 — фп-1)-
Коэффициент очистки масла в отдельных камерах определяется по формуле (23). При этом полезный объем каждой камеры определяется из равенства
Q = nft(fl2- г2), где h — высота камеры (ротора);
R — радиус наружного слоя масла в камере;
г0 — радиус внутреннего слоя масла в камере.
При конструировании многокамерного ротора с последовательными камерами необходимо так выбирать их размеры, чтобы заполнение их емкостей осадком было примерно одинаковым. Это может быть достигнуто равномерным увеличением коэффи-' циента очистки масла в камерах при переходе от первой к последующей .
В многокамерном роторе с последовательными камерами поток масла, имеющий повышенную скорость, уносит частицы со стенок камер. Поэтому при больших расходах масла целесообразнее применять многокамерный ротор с параллельными камерами.
Общий коэффициент очистки масла в многокамерном роторе с параллельными камерами i—n
(73) z=i
где <рг — коэффициент очистки масла в камере;
gt — количество масла, проходящего через данную камеру, от всего количества масла, проходящего через ротор.
32
При конструировании роторов с параллельными камерами необходимо так подбирать их параметры, чтобы заполнение емкостей камер осадком было одинаковым.
В автомобильных и тракторных центрифугах, для которых характерен большой расход масла, предпочтительно применять в многокамерных роторах параллельное расположение камер.
Ротор со спиральной камерой
Экспериментально установлено, что наиболее эффективная центробежная очистка масла происходит в роторе со спиральной камерой (фиг. 15).
Фиг. 15. Изменение концентрации загрязнения масла и интенсивности его очистки центрифугами с различными роторами (7? = 7,45 с.и; г0 = 1,5 слг; h = 105,5 см;
п = 5000 об/мин; Q = 9,1 л/мин; р, = 0,23 пуаза; G = 10 кг):
1 — ротор со спиральной камерой; 2 — многокамерный ротор с последовательными камерами; 3 — обычный ротор (с трубчатой камерой).
На фиг. 16 приведен поперечный разрез ротора со спиральной камерой с обозначением основных параметров и движения в ней потока масла.
Основным преимуществом такой камеры по сравнению с обычной трубчатой является уменьшение радиального пути прохождения частиц до их осаждения, более равномерный поток масла и меньшая возможность его проскальзывания относительно ротора.
Определим коэффициент очистки ср при прохождении масла через ротор со спиральной камерой.
Для упрощения расчета принимаем, что очистка масла в таком роторе происходит в спиральном ручье только с полной его шириной, равной В. Поэтому участки начальной и конечной части ручья с шириной менее В (на фиг. 16 эти участки заштрихованы) в расчет не принимаются. Ввиду малой величины этих участков такое допущение лишь незначительно снизит расчетный коэффициент очистки.
Я Гоигооьев и Покоовский 457	.4.4
Учитывая, что ширина ручья В невелика, при расчете принимаем напряженность центробежного поля по ширине ручья одинаковой и равной его значению по средней линии ручья.
Дополнительная угловая скорость потока суспензии, движущегося по спиральному ручью, обычно не больше 2% от угловой
скорости ротора и в расчете не учитывается.
Известно, что в архимедовой спирали радиус расположения
Фиг. 16. Поперечный разрез ротора со спиральной камерой.
данной точки спирали от центра равен
r = 2V <74>
где s — шаг спирали;
а — текущий угол расположения точки на спирали.
Напишем равенство (74) в дифференциальной форме:
dr = 4г da,
отсюда
da = dr. (75)
Дифференциал	длины
архимедовой спирали, как
известно, составляет dLcp = rda.
Подставляя значение da из равенства (75), получаем
dLe„ = — г dr.	(76)
еР S
Уравнение времени пребывания суспензии в роторе в дифференциальной форме выразится
, dLcpBH
dr =---J—,
где dLcp— бесконечно малая величина средней линии ручья;
В — ширина ручья (В = s — 6);
б — толщина перегородки спирали;
Н — высота ротора (ручья);
Q — количество масла, проходящего через ротор в единицу времени.
Подставляя значение dLcP из равенства (76), получаем , 2лВН , dr ~	— г dr.
Qs
(77)
Напишем скорость осаждения частиц из суспензии, согласно равенству (2), в дифференциальной форме:
db _ 2q2.-W dr 9jx
где db — бесконечно малая величина перемещения частицы по ширине ручья.
2До)2
Подставляя значение dr из формулы (77) и-^~ = k и производя преобразование, имеем
db =	гЧг	(79)
Находим минимальное расстояние b частиц от стенки спирали в начале ручья (при входе в ротор), при котором произойдет полное их осаждение за время г.
Интегрируя левую часть равенства (79) в пределах от b до В, а правую от ^г0 + до (R------, и решая полученное уравне-
ние относительно Ь, получаем
Ь = в -	| R3 - г30 - 4 в (+
+ 452(/?-г0)-4] ,	(80)
где 7? — максимальный радиус внутренней стороны спирали (перемычки);
г0 — минимальный радиус наружной стороны спирали (перемычки).
Коэффициент очистки ср определится в виде отношения объемов:
где О-в-ь—объем суспензии, полностью очищаемой от частиц (объем слоя суспензии в ручье ротора толщиной В — 6);
Qo — полный объем суспензии в ручье ротора.
Значение этих объемов можно выразить:
= (В — b)HLcp (в-Ь)’,	(82)
Qo = BHLcp,	(83)
где LCp (в—ь) — длина средней линии слоя суспензии в ручье ротора, полностью очищаемого от загрязняющих примесей;
Lcp — длина средней линии ручья.
з*
Интегрируя равенство (76), получаем
Вер (в-b) = f г dr-, , /В+ь\ г°+ hr) «-4
Lcp=^- f rdr.
, в го Ч-2~
После интегрирования имеем
^\R2-r20-B(R + r0) + b(R-r0-B)];	(84)
Lcp=^[^-ri-B(R + r0)].	(85)
Подставляя полученные значения соответственно в равенства (82) и (83), получаем
П(В_6) = (В - Ь) [R2 - г20 - В (7? + r0) + b {R - г0 - В)]; (86)
Q0 = ^[R2-rl-B(R + r0)\.	(87)
Подставляя эти выражения в равенство (81), имеем (В-b)	,2-В-В)]
Ф	В	В (R + го)]
Определим коэффициент очистки <р для одинаковых объемов роторов центрифуг с обычной трубчатой и спиральной камерами соответственно по уравнениям (23) и (88) при R = 7,45 см; г0 = = 1,5 см; Н = 10,5 см; s — 1,15 см; В = 1,05 см (для ротора с обычной камерой s = 0; В = 0); р = 0,22 пуаза; п = 5000 об/мин;
= 9 л!мин; р = 1,10~4 см; А =. 0,3 г/см3.
При данных условиях коэффициент очистки в центрифуге с обычной трубчатой камерой ротора ф = 0,0148, а со спиральной камерой ротора <р = 0,0372.
Следовательно, при равных объемах роторов расчетный коэффициент очистки масла в роторе со спиральной камерой значительно выше, чем в обычной.
Ввиду большой скорости потока масла в ручьях спиральной камеры критический расход масла через спиральный ротор, соответствующий началу явления уноса частиц со стенок ротора потоком масла, будет значительно ниже, чем в обычных роторах.
ЦЕНТРОБЕЖНАЯ ОЧИСТКА ЗАГРЯЗНЕННЫХ МОТОРНЫХ МАСЕЛ
ПРОДУКТЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ МОТОРНЫХ МАСЕЛ
Моторные масла в работающем двигателе подвергаются непрерывным физико-химическим воздействиям; это приводит к изменению углеводородного состава масла и накапливанию в нем различных продуктов загрязнения. В результате этого ухудшается качество масла и повышается износ деталей двигателя.
Все продукты загрязнения масла можно разделить на две категории:
а)	продукты загрязнения, образующиеся при изменении углеводородного состава масла;
б)	продукты загрязнения, заносимые в масло извне.
К продуктам загрязнения, образующимся в результате изменения состава масла, относятся продукты термического разложения, окисления и полимеризации масла. Они образуются в масле двигателя под воздействием высоких температур, давления, соприкосновения с кислородом воздуха и каталитического влияния металлических поверхностей деталей.
Основными зонами двигателя, в которых происходят процессы изменения масла, являются камера сгорания, зона поршня и поршневых колец и зона картера.
В камере сгорания вследствие' высокой температуры преобладают процессы сгорания масла с образованием продуктов неполного сгорания — углеродистых частиц, а также термического разложения и окисления масла.
Так как температура в верхнем поясе поршня редко превышает 200—300°, а на юбке 90—150°, то преобладающими процессами изменения масла в зоне поршня и поршневых колец являются процессы полимеризации; процесс термического разложения имеет второстепенное значение и наблюдается только в зоне наиболее высокой температуры — в верхней части поршня.
Ввиду того что температура масла в картере обычно не превышает 85—95°, а также вследствие интенсивного разбрызгивания с образованием масляного тумана основные изменения масла, характерные для этой зоны, связаны с процессом его окисления.
37
Процесс окисления и окислительной полимеризации может гдти по двум направлениям [10]:
I кислоты -> оксикислоты -> эстолиды -> асфальтогеновые глеводороды-перекиси ! кислоты.
I смолы -> асфальтены -> карбены -> карбоиды.
Характер образующихся при этом продуктов зависит от угле-юдородного состава масел и глубины процесса окислительной юлимеризации.
Смолы образуют в масле истинный раствор и придают маслу ?емную окраску. Плотность смол выше единицы. Смолы хорошо растворимы в маслах и в бензине «Галоша».
Асфальтены — твердые вещества, темнобурого цвета, плот-юстью выше единицы, образуют в масле коллоидный раствор. Асфальтены растворяются в нефтяных смолах, в бензоле и хлороформе, но нерастворимы в бензине «Галоша».
Карбены и карбоиды внешне отличаются от асфальтенов только эолее темной окраской. В масле они образуют суспензии.
Карбены растворимы в сероуглероде, карбоиды — нерастворимы ни в каких растворителях.
К продуктам загрязнения, поступающим в масло извне, относятся:
а)	продукты из камеры сгорания, проникающие в картер вместе с газом через кольцевой пояс поршней (продукты неполного сгорания топлива, вода, минеральная пыль и др.);
б)	металлические продукты износа деталей;
в)	литейная земля, шлак, волокнистые вещества (обтирочные концы) и металлическая стружка, оставшиеся в двигателе после его сборки, а также продукты, вносимые в масло при заправке двигателя.
К продуктам неполного сгорания топлива, вносимым в картерное масло из камеры сгорания, относятся углеродистые частицы, соединения свинца (при применении этилированного бензина), соединения серы, а также фракций жидкого топлива.
Жидкое топливо, попадающее в картерное масло, является частично термически разложившимся. В нем содержатся асфальтосмолистые вещества, количество которых при дальнейшем пребывании такого топлива в картерном масле, в результате процессов окислительной полимеризации, прогрессивно возрастает.
Основные свойства продуктов загрязнения масла
Продукты загрязнения масла делятся на органические и неорганические.
Органические продукты загрязнения состоят в основном из продуктов окислительной полимеризации масла и продуктов неполного сгорания топлива, неорганические — из минеральной пыли, металлических продуктов износа деталей, соединений свинца, воды и др.
Как органические, так и неорганические продукты загрязнения по своим свойствам могут быть растворимые и нерастворимые в масле; кислые и нейтральные; полярные (поверхностно-активные) и неполярные; цементирующие и нецементирующие (по способности веществ связывать — цементировать нерастворимые в масле продукты загрязнения друг с другом или удерживать их на металлических поверхностях деталей) и продукты загрязнения, влияющие на противоизносные свойства масла.
Растворимыми в масле продуктами загрязнения являются смолы, низкомолекулярные органические кислоты, минеральные кислоты, некоторые соли и др.
Нерастворимыми в масле являются углеродистые продукты (карбены, карбоиды, сажа), минеральная пыль, металлические продукты износа деталей и др.
Асфальтены, образующие с маслом коллоидный раствор, могут при некоторых условиях выпадать из раствора, переходя в нерастворимую фазу загрязнения.
Асфальто-смолистые продукты, обладая способностью адсорбироваться на поверхности твердых углеродистых и неорганических частиц, могут выпадать вместе с ними в осадок и задерживаться обычными фильтрами.
Нерастворимые в масле продукты загрязнения, включая асфальтены, называются загрязняющими примесями, нерастворимыми в бензине «Галоша».
Вода, образуя с маслом стойкую эмульсию, при некоторых условиях отделяется от масла или испаряется под действием высокой температуры. Сопротивляемость масла к образованию такой стойкой эмульсии характеризуется деэмульгирующей способностью масла. Как правило, только свежие моторные масла сравнительно быстро отделяются от воды. С загрязнением масла, в процессе его использования в двигателе, деэмульгирующая способность масла резко падает.
В табл. 3 приведен характерный состав загрязняющих примесей в масле, полученный из данных испытаний нескольких десятков типов автомобилей.
Из таблицы видно, что в общем количестве загрязняющих примесей углеродистые продукты (карбены, карбоиды и сажа) составляют до 90%.
При исследовании дисперсионного состава загрязняющих примесей в отработавшем масле установлено, что диаметры 80% частиц не превышают: 2 мк (органические), 1 мк (неорганические) и 0,5 мк (железо).
Приведенные размеры частиц органических загрязняющих примесей указывают, что отработавшие масла представляют собой углеродистую суспензию.
Под влиянием цементирующего действия асфальто-смолистых продуктов и особенно при попадании в масло воды большинство частиц загрязнения может укрупняться и под действием соб-
39
Таблица 3
Состав загрязняющих примесей в масле в %
Тип двигателей	Количество асфальтенов			Количество карбенов, карбоидов и сажи			Количество несгораемых примесей		
	Минимальное	Максимальное	Среднее	Минимальное	Максимальное	Среднее	i Минимальное!	Максимальное	Среднее
Карбюра-									
торные . . .	5	30	19	37	88	72	4	38	9
Дизели . . .	3	10	7	80	90	86	4	17	7
&иг. 17. Загрязняющие примеси в отработавшем масле.
твенной силы тяжести выпадать в осадок, образуя на деталях .вигателя отложения.
Свойство масла оказывать сопротивление такому укрупнению :астиц называется диспергирующей способностью, которая зависит от сорта масла и от применения в нем присадок.
На фиг. 17 представлены загрязняющие примеси в отработавшем масле.
К кислым продуктам загрязнения относятся органические и минеральные кислоты, кислые смолы и др., к нейтральным — большинство неорганических продуктов загрязнения, а также нейтральные смолы, асфальтены, углеродистые продукты.
К поверхностно-активным продуктам загрязнения можно отнести асфальто-смолистые продукты, органические кислоты и соли органических кислот.
Цементирующими продуктами являются асфальто-смолистыепро-асфальтогеновые кислоты. Как
и
1,укты, мыла, оксикислоты
1равило, цементирующие продукты являются и поверхностно-1КТИВНЫМИ.
Особенно ярко выражены цементирующие свойства у окси-шслот и асфальтогеновых кислот. Высказывается мнение, что |бразование лаковых отложений на поршне и в канавках поршне->ых колец в основном обусловливается оксикислотами и продук-
40
тами их полимеризации, асфальтогеновыми кислотами. Они, обладая большой липкостью, являются цементирующей средой для находящихся в масле асфальтовых, углеродистых и других частиц загрязнения и способствуют закоксовыванию поршневых колец.
Способность продуктов загрязнения вызывать абразивный износ деталей двигателя характеризуется размером и твердостью частиц загрязнения. Однако влияние этих факторов на износ деталей двигателя до сих пор изучено мало.
Если в последнее время в литературе появились материалы исследований, устанавливающих влияние размера и твердости частиц искусственного загрязнения на износ поршневых колец,,
то их влияние на износ деталей двигателя, смазываемых маслом под давлением (шейки коленчатого вала и др.), еще не исследовано.
Исследованием установлено, что максимум износа поршневых колец наблюдается при загрязнении масла абразивными частицами размером 15— 21 мк [13].
На фиг. 18 изображена зависимость износа поршневых
колец от размеров и твердости частиц загрязнения. Снижение износа поршневых колец при размерах частиц загрязнения выше 15—21 мк, по-видимому,
Фиг. 18. Изменение износа первого
компрессионного поршневого кольца в зависимости от размера частиц, различных загрязнений:
/ — дорожная пыль; 2 — алмазная пыль.
обусловливается трудностью проникновения таких частиц в зазор между поршнем и цилиндром. Для деталей, смазываемых
маслом под давлением, размер этих частиц, вероятно, будет больше.
Если влияние неорганических продуктов загрязнения (дорожной пыли, металлических продуктов износа и др.) на износ деталей не вызывает сомнения, то мнения многих авторов о влиянии на износ органических продуктов загрязнения расходятся.
До последнего времени считалось, что все не растворимые в масле продукты загрязнения как неорганического, так и органического происхождения в какой-то мере ухудшают противоиз-носные качества масла. Однако Е. Г. Семенидо еще в 1944 г.,
основываясь на экспериментальных данных, высказал гипотезу, что органические загрязняющие примеси, находясь в тонкодисперсном состоянии, не ухудшают противоизносных качеств масла, а наоборот, действуя подобно коллоидному графиту, препятствуют непосредственному контакту трущихся деталей и уменьшают износ их поверхностей.
41
Фиг. 19. Изменение концентрации загрязняющих примесей в масле в зависимости от времени работы двигателя.
Органические продукты загрязнения под влиянием входящих в них поверхностно-активных продуктов, адсорбируясь на неорганических абразивных частицах, образуют вокруг них оболочку, которая также препятствует их непосредственному контакту с металлическими поверхностями деталей и снижает их износ.
Выдвинутая Е. Г. Семенидо гипотеза в последние годы подтверждается работами других исследователей.
Так, Н. И. Итинская установила экспериментально, что добавление в чистке масло органических примесей, извлеченных из отработавших масел, значительно повышает его противоизнос-ные свойства.
Органические примеси повышают противоизносные свойства масла, уменьшая трение металлических поверхностей деталей.
Однако значительное количество органических примесей приводит к отложению их на стенках масляных трубопроводов и нарушает нормальный процесс смазки.
Из изложенного выше следует, что неорганические при-' меси оказывают наиболее вредное действие на детали двигателя, поэтому при очистке масла их необходимо удалять в первую очередь.
В автомобильных и тракторных двигателях увеличение содержания в масле загрязняющих примесей, как видно из графика фиг. 19, идет постепенно и со временем может совсем приостановиться, т. е. наступает стабилизация содержания продуктов загрязнения в масле. Это объясняется добавлением свежего масла взамен сгоревшего и выпадением части продуктов загрязнения в осадок.
ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА СКОРОСТЬ ЗАГРЯЗНЕНИЯ МАСЛА В ДВИГАТЕЛЕ
Загрязнение масла при работе двигателя идет непрерывно. На скорость загрязнения масла, помимо срока его работы, оказывают влияние следующие факторы:
а)	тип двигателя, его конструкция и техническое состояние;
б)	качество топлива;
в)	качество масла;
г)	режим работы и условия эксплуатации двигателя.
40
Тип двигателя, его конструкция и техническое состояние
Специфика рабочего процесса двигателей и вид применяемого топлива оказывают большое влияние на загрязнение масла главным образом углеродистыми веществами, которые, являясь продуктами неполного сгорания топлива, проникают в картерное масло вместе с газами через кольцевой пояс поршней. Для дизелей характерным продуктом загрязнения масла является сажа, так как в камере сгорания дизелей образуется сажи больше, чем в камере сгорания карбюраторных двигателей, в которых непол
нота сгорания топлива характеризуется наличием СО.
Таким образом, даже при равных мощностных показателях карбюраторного двигателя и дизеля, только за счет загрязнения масла сажей, количество продуктов загрязнения в дизелях обычно в 2—5 раз выше, чем в карбюраторных двигателях.
Степень загрязнения масла в дизелях определяется совершенством рабочего процесса, так как от него зависит количество образующихся продуктов неполного сгорания топлива, часть которых попадает в масло. Поэтому в предкамерных и вихрека
Фиг. 20. Изменение концентрации загрязняющих примесей в масле различных типов двигателей в зависимости от пробега автомобиля:
1 — карбюраторный двигатель УралЗИС-353; 2 — газогенераторный двигатель УралЗИС-354.
мерных дизелях загрязнение масла к
обычно ниже, чем в дизелях с непосредственным впрыском топлива.
Состав загрязняющих примесей в масле дизелей характеризуется по сравнению с составом загрязняющих примесей в карбюраторных двигателях более высоким содержанием углерода. Так, в масле карбюраторных двигателей содержится до 30% асфальтенов, тогда как в масле дизелей только до 10% (см. табл. 3).
Загрязнение масла в газогенераторных двигателях, как показывают кривые на фиг. 20, значительно выше, чем в карбюраторных двигателях. Это объясняется тем, что в газогенераторных дви
гателях вместе с генераторным газом, вследствие его неудовлетворительной очистки, засасываются в двигатель смолистые вещества, угольная пыль, сажа, зола и водяные пары.
На скорость загрязнения масла в двигателе в значительной мере влияют его конструктивные особенности, такие как форма камеры сгорания (особенно в дизелях), конструкция маслосъемных и компрессионных поршневых колец, наличие и эффективность действия масляных фильтров, Воздухоочистителя, масляного радиатора, вентиляции картера и др. На скорость поступления
43
в масло загрязняющих примесеи существенно влияют также диаметр цилиндра, удельный расход топлива и число оборотов коленчатого вала двигателя (фиг. 21).
Специальные изменения, внесенные в конструкцию двигателя с учетом его типа и условий эксплуатации, позволяют значительно уменьшить скорость загрязнения масла.
Фиг. 21. Изменение скорости поступления в масло загрязняющих примесей в зависимости от различных параметров:
а — диаметра цилиндра; б — удельного расхода топлива; в — числа оборотов коленча того вала.
Особенно заметно повышается загрязнение масла по мере’ износа деталей двигателя (фиг. 22); это обусловливается увеличением количества прорывающихся в картер газов, которые
Фиг. 22. Изменение содержания карбенов, карбоидов и негорючих загрязняющих примесей в масле двигателя ГАЗ-51 различной степени изношенности:
1 — изношенный двигатель; 2 — изношенный двигатель после смены поршней и колец;
3 — новый двигатель.
несут с собой продукты неполного сгорания топлива и, повышая температуру масла (особенно в кольцевом поясе поршней), ускоряют процесс его загрязнения.
В дизелях очень резко возрастает загрязнение масла при неисправностях в топливоподающей системе (снижение давления впрыска, засорение сопловых отверстий в форсунках, подтекание форсунок и т. д.).
дл
Качество топлива
Качество применяемого топлива существенно влияет на скотт	С
рость загрязнения масла. Чем выше отношение в топливе, тем больше возможность загрязнения масла углеродистыми продук-
С
тами. Поэтому топливо, имеющее низкое отношение (метиловый спирт и легкие моторные спирты), дает наиболее низкое содержание сажи в масле.
Топливо с высоким содержанием непредельных углеводородов (полученное путем термического крекинга) обладает наибольшей
склонностью к загрязнению картерного масла.
Заметно увеличивается содержание в масле загрязняющих примесей при применении высокосернистых
Фиг. 23. Изменение концентрации загрязняющих примесей, кислотности и вязкости масла в двигателе ЯМ.3-204 в зависимости от применяемого топлива:
1 — малосернистое топливо (0,23% S); 2 — топливо с повышенным содержанием серы (0,82% S).
топлив (фиг. 23). Загрязнение масла увеличивается также при использовании этилированных бензинов; в этом случае в масле накапливаются продукты соединений свинца.
Известно, что при переводе карбюраторного двигателя или дизеля с жидкого топлива на газообразное вследствие улучшения процесса сгорания значительно снижается загрязнение масла и уменьшается количество отложений на деталях. Так, при переводе на газообразное топливо двухтактного двигателя ЯАЗ-204 срок службы масла увеличивается более чем в 2 раза, а количество отложений на деталях двигателя уменьшается в 15 раз.
Качество топлива влияет не только на содержание в масле загрязняющих примесей, но и на вязкость отработавшего масла. Снижение вязкости масла при разжижении его топливом, наблюдаемое в карбюраторных двигателях, обычно связано с работой 45
двигателей на низких температурах масла. Содержание топлива в масле карбюраторных двигателей достигает 7%.
В дизелях содержание топлива в масле обычно незначительно и вязкость масла возрастает за счет продуктов его старения (фиг. 23). За счет продуктов старения возрастает вязкость масла и в газогенераторных двигателях.
Качество масла
Физико-химические свойства масла существенно влияют на его эксплуатационные показатели. Одни масла не вызывают коррозию металла вкладышей подшипников, не образуют лаковых отложений в поршневой группе двигателей, не вызывают образования осадка; другие способствуют образованию в двигателе этих явлений. Различное действие масла связано с его химической стабильностью, зависящей от исходного сырья, метода очистки масла и от применения присадок.
Скорость образования загрязняющих примесей в масле заметно уменьшается с применением более стабильного масла.
При использовании моющих присадок органические загрязнения в масле сохраняют тонкодисперсное состояние и хуже задерживаются фильтрами и центрифугами.
Режим работы и условия эксплуатации двигателя
Увеличение мощности и связанное с этим повышение тепловой напряженности двигателя (в дизелях ухудшение полноты сгорания топлива) увеличивают скорость загрязнения масла. На скорость загрязнения масла как в карбюраторных двигателях, так и в дизелях существенно влияет и состав рабочей смеси.
В табл. 4 приведены данные исследования [12] о влиянии состава рабочей смеси в карбюраторном двигателе на количество и состав загрязняющих примесей в масле.
Таблица 4
Загрязняющие примеси в масле
Рабочая смесь	Примеси в % от веса масла			Асфальтены в % от веса примесей	
	общее количество	неорганические	углеродистые	всех	органических
Богатая ....	0,99	0,20	0,63	16	20
Менее богатая	0,62	0,27	0,18	27	49
Нормальная . .	0,07	0,04	0,00	43	100
Таким образом, любой фактор, который ухудшает полноту сгорания топлива при эксплуатации двигателя или увеличивает попадание газов из камеры сгорания в картер, способствует интенсивному загрязнению масла продуктами неполного сгорания.
Если высокотемпературный режим работы двигателя способствует загрязнению масла продуктами его окислительной полимеризации, то низкотемпературный режим работы двигателя, при котором ухудшается полнота сгорания топлива, вызывает интенсивное загрязнение масла продуктами неполного сгорания топлива, парами воды и топлива, сконденсированными в картере.
Режим работы двигателя и его тепловое состояние существенно влияют на образование осадка в двигателе, которое связано главным образом с работой двигателя на низких температурах масла, способствующих загрязнению масла конденсирующимися парами воды. Экспериментально установлено, что при повышении температуры масла и охлаждающей воды, а также при работе карбюраторного двигателя на горючей смеси нормального состава (а 1) образование осадка снижается. При эксплуатации двигателей в районах с высоким содержанием пыли в воздухе масло загрязняется неорганическими продуктами — дорожной пылью. В этих районах важно иметь на двигателе эффективно действующие воздушные фильтры.
В табл. 5 приведены средние скорости поступления загрязняющих примесей в картерное масло отечественных автомобильных двигателей. Эти данные получены в результате эксплуатационных испытаний двигателей автомобилей различных типов.
Таблица 5
Скорости поступления загрязняющих примесей в масло двигателей
Тип двигателя	Скорость		Средняя скорость	
	в мг/л. с. ч.	в мг/л. с. км	в мг/л. с. ч.	в мг/л. с. км
Карбюраторные двигатели: легковых автомоби- лей 		5—40	0,1—0,8	15	0,3
грузовых автомоби- лей 		6—45	0,2—1,5	20	0,7
Дизели грузовых автомобилей: двухтактные . . .	48—90	1,6—3	69	2,3
четырехтактные	16—60	0?5—2	45	1,5
МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ЦЕНТРОБЕЖНОЙ ОЧИСТКИ МАСЛА
Для изучения процессов центробежной очистки масла, помимо теории и расчетов, большое значение имеет экспериментальное исследование.
47
Это обусловлено тем, что в настоящее время в теории центробежной очистки не учитываются все факторы, влияющие на работу центрифуг. Помимо выявления факторов, влияющих на работу центрифуги, и количественной оценки эффекта центробежной очистки с помощью экспериментальных исследований получен ряд закономерностей, необходимых для расчета процессов центро
фиг. 24. Схема экспериментальной центрифуги с механическим приводом ротора ог электродвигателя.
бежной очистки масла.
Экспериментальные исследования работы центрифуг производятся на двигателях и на безмоторных стендах, создающих реальные условия работы системы.
Для того чтобы изменять одни параметры, оставляя постоянными другие, на стендах вместо центрифуги с гидрореактивным приводом удобно применять экспериментальную центрифугу с механическим приводом от электродвигателя. При этом внутренняя часть ротора центрифуги с механическим приводом полностью воспроизводит внутреннюю часть ротора с гидрореактивным приводом. Конструкция такой центрифуги должна позволять легко изменять диаметр, высоту, емкость ротора и организацию в нем потока масла.
На фиг. 24 изображена подобная экспериментальная центрифуга с механическим
приводом ротора от электродвигателя.
При экспериментальном исследовании центробежной очистки масла, как правило, применяется загрязнитель по ГОСТу 7155-54, представляющий собой продукты загрязнения, снятые с отработавших фильтров тонкой очистки масла (АСФО, ДАСФО и др.). В некоторых случаях применяется также порошок гидрата окиси железа (ГОСТ 4150-48) и алюминиевая пудра (ГОСТ 5494-50). Загрязнитель вводят в бак установки постепенно с постоянной скоростью, имитируя реальные условия работы центрифуги двигателя. При некоторых исследованиях загрязнитель вводят в бак единовременно.
Методика проведения испытаний центрифуги на стенде соответствует ГОСТу 7155-54 на испытание фильтров тонкой очистки масла с некоторыми отклонениями, вызванными спецификой, работы центрифуг.
Дисперсионный состав загрязняющих примесей в картерном масле
Определение дисперсионного состава загрязняющих примесей непосредственным измерением частиц под микроскопом представляет большую трудность и не всегда возможно, так как размеры частиц в масле обычно не превышают 1—2 мк и частицы различны по форме и плотности. Поэтому для исследования наиболее удобным является метод определения дисперсионного состава загрязняющих примесей на лабораторной суперцентрифуге.
- В литературе имеются данные дисперсионного состава загрязняющих примесей картерного масла только по органическим частицам. На лабораторной суперцентрифуге можно с некоторым приближением определить дисперсионный состав (эквивалентные радиусы частиц, различных по плотности) компонентов загрязняющих примесей, а также дисперсионный состав загрязняющих примесей, приведенных к одинаковой плотности — средней плотности всех примесей. При этом принимается, что осаждение отдельных компонентов загрязнения из масла в роторе суперцентрифуги происходит независимо друг от друга.
Ввиду очень низкой разделяемое™ загрязненных моторных масел число оборотов лабораторной суперцентрифуги должно быть не менее 20 000 в минуту.
На фиг. 25 показана схема установки с лабораторной суперцентрифугой для определения дисперсионного состава загрязняющих примесей в масле.
Для расчета размеров частиц и их количества (в % по весу)1 используют приближенный метод определения дисперсионного состава измерением количества твердой фазы, выделенной по высоте ротора супер центрифуги. Согласно этому методу скорость осаждения частиц в роторе принимают постоянной.
При этом определяется отдельно количество различных компонентов загрязняющих примесей по высоте ротора в масле перед суперцентрифугой и после нее.
Для более полного выделения загрязняющих примесей из масла в роторе суперцентрифуги масло желательно разбавить тракторным керосином до получения вязкости 8—12 сст при температуре 20° и полученную смесь тщательно перемешать.
Если концентрация загрязняющих примесей в суспензии превышает 0,2—0,3%, то в нее добавляют смесь, состоящую из 50% чистого масла и 50% чистого тракторного керосина, до получения концентрации примесей, не превышающей указанную.
4 Григорьев и Покровский 457	49
Предельные значения эквивалентных радиусов частиц, полностью выделяемых из масла, на данной высоте ротора суперцентрифуги определяют в соответствии с законом Стокса по уравнению (32):
Фиг. 25. Лабораторная установка с суперцентрифугой для определения дисперсионного состава загрязняющих примесей в масле.
путем — непосредственным измерением
р .= I/ -----_______
г Д<о1 2яй (7? -у го)2
Построив по результатам испытаний кривые распределения веса загрязняющих примесей и их компонентов по высоте ротора, проводим касательные к кривым распределения и вычисляем предельные значения эквивалентных радиусов частиц, осаждающихся по высоте ротора, и определяем относительное содержание частиц загрязняющих примесей в зависимости от их эквивалентного радиуса, т. е. дисперсионный состав загрязняющих примесей х.
Существующие методы не позволяют отделить полностью органические загрязняющие примеси от неорганических. Плот-
ность компонентов и среднюю приведенную плотность загрязняющих примесей в целом определяют опытным прибором (пикнометром)
или расчетным путем.
Непосредственным измерением прибором определяют:
а)	плотность загрязненного масла или естественного загрязнителя (продукты регенерации фильтров тонкой очистки);
б)	плотность полностью очищенного масла;
1 Подробно этот метод изложен в книге В. И. Соколова «Трубчатые
сверхцентрифуги», Госхимиздат, 1949.
о
в)	среднюю плотность (определяемую в пикнометре) неорганических (несгораемых) загрязняющих примесей, полученных при сжигании всех загрязняющих примесей.
Расчетным путем, с использованием данных непосредственного измерения, определяют среднюю плотность всех загрязняющих примесей (приведенную плотность) и их органической части.
Плотность загрязненного масла выражаем зависимостью
Ye = Yf (1 — *5) -Р NsxS’	(89)
где уЕ — плотность загрязненного масла или продуктов регенерации фильтров;
Yf — плотность масла, очищенного от загрязняющих примесей (сюда же входят растворимые в масле смолы);
(1 — xs.) — доля масла и смол в загрязненном масле;
xs — доля загрязняющих примесей в загрязненном масле;
ys — средняя (приведенная) плотность всех загрязняющих примесей.
Решая уравнение (89) относительно ys, получаем значение средней плотности всех загрязняющих примесей:
Среднюю плотность всех загрязняющих примесей можно выразить в виде
Ys~ Уо'хо + Ун-хю	(91)
где \0 — средняя плотность органических загрязняющих примесей;
Yh — средняя плотность неорганических (несгораемых), загрязняющих примесей;
х0 и хн — соответственно доли содержания органических и неорганических частей в общем количестве загрязняющих примесей.
Решая уравнение (91) относительно у0, получаем yo==ys^l«. '	(92),
ло
Определенные плотности органических и неорганических (несгораемых) загрязняющих примесей имеют несколько приближенные значения, так как в указанном методе не учитывается изменение веса несгораемых примесей за счет окисления железа при сжигании загрязняющих примесей. Однако небольшое содержание железа в неорганических примесях незначительно влияет на точность расчета.
4*	R1
В табл. 6 приведена определенная указанным выше методом: а) плотность компонентов загрязняющих примесей в картер-юм масле АК-10, работавшем в двигателе ЗИЛ-120 без фильтра онкой очистки;
б) плотность загрязняющих примесей в отходах при регене-)ации фильтрующих элементов АСФО (в естественном загрязни-еле по ГОСТу 7155-54).
Таблица 6
Средние плотности загрязняющих примесей в г/см3
Исследуемый продукт	Плотности загрязняющих примесей		
	обшего количества	органических	неорганических (несгораемых)
Картерное масло .... Загрязняющие примеси, снятые с фильтров тон-	1,53	1,20	3,05
кой очистки 		1,49	1,18	3,48
Из табл. 6 видно, что средние плотности загрязняющих примесей в картерном масле и продуктах, удержанных фильтрами тонкой очистки, практически одинаковы.
На фиг. 26 приведены кривые дисперсионного состава различных компонентов загрязняющих примесей, определенные указанным выше методом в отработавшем картерном масле, а на фиг. 27 — кривые дисперсионного состава загрязняющих примесей в картерном масле (кривая Г) и снятых с фильтра АСФО (кривая 2) со средней плотностью примесей в масле А = 0,6 г1см\
Дисперсионный состав искусственных загрязняющих примесей, как, например, порошка гидрата окиси железа, алюминиевой пудры и др., ввиду их больших размеров и значительной плотности рекомендуется определить в гравитационном поле на весах Фигуровского (фиг. 28).
ДИНАМИКА ПРОЦЕССОВ ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЯ ЗАГРЯЗНЕННЫХ МАСЕЛ
Основными показателями при испытании центрифуг, характеризующими эффективность центробежной очистки масла в замкнутой системе, являются следующие:
1)	концентрация загрязняющих примесей в масле х = /(/);
2)	количество загрязняющих примесей, выделенных в роторе, ёз = f(t}\
3)	интенсивность очистки Q<p = /(/)•
Полнота очистки масла за один проход его через ротор характеризуется изменением по времени коэффициента очистки <р.
Фиг. 26. Дисперсионный состав различных компонентов загрязняющих примесей в масле двигателя ЗИЛ-120 без фильтра тонкой очистки:
а — органические; б — неорганические (несгораемые); ~в — железо.
Фиг. 27. Дисперсионный состав загрязняющих примесей со средней плотностью примесей в масле (А =0,6 г!см?У
1 — в отработавшем масле; 2 — в продуктах, снятых с фильтров АСФО (естественный загрязнитель по ГОСТу 7155-54).
Фиг. 28. Дисперсионный состав искусственных загрязнителей, определенный на весах Фигуровского:
1 — порошок гидрата окиси железа (у = 3,8 а/см3); 2 — алюминиевая пудра (Ys = 2,25 г/см3).
53
При единовременном начальном загрязнении масла эффек-ивность очистки всего объема масла в замкнутой системе опре-елится изменением по времени коэффициента очистки масла системе = f(fi.
Характеристики х — f (t) получают определением концентрации агрязняющих примесей в пробах масла, периодически отбираемых з бака установки. Обрабатывая данные этого эксперимента, пределяют величину g3 по уравнению
g3 = at-Q,O\Go(x-xo),	(93)
де а — скорость поступления загрязняющих примесей в масло;
Go — количество масла в баке установки;
х — концентрация загрязняющих примесей в масле в данный момент времени t\
х0 — концентрация загрязняющих примесей в масле в начальный момент испытания.
Величину Q<p определяют:
[ри а — 0 (единовременно загрязненное масло)
Qq> =	—; •	(94) .
[ри а — const
100а dx G G dt
Q<p = -у------х----•	(9о)
Значение определяют методом проведения касательной
с кривойх = f(t). Этот метод изложен в книге А. В. Адамовича [1].
При G = 10 кг и а = 6 г за 30 мин. (ГОСТ 7155-54)
п	767,7 , О,О6 + ^_о 5
Од =------1п----------- л/мин.
Y У	 xt
Значения коэффициентов <р и находят соответственно по . :нижению концентрации загрязнения в масле за один его проход герез ротор и загрязнения всего объема масла в системе.
Так как расход масла при испытании центрифуги обычно постоянный, то значение коэффициента очистки масла за один проход через ротор можно получить как частное от деления интенсивности очистки, полученной по формулам (94) и (95), на расход масла.
Рассмотрим динамику процесса центробежной очистки масла при единовременном загрязнении масла в баке установки и при постоянной скорости введения загрязнения.
На фиг. 29 представлены кривые различных показателей, характеризующих очистку масла, единовременно загрязненного естественным загрязнителем, при работе центрифуги. Из приве-
денных кривых видно, что интенсивность очистки уменьшается с выделением из масла загрязняющих примесей, при этом резкое снижение интенсивности очистки наблюдается в самом начале работы центрифуги.
Фиг. 29. Изменение загрязнения масла и эффективности его очистки в зависимости от продолжительности работы центрифуги (7? = 7,25 см; г0 = 2,8 см; h = 8 сл;
G = 10 кг; п = 5000 об/мин; Q ~ 10 л/мин; и = 0,23 пуаза).
Фиг;. 30. Дисперсионный состав загрязняющих примесей в масле с приведенной плотностью Л„р = 0,6 г/см3, при различной продолжительности работы центрифуги:
1 — исходная характеристика загрязнителя; 2 — t = 10 мин.; 3 — t = 30 мин.;
4 — t =» I час; 5 — t—2 часа; 6 — f —5 час.; 7 — t = 10 час.
Снижение интенсивности очистки объясняется уменьшением рабочего объема ротора при заполнении его осадком (AV) и повышением дисперсности загрязняющих примесей в масле (фиг. 30). Повышение дисперсности загрязняющих примесей в масле происходит за счет более быстрого удаления центрифугой крупных частиц (избирательная способность центрифуги).
В рассмотренном случае заполнение рабочей емкости ротора осадком невелико (не более 20%). Поэтому основной причиной снижения интенсивности очистки при работе центрифуги является повышение дисперсности частиц загрязнения в масле.
Из кривых, изображенных на фиг. 30, видно, что в исходной характеристике загрязняющих примесей ок<
ный радиус более 1,6 мк-, после 5 час. работы центрифуги максимальный радиус частиц в масле не превышал 1 мк. При этом коэффициент очистки масла за первый проход его через ротор составлял ф = 0,043, после 10 мин. работы центрифуги он снизился до ф = 0,018, а после 5 час. до ф = 0,004.
15% частиц имели эквивалент-
55
При испытании центрифуги наблюдается практически одинаковая толщина слоя осадка по высоте ротора; это соответствует
засчетным данным.
Фиг. 31. Изменение коэффициента очистки масла в системе в зависимости от заполнения емкости ротора центрифуги осадком (7?=7,25 см; г0=2,8 см; h = 8 см; G = 10 кг; п — = 5000 об/мин; Q = 10 л/мин; р, = 0,23 пуаза).
Для того чтобы определить эффективность очистки в зависимости от заполнения емкости осадком, было проведено десять
пятичасовых циклов испытаний центрифуги НАМИ ЦФ-3 при единовременном загрязнении масла в начале каждого цикла, без очистки ротора в течение всего времени работы.
Экспериментальная кривая (фиг. 31) изменения коэффициента очистки масла в системе в зависимости от заполнения емкости ротора осадком указывает на нецелесообразность использования ротора без очистки при заполнении более 75 % его емкости осадком.
Снижение эффективности очистки масла при заполнении емкости ротора осадком объясняется уменьше-
нием времени пребывания масла в роторе и повышением скорости потока масла, который смьшает частицы со стенок ротора.
Фиг. 32. Ротор центрифуги после 10 циклов (по 5 час.) работы.
С заполнением емкости ротора осадком уменьшается внутренний радиус ротора, при этом увеличивается количество частиц, размеры которых соответствуют пределу центрифугирования [см. формулу (44)].
На фиг. 32 представлена фотография ротора центрифуги с осадком, на которой видно, что после десяти пятичасовых
56
циклов работы ротор центрифуги был почти полностью забит осадком.
На эффективность очистки масла влияет природа загрязняющих примесей. Это подтверждается данными табл. 7, в которой приведены параметры, характеризующие эффективность очистки масла центрифуги (Я = 7,25 см; г0 — 2,8 см; h = 8 см; п = = 5000 об/мин; Q = 10 л/мин; р, = 0,23 пуаза).
Таблица 7
Относительное снижение загрязнения масла в системе
Загрязняющие примеси	д в г/сл8	ф*	0,5	2	t в час. 5	10	15
Естественный загрязнитель (ГОСТ 7155-54): общее количество примесей 		0,6	0,043	0,28	0,56	0,76	0,86	0,90
органические примеси	0,3	—	0,24	0,53	0,72	0,84	0,90
неорганические примеси	2,6	—	0,40	0,70	0,83	0,88	0,90
Алюминиевая пудра (ГОСТ 5494-50) 		1,35	0,56	0,95	—	—	—	—
Гидрат окиси железа (ГОСТ 4150-48)		2,8	0,88	0,95	—	—	—	—
* Коэффициент очистки масла <р в роторе определен за первый проход							
масла через ротор.							
Отмеченная неодинаковая эффективность очистки масла обусловлена разной плотностью и разным дисперсным составом частиц загрязнения. Если в естественном загрязнителе весовое количество частиц с эквивалентным радиусом более 2 мк при Д = 0,6 г/см3 не превышает 12%, то в порошке гидрата окиси железа и алюминиевой пудре (см. фиг. 28) более 30% частиц имеют эквивалентные радиусы более 10 мк соответственно при Д = = 2,8 г/см? и Д = 1,35 г!см\
При единовременном загрязнении естественным загрязнителем очистка масла от неорганических (несгораемых) примесей эффективна только в начале работы центрифуги. Это происходит потому, что неорганические примеси, помимо небольшого количества относительно крупных частиц, содержат преимущественно высокодисперсные частицы (см. фиг. 26).
По величине коэффициента ср и кривым дисперсионной характеристики загрязнения (фиг. 26) может быть определено значение предельного радиуса частиц, полностью осаждающихся в роторе за один проход масла. Для этого из точки, расположенной на оси ординат дисперсионной характеристики, соответствующей
57
относительному количеству примесей в масле после центрифуги (1 —<р), проводят прямую, параллельную оси абсцисс, до пересечения с кривой характеристики.
а)
Фиг. 33. Изменение концентрации загрязнения масла и эффективности его очистки в центрифуге при постоянной скорости загрязнения масла (а0 = 6 г за 30 мин.; R = 7,25 см; г0 = 2,8 слц 1г = 8 см; G = 10 кг; п = 5000 об/мин; Q — 10 л!мин-, и. = 0,23 пуаза):
zz — без очистки ротора от осадка; б — с периодической очисткой ротора от осадка (через 2 — 3 часа).
Из полученной точки пересечения опускают перпендикуляр
на ось абсцисс и получают значение предельного радиуса частиц.
Фиг. 34. Дисперсионный состав загрязняющих примесей в масле с приведенной плотностью — 0,6 г/см3 при различной ^продолжительности работы центрифуги:
1	— исходная характеристика загрязнителя;
2	— работа в течение 5 час.; 3 — то же в течение 20 час.; 4 — то же в течение 35 час.
Следует отметить, что значение предельного радиуса частиц, полностью осаждающихся в роторе, определенное этим методом, является приближенным (несколько заниженным), так как при полном осаждении частиц с радиусом больше предельного частично осаждаются и более мелкие частицы. Однако
для практических целей этим методом можно пользоваться.
Определенный этим методом для центрифуги (R = = 7,25 см; г0 ~ 2,8 см; h = = 8 см; п = 5000 об/мин; Q = 10 л!мин; р,=0,23 пуаза)
предельный радиус частиц порошка гидрата окиси железа составляет 3,7 мк, алюминиевой пудры 6,6 мк.
На фиг. 33 даны кривые характеристики очистки масла центрифугой при постоянной скорости загрязнения масла без очистки ротора от осадка во время испытания и с периодической (через 2— 3 часа) очисткой ротора от осадка, в результате которой рабочая

емкость ротора во время испытания оставалась практически свободной.
Из приведенных кривых видно, что в первом случае концентрация загрязнения в масле непрерывно растет, во втором — концентрация загрязнения в масле, достигнув определенного предела, в дальнейшем остается практически постоянной. Это происходит потому, что в первом случае эффективность очистки во время испытания постепенно снижается из-за повышения дисперсности частиц (фиг. 34) и заполнения рабочей полости ротора осадком.
Заполнение рабочей полости ротора осадком приводит к тому, что с увеличением продолжительности работы центрифуги происходит до некоторого предела снижение дисперсности загрязняющих примесей. После этого очистка масла значительно ухудшается, и при полном заполнении ротора осадком наступает обратное явление — повышение дисперсности примесей. Из графика (фиг.34) видно, что дисперсность частиц после 35 час. работы центрифуги ниже, чем после 20 час.
В табл. 8 приведены основные показатели очистки ротора без удаления из него осадка (AV = var) и при периодическом удалении его из ротора (AV = 0).
Таблица 8
Изменение параметров очистки ротора за время испытания
Параметры	Продолжительность испытания в час.					
	2	5	10	20	30	40
AV в % 1	X в % Q<p в см3[мин Ф Ag*	4,0 0,12 120 0,012 6,2	10 0,21 82 0,008 4	ЛИ = 22 0,3 65 0,006 3,3	= var 50 0,42 43 0,004 3,1	73 0,72 22 0,002 3,5	86 1,32 4 0,0004
AV в % х в % Q<p см3[мин Ф Ag*	0 0,12 120 0,012 6,20	0 ' 0,20 83 0,0083 3,9	AV 0 0,28 76 0,0076 3,1	= 0 0 0,31 69 0,0069 2,9	0 0,32 66 0,0066 2,8	0 0,32 66 0,0065 2,8
* Ag — относительное содержание частиц с эквивалентным радиусом g > 1 жк при А = 0,6 г/см3, определенное расчетным путем.
ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЦЕНТРОБЕЖНОЙ ОЧИСТКИ МАСЛА
На эффективность центробежной очистки масла влияет большое количество эксплуатационных и конструктивных факторов: организация потока масла в роторе; емкость ротора и отношение его диаметра к высоте; режим и условия работы центрифуги (давление и вязкость масла); скорость вращения ротора; расход масла.
Организация потока масла в роторе
Исследованием установлено значительное влияние на эффективность очистки соответствующей организации потока масла внутри ротора. Для эффективного протекания процесса необходимо обеспечить:
а)	требуемое время пребывания очищаемого масла в центробежном поле с возможно меньшим проскальзыванием масла относительно вращающегося ротора;
б)	равномерный, без местных завихрений, поток масла в роторе и удаление очищенного масла из зон, расположенных близко к оси ротора;
в)	при одинаковом времени пребывания масла в роторе больший путь прохождения потока и относительно малую толщину * его слоя.
В обычном роторе первые два условия обеспечивают установкой в нем специальных вставок, наклоном колодцев к оси или отбором масла через колонку в центре ротора.
Последнее условие требует принципиального изменения конструкции ротора, например применения многокамерного ротора, ротора со спиральной камерой или применения ротора с набором в нем конических тарелок.
В обычном роторе без приспособления для закручивания масла поступающий поток масла не сразу приобретает скорость вращения ротора, а в течение некоторого времени скользит относительно ротора. Поэтому на частицы загрязняющих примесей в масле действует более слабое центробежное поле и создаются дополнительные вихревые потоки, затрудняющие осаждение загрязняющих примесей.
При этом чем ниже вязкость масла, меньше трение слоев жидкости друг о друга и о поверхность ротора, тем больше проскальзывание масла в роторе.
При вращении идеальной жидкости слой, находящийся на уровне с радиусом rlt при переходе на другой уровень вращения с радиусом г2 по условию сохранения количества движения таг = = const получит угловую скорость
следовательно, при значении r2 <Zr1 происходит увеличение угловой скорости, а при значении г2>г1— уменьшение.
В реальной жидкости явление проскальзывания во вращающемся роторе, выраженное несравненно слабее, чем в идеальной, все же оказывает значительное влияние на процесс центрифугирования.
Проскальзывание масла в обычном роторе устраняют или значительно снижают разделением емкости ротора продольной плоскостью на две части, установкой на колонке ротора направляющей вставки или применением радиальных ребер на днище ротора. Расположенные в роторе направляющие масло колодцы с предохранительными сетками также способствуют снижению проскальзывания масла.
На фиг. 35 приведены схемы организации потока масла в роторе. Многочисленный экспериментальный материал по проверке таких схем позволяет сделать следующие выводы.
Применение ротора с центральной колонкой (схема II, фиг. 35) повышает эффективность центробежной очистки масла в среднем на 30% по сравнению с ротором без колонки (схема /).
Колодцы, у которых отверстия отбора масла расположены ближе к оси ротора (схема III), дополнительно повышают эффективность центробежной очистки масла в среднем на 20%. Это дает особенно большой эффект при значительном заполнении емкости ротора осадком.
Установка на колонке ротора (схема IV) дополнительной цилиндрической вставки малого диаметра, создающей более равномерное распределение потока по поперечному сечению ротора, также повышает эффект очистки масла.
Наиболее благоприятно на закручивание масла в роторе влияет примененное в конструкциях центрифуг ЗИЛ перегораживание ротора продольной перегородкой на две равные емкости (схема VI). В этом случае весь объем масла в роторе имеет одинаковую угловую скорость, равную угловой скорости ротора.
В роторах, изображенных на схемах V и VI, результаты очистки масла одинаковы.
В роторе на схеме V продольная перегородка заменена несколькими радиальными ребрами на дне ротора. В этом случае масло, поступающее из цилиндрической вставки малого диаметра к этим ребрам, закручивается ими и приобретает скорость, равную угловой скорости вращения ротора практически по всему поперечному сечению потока. Исходя из условий эксплуатации центрифуг (простота очистки ротора от осйдка) роторы, приведенные на схеме V, более целесообразны, чем на схеме VI.
При относительно хорошей организации потока масла в роторе по схеме V с увеличением радиуса цилиндрической вставки снижается эффективность очистки масла. Это обусловлено образованием потока масла, движущегося в радиальном направлении к колодцам, противоположном направлению осаждения частиц, и увеличением скорости потока масла непосредственно у стенок
61
ротора, что особенно отрицательно сказывается при заполнении ротора осадком.
На Уральском автомобильном заводе были проведены испытания центрифуги с подводом масла в непосредственной близости от внутренней стенки ротора. Несмотря на то, что угловая скорость
Фиг. 35. Схемы организации потока масла в роторе центрифуги:
1 — ребро; 2 — продольная перемычка.
слоя масла у стенок равна угловой скорости ротора, а угловая скорость слоя масла, расположенного ближе к оси, из-за проскальзывания масла даже несколько выше последней, эффективность очистки масла была относительно низкой и наблюдалось смывание потоком масла осадка со стенок ротора. ,
На фиг. 36 представлен характер расположения осадка в поперечном сечении ротора при различных схемах потока масла в нем
62
При достаточно организованном потоке масла в роторе (схема V) толщина слоя осадка по всему поперечному сечению ротора одинаковая. Это свидетельствует об отсутствии проскальзывания масла в роторе и, как следствие этого, об отсутствии вихревого движения потока (фиг. 36, а).
В случае неорганизованного потока масла в роторе (схема I, фиг. 35) расположение осадка в поперечном сечении ротора неравномерное и свидетельствует о наличии вихревого движения потока, масла в роторе (фиг. 36, б).
Фиг. 36. Расположение осадка в роторе:
а — рациональная организация потока масла (схема V фиг. 35);
б — нерациональная организация потока масла (схема I фиг. 35);
/ — ребра; 2 — колодцы,— шпильки для крепления крышки.
Средние значения эффективности очистки масла при различных схемах потока масла в роторе, изображенных на фиг. 35, составляют (в %):
Номер схемы (фиг. 35) . .	/	II III	IV	V	VI
Эффективность очистки . .	100	130 J150	165	200	200
Емкость ротора
Эффективность очистки масла значительно снижается при уменьшении рабочей емкости ротора по мере заполнения осадком. Поэтому для повышения эффективности центробежной очистки масла при длительном использовании центрифуги без очистки от осадка целесообразно иметь ротор большой емкости.
На фиг. 37 показаны характеристики содержания загрязняющих примесей в масле при использовании центрифуг с различной емкостью ротора при прочих одинаковых условиях их работы. Из приведенных кривых видно, что с увеличением емкости ротора значительно снижается содержание загрязняющих примесей в масле. Это особенно заметно при заполнении емкости ротора осадком.
Известно, что с увеличением емкости ротора центрифуги с гид-рореактивным приводом при одинаковой затрате энергии на привод снижается скорость вращения ротора. Однако это снижение 63
невелико, и обычно с увеличением емкости ротора очистка масла улучшается. Так, при увеличении общей емкости ротора опытной центрифуги ЗИЛ с 625 до 905 см'3, т. е. почти в 1,5 раза, при одинаковом расходе энергии на привод скорость вращения ротора снизилась всего на 10%, а эффективность очистки масла повысилась на 13%.
Обычно при увеличении емкости ротора центрифуги с гидрореактивным приводом расход энергии на привод повышается за счет увеличения диаметра сопла, что позволяет сохранить прежнюю скорость вращения ротора.
Фиг. 37. Изменение концентрации загрязнения масла в зависимости от продолжительности работы центрифуги при различной емкости ротора (а0=6 г за 30 мин.; G=10 кг; п = 5000 об/мин; Q = 10 л!мин;
и. = 0,23 пуаза):
1 — й = 606 см3; 2 — Й = 1212 см3; 3 — Й = 1818 см3; 4 — Й = 2124 см3.
Фиг. 38. Изменение концентрации загрязнения масла в зависимости от продолжительности работы центрифуг типового ряда НАМИ (а0=6 г за 30 мин.; рг = = 3 кг/см2; и. = 0,23 пуаза;
G = 10 кг);
1 — первый типоразмер центрифуги (диаметр сопла dc = 1,6 мм; п = 5300 об/мин; Q — 6 л/мин); 2 — второй типоразмер центрифуги (dc = 2 мм; п = 5300 об/мин; Q — д л/мин); 3— третий типоразмер центрифуги — 2,1 мм; п ='5000 об/мии; Q — 10 л/мин).
В этом случае повышается эффективность центробежной очистки масла, что наглядно видно из кривых, изображенных на фиг. 38.
При увеличении емкости ротора не следует забывать, что с уменьшением отношения высоты ротора к диаметру очистка масла улучшается. Это особенно заметно в случае большого расхода масла при заполнении ротора осадком и нерациональной организации потока масла (фиг. 39).
Такое уменьшение отношения -g- снижает возможность уноса частиц со стенок ротора потоком масла, а также снижает возможность возникновения предела центрифугирования.
Согласно уравнению (40) эффективность очистки масла при постоянной емкости ротора, а следовательно, и постоянном вре-мени пребывания в нем масла при уменьшении отношения -д-должна, наоборот, понизиться.
64
Это несоответствие объясняется тем, что в уравнении (40) не учтены явление уноса частиц со стенок ротора потоком масла и предел центрифугирования, влияние которых повышается с уменьшением диаметра ротора.
Следовательно, учитывая относительно большой расход масла в автомобильных и тракторных центрифугах, при проектиро-
Q<p
Q<p
о 6- 3 12 16 го t час о 40 60 120 160 200 д г
Ь)
Фиг. 39. Изменение концентрации загрязнения масла и интенсивности его очистки , „	н t
центрифугой при одинаковой емкости ротора и различном отношении(а0 = = 6 г за 30 мин.; G = 10 кг-, Й = 1212 см3-, п = 5000 об/мин; Q = 10 л!мин:, и. = 0,23 пуаза):
а — рациональная организация потока масла в роторе; б — нерациональная организация потока масла в роторе; 1-------------— 0,47; 2-----~ — 1,33.
вании этих центрифуг необходимо, помимо увеличения емкости И
ротора, стремиться к уменьшению отношения .
Учитывая компоновку двигателя и ряд эксплуатационных факторов, наиболее целесообразно обеспечить отношение 0,8.
Режим работы центрифуги
Из теории центрифугирования известно, что значительное влияние на эффективность очистки масла оказывают число оборотов ротора, расход и вязкость масла.
При эксплуатации центрифуг с гидрореактивным приводом
Фиг. 40. Изменение концентрации загрязнения масла в зависимости от продол" жительности работы центрифуги НАМИ ЦФ-2 при различном давлении масла-' а — единовременное загрязнение масла; б — постоянная Скорость введения загрязнения; 1 — р, = 1 кг/см2-, п = 1920 об/мин; Q — 4,8 л{мин\ |Л = 0,23 пуаза; 2 — рх — 2 кг/см2-, п = 3840 об/мин; Q = 7 л!мин-, р. = 0,23 пуаза; 3 — Pt = 3 кг/см2', п = 5300 .об/мин; Q = 9 aJmuh-, р, = 0,23 пуаза; 4 — pi = 4 кг/см2\ п. = 7300 об/мин; Q — 11,2 л/мин-, ц = 0,23 пуаза.
гом, причем два первых зависят от давления масла, подводимого к центрифуге. С увеличением давления масла повышается скорость
Фиг. 41. Изменение концентрации загрязнения масла в зависимости от продолжительности работы центрифуги при различной угловой скорости ротора (7? = = 5,25 см; г0 = 1,5 см; h = 10,5 см; G=10 кг; Q =9 л/мин;
и = 0,23 пуаза):
1 — п = 3000 об/мин; 2 — п = 5000 об/мин; 3 — п=7000 об/мин.
 вращения ротора и расход масла.
Поэтому если в центрифугах с механическим приводом ротора давление масла перед центрифугой не оказывает непосредственного влияния на эффективность очистки, то в центрифугах с гидрореактивным приводом давление масла перед центрифугой является главным показателем эффективности работы центрифуги. Улучшение очистки с увеличением давления масла (фиг. 40) в этих центрифугах обусловливается
главным образом повышением скорости вращения ротора.
Рассмотрим влияние повышения числа оборотов ротора и расхода масла на эффективность очистки.
На графике (фиг. 41) показан процесс центрифугирования при одинаковом расходе масла, одинаковой вязкости масла и различных скоро-
стях вращения ротора.
Увеличение скорости вращения ротора улучшает процесс центробежной очистки масла. Это подтверждается теоретиче
скими положениями, из которых известно, что напряженность
центробежного поля пропорциональна квадрату угловой скорости вращения ротора.
Увеличение расхода масла ухудшает его очистку за один проход через ротор. Однако очистка всего объема масла в системе с увеличением расхода масла, как было сказано в первой главе, наоборот, улучшается. В этом случае имеет значение кратность прохождения масла всей системы через ротор центрифуги. При этом с увеличением расхода масла чем больше размеры и плотность частиц, число оборотов ротора и его рабочая емкость и меньше вязкость масла, тем выше эффективность очистки масла в системе.
В табл. 9 дано полученное экспериментально снижение содержания загрязняющих примесей в масле при разных расходах и разной продолжительности работы центрифуги с механическим приводом (емкость ротора Q = 900 см3; R = 5,25 см; г0 = 1,9 см; h = 10,5 см; (1 = 0,23 пуаза).
Таблица 9
Снижение загрязняющих примесей масла в %
Число оборотов ротора в минуту	Продолжительность испытания в час.	Расход масла в л/мин			
		1	4	8	14
	0	0	0	0	0
ОЛПА	0,5	9	13	17	18
uUUU	2	31	36	39	39
	5	57	58	58	57
	0	0	0	0	0
	0,5	20	27	30	31
оиии	2	46	51	55	55
	5	69	70	71	69
	0	0	0	0	0
	0,5	31	39	42	44
/ vUU	2	64	64,5	65	65
	5	81	82	82	80
Из табл. 9 видно, что увеличение расхода масла особенно заметно улучшает очистку всего объема масла в системе за первые часы работы центрифуги. Это объясняется избирательной способностью центрифуги к загрязняющим примесям.
Однако экспериментально установлено, что положительное действие увеличения расхода масла на эффективность очистки происходит до определенного предела, после чего возникает явление уноса частиц, достигших стенок ротора или слоя осадка, образованного в роторе потоком масла, и интенсивность очистки масла от наиболее высокодисперсных частиц загрязнения снижается.
Этот предел характеризуется критической скоростью потока масла в роторе, которая для автомобильных и тракторных центрифуг при эксплуатационных условиях работы (п = 5000 об/мин) составляет около 2,4—5 см/сек. Было установлено, что вымывание осадка из неподвижного ротора происходит при скорости 5— 10 см!сек.
Данные табл. 9 получены при скорости потока масла в роторе ниже критической.
Фиг. 42. Изменение концентрации загрязнения в масле и интенсивности его очистки при различных расходах масла (а0 = 6 г за 30 мин.; R — 5,25 см; г0 = = 1,5 см; h — 10.5 см; G = 10 кг; и. = 0,23 пуаза; п = 8000 об/мин):
/ — Q = 4 кг1мин\ 2 — Q -- 8 кг[мин.
При значительном заполнении емкости ротора осадком скорости потока масла могут достигнуть и даже превысить критические; это подтверждается экспериментом, результаты которого представлены на фиг. 42.
К определенному моменту скорость потока масла превосходит критическую, и увеличение расхода масла не дает положительных результатов.
Характерно, что в центрифугах с нерационально организованным потоком масла в роторе критические скорости значительно ниже, чем в центрифугах с рационально организованным потоком (табл. 10).
Таблица 10
Организация потока масла в роторе
Параметры	Рациональная организация			Нерациональная организация		
п в об/мин	3000	5000	8000	3000	5000	8000
wKp в см/сек	—	5	—	1,9	2,4	3,4
Рациональная организация потока масла в обычном роторе достигается конструктивными изменениями ротора (отбор масла из зон, расположенных ближе к оси, установка специальных направляющих вставок и др.), обеспечивающими равномерный поток масла по всему ротору.
Установлено, что липкие органические загрязняющие примеси в картерном масле устраняют вымывание осадка из ротора при его неподвижном состоянии (в начале пуска двигателя), а также замедляют движение частиц по ложу и их унос потоком масла при работающей центрифуге.
Для доказательства этого положения был проведен следующий эксперимент.
Чистое дополнительно профильтрованное через бумажный фильтр масло с вязкостью 0,23 пуаза было загрязнено порошком гидрата окиси железа и в течение 1 часа очищалось центрифугой УралЗИС при п = 6000 об/мин и Q = 8,0 кг!мин. При этом гидрат окиси железа практически полностью выделился на стенках ротора из масла в виде плотного слоя. После искусственной остановки ротора через него пропустили масло вязкостью 0,23 пауза со скоростью потока в роторе 1,8 см/сек-, осадок гидрата окиси железа был полностью смыт со стенок ротора за 30 мин. При повторении эксперимента предварительным осаждением на стенках ротора слоя естественного загрязнителя масла толщиной 2—3 мм вымывание осадка гидрата окиси железа с поверхности ротора наблюдалось только при скорости потока в роторе 8 см!сек.
Данные табл. 11 свидетельствуют, что при высокой скорости вращения ротора, когда возможность уноса потоком масла частиц порошка гидрата окиси железа незначительна, наличие в роторе слоя осадка из естественного загрязнения почти не оказывает влияния на очистку масла от порошка гидрата окиси железа. При низкой скорости вращения ротора наличие в нем осадка из естественного загрязнения существенно улучшает очистку масла.
Таблица 11
Очистка масла от гидрата окиси железа центрифугой ЦФ-1а
Параметры	Ротор свободен от осадка		В роторе находится слой осадка естественного загрязнителя толщиной 2 мм	
п в об/мнн. . .	4600	2000	4600	2200
Q в кг/мин . .	8	8	8	8
Ф		54	17,5	56	31
Q * В МК . . . .	6,4	15	6,0	10
* q — предельный радиус частиц порошка гидрата окиси железа, полностью				
осаждающихся в роторе за один		проход через него масла.		
69
Поэтому движение частиц, особенно неорганических, по ложу и последующий их унос потоком масла наиболее возможны из ротора, свободного от осадка, при работе двигателя на свежем
Фиг. 43. Изменение коэффициента очистки масла в системе в зависимости от вязкости масла при различной продолжительности работы центрифуги (R = ==5,25 см;г0-. 1,5 см; /г=10,5сл«; G = 10 кг; п = 5000 об/мин;
Q = 9 л/мин);
масле.
Для предупреждения этого явления рекомендуется внутреннюю поверхность стенок ротора делать шероховатой. Еще лучше покрывать стенки ротора марлей или фильтровальной бумагой. Хорошие результаты дает вафельная поверхность стенок ротора (см. фиг. 75).
На фиг. 43 показано влияние вязкости масла на эффективность его очистки от загрязняющих примесей при постоянном числе оборотов ротора и постоянном расходе масла. Экспериментальная проверка подтвердила линейную зависимость степени очистки загрязненности масла от его вязкости. Увеличение вязкости
1 — t — 0,5 часа; 2 — t = 1 час;
3 — t = 2 часа; 4 — t = 5 час.
масла при центрифугировании в условиях эксплуатации приводит к су-
щественному ухудшению очистки при низких температурах масла; это подтверждено лабораторными, лабораторно-дорожными и эксплуатационными испытаниями центрифуг.
Фиг. 44. Изменение концентрации загрязнения масла и интенсивности его очистки центрифугой ЗИЛ-164 при различной вязкости масла:
1 — Ц = 0,81 пуаза; п=3000 об/мии; Q — 1 л} мин-, 2—ji= 0,23 пуаза; п = 5000 об/мии; Q — 8 л/мин.
Особенно резко ухудшается эффективность очистки масла при повышении его вязкости в центрифугах с гидрореактивным приводом ротора (фиг. 44). В этом случае при повышении вязкости масла снижается не только разделяемость загрязненного масла, 70
но и из-за снижения скорости вращения ротора уменьшается напряженность центробежного поля.
Режим работы центрифуги существенно влияет на плотность осадка в роторе. Чем выше число оборотов ротора, меньше вязкость масла, больше время работы центрифуги, тем более плотным
становится осадок в роторе.
Следует отметить высокое содержание сухой фазы в осадке, скапливающемся в центрифуге. Если осадок на бумажных и кар-
тонных фильтрах тонкой очистки содержит до 85% масла, то осадок на стенках роторов центрифуг обычно содержит только 50—60% масла; остальную часть его составляет так называемый сухой остаток, т. е. неорганические (негорючие) при-
fl 2000 3000 4000 5000 6000 7000 п об/мин
Фиг. 45. Изменение содержания сухой фазы в осадке ротора центрифуги НАМИ ЦФ-2 в зависимости от угловой скорости ротора (центрифугирование загрязненного масла АК-Ю при температуре масла 75°).
показывающий содержание сухого
меси, асфальтены, карбены и карбоиды, удаленные центрифугой из масла.
Содержание сухого остатка в осадке зависит от числа оборотов ротора центрифуги. На фиг. 45 приведен график,
остатка в осадке при различной скорости вращения ротора.
По внешнему виду осадок, извлеченный из ротора центрифуги, можно сразу отличить от осадка обычных фильтров тонкой очистки масла. Если последний представляет собой полужидкую массу, то осадок из ротора центрифуги выглядит как плотная сухая масса, которую можно резать ножом, причем брусок, вырезанный из отложений, долго сохраняет свою первоначальную
форму.
КОНСТРУКЦИИ АВТОМОБИЛЬНЫХ и тракторных ЦЕНТРИФУГ
КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ ПРИВОДОВ
Проблема создания центрифуг для очистки картерного масла в автомобильных и тракторных двигателях оказалась сложной в основном из-за трудности осуществления надежного и простого привода ротора центрифуги. Идея применения центрифуг для очистки масла возникла давно. Можно назвать десятки различных конструкций центрифуг, созданных для очистки масла как в стационарных установках (регенерационные установки Лаваля), так и в двигателях. До последнего времени создать надежной конструкции центрифуги не удавалось.
Привод центрифуги для очистки картерного масла в автомобильных и тракторных двигателях должен отвечать следующим эксплуатационно-техническим требованиям:
а)	обеспечение высоких угловых скоростей ротора центрифуги (5000—10 000 об/мин);
б)	наличие нежесткой связи с коленчатым валом двигателя; в противном случае свойственные автомобильному и тракторному двигателю переменные скоростные режимы работы будут вызывать соответственное изменение угловой скорости ротора, что обусловит появление динамических нагрузок в деталях привода и неблагоприятно отразится на процессе осаждения в роторе частиц загрязнения;
в)	простота конструкции, достаточный срок службы, а также простота и удобство обслуживания центрифуги (очистка ротора от осадка загрязнения) в эксплуатационных условиях.
Классификация автомобильных и тракторных центрифуг по принципу действия их привода дана на фиг. 46.
В настоящее время наиболее широкое распространение в автомобильных и тракторных двигателях получили центрифуги с гидрореактивным приводом. Действие этого привода основано на использовании реакции струй масла, вытекающих из сопел ротора (принцип Сегнерова колеса ’).
Основными преимуществами центрифуг с гидрореактивным приводом являются:
а)	высокая угловая скорость ротора;
1 Гидравлический прибор, вращающийся под действием реакции (отдачи) струи, жидкости, изобретен в 1750 г. венгерским ученым Я. Сегнером. Теория и расчет гидрореактивного привода даны в отдельной главе.
72
б)	отсутствие резкого изменения угловой скорости ротора с изменением скоростного режима работы двигателя;
в)	простота конструкции центрифуг и удобство их размещения на двигателе;
г)	простота обслуживания при эксплуатации.
Однако для достижения требуемых чисел оборотов ротора (5000—6000 об/мин) необходим значительный расход масла на привод (до 9—12 л1мин) при давлении масла в магистрали двигателя 3—6 кг/см? (табл. 12). Поэтому применение центрифуг
Фиг. 46. Схема классификации приводов центрифуг.
с гидрореактивным приводом на автомобильных и тракторных двигателях требует повышения производительности масляного насоса или введения дополнительной секции насоса специально для питания маслом привода центрифуги. В результате этого центрифуги с гидрореактивным приводом нецелесообразно устанавливать на двигатели, уже находящиеся в эксплуатации, так как это требует существенных изменений масляной системы.
Рассмотрим принцип действия гидрореактивного привода центрифуги (фиг. 47). При работе двигателя масло из масляной магистрали двигателя по каналу 1 в корпусе центрифуги подается под давлением в продольный канал оси ротора. Через имеющиеся в оси радиальные отверстия масло заполняет внутреннюю полость ротора 5 и, пройдя предохранительные сетки, по направляющим колодцам 4 поступает к двум соплам 2. Эти сопла расположены на одинаковом расстоянии от оси ротора и направлены в противоположные стороны.
Реакции струй масла, с большой скоростью вытекающего из сопел в противоположных направлениях, создают реактивный момент, приводящий ротор во вращение. Масло из сопел попадает на стенки корпуса центрифуги и через широкий канал 6 в нижней
73
Таблица 12
Основные параметры автомобильных и тракторных центрифуг с гидрореактивным приводом
Модель центрифуги	Рабочая емкость ротора в см3	Число оборотов ротора в минуту	Расход масла на привод ротора в л! мин	Давление масла в кг/см2	Температура масла в °C	Масло	Примечание
ЗИЛ-М	550	5700	7,9	3,0	75	АК-Ю	Опытная малая
ЗИЛ-164	860	5000	7,8	3,0	75	АК-Ю	модель 1955 г. Промышленная
УралЗИС	60'0	5500	9,0	3,0	75	АК-Ю	модель 1958 г.
КАЗ	800	5200	9,0	3,0	75	АК-Ю	Опытная модель
Типовой ряд НАМИ: I	500	5300	5,9	3,0	75	АК-Ю	1956 г.
II	750	5500	9,0	3,0	75	АК-Ю	—
III	1000	5000	10,0	3,0	75	АК-Ю .	—
IV	1250	5000	12,0	3,0	75	АК-Ю	—
НАТИ	—.	6145	П,4	6,0	85	Дп-Н	—
ХТЗ	—	5800	12,3	6,3	80	Дп-П	Промышленная
ВТЗ	—	6000	—	5,0	75	Дп-И	модель 1955 г.
части корпуса отводится в картер двигателя. Под действием центробежных сил частицы загрязнения осаждаются на стенках ротора, образуя слои отложений 3.
Другим типом центрифуг с гидравлическим приводом являются центрифуги с гидротурбинным приводом.
Отличительной особенностью центрифуги с гидротурбинным приводом является использование небольшой гидравлической турбины.
В этих центрифугах турбина и ротор вращаются под действием струй масла, вытекающих из специальных сопел и направленных на лопатки турбины. Сопла закреплены неподвижно в нижней части оси.
Положительная особенность центрифуг с гидротурбинным приводом — это возможность изменения в необходимых пределах расхода масла через ротор и возможность работы их при достаточно низких давлениях масла в магистрали.
Центрифуги с механическим приводом разделяются:
а)	на центрифуги, роторы которых приводятся во вращение от коленчатого вала через редукторы или ременную передачу;
б)	на центрифуги с роторами, расположенными непосредственно на коленчатом валу двигателя — на переднем конце вала или в маховике.
74
Из центрифуг, расположенных на коленчатом валу, следует отдать предпочтение центрифуге, “помещаемой на переднем конце вала, так как использование под центрифугу внутренней полости маховика вызывает значительные затруднения при обслуживании центрифуги в эксплуатации.
Следует отметить, что в ряде тракторных и автомобильных
двигателей для дополнительной
используются специальные полости в шатунных шейках коленчатого вала. В тракторном двигателе с воздушным охлаждением у центрифуг, расположенных на валу одного из узлов двигателя, наиболее целесообразен привод ротора от вала вентилятора системы воздушного охлаждения, так как тракторный двигатель работает на скоростном режиме, близком к постоянному, а число оборотов вентилятора системы охлаждения двигателя в 1,5— 2,5 раза выше числа оборотов коленчатого вала. Недостаток этих центрифуг — трудность уплотнения узла привода и длинные коммуникации подвода к центрифуге и отвода из нее масла.
Для автомобильных двигателей вследствие их работы на переменных скоростных режимах применение центрифуг с механическим приводом через редуктор или от вала одного из узлов двигателя менее перспек
центробежной очистки масла
Фиг. 47. Принцип действия центрифуги с гидрореактивным приводом.
тивно.
Положительной особенностью центрифуг с электрическим приводом является получение высоких, а главное постоянных угловых скоростей ротора.
Однако применение коллекторных электродвигателей с большим числом оборотов значительной мощности (60—80 вт на выходе) удорожает этот вид привода и требует постоянного наблюдения за состоянием электродвигателя. Кроме того, повышение расхода электроэнергии требует увеличения мощности электрических генераторов и емкости аккумуляторных батарей, что приводит к удорожанию всей системы в целом. На фиг. 48 показана одна из центрифуг с приводом от электродвигателя постоянного тока.
75
В связи с использованием переменного тока на некоторых отечественных автомобилях известный интерес представляет использование ротора центрифуги в качестве якоря асинхронного
электродвигателя.
Центрифуги с пневматическим приводом до настоящего времени также не получили широкого применения. Этот вид привода следует отнести к перспективным, так как он свободен от ряда
гидравлическому и механическому при-
недостатков, присущих
Фиг. 48. Схематический чертеж неполнопоточной центрифуги с приводом от электродвигателя постоянного тока.
водам. Пневматический привод центрифуги осуществляется с помощью специальной турбины, которая приводится во вращение потоком воздуха, засасываемым в двигатель, или потоком воздуха, эжектируемым выпускными газами.
Центрифуги с приводом сжатым воздухом от тормозной системы автомобиля менее перспективны вследствие больших расходов воздуха на привод.
СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ЦЕНТРИФУГ В МАСЛЯНУЮ СИСТЕМУ ДВИГАТЕЛЯ
Схема включения центрифуги в масляную систему двигателя влияет на режим работы центрифуги, на процесс очистки масла в целом и определяет некоторые конструктивные особенности ротора
центрифуги. Поэтому при конструировании центрифуг схема включения их в масляную систему двигателя приобретает первостепенное
значение.
Центрифуги по схеме включения в масляную систему двигателя можно разделить на три основных типа:
1.	Неполнопоточные центрифуги, которые включаются, как и обычные фильтры тонкой очистки, в главную магистраль параллельно. Через центрифуги этого типа проходит только часть масла, подаваемого насосом в магистраль. В неполнопоточных центрифугах все поданное в ротор масло выбрасывается через сопла гидрореактивного привода и самотеком стекает в поддон картера.
2.	Полнопоточные центрифуги, которые включаются в магистраль последовательно. При этой схеме включения все масло проходит через ротор центрифуги.
В роторе поток масла раздваивается: меньшая часть масла отводится на гидравлический привод и затем в картер, а основной
76
поток поступает в главную магистраль. При большинстве других видов привода все подаваемое насосом масло, пройдя через ротор,
поступает в магистраль.
3.	Центрифуги с компенсационной системой, которые включаются в масляную магистраль параллельно с помощью специального компенсационного устройства. Эти центрифуги частично,
а на некоторых режимах полностью обеспечивают питание двигателя маслом, прошедшим через ротор центрифуги.
Все центрифуги указанных типов могут быть различной конструкции, но основные схемы их включения в масляную систему двигателя сохраняются.
Рассмотрим принципиальные схемы включения центрифуг трех указанных выше типов. На фиг. 49 показана схема включения неполнопоточной центрифуги, разработанная на Московском автомобильном заводе им. Лихачева. В этом случае применен двухсекционный масляный насос, уменьшающий влияние степени изношенности двигателя на ра
боту гидрореактивного при- А „
j	г	г фиг 49 Схема включения неполнопо-
вода. С износом основных точной центрифуги ЗИЛ-164, трущихся поверхностей, сма-
зываемых маслом под давлением главным образом подшипников
коленчатого вала, давление масла в магистрали постепенно понижается. Даже при наличии насоса повышенной производительности заметно снижается число оборотов ротора и эффективность очистки масла.
При работе неполнопоточной центрифуги, включенной в масляную магистраль по схеме, приведенной на фиг. 49, давление масла в магистрали перед центрифугой мало изменяется с износом деталей двигателя. По этой схеме масло из поддона картера через маслоприемник 1 поступает в секцию насоса 2, питающую радиатор, и секцию 3, питающую магистраль центрифуги. Из секции 3 масло подается через фильтр грубой очистки 10 щелевого типа в главную магистраль 9 двигателя и в центрифугу 8.
Давление масла в этой ветви системы ограничивается редукционным клапаном 4, рассчитанным на давление около 4 кг/см2.
77
При сильном загрязнении или других условиях, резко повышающих сопротивление щелевого фильтра, масло подается через перепускной клапан И непосредственно в магистраль.
В малоизношенном двигателе, когда давление в главной магистрали достаточно высоко, секция насоса, питающая масляный радиатор, основной поток масла направляет через жиклер 6 (d = 3,3 мм, I = 5 мм) в радиатор 5. При избытке масла, поступающего к радиатору, часть масла через перепускной клапан 7 направляется в главную магистраль и в центрифугу. Износ двигателя и связанное с этим падение давления в главной магистрали вызывают перераспределение потоков масла. Перераспределение потоков масла, незначительно изменяя давление в главной магистрали, обеспечивает нормальную работу гидрореактивного привода центрифуги.
Масло, очищенное в роторе центрифуги 8, через сопла гидрореактивного привода выбрасывается в нижнюю часть корпуса центрифуги и оттуда самотеком возвращается в поддон картера.
На Горьковском автомобильном заводе в схемах включения неполнопоточных центрифуг также применен двухсекционный насос. Вторая, дополнительная секция этого насоса, в отличие от ранее рассмотренной схемы, питает только центрифугу.
На фиг. 50 изображена схема включения неполнопоточной центрифуги Горьковского автомобильного завода, примененная на двигателе автомобиля «Чайка». Насос центрифуги полностью изолирован от главной масляной магистрали; это делает работу гидрореактивного привода стабильной и независимой от внешних факторов, степени изношенности деталей двигателя и т. п.
Полнопоточные центрифуги включаются в масляную магистраль последовательно. На фиг. 51 показана принципиальная схема включения полнопоточной центрифуги с одно- и двусторонним вводом и выводом масла. При последовательном включении все подаваемое насосом масло проходит через ротор центрифуги. Часть масла, выходящего из ротора, идет на гидрореактивный привод и затем стекает в картер, а основной поток направляется в масляную магистраль.
Схема с двусторонним вводом и выводом масла имеет серьезный недостаток; при очистке ротора центрифуги, включенной по этой схеме, приходится разъединять главную масляную магистраль двигателя. Это крайне нежелательно, так как из-за случайной небрежности при сборке может быть нарушена герметичность системы, что приведет к потере масла и аварии двигателя.
Схема потока масла в полнопоточных центрифугах имеет два варианта: первый (фиг. 52, а) — все поданное в ротор масло центрифугируется и общий поток масла раздваивается в основном в верхней части ротора; второй (фиг. 52, б) — центрифугируется поток масла, поступающий непосредственно в главную масляную магистраль, а масло, идущее на гидрореактивный привод, не очищается. В центрифуге второго варианта улучшена организация
потока масла в роторе и значительно сокращено количество масла, проходящего через зону центрифугирования; это особенно полезно при высоких расходах масла (40 л/мин} в двигателях большой мощности.
Центрифуга с компенсационной системой была предложена на Уральском автомобильном заводе и в 1955 г. была внедрена в производство (устанавливают на автомобилях УралЗИС-355).
Фиг. 50. Схема включения центрифуги Горьковского автомобильного завода:
1 — масло в поддоне картера; 2 — слив масла из центрифуги; 3 — центрифуга; 4 — редукционный клапан секции насоса, питающей центрифугу; 5 — секция иасоса, питающая центрифугу; б — главная магистраль и ее разветвления; 7 — манометр; 8 — редукционный клапан секции насоса, питающей главную магистраль; 9 — секция масляного насоса, питающая главную магистраль; 10 — маслоприемник.
На ф\г. 53 изображена принципиальная схема включения этой центрифуги.
Секция насоса 6, питающая магистраль, забирает масло не прямо из поддона картера, а из специального компенсатора 7, в котором находится в основном масло, прошедшее через ротор 1 центрифуги. Сечение сопел гидрореактивного привода подобрано так, что в компенсатор поступает примерно столько же масла, сколько необходимо для питания системы смазки двигателя. Точного соотношения притока и расхода масла в компенсаторе
70
Фиг. 51. Схема включения полнопоточных центрифуг:
а — односторонний ввод и вывод масла; б — двусторонний ввод и вывод масла; 1 — ротор центрифуги; 2 — главная масляная магистраль; 3 — перепускной клапан (0,5 кг/см2)', 4 — масляный
— насос; 5 — двойной редук-"1Г~ циоиный клапан; 6— радиатор; 7 — масляный насос;
8 — редукционный клапан масляного насоса; 9— сопла;
10 — центрифуга; 11—дроссель; 12 — отверстие вывода масла; 13 — отверстие ввода масла; 14 — слив очищенного масла; 15 — главная
магистраль двигателя;
16 — коренные подшипники коленчатого вала.
Фиг. 52. Схема потока масла в полнопоточных центрифугах:
a — с центрифугированием масла, идущего на гидро-реактивиый привод; б — без центрифугирования масла, идущего иа гидрореактив-ный привод.
В главную масляную магистраль
о)
масляную магистраль Ъ)
на всех режимах работы двигателя добиться невозможно. Поэтому если потребление масла меньше поступления его, то часть прошедшего через центрифугу масла сливается в поддон картера. Если потребление масла больше его поступления из центрифуги, то недостающее количество масла подается непосредственно из поддона картера. Недостатком этой схемы является повышенное поступление масляной пены, выходящей из центрифуги, к подшипникам коленчатого вала.
В предыдущей главе были рассмотрейы вопросы, связанные с влиянием различных факторов на эффективность центробежной

Фиг. 53. Схема включения центрифуги Уральского автомобильного завода: 1 -г центрифуга; 2 — главная масляная магистраль; 3 — перепускной клапан (0,3 0,5 кг/см2)', 4 —редукционный клапан (3,3—4,3 кг(с1л2)’, 5 — секция масляного насоса, питающая центрифугу; 6 —секция масляного насоса, питающая магистраль; 7 —компенсатор различных расходов масла; 8 — манометр.
очистки. Существенное влияние на процесс очистки наряду с другими факторами оказывает схема включения ротора в магистраль.
Критические скорости потока масла в роторе, обусловливающие унос наиболее высокодисперсных частиц маслом и вымывание из ротора осадка, ограничивают расход масла через ротор определенных размеров.
Эти ограничивающие условия следует учитывать при конструировании ф<лнопоточных центрифуг, особенно центрифуг с неразделенным потоком масла в роторе. Надо иметь в виду, что при заполнении ротора осадком скорость потока масла в нем возрастает и возможность уноса частиц со стенок ротора потоком масла увеличивается. Для практического решения вопроса о выборе схемы включения центрифуги необходимо учитывать скорость потока масла, проходящего через ротор, и условие обязательного
6 Григорьев и Покровский 457	81
осаждения частиц опасного размера за один проход масла через ротор.
Скорость потока масла, проходящего через ротор, определяем по формуле
Q
W = Г
где Q — расход масла через ротор в см3/сек;
F — площадь рабочего поперечного сечения ротора в см2.
Работа центрифуги без очистки ротора допустима до 75% заполнения емкости ротора осадком. При дальнейшем заполнении емкости ротора осадком наиболее возможен унос части масла со стенок ротора.
Необходимо подобрать параметры Q и F таким образом, чтобы величина w = 0,8wKP (где — критическая скорость потока асла, равная 5 см!сек}.
Если при заданном расходе масла, который зависит от мощности двигателя, не удается получить конструктивно приемлемые значения F, то следует рассчитать скорость потока без учета расхода масла на гидрореактивный привод при одностороннем вводе и выводе масла из ротора. Расход масла на гидрореактивный привод можно принять равным 10 л/мин. Если и в этом случае скорость потока масла, проходящего через ротор, превысит величину 0,8аг\р, а по конструктивным соображениям увеличить размеры ротора нельзя, то следует применять неполнопоточную центрифугу или центрифуги с компенсационной системой.
Исходя из условия обязательного осаждения частиц опасного размера за один проход масла через ротор, предельный радиус частиц определяемый по уравнению (33), должен быть не больше опасного радиуса частиц загрязнения. Предельный радиус частиц необходимо определять при наиболее неблагоприятных условиях работы центрифуги: при заполнении 75% емкости ротора осадком, при низкой угловой скорости ротора и вязком масле (при низкой температуре масла).
Наиболее опасными следует считать частицы загрязнения, размер которых больше половины зазора в подшипниках двигателя или равен половине зазора.
Для того чтобы на двигателе применить полнопоточную центрифугу, необходимо прежде всего рассчитать два указанных параметра, Полнопоточную центрифугу можно применять только в том случае, если w < 0,8^р, a 2q < AS (где AS — радиальный зазор между шейкой вала и вкладышем).
На двигателях большой мощности (судовых, тепловозных и стационарных) иногда производится для обеспечения необходимой степени очистки масла предусматривать вместо одной центрифуги большого размера батарею из нескольких параллельно соединенных центрифуг. В этом случае указанные параметры должны быть рассчитаны отдельно для каждой центрифуги, а вопрос 82
о схеме включения всей батареи следует решать, учитывая общее количество масла и число соединенных в батарею отдельных центрифуг, которое нерационально увеличивать более четырех на двигатель.
При проектировании двигателей с центрифугами обычно возникает вопрос о целесообразности установки в системе смазки фильтра грубой очистки.
Как известно, современные двигатели имеют два масляных фильтра: грубой и тонкой очистки. Полагая, что центрифуга заменяет фильтр тонкой очистки) естественно сделать заключение, что фильтр грубой очистки следует сохранить в масляной системе. Однако такие выводы недостаточно обоснованы.
Проведенные исследования и многолетний опыт эксплуатации показали, что фильтр грубой очистки, через который проходит все подаваемое насосом масло, при недостаточно частом проворачивании рукоятки сравнительно быстро покрывается слоем Липких смолистых отложений и перестает нормально работать. Фильтрующий элемент фильтра грубой очистки обычно состоит из чередующихся между собой звездочек и дисков, изготовленных из листовой стали толщиной 0,05—0,13 мм. Форма звездочек допускает проникновение масла в зазоры между дисками; поэтому фильтр грубой очистки способен задерживать частицы, размер которых равен зазору между дисками или больше него (0,05— 0,13 мм).
Другой тип фильтра грубой очистки (ленточно-щелевой), представляющий собой гофрированный латунный стакан с намотанной на него тонкой лентой, на которой с одной стороны выдавлены выступы, задерживает частицы примерно такого же размера (более 0,07—0,08 мм).
Следовательно, размер частиц, задерживаемых фильтром грубой очистки, в несколько раз превышает размер частиц, задерживаемых центрифугой за один проход масла через ротор даже при невысокой его угловой скорости.
Таким образом, фильтр грубой очистки масла, если он находится в хорошем техническом состоянии, способен задерживать только те частицы, которые надежно задерживаются центрифугой за один проход масла через ротор.
При пуске двигателя, .когда вследствие высокой вязкости холодного масла центрифуга вращается медленно и осаждения примесей практически не происходит, фильтр грубой очистки в этих условиях также не работает, а все масло проходит через перепускай клапан в обход фильтрующего элемента. Для предохранения двигателя во время прогрева от попадания в него случайных крупных частиц примесей в масле (металлическая стружка, песок и др.) самой надежной мерой является хорошо сконструированный маслоприемник с фильтрующей сеткой достаточной площади (2 см2 на 1 л. с.).
ПРИМЕРЫ ВЫПОЛНЕННЫХ конструкций
За последние несколько лет в автомобильной и тракторной промышленности и научно-исследовательских институтах проделана большая работа по разработке эффективной конструкции центрифуги. Проследим постепенное изменение конструкций центрифуг с гидрореактивным приводом, получивших в последнее
время наибольшее распространение.
Фиг. 55. Типичная конструкция современной центрифуги с гидрореактивным приводом.
Фиг. 54. Центрифуга НАМИ ЦФ-1:
/ — корпус центрифуги; 2 —сливное отверстие; 3 — корпус ротора; 4 — крышка ротора; 5 — шпилька крепления крышки ротора; 6 — гайка крепления крышки корпуса; 7 — маслонаправляющий колодец; 8 — сопло гидрореактивного привода:
9 — штуцер для подвода масла.
В 1953—1955 гг. были сконструированы, изготовлены и испытаны первые образцы центрифуг с гидрореактивным приводом. Характерной особенностью этих центрифуг является наличие подшипников скольжения в корпусе и в крышке ротора. Такое размещение подшипников оказалось неудобным при эксплуатации. При перекосе крышки ротора по отношению к корпусу нарушалась соосность подшипников, что приводило к резкому увеличению момента сопротивления ротора или просто к заеданию подшипников. Монтаж центрифуги после очистки ротора усложнялся тем, что шпильки для крепления крышки ротора трудно затянуть равномерно.
Примером такой неудачной конструкции может служить одна из первых центрифуг — разработанная в НАМИ центрифуга ЦФ-1 (фиг. 54).
Такие же недостатки имела выпущенная в 1954 г. центрифуга Харьковского тракторного завода. Недостатки подобного расположения подшипников и связанные с этим неудобства эксплуатации центрифуги привели к созданию в 1955—1956 гг. конструкции, у которой оба подшипника помещены в центральной колонке корпуса ротора. Это улучшило конструкцию наиболее ответственного узла центрифуги^— ротора и дало возможность увеличить его угловую скорость. Появилась возможность обрабатывать оба подшипника одновременно, вследствие чего повысилась точность изготовления и надежность их работы. При этой конструкции даже значительные перекосы в установке крышки ротора не могли повлиять на работоспособность центрифуги.
Примером конструкции с размещением подшипников в корпусе ротора может служить любая из современных автомобильных и тракторных центрифуг (фиг. 55).
Дальнейшее совершенствование конструкции ротора центрифуг заключалось в отказе от крепления крышки ротора двумя шпильками и переходе к ее центральному креплению. Центральное крепление крышки ротора, характерное для современных центрифуг, не только сократило время, необходимое для снятия и установки крышки (одна гайка вместо двух), но и полностью устранило возможность перекоса ее при сборке и, следовательно, связанное с этим нарушение динамической балансировки ротора центрифуги.
Первые конструкции центрифуг, как правило, не имели нижнего упорного шарикоподшипника. Опыты показали, что замена подшипников скольжения подшипниками качения позволила снизить момент сопротивления ротора в среднем на 20%. В настоящее время опорные шарикоподшипники применяют почти на всех моделях промышленных автомобильных центрифуг. При установке опорного шарикоподшипника значительно уменьшается изменение угловой скорости ротора при изменении скоростного режима двигателя, что имеет особое значение для автомобильных центрифуг.
При дальнейшем совершенствовании конструкции ротора крышку ротора стали изготовлять в виде съемного колпака. Это облегчило удаление осадка из полости ротора, так как появилась возможность снимать крышку ротора, оставляя на месте корпус с подшипниками.
В первых конструкциях центрифуг, для того чтобы не снимать крышку ротора вместе с подшипником, в корпус ротора вставляли специальный стакан, штампованный из листовой стали (фиг. 56). Эта конструкция оказалась неудачной. Эксплуатация таких центрифуг показала, что внутренний стакан, заполненный осадком, очень трудно вытащить из корпуса ротора, так как липкие и плотные частицы прочно «замуровывают» его в корпусе.
Применение крышки ротора в виде съемного колпака, штампованного из листовой стали (см. фиг. 59) или литого (см. фиг. 65), 85
значительно улучшило конструкцию. Для очистки ротора от осадка достаточно снять колпак, в полости которого находятся все скопившиеся в центрифуге отложения.
Еще в первых конструкциях центрифуг было замечено, что давление масла, находящегося в полости ротора, может быть использовано для разгрузки опорного подшипника. Для этого
достаточно диаметр верхнего подшипника сделать несколько меньше диаметра нижнего. Тогда вследствие разности диаметров подшипников возникает сила, направленная вверх по оси ротора и равная произведению разности площадей отверстий на давление масла в роторе. Если величина этой силы будет равна весу ротора или несколько меньше его веса, то под действием давления масла ротор начнет как бы всплывать, разгружая этим опорный подшипник и уменьшая момент сопротивления ротора.
При наличии специальной опоры в верхней части ротора, как это осуществлено в некоторых конструкциях, сила, вызы
86
вающая «всплытие» ротора, может несколько превышать его вес, и тогда ротор вращается на этой опоре подобно переверну
тому волчку.
При расчетах следует иметь в виду, что давление масла при эксплуатации изменяется в относительно широких^ пределах.
Вес ротора по мере отложения в нем осадка несколько возрастает. При расчетах надо брать не полный вес осадка, а только 10—15% от этого веса (учитывая разность плотностей масла и осадка), и выбирать средние эксплуатационные значения давления для данного двигателя с учетом потери давления на входе в центрифугу.
При проектировании центрифуг с всплывающим ротором необходимо предусматривать
Фиг. 57. Центрифуга НАМИ ЦФ-2.
возможность возникновения силы «всплытия», величина которой будет превышать вес ротора. Под действием этой силы ротор, стремясь «всплыть», начинает нагружать верхнее устройство,
Фиг. 58. Уплотнение разъема ротора, устанавливаемое различными заводами:
1 — ХТЗ; б — ЗИЛ; в - BT3; г — МТЗ; д — УралЗИС; е — ЛТЗ.
предназначенное для крепления ротора на оси. Если в этом устройстве не предусмотреть надежного опорного подшипника скольжения, то весь верхний узел крепления ротора на оси (упорная шайба и др.) быстро изнашивается и выходит из строя.
При всплывающих роторах хорошие результаты дают верхние опоры с шариком. Конструкция такой опоры применена в центрифуге НАМИ ЦФ-2 (фиг. 57).
Важным элементом конструкции центрифуги является уплотнение разъема ротора, которое должно обеспечивать герметичность '	87
динения, надежность уплотнения после многократной разборки сборки и точное взаимное расположение крышки и корпуса юсительно оси вращения (сохранение балансировки ротора). Герметичность соединения крышки и корпуса центрифуги :тигается установкой прокладок из паронита или маслостойкой 1ИНЫ.
Чтобы исключить возможность повреждения прокладки при !борке ротора, ее надежно закрепляют.
Точное расположение крышки и корпуса достигается взаимной центровкой относительно оси вращения.
На фиг. 58 изображены различные виды уплотнений в разъемах гора.
Конструкции автомобильных центрифуг с гидрореактивным приводом
На Московском автомобильном заводе им. Лихачева в течение 1а лет работают над созданием надежной и эффективной цен-1фуги. На фиг. 59 показан продольный разрез неполнопоточной ггрифуги ЗИЛ-164, принятой к производству для установки двигатели ЗИЛ-164, и все их модификации (основные данные ггрифуги приведены в табл. 15).
Центрифуга, выполненная в общем корпусе с обычным щеле-м фильтром грубой очистки, включается в масляную магистраль эаллельно. В конструкции центрифуги удачно решен вопрос еныпения относительного проскальзывания масла установкой роторе радиальных перемычек между центральной колонкой 1вумя сопловыми колодцами. Характерной особенностью цен-гфуги является простота технического обслуживания (удаление 1Дка) и значительная грязеемкость ротора (до 750 г осадка). В эксплуатационных условиях очень важно максимально ростить очистку ротора от отложений. Так, наружный кожух гтрифуги ЗИЛ-164 можно легко снять, отвернув сначала гайку-гашек 9 (фиг. 59). Затем, вставив в отверстие специальной 1ки 8 простой бородок или кусок стального прутка, надо отвер-гь гайку. После этого колпак снимают с основания ротора । усилий или ударов, которые могут повредить центрифугу. Как отмечалось выше, у некоторых центрифуг в частности гтрифуг ЗИЛ, вследствие разного диаметра нижних и верхних 1ШИПНИК0В ротор «всплывает» под действием давления масла, э в значительной степени разгружает опорный шарикопод-;пник и уменьшает момент трения при вращении ротора.
Наряду с неполнопоточной центрифугой на заводе разрабо-га и полнопоточная центрифуга (фиг. 60).
Модель полнопоточной центрифуги завода им. Лихачева спонсирована на базе центрифуги ЗИЛ-164 и имеет с ней много него. Однако в отличие от центрифуги ЗИЛ-164 в роторе пол-поточной центрифуги отсутствуют высокие направляющие
89
колодцы; вместо них имеется так называемый разделяющий колпак, несколько повышающий эффективность очистки.
Следует отметить, что у полнопоточной центрифуги в корпусе, как правило, отсутствует щелевой фильтр грубой очистки.
На новых моделях автомобильных двигателей, например ЗИЛ-130 и их модификациях, устанавливают центрифуги аналогичной конструкции, отличающиеся только формой нижней части корпуса, позволяющей удобно размещать центрифугу в развале ^-образного восьмицилиндрового двигателя.
На фиг. 61 показана центцифуга, установленная на двигателе ЗИЛ-130.
Фиг. 61. Общий вид установки центрифуги на двигателе ЗИЛ-130.
В последней модели центрифуги ЗИЛ, ввиду недостаточного сечения сливного отверстия, в колпаке корпуса сделаны отверстия, сообщающие внутреннюю часть центрифуги с атмосферой. В результате этого воздух, который выходит вместе с пеной (до 0,5 л!мин), поступает не по сливному каналу навстречу потоку масла, а непосредственно из атмосферы через отверстия в колпаке. Наличие отверстия в колпаке корпуса центрифуги приводит к тому, что вместе с воздухом из атмосферы в центрифугу и затем в картер двигателя проникает абразивная пыл^. Так, при сильно запыленном воздухе, когда концентрация пыли в нем составляет около 0,5 г на 1 ж3 воздуха, в картер двигателя за 100 час. его работы может проникнуть до 3 г кварцевой пыли. Поэтому для устранения разрежения внутри центрифуги целе-
ап
сообразно подавать уже очищенный воздух. Для этого увеличивают сечение сливного канала, в результате чего воздух свободно проходит из картера двигателя в центрифугу против потока сливаемого масла. В том случае, если патрубок для выхода масла из центрифуги погружен в масло в картере, дополнительные
отверстия в этом патрубке сверлят несколько выше уровня масла в картере.
При проектировании центрифуги сечение сливного канала нужно выбирать исходя из условия, чтобы скорость потока масла в нем не превышала 8—9 см!сек.
Большой интерес представляют центрифуги Горьковского автомобильного завода (фиг. 62). Основные данные этих центрифуг приведены в табл. 15. Конструкция центрифуги позволяет быстро и без применения инструмента производить удаление осадка из ротора. Для этого достаточно отвернуть гайку-барашек 14 крепления кожуха центрифуги и отвернуть пластмассовую гайку 19. Так как гайка имеет накатку и специальное кольцо 10 для снятия колпака 9 ротора 1, то вся операция разборки проходит быстро, без приложения больших усилий.
Другой отличительной особенностью центрифуг Горьковского автомобильного завода является широкое применение пластических масс. Как видно из чертежа (фиг. 62), корпус 6 ротора и гайка 11 выполнены из пластмассы. Следует отметить, что использование пластических масс
Фиг. 62. Центрифуга Горьковского автомобильного завода:
1—штуцер для подвода масла; 2—опорный шариковый подшипник; 3 — корпус центрифуги; 4— отражатель масла;
5 — прокладка кожуха центрифуги;
6 — корпус ротора; 7 — уплотнение колпака ротора; 8 — предохранительная сетка; 9 — колпак ротора; 10 — стопорное кольцо; 11 — гайка крепления колпака ротора; 12 — кожух центрифуги; 13 — стопорное кольцо;
14 — гайка-барашек; /5 — гайка крепления корпуса ротора; 16 — упорная шайба; 17 — ось ротора.
в качестве материала для изгото-
вления деталей центрифуг очень перспективно и должно всячески поддерживаться. Необходимо провести соответствующие исследования по выбору наилучшего вида пластических масс, наиболее
полно удовлетворяющих технологическим и эксплуатационным требованиям. В табл. 13 даны основные физико-химические данные пластмасс, применяемых для изготовления деталей центрифуг.
В центрифугах Горьковского автомобильного завода удачно
конструктивное решение установки сопел гидрореактивного при-
91
Таблица IS
Характеристика пластических материалов для роторов центрифуг
Материал	1 Плотность в г/см3	Теплостойкость по Мартенсу в °C	Сопротивление в		к.г/см3	s ® гт и о 2 s °" S S s ® J=C Q, <L> К	Модуль упругости при растяжении в кг/см3
			растяжению	сжатию	изгибу		
Волокнит (ТУМХП 459-41)	1,35—1,45	110—125	300	1200— 1600	500— 800	0,38	15 000— 250 000
АГ-4 (ВТУ МВО 023-023): марка В	1,7—1,8	280	800	1300	1000	0,1— 0,18	—
марка С	1,7—1,8	280	2000	1300	2000	0,1— 0,18	—
вода. В роторе этих центрифуг отсутствуют специальные подводящие масло колодцы, а масло отводится к соплам по каналам, выходящим в кольцевую полость, закрытую металлическим цилиндром с предохранительной сеткой. Образованная таким образом во внутренней полости ротора центральная колонка позволяет отбирать масло из зоны, расположенной близко к оси ротора, где оно содержит наименьшее количество примесей.
Уральский автомобильный завод разработал и внедрил на автомобилях УралЗИС-355 эффективную центрифугу с компенсационной системой и оригинальным включением ее в масляную магистраль (схемы включения см. на фиг. 53).
Конструкция центрифуги УралЗИС-355 заслуживает особого внимания, так как уже несколько лет эти центрифуги устанавливают на все двигатели, выпускаемые Уральским автомобильным заводом. Пока это единственная автомобильная центрифуга, которая прошла массовую проверку в самых различных условиях эксплуатации.
На фиг. 63 показан разрез ротора центрифуги и взаимное расположение отдельных агрегатов системы на двигателе (основные данные см. в табл. 15). Ротор отливается из алюминиевого сплава; места сопряжения подвергаются механической обработке.
Разъем ротора выполнен в его средней части, что несколько облегчает удаление отложений вследствие малой глубины полости ротора. Маслонаправляющий стакан 10 обеспечивает правильную организацию потока масла, что улучшает процесс осаждения примесей и препятствует вымыванию уже осевших отложений.
В гайке-барашке, которой прижимается верхний кожух центрифуги, сделан специальный канал для сообщения внутреннего
92
пространства центрифуги с атмосферой. Как указывалось выше, из-за постоянного стекания масляной пены в поддон картера во внутренней полости корпуса центрифуги, не соединенной с атмосферой, создавалось заметноеЛ разрежение, достигающее в некоторых случаях 800 мм вод. ст. Наличие разрежения препятствовало стеканию масла, а иногда обусловливало подсос масла из картера в.нижнюю часть корпуса центрифуги. При сообщении внутрен-
Фиг. 63. Центрифуга Уральского автомобильного завода:
а — положение агрегатов на двигателе УралЗИС-355; б — ротор центрифуги;
1 — место установки датчика манометра; 2 — перепускной клапан;
3 — редукционный клапан; 4 — ось ротора; 5 — ротор; 6— крышка ротора;
7 — сетка; 8 — гайка крепления крышки ротора; 9 — гайка-барашек крепления наружного кожуха; 10— маслонаправляющий стакан; 11 — сопло гидрореактивного привода.
ней полости центрифуги с атмосферой эти отрицательные явления прекращались. Однако необходимо указать на нежелательность •свободного доступа наружного воздуха во внутреннюю полость центрифуги, так как это неминуемо приводит к подсосу пыли. Для устранения этого явления следует устанавливать маленький фильтр, например в виде войлочной шайбы. Приведенное выше соображение может быть отнесено и к другим конструкциям центрифуг, у которых имеются такие отверстия. Если установка воздушного фильтра ведет к нежелательным усложнениям конструкции, тогда нужно увеличить диаметр сливного отверстия.
В 1957 г. на Ярославском моторном заводе (бывшем автомобильном) была сконструирована и изготовлена неполнопоточная центрифуга, несколько напоминающая центрифугу Уральского автомобильного завода. Наклонное расположение маслоподводящих колодцев обеспечивало отбор масла достаточно близко от оси
93
эотора. Разъем ротора, в отличие от центрифуги УралЗИС, нахо-Хился у самого его основания. Таким образом, в этой центрифуге, гак же как в центрифугах ЗИЛ и ГАЗ, отложения скапливались з колпаке ротора и полностью удалялись при его снятии.
Характерной особеннсстью центрифуги ЯМЗ является наличие питого внешнего кожуха и стального корпуса Такое выполнение
Фиг. 64. Центрифуги Ярославского моторного завода:
з — образец 1957 г.; б — образец 1960 г.; 1 — корпус центрифуги; 2—уплотнение разъема ротора; 3 — уплотнение внешнего кожуха; 4 — предохранительная сетка; 5 — опора ротора; 6 — гайка крепления наружного кожуха центрифуги.
кожуха, безусловно, обеспечивает высокую жесткость и прочность конструкции в целом, но увеличивает ее металлоемкость. На фиг. 64 представлены разрезы центрифуг ЯМЗ образцов 1957 и 1960 гг.
В Научно-исследовательском автомобильном и автомоторном институте (НАМИ) была разработана центрифуга ЦФ-3 (фиг. 65), а позднее был предложен типовой ряд неполнопоточных центрифуг, в конструкции которых учтен положительный опыт ряда автомобильных и тракторных заводов. Типовой ряд предусматривает см
внешнего кожуха; 4 — опора ротора; 5 — гайка-барашек крепления наружного кожуха центрифуги.
95
четыре типоразмера центрифуг, каждый из которых предназначен для двигателей определенной мощности и рабочего объема цилиндров. Так, например, центрифуги первого типоразмера пред-
назначены для установки на двигатели ГАЗ-12, ГАЗ-20, ГАЗ-21, ГАЗ-51 и др. Центрифуги второго типоразмера чены для
ЗИЛ-164, ГАЗ-12, Урал-
ЗИС-5м и др., центрифуги
предназна-двигателей
Фиг. 67. Центрифуга Кутаисского автомобильного завода:
1 — корпус центрифуги; 2 — корпус ротора, J — колпак ротора;
4 — смотровое отверстие; 5 — наружный кожух; б — барашек крепления кожуха; 7 — штифт правильной ориентации колпака ротора; 8 — отражатель масла.
третьего типоразмера — для двигателей ЯМЗ-204, ЯМЗ-206. Центрифуги четвертого типоразмера могут быть рекомендованы для дизелей большой мощности, устанавливаемых на тяжелых и сверхтяжелых грузовых автомобилях. На фиг 66 показана центрифуга типового ряда НАМИ для автомобильных двигателей, а в табл. 14 даны основные размеры и параметры этого ряда.
Предложенный НАМИ типовой ряд не может претендовать на безусловную стандартизацию и общесоюзное распространение,
Таблица 14
Типовой ряд автомобильных центрифуг НАМИ
Параметры	Типоразмер центрифуги			
	I	11 !	111 1	IV
Рабочая емкость ротора О в см3 . .	5ОО+50	750+1 °о	юоо+100	125о+100
Внутренний диаметр ротора De в мм	96	/117	122	125
Внутренняя высота ротора Нв в мм	84	93	105	114
Плечо реактивного момента L -= = 21 в мм		70	80	85	90
Диаметр колонки d0 в мм		36	40	44	46
Диаметр сопла dc в мм		1,6	2	2	2,2
Зазор между ротором и верхней упорной шайбой АЛ в мм ....	0,5—1	0,5—1	0,5-1	0,5—1
Диаметр верхнего подшипника оси ротора d0 в мм 		12	13	14,5	14
Диаметр нижнего подшипника оси р’отора d0 в мм		12	15	17	17
Диаметр продольного канала оси ротора в .и.и		7	8	8	8
Диаметр радиальных отверстий оси ротора в мм		3	4	4	4
Диаметр отверстий направляющих колодцев 6Л. в мм		8	10	10	10
Наклон колодца к вертикальной оси у в град		8	7	6	7
Радиальный зазор между ротором и корпусом AS в мм		4	5	5	5
Расстояние между осью сопла и отражательным диском 1х в мм . .	5	7,5	7,5	7,5
„	S	44	44	50	50
Высота и диаметр сетки — в мм . .	18	Те"	18	18
Диаметр сливного отверстия Dc в мм	42	53	56	58
Расстояние колонок от днища корпуса центрифуги h в мм ....	25	25	25	25
Номинальное число оборотов ротора центрифуги (при /0 — 3 кгТм1- и вязкости масла v = 20 сст) в минуту 		5000	5000	5000	5000
Номинальный расход масла через сопла ротора Q в л/мин (при pt = 3 кг/см1- и вязкости масла v = 20 сст)		6	9	10	12
Номинальная мощность двигателя, для которого предназначена центрифуга, N в л. с		50+100	100^175	175+240	240+325
так как процесс дальнейшего конструктивного совершенствования центрифуг далеко не закончен. Однако основные параметры, прошедшие проверку, должны быть стандартизованы.
Одним из примеров развития конструкции роторов центрифуг типового ряда может служить конструкция Кутаисского автомобильного завода (фиг. 67). В этой конструкции усовершенствована система крепления колпака ротора: конструкция отличается
7 Григорьев и Покровский 457
97
несколько лучшей технологичностью и большим удобством при техническом обслуживании.
Для сравнения и выбора важнейших параметров и конструктивных размеров при проектировании новых центрифуг в табл. 15 даны все важнейшие размеры и данные по автомобильным центрифугам с гидрореактивным приводом.
Конструкции тракторных центрифуг с гидрореактивным приводом
1вные параметры центрифуг
X
О
цф-зил-п 1958 г.	Корпус алюминиевый, колпак стальной штампованный 112 104 950 860 90 1230 56 2,0 10.0 15,0 .	7,5 5000 J	8.6	
•J 9361 Я-1ГИ£-ФП	й 109 110 905 800 62 1095 56 )	2,0 0	11,0 Э	15.0 5	7.5 5000 9	7,1	
•J 9S6I W-ЦИЕ-ФП	1ЮМИНИ 109 75 625 550 40 880 56 2.( 12. 15. 7, 5700 ।	7.	
	-»		ап	ас	
•J 6S61 ЕУЙ-ФП	А 112 93 880 800 80 1100 80 2,( 13, ।	15. 1	10. 5200— 5300 8	
J ZS6I ‘имен Е-ФП	Сталь 145 100 1290 ИЗО 80 । 2330 80 2,1 ।	12.0 ।	17,0 i	15. 5000 10	
•J 9S6I ‘имен .г ^g-OZW-ФП	ииний 100 78 600 530 70 930 70 5	1,6 0	12,С 0	12,С 5	7.Е 5300 '	6.6	!
|	-J 9531 ‘имен гойм-фП	Алю1 96 76 570 500 48 740 70 1,1 ;	12, ।	12, 7, 5400 5.“	!
•J 9S6I 'имен 2-фП	Сталь НО 70 640 550 55 1313 60 2,0 11,3 14,0 10,0 5400 9.0	1
•J SS6I ‘имен ГФП	Алюминий 105 70 620 50 1020 62 2,0 14.0 16,0 16,0 5350 ) 9.1	1
3 V 2 Св Св С	Материал ротора	 1 Внутренний средний диаметр ротора в мм	 Внутренняя средняя высота ротора в мм	 Емкость ротора в см3: рабочая 	 Средний путь потока масла в роторе в мм	 Вес ротора в сборе в г .... Плечо реактивного момента (расстояние между выходными сечениями сопловых насадок ротора) в мм	 Диаметр (номинальный) сопла Наружный диаметр оси ротора в мм: верхней части 	 нижней части 	 Минимальное проходное сечение сливного отверстия в корпусе очистителя в мм2 Число оборотов ротора в ми-Расход через ротор масла АК-1 (температура масла 75°, давление масла перед центрифугой 3 кг/см2) в л1мин . • •	! i
Отечественная тракторная провела успешное внедрение
промышленность в 1957—1959 гг. центробежной очистки масла, пол
ностью отказавшись от применения сменных фильтрующих элементов. Проделанная заводами огромная работа позволила в сжатые сроки разработать конструкции, провести всесторонние испытания и наладить массовое производство полнопоточных и неполнопоточных центрифуг.
Харьковский тракторный завод одним из первых в 1955 г. стал применять центрифуги на серийных двигателях.
На фиг. 68 показана одна из ранних моделей центрифуги, устанавливаемой на двигателях'ДТ-54.
Эта центрифуга, несмотря на некоторые характерные для первых конструкций недостатки (расположение верхнего подшипника скольжения ротора в съемной крышке, наличие двух шпилек крепления крышки ротора и дросселя-жиклера в масляной системе и др.), сыграла положительную роль, так как
Фиг. 68. Центрифуга Харьковского тракторного завода, установленная на двигателе ДТ-54:
1 — корпус; 2 — ось ротора; 3 — ротор; 4 — внешний кожух; 5 — крепление крышки ротора; 6 — крышка ротора; 7 — специальный дроссель для создания повышенного давления в центрифуге.
позволила в условиях обычной
эксплуатации тракторов убедиться в эффективности центробежной очистки масла.
Относительно высокая угловая скорость ротора центрифуг Харьковского тракторного завода была обеспечена с помощью резкого увеличения давления масла включением центрифуги
перед специальным дросселем-жиклером, установленным в главной масляной магистрали. Отверстие жиклера было подобрано с таким расчетом, что за дросселем на малоизношенном двигателе давление масла было обычным (2,2—2,4 кг/см2), тогда как перед дросселем, а следовательно, и в роторе центрифуги оно достигало 6 кг/см2.
Такое повышение давления отрицательно сказывалось на режиме работы масляного насоса, потребляемая мощность которого резко возрастала, достигая по данным НАТИ 1,7 л. с. При этом значительная часть мощности бесполезно терялась на нагрев масла при его дросселировании.
По мере износа деталей двигателя, вследствие увеличения радиальных зазоров в коренных и шатунных подшипниках, количество проходящего через них масла постепенно возрастало. Это являлось причиной нежелательного падения давления в главной масляной магистрали, которое не могло компенсироваться масляным насосом из-за наличия жиклера. При особо неблагоприятных условиях это могло явиться причиной интенсивного износа подшипников.
Продолжая дальнейшее совершенствование конструкции центрифуг, на Харьковском тракторном заводе создали центрифугу, в которой был устранен ряд недостатков предыдущей конструкции.
На фиг. 69 дан разрез центрифуги, которую в настоящее время устанавливают на тракторах Харьковского, Сталинградского и Алтайского тракторных заводов. Характерной особенностью этой центрифуги является простота конструкции, удовлетворяющей основным требованиям, предъявляемым к современным центрифугам.
Как видно из чертежа, подшипники ротора центрифуги расположены не в двух разных деталях, как это имело место в ранних конструкциях, а в одной—корпусе ротора. Разъем ротора сделан у самого основания, что дало возможность выполнить верхнюю часть ротора в виде съемного колпака, который крепят к основанию ротора одной центральной гайкой, обеспечивающей его равномерное прилегание. К положительным особенностям разбираемой конструкции следует отнести наличие радиальных ребер во внутренней верхней стенке колпака. Наличие этих ребер в совокупности с имеющейся в корпусе ротора вертикальной перемычкой обеспечивает надежное закручивание и минимальное проскальзывание масла, проходящего через ротор.
Вместо приливов для установки сопел, выступающих ниже уровня дна ротора, в этой центрифуге дно ротора имеет фасонную форму (такая форма дна ротора была применена еще в первом варианте конструкций центрифуги этого завода), что позволило, в известной мере, снизить аэродинамические потери.
Характерное для автомобильных центрифуг маслоотражательное кольцо заменено в рассматриваемой конструкции небольшим
Фиг. 69. Центрифуга Харьковского тракторного завода:
корпус центрифуги; 2 — ось ротора; 3 — корпус ротора; 4 — наружный кожух; 5 — маслонаправляющие колодцы; 6 — колпак ротора центрифуги; ' —- вертикальные ребра; 8 — гайка крепления внешнего кожуха; 9— радиальные ребра колпака; 10 —• предохранительные сетки; 11 — фильтр грубой очистки;
12 — сезонный переключатель направления масла.
Ю1
конструктивным зазором (1—1,5 .о) между корпусом центрифуги i нижним поясом основания ротора.
В центрифуге отсутствует опорный шарикоподшипник, однако, учитывая эффект «всплытия» ротора и характерное для трактор-гых двигателей постоянство скоростного режима, это можно считать вполне приемлемым.
К недостаткам рассматриваемой конструкции следует отнести зертикальное расположение маслоподводящих колодцев, которые гля повышения эффективности работы центрифуги можно приблизить к оси ротора на 7—10 мм, не изменяя размера центральной колонки. Гайку для крепления крышки ротора необходимо сделать большей высоты, так как при высоте, равной 2 мм, и многократном отвертывании и завертывании этой гайки возможно ее повреждение.
Как будет показано в главе, посвященной гидрореактивному приводу, с увеличением расхода масла через сопла (для широкого диапазона их диаметров) оптимальное плецо приложения реак-гивной силы (расстояние от оси ротора до оси отверстия сопла) должно уменьшаться. Для величин расходов масла, лежащих в пределах 8—12 кг!мин, характерных для рассмотренных конструкций, реактивное плечо должно равняться 28—30 мм.
В рассматриваемой конструкции плечо реактивного момента, равное 38 мм, следует признать несколько завышенным.
Центрифуга Минского тракторного завода представляет собой модель, свободную от ряда недостатков первой модели центрифуги Харьковского тракторного завода, но еще сохранившую ряд элементов, в известной мере ухудшающих ее конструкцию. Прежде всего следует остановиться на креплении крышки ротора не центральной гайкой, а двумя боковыми шпильками (фиг. 70).
Из опыта эксплуатации установлено, что применение центральной гайки значительно удобнее, надежнее и полностью исключает возможные перекосы колпака ротора. Для уменьшения возможности перекоса при неравномерном затягивании шпилек в конструкции центрифуги Минского тракторного завода предусмотрен специальный поясок, расположенный в нижней части ротора, что в некоторой степени повышает надежность конструкции.
В отличие от центрифуги Харьковского тракторного завода и др. центрифуга Минского тракторного завода имеет, как и некоторые автомобильные центрифуги, специальный маслонаправляющий стакан, надетый на центральную колонку корпуса ротора. Этот стакан, как и в автомобильных центрифугах, организует внутренний поток масла в роторе и предотвращает возможность вымывания осадка струей масла, поступающего в ротор.
Неудачное расположение маслоподводящих колодцев, имеющее место в конструкции центрифуги Харьковского тракторного завода, характерно и для центрифуги Минского тракторного завода.
102
Плечо реактивного момента у центрифуги Минского тракторного завода выбрано ближе к оптимальной величине (32 мм), что увеличивает эффективность работы центрифуги.
Для того чтобы масляный туман не попадал в верхнюю часть корпуса центрифуги, предусмотрен специальный чулок, обеспе-
Фиг. 70. Центрифуга Минского тракторного завода:
/ — корпус центрифуги; 2 — ось ротора; 3 — сопло гидрореактивного привода; 4 — корпус ротора; 5 — маслоотражательный стакан; 6 — колпак ротора; 7 — кожух центрифуги; 8 — гайка крепления кожуха; 9 — опорная шайба; 10 — шпилька крепления колпака ротора; 11 — маслонаправляющий стакан; 12 — фильтр грубой очистки.
чивающий дросселирующий зазор между корпусом ротора на длине почти 20 мм. Эта центрифуга, как и большинство тракторных центрифуг, сделана в одном блоке с фильтром грубой очистки и представляет собой единый узел, удобно монтируемый на нижней части блока цилиндров.
103
На Владимирском тракторном заводе разработана конструк-ая полнопоточной центрифуги (фиг. 71). Центрифуга предназ-ачена для установки на двигателях Д-28 и их модификациях, о техническим условиям завода центрифуга (при давлении асла перед ротором 5—5,5 кг!см2 и вязкости 25 сст) должна азвивать не менее 5000 об/мин, причем перепускной клапан элжен открываться при давлении 6—6,6 кг!см2.
При общей удачной компоновке в центрифуге Владимирского факторного завода не учтен ряд положительных элементов,
Фиг. 71. Центрифуга Владимирского тракторного завода:
— без регулировочной иглы; б — с регулировочной иглой; 1 — корпус; 2 — прокладка; — колпак ротора; 4 — внешний кожух; 5 — ось ротора; 6 — смотровое отверстие; — гайка крепления колпака ротора; 8 — маслонаправляющий колодец; 9 — сопло адрореактнвного привода; 10 — трубка для отвода масла из ротора; 11 — перепускной клапан; 12 — регулировочная игла.
шеющихся в конструкциях автомобильных и тракторных центрифуг других заводов. Например, кожух ротора закреплен не цен-ральной гайкой-барашком, а специальными угольниками; это ;атрудняет равномерное прижатие кожуха к прокладке, снятие I установку кожуха во время чистки ротора. Колодцы для подвода 1асла к соплам поставлены параллельно оси вращения и не имеют 1аклона, который позволяет повысить эффективность очистки. 3 корпусе центрифуги не предусмотрено отверстие для стопора ютора при отвинчивании гайки крепления крышки ротора.
Следует указать, что внутренние каналы, подводящие и отво-1ящие масло, имеют небольшие площади сечений, что обусловли
вает чрезмерно высокое гидравлическое сопротивление центрифуги. Однако простота и технологичность конструкции центрифуги Владимирского тракторного завода бесспорны. В эксплуатационных условиях эта центрифуга работает надежно и каких-либо существенных неисправностей в ее конструкции не наблюдается.
Фиг. 72. Центрифуга Липецкого тракторного завода:
1 — корпус центрифуги; 2 — ось ротора; 3 — основание ротора; 4 — болт крепления внешнего кожуха; 5 — колпак ротора; 6 — внешний кожух; 7 — шпильки крепления колпака ротора; 8 — колонка корпуса ротора; 9 — гнездо с шариком упора; 10 — упор; 11 — маслонаправляющий стакан; 12 — маслоподводящий колодец; 13 — сопло гидрореактивного привода.
В одной из последних моделей центрифуги предусмотрен специальный регулировочный винт (фиг. 71, б), дающий возможность изменять в некоторых пределах гидравлическое сопротивление центрифуги.
На Липецком тракторном заводе создана полнопоточная центрифуга оригинальной конструкции (фиг. 72).
105
Основание корпуса ротора 1 имеет в центре массивную колонку, заканчивающуюся в верхней части грибовидным расширением. Радиальные отверстия в верхней части колонки и отверстие в торцовой части обеспечивают свободный проход очищенного масла в маслоотводящий канал, расположенный в полой оси ротора.
Для организации потока масла в нижней части ротора вокруг центральной колонки расположено маслонаправляющее кольцо. Колодцы, подводящие масло к соплам, имеют небольшую высоту и снабжены предохранительными сетками. Отсутствие нижнего опорного шарикоподшипника полностью компенсируется всплывающим ротором.
Для обеспечения надежной верхней опоры в крышке ротора предусмотрено специальное- гнездо, в котором находится закаленный шарик. При «всплытии» ротор упирается шариком в специальный регулируемый опорный винт, установленный в верхней части внешнего колпака центрифуги.
Рассматриваемая центрифуга надежно работает в эксплуатационных условиях. Однако наличие боковых креплений внешнего кожуха центрифуги, крепление колпака ротора двумя шпильками несколько затрудняет сборку и разборку центрифуги.
Следует указать на значительные размеры выступающих за контуры ротора деталей (йфиливы для сопел и гайки крепления крышки ротора), что ухудшает аэродинамические качества ротора.
Центрифуга Челябинского тракторного завода (фиг. 73), установленная на дизеле С-100, представляет собой неполнопоточную центрифугу, выполненную в одном блоке с фильтром грубой -очистки.
Конструкция ротора этой центрифуги в основном аналогична конструкции ротора автомобильной центрифуги УралЗИС. Достоинства и недостатки конструкции центрифуги УралЗИС в такой же степени характерны и для центрифуги Челябинского завода.
В Научно-исследовательском тракторном институте (НАТИ) разработана конструкция полнопоточной масляной центрифуги для двигателя Д-54. Эта центрифуга, работающая в системе смазки с одним серийным масляным насосом, во время стендовых и сравнительных эксплуатационных испытаний (по данным Института) показала положительные результаты.
При испытании на износ двигатели, снабженные центрифугами ХТЗ и полнопоточными центрифугами НАТИ, показали практически одинаковые результаты. В полнопоточных центрифугах НАТИ отсутствует фильтр грубой очистки, поэтому существенно упростилось техническое обслуживание тракторов и уменьшился вдвое вес системы очистки масла.
Существенным недостатком конструкции опытных моделей полнопоточных центрифуг НАТИ являлась необходимость разъединения главной масляной магистрали во время очистки ротора
1 ПА
107
эт осадка. В рассматриваемой конструкции этот недостаток устранен и, как видно из чертежа (фиг. 74), применена обычная для современных полнопоточных центрифуг конструкция масляных коммуникаций.
Фиг. 74. Центрифуга НАТИ:
1 — корпус центрифуги; 2 — корпус ротора; 3 — маслонаправляющий колодец; 4 — колпак ротора; 5 — опорная шайба;
6 — внешний кожух; 7 — гайка крепления кожуха; 8 — сопло ротора; 9 — сезонный переключатель направления масла.
В центрифуге НАТИ маслопроводящие колодцы расположены вертикально; применено плохо зарекомендовавшее себя крепление колпака ротора двумя шпильками. Это снижает качество конструкции в целом.
108
Харьковский моторостроительный завод на двигателях СМД-20М и их модификациях устанавливает полнопоточную центрифугу, изображенную на фиг. 75.
В отличие от большинства тракторных центрифуг центрифуга СМД-20М имеет опорный шарикоподшипник. Так же как
Фиг. 75. Центрифуга Харьковского моторостроительного завода для двигателя СМД-20М.
и на центрифуге Горьковского автомобильного завода, масло к соплам гидрореактивного привода подводится по двум наклонным каналам, высверленным непосредственно в корпусе ротора. Для улучшения закручивания масла и уменьшения проскальзывания его относительно стенок ротора внутренняя боковая поверхность колпака ротора, а также поверхность центральной колонки сделана вафлеобразной.
На гидрореактивный привод центрифуги идет масло, частично очищенное. Основной поток масла выходит из ротора и попадает
109
з маслоотводящую трубку, а затем в сезонный переключатель. Из сезонного переключателя масло поступает или непосредственно з главную магистраль (зимнее положение переключателя), или сначала попадает в масляный радиатор, а затем уже в магистраль ^летнее положение переключателя).
Редукционный клапан поддерживает в главной магистрали двигателя давление масла 2,5—Зг/щи2, пропуская избыток масла 1ерез сливное окно в корпусе центрифуги в поддон картера двигателя.
Конструкции автомобильных центрифуг с гидротурбинным приводом
На Московском автомобильном заводе им. Лихачева разработана полнопоточная центрифуга с гидротурбинным приводом. Эта центрифуга (фиг. 76) по внешнему виду, установочному месту
и многим другим деталям совершенно одинакова с описанной выше полнопоточной центрифугой ЗИЛ. Отличительной особенностью рассматриваемой центрифуги является использование для вращения ротора небольшой гидравлической установленной части
в
ротора.
А-А
в картер
В магистрап
От насоса
турбины, нижней
Турбина,
Фиг. 76. Полнопоточная центрифуга ЗИЛ с гидротурбинным приводом:
1 — канал для подвода масла в ротор; 2 — канал для подвода масла к сопловому аппарату; 3 — колесо гидравлической турбины; 4 — сопла; 5— канал для отвода масла из ротора.
а вместе с ней и ротор приводятся во вращение двумя струями масла, направляемыми из неподвижного соплового аппарата.
По техническим условиям завода ротор центрифуги должен развивать не менее 5000 об/мин при давлении масла в сопловом: аппарате 2,5 кг/см2, что примерно соответствует угловой скорости неполнопоточных центрифуг с гидрореактивным приводом (например центрифуга НАМИ ЦФ-2 при давлении масла 2,5 кг/см2 развивает 5300 об/мин).
К недостаткам центрифуг с гидротурбинным приводом относятся их относительная конструктивная сложность и отсутствие фильтрации масла, расходуемого на привод. Однако первый недостаток нельзя считать принципиально неустранимым, так как изготовление колеса турбины при массовом производстве из пластических масс может оказаться проще изготовления обычной системы с гидрореактивным приводом.
Второй недостаток может быть устранен применением обратного направления потока масла. В этом случае в сопловой аппарат будет подано масло, прошедшее очистку в полости ротора.
Конструкции центрифуг с механическим приводом
Эти центрифуги следует отнести к наиболее ранним попыткам применения центробежной очистки масла на двигателях внутреннего сгорания. На Московском автомобильном заводе им. Лихачева еще в 1946 г. было построено и испытано несколько центрифуг с механическим приводом.
На фиг. 77 изображена центрифуга для двигателя ЗИЛ-ПО, выполненная совместно с масляным насосом. На фиг. 78 показан другой вариант центрифуги, укрепленной на переднем конце коленчатого вала. Имелся вариант центрифуги, смонтированной на валике водяного насоса (фиг. 79).
Эти центрифуги не получили распространения вследствие недостатков, характерных для центрифуг с механическим приводом, в частности, вследствие малых чисел оборотов при установке центрифуг непосредственно на коленчатом валу двигателя.
Учитывая, однако, что чиЙ'ло оборотов вала современных автомобильных двигателей имеет определенную тенденцию к непрерывному росту, возможность применения центрифуг, монтируемых непосредственно на коленчатом валу, становится более перспективной. В настоящее время центрифуги, смонтированные на переднем конце коленчатого вала, нашли применение в двигателях микролитражных автомобилей «Запорожец», ФИАТ-500, а также на отечественных мотоциклетных двигателях М-72.
Имеется ряд примеров использования полости маховика двигателя в качестве камеры для отложения осадка.
Большие работы по исследованию возможности применения центрифуг с механическим приводом были проведены на Влади-
111
Фиг. 77. Центрифуга с механическим приводом для двигателя ЗИЛ-НО:
/ — грузики центробежного регулятора расхода масла; 2 — золотник регулятора; 3 — гайка крепления кожуха;
4 — ганка крепления колпака ротора: 5 — внешний кожух;
6 — колпак ротора; 7 — корпус центрифуги.
Фиг. 78. Центрифуга с механическим приводом, расположенная на переднем конце коленчатого вала:
1	— слой отложений;
2	— канал к манометру и редукционному клапану; 3 — главная масляная магистраль; 4 — канал для подвода масла от масляного насоса; 5 — центробежный клапан (положение до 400 об/мин коленчатого вала);
6 — центробежный клапан (положение клапана при оборотах коленчатого вала более 400 в минуту).
Фиг. 79. Центрифуга, смонтированная на валике водяного насоса:
1 — сальник; 2 — отложение; 3 — канал для слнва очищенного масла; 4 — редукционный клапан; 5 — канал для подачи загрязненного масла; 6 — корпус центрифуги; 7 —ротор центрифуги.
112
мирском тракторном заводе. В 1958 г. на этом заводе были сконструированы и построены полнопоточные масляные центрифуги с механическим приводом для установки на дизеле с воздушным охлаждением Д-30.
Центрифуги первого варианта располагались с внешней сто-, роны узла привода вентилятора (фиг. 80). Аналогичное размещение центрифуги было применено на дизелях с воздушным охлаждением ХТЗ и ХТЗС (фиг. 81).
Центрифуги более позднего варианта в связи с заменой центробежного вентилятора осевым располагались во внутренней
Фиг. 80. Центрифуга Владимирского тракторного завода с механическим приводом:
1 — корпус центрифуги; 2 — шариковый подшипник вала центрифуги; 3 — канал для вывода очищенного масла; 4 — канал для ввода масла в центрифугу; 5 — лабиринтовое уплотнение; 6 — шкив привода и основание ротора; 7 — маслонаправляющнй стакан;
8 — колпак ротора; 9 — гайка крепления колпака.
полости привода вентилятора, что несколько упростило конструк-цию и сократило общие габариты агрегата (фиг. 82 и 83). Существенному изменению подверглась и конструкция самой центрифуги. Передаточное отношение решенного привода обеспечивает угловую скорость ротора 5150 об/йин при 1600 об/мин коленчатого вала.
Наиболее ответственным узлом центрифуг с механическим приводом является конструкция уплотнения зон подвода и отвода масла. 
При установке центрифуги в одном узле с вентилятором охлаждения еще больше повышается требование в отношении герметичности уплотнений, так как просачивающееся масло захватывается потоком воздуха и увлекается к цилиндрам. В последних вариантах утечка масла была полностью исключена и достигнуто вполне- надежное уплотнение в зонах подвода и отвода масла (фиг. 83).
8 Григорьев н Покровский 457	ЦЗ
На Владимирском тракторном заводе ведутся работы по даль-1ейшему усовершенствованию центрифуг с механическим при-юдом; Предполагается установить центрифугу в виде отдельного |ГЗла на место генератора, а последний расположить внутри узла фивода вентилятора. Такое размещение агрегатов позволит, : одной стороны, создать благоприятные условия охлаждения 'енератора, с другой — полностью устранить возможность попа-
Фиг. 81. Центрифуга с механическим приводом Харьковского тракторного завода: / — канал для отвода очищенного масла в магистраль; 2 — канал для подвода масла к центрифуге; 3 — лабиритовое уплотнение; 4 — шкив привода и основание ротора; 5 — маслонаправляющий коиус; 6 — шпилька крепления колпака ротора; 7 — колиак ротора; 8 — крыльчатка вентилятора охлаждения; 9— корпус вентилятора охлаждения.
дания масла на наружные поверхности цилиндров и существенно сократить длину масляных коммуникаций. Кроме этого, для увеличения эффективности очистки масла предполагают повысить число оборотов ротора до 6000—6500 в минуту.
Что касается тенденции развития центрифуг с механическим приводом, то нужно иметь в виду следующие два фактора: во-первых, дальнейшее увеличение скоростного режима двигателей, во-вторых, принципиальную возможность с помощью той или иной конструкции привода существенно увеличить угловую скорость ротора, доведя ее до 15 000—20 000 об/мин, чего невозможно достигнуть при использовании гидравлических приводов.
Центрифуги с механическим приводом более перспективны для тракторных двигателей, работающих в основном на установившихся скоростных режимах; это дает возможность устранить механизм свободного хода ротора и тем самым повысить эксплуатационную надежность центрифуги в целом.
В ЦКБ мотоциклетостроения разработан ряд простейших конструкций центрифуг с механическим приводом, предназначен-
Фиг. 82. Центрифуга Владимирского завода, встроеииая в центробежный вентилятор системы воздушного охлаждения двигателя:
1 — корпус улитки вентилятора; 2 — ротор вентилятора; 3 — канал для отвода масла в магистраль; 4 —канал для подвода масла к центрифуге; 5 —лабиринтовое уплотнение;
6 — шкив привода; 7 — колпак ротора; 8 — болт крепления колпака; 9— канал для слива просочившегося масла в картер.
ных для двигателей мотоциклов. Специфические особенности этих двигателей позволили создать конструкцию центрифуги без сложных передаточных механизмов.
Разновидностью центрифуг с механическим приводом являются специальные центробежные уловители, расположенные в полостях коленчатого вала. В некоторых конструкциях отечественных двигателей масляные каналы в коленчатом валу выполнены так, что верхняя часть наклонного канала, подводящего масло к шатунной шейке, является своеобразной ловушкой, в которой под действием центробежной силы улавливаются наиболее крупные частицы механических примесей (металл и песчинки).
о*
Опыт показывает, что в канале накапливается значительное количество отложений, которые необходимо периодически удалять.
На многих тракторах применяют коленчатые валы с полыми шатунными шейками, причем масло к шатунному подшипнику подводится по дополнительной трубке из зоны, расположенной
Фиг. 83. Центрифуга Владимирского завода, встроенная в осевой вентилятор системы воздушного охлаждения двигателя:
/ •— колпак ротора; 2 — маслонаправляющий стакан; 3 — болт крепления колпака ротора; • 4 — основание ротора и крыльчатка вентилятора; 5 — корпус вентилятора; б1—лабиринтовое уплотнение; 7 — шкив привода вентилятора и центрифуги; 8 — канал для отвода .
масла из центрифуги в магистраль; 9 — канал для подвода масла в центрифугу.
в полости шейки. Установлено, что в эксплуатационных условиях полости в шатунных шейках заполняются отложениями примерно в течение периода сельскохозяйственных работ.
Перечисленные выше центрифуги при установке их на двигатели требуют значительных конструктивных изменений как систем смазки, так и блока цилиндров двигателей. Это в известной мере задерживает внедрение центрифуг на двигателях, уже находящихся в эксплуатации.
Конструкции центрифуг с другими видами привода
В 1955—1956 гг. в Научно-исследовательском институте автомобильного транспорта (НИИАТ) были разработаны и испытаны центрифуги, ротор которых приводился во вращение потоком входящего в двигатель воздуха. На фиг. 84 показаны одна из моделей центрифуги НИИАТ, вмонтированная в корпус воздухоочистителя двигателя ЗИЛ-120, и схема установки центрифуги на двигателе.
Фиг.
б)
84. Центрифуга НИИАТ с пневматическим приводом:
а — конструкция центрифуги; б — схема установки центрифуги на - двигателях; 1 — клапан стабилизатора I разрежения;
2 — радиальная турбина; 3 — ротор центрифуги; 4— маслоналивной патрубок;
5 — патрубок для слива масла в картер;
6 — штуцер для подвода масла из магистрали в ротор; 7 — корпус воздухоочистителя.
Вследствие создания небольшого перепада давления (200— 300 мм вод. ст.) и наличия значительных расходов воздуха (50—250 м3/час) оказалось возможным применить для вращения ротора одноступенчатую радиальную турбину. Преимуществом такого привода является высокая угловая скорость ротора, доходящая до 8000 об/мин, которая не зависит от давления масла в магистрали и производительности масляного насоса.
Специальные клапаны стабилизации разрежения поддерживают в сопловом аппарате турбины постоянное разрежение при широком диапазоне скоростных и нагрузочных режимов работы двигателя. Вследствие этого потеря мощности дм работе двигателя по внешней характеристике, обусловленная дросселированием поступающего в него воздуха, составляет не более 2—3%. Как показали стендовые и лабораторно-дорожные испытания, это не оказывает существенного влияния на динамические и экономические показатели автомобиля.
117
Особенно ценным преимуществом центрифуг с пневматическим приводом является то, что они могут быть легко установлены на двигатели, уже находящиеся в эксплуатации. В частности, разработанная в НИИАТе центрифуга может быть установлена на двигателях ГАЗ-51, ЗИЛ-164 и на их модификациях без всяких изменений конструкции двигателей.
Испытания опытных моделей показали высокую эффективность пневматических центрифуг. В изготовлении пневматические центрифуги несколько сложнее, чем центрифуги с гидрореактивным приводом. Однако при массовом изготовлении это не должно существенно повлиять на их стоимость, так как ряд наиболее сложных по форме деталей (колесо турбины, корпус и сопловой аппарат) выполняют из пластических масс (например, капрона или полиамидных смол).
Пневматический привод может быть применен и в несколько иной модификации с использованием специального эжектора, действующего на отработавших газах. Этот принцип требует широкой экспериментальной проверки и, видимо, менее рационален, так как влечет за собой нежелательные изменения в конструкции выпускной системы двигателя.
Положительной особенностью центрифуг с электрическим приводом является возможность получения высоких и главное постоянных угловых скоростей ротора. Однако до настоящего времени в литературе не освещена конструкция и нет данных по испытаниям автомобильных и тракторных центрифуг такого типа.
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ И ТРАКТОРНЫХ ЦЕНТРИФУГ
Автомобильная и тракторная промышленность за последние годы накопила достаточно богатый опыт в области проектирования, изготовления и эксплуатации центрифуг. Анализ конструкций центрифуг, разработанных различными организациями, позволяет сделать определенный вывод о постепенном подходе к единым, наиболее рациональным конструктивным формам и гидродинамическим параметрам центрифуг.
Разработанные методы расчета гидрореактивного привода ротора и процессов центробежной очистки масла позволяют научно проанализировать ряд важнейших закономерностей, лежащих в основе работы современных центрифуг. Процесс дальнейшего совершенствования конструкций центрифуг далеко еще не завершен. Все же в настоящее время представляется возможным на базе накопленного опыта сформулировать важнейшие эксплуатационнотехнические требования, которые могут быть положены в основу первого варианта Государственного стандарта на перспективные типы автомобильных и тракторных центрифуг и наметить пути дальнейшего развития центрифуг.
Известно, что показателем, влияющим на количество масла, циркулирующего в системе смазки двигателя, является его мощность. В связи с этим типовой ряд центрифуг естественнее всего разделить на группы в зависимости от мощности двигателя. Вследствие специфических условий работы тракторных двигателей, которым свойственны длительные постоянные скоростные режимы, близкие к режиму номинальной мощности, и совершенно иного характера работы автомобильных двигателей, которым свойственны переменные режимы частичных нагрузок, необходим различный подход при подборе центрифуг.
Для тракторных двигателей типовой ряд центрифуг (по предложению НАТИ) может быть разделен на четыре группы.
1.	Центрифуги для двигателей мощностью до 30 л. с. В эту группу двигателей входят дизели с воздушным охлаждением Д-16 (ХТЗ) и Д-30 (ВТЗ) и дизели с жидкостным охлаждением Д-20 (ХТЗ) и Д-28 (ВТЗ). У этих двигателей расход масла через масляную магистраль находится в пределах 15— 16 л/мин.
2.	Центрифуги для двигателей мощностью 30—50 л. с. К этой группе двигателей относятся дизели с жидкостным охлаждением Д-38 (ЛТЗ) и Д-50 (МТЗ). Расход масла через магистраль у этих двигателей составляет 15—25 л/мин.
3.	Центрифуги для двигателей мощностью 50—75 л. с. К этой группе могут быть отнесены выпускающиеся еще в настоящее время дизели Д-54 и двигатели СМД с их модификациями. Расход масла через магистраль равен 20—30 л/мин.
4.	Центрифуги для двигателей мощностью свыше 75 л. с. В эту группу входят дизели с жидкостным охлаждением КДМ-46 и 6КД-50. Расход масла через магистраль составляет больше 30 л/мин.
Учитывая изложенные в предыдущих главах теоретические предпосылки, а также рекомендации НАТИ, при выборе схемы включения центрифуги в масляную магистраль двигателя следует придерживаться следующего правила. На тракторных двигателях группы 1 рекомендуется осуществлять очистку масла в полнопоточных центрифугах с гидрореактивным приводом, объем ротора которых не должен превосходить 350 с.и3 при расходе масла до 15 л/мин. На двигателях с воздушным охлаждением, где применение механического привода центрифуги может быть осуществлено без значительного усложнения конструкции, наиболее рациональной является установка полнопоточных центрифуг с механическим приводом, с числом оборотов ротора не менее 6500—7000 в минуту.
На тракторных двигателях мощностью 50—75 л. с. может быть рекомендована очистка масла в полнопоточных центрифугах с гидрореактивным приводом и объемом ротора до 800 см3 при расходе масла до 30 л/мин или в частично поточных центрифугах с гидрореактивным приводом и тем же объемом ротора. В послед
119
нем случае может быть применен фильтр грубой очистки, включенный в масляную магистраль последовательно.
На тракторных двигателях, мощность которых превышает 75 л. с., очистку масла рекомендуется осуществлять в неполнопоточной центрифуге с гидрореактивным приводом объемом ротора свыше 800 сж3 и в фильтре грубой очистки, включенном последовательно.
Учитывая положительный опыт применения очистки масла в полостях шеек коленчатого вала, следует рекомендовать такую очистку на всех тракторных двигателях, независимо от их мощности.
Что касается конструкции центрифуг, то в настоящее время следует использовать только те элементы, которые проверены в эксплуатации. Исходя из этого, все тракторные центрифуги должны иметь плавающий ротор; в случае наличия масляного радиатора — специальный кран с двумя положениями: «лето» при включенном масляном радиаторе, «зима» — при выключенном. Для крепления внешнего кожуха центрифуги и колпака ротора не следует применять шпильки. Поток масла в роторе должен быть правильно организован, для чего во внутренней полости ротора делаются специальные насадки, ребра и другие приспособления. Рекомендуется применение термостойких армированных пластических масс.
В табл. 16 приведен типовой ряд центрифуг с гидрореактивным приводом, предложенный НАТИ для тракторных двигателей.
Таблица 16
Типовой ряд центрифуг с гидрореактивным приводом для тракторных двигателей
Параметры	Типоразмер центрифуги			
	I	II	III	IV
Рабочая емкость ротора в см3		300—350	550—600	800—850	1000—1100
Расход масла Дп-11 в л/мин (tM = 80°; рм = = 6 кг/см2)		12	25	30	30
Вид центрифуги ....	Полнопоточная		Полнопоточ-	Неполно-
Тип подшипников ротора 	 Способ крепления оси ротора 			Подшипники Консольное	ная, неполнопоточная скольжения	поточная Консольное или на двух опорах
120
Центрифуги для автомобильных двигателей также могут быть разделены на четыре типоразмера, но, учитывая специфику работы автомобильных двигателей, заключающуюся в работе этих двигателей значительную часть времени на частичных режимах, рационально классификацию центрифуг по мощностям двигателей провести несколько иначе.
Первый типоразмер центрифуги (емкость ротора 500—550 см3) должен быть рекомендован для двигателей мощностью до 100 л. с., второй (емкость ротора 750—850 см3) — для двигателей мощностью 100—175 л. с., третий (емкость ротора 1000—1100 см3) — для двигателей мощностью 175—240 л. с. и четвертый (емкость ротора 1250—1350 см3)—для двигателей мощностью 240— 325 л. с.
При выборе типоразмера центрифуги необходимо учитывать скорость поступления загрязняющих примесей в масло.
Ввиду более высокой удельной скорости поступления загрязняющих примесей в масло дизелей рекомендуется в семействе двухтактных двигателей ЯМЗ-204 и ЯМЗ-206 использовать не второй типоразмер центрифуги, а третий.
Наоборот, на мощных двигателях легковых автомобилей («Чайка» и ЗИЛ-111), учитывая большой запас мощности, а также относительно благоприятные условия эксплуатации и технического обслуживания, можно использовать меньшие типоразмеры центрифуг, чем было рекомендовано выше.
При выборе того или иного типоразмера необходимо иметь в виду, что использование центрифуги не соответствующего типоразмера существенно влияет как на срок службы масла, так и на уровень загрязнения масла примесями и периодичность очистки ротора от накопившихся в нем отложений.
В табл. 17 приведены данные, характеризующие режимы работы центрифуг типового ряда.
Стандартизация и внедрение центрифуг типового ряда позволят постепенно перейти к специализированному производству автомобильных и тракторных центрифуг на отдельном предприятии. Унификация и взаимная заменяемость отдельных узлов и деталей в значительной мере повысят рентабельность производства и эксплуатации центрифуг.
При разработке конструкций центрифуг необходимо учитывать все положительные элементы прошедших эксплуатационную проверку центрифуг, а также теоретические положения, которые отображают основные закономерности, управляющие процессом центробежной очистки масла. Перспективы дальнейшего развития центрифуг могут быть определены следующим образом:
1.	Основное направление развития автомобильных и тракторных центрифуг будет заключаться в дальнейшем усовершенствовании и массовом внедрении центрифуг с гидрореактивным приводом. Преимущества этого типа привода заключаются в его исключительной простоте и эксплуатационной надежности.
121
Таблица 17
Значения чисел оборотов ротора и расхода масла для типового ряда автомобильных центрифуг
Параметры	Типоразмеры автомобильных центрифуг			
	I	II	III	IV
	рм = 1 кг/см/			
п в об/мин	2200	2500	2000	2000
Q в л/мин	3,0	4,9	5,3	6,5
	рм = 2 кг/см/			
п в об/мин	4000	4200	3960	3700
Q в л/мин	4,6	7,0	7,9	9,0
	рм = 3 кг/см/			
п в об/мин	5300	5500	5000	5000
Q в л/мин	5,9	9,0	10	11,3
	Рм = 4 кг/см?			
п в об/мин	6200	6400	5700	5500
Q в л/мин	6,9	10,4	11,5	13,0
Главное внимание при дальнейшем усовершенствовании центрифуг с гидрореактивным приводом должно быть направлено на повышение эффективности их работы при режимах прогрева двигателя, для которых характерна высокая вязкость масла.
2.	Важнейшим условием успешного внедрения центрифуг является обеспечение максимальной простоты удаления осадка из полости ротора. В связи с этим заслуживают внимания конструкции, позволяющие производить очистку ротора без применения инструментов и приспособлений (например, центрифуги Горьковского автомобильного завода и Московского автомобильного завода им. Лихачева). Существенное значение имеет конструкция надежного уплотнения разъема ротора. По-видимому, наиболее перспективными конструкциями разъема окажутся конструкции, примененные на центрифугах последних вариантов завода им. Лихачева и Горьковского автомобильного завода.
3.	Полимеры и пластические массы с их исключительно высокими технологическими свойствами должны получить в ближайшем будущем самое широкое применение в производстве наиболее трудоемких деталей центрифуг. Применение пластических масс даст возможность получить требуемую конфигурацию внутренней полости ротора и этим повысить эффективность процесса центрифугирования. Трудности, встречающиеся на начальных стадиях применения пластических масс для изготовления центрифуг, обусловленные главным образом недостаточной механической
199
прочностью материала, в настоящее время в значительной мере уже преодолены.
4.	Эксплуатационные свойства центрифуг могут быть улучшены введением в полость ротора специальных магнитных вставок. Применение мощных постоянных магнитов расширит зону осаждения примесей по дисперсионному составу, так как мелко диспергированные примеси органического происхождения, как правило, содержат в себе мельчайшее включение железа и очень хорошо задерживаются сильными магнитными полями. Заслуживают внимания работы Одесского электротехнического института связи, изучающего эти вопросы.
5.	Известные перспективы могут иметь встроенные в центрифуги различного рода раскисляющие устройства, основанные на применении щелочных металлов. Однако эти мероприятия для выявления их полной эффективности требуют проведения широких экспериментальных исследований.
6.	Широкое внедрение пластических масс позволит подойти к практическому осуществлению многокамерных роторов и роторов со спиральными камерами.
7.	Для двигателей с воздушным охлаждением, видимо, наиболее перспективными будут центрифуги с механическим приводом. Особенно это относится к тракторным двигателям, работающим на постоянных скоростных режимах. Опыт создания центрифуг с механическим приводом, накопленный Владимирским тракторным заводом, может быть положен в основу дальнейшего развития центрифуг этого типа. Внешние масляные коммуникации, снижающие эксплуатационную надежность центрифуг этого типа, в перспективных моделях должны быть заменены обычными внутренними каналами, расположенными в блоке двигателя и корпусе центрифуги.
8.	Известный интерес в дальнейшем усовершенствовании центрифуг могут представлять центрифуги, ротор которых выполнен в виде ротора асинхронного электродвигателя переменного тока. Развитие привода такого рода, естественно, связано с внедрением в комплекс электрооборудования автомобилей и тракторов генераторов переменного тока.
На основании изложенного можно ожидать в ближайшие годы дальнейшего расширения применения центробежной очистки как на двигателях внутреннего сгорания вообще, так и на автомобильных и тракторных двигателях.
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РЕАКТИВНЫЙ ПРИВОД ЦЕНТРИФУГ
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ И ОСНОВЫ РАСЧЕТА
Движение под действием сил реакции основывается на двух законах механики — втором и третьем законах Ньютона.
Согласно второму закону Ньютона
d (mv) = Fdt.	(96)
Для ротора центрифуги с двумя соплами при установившемся режиме работы (постоянное число оборотов и расход масла) напишем:
V	= vc — vt.
Подставляя соответствующие значения в уравнениеТ(Эб) и решая его относительно F, получаем
F = ^(nf-o;),	(97)
где F — реактивная сила, приложенная по оси отверстий зопел и направленная на преодоление сопротивлений вращению ротора;
т — масса масла, вытекающего из обоих сопел ротора в единицу времени;
vc — скорость струи масла, вытекающего из сопла ротора;
oz — окружная скорость сопла.
Подставляя соответствующие значения величин в уравнение (97), получаем
2g \ 2ef 30 ) ’
где Q — количество масла, проходящее через оба сопла ротора в секунду;
у — удельный вес масла;
е — коэффициент сжатия живого сечения струи масла, вытекающей из сопла;
/ — площадь отверстия сопла;
® = -эд — угловая скорость ротора (п — число оборотов ротора в минуту);
I — расстояние от оси сопла до оси вращения ротора (половина плеча реактивного момента L = 21).
124
Коэффициент сжатия струи масла
где fc — площадь живого сечения струи масла, выходящей из отверстия сопла.
Величина коэффициента 8 зависит в основном от формы сопла. Для встречающихся форм сопел 8 = 0,9-Я ,1. Для наиболее распространенной в центрифугах формы сопла 1 (отверстие в тонкой стенке) 8 = 0,9.
Крутящий момент и мощность гидрореактивного привода соответственно составляют:
Мр = 2FI = т (vc — vt) 1\	(99)
Np = 2Fvl = m(yc— vt)vl	(100)
или
	yQl (_Q	 g \ 28/	лп/\. 30	’	(101)
^Р =	nyQln / Q 30g V 2e/	яп Л 30 T	(102)
При установившемся режиме работы центрифуги (n = const и Q. = const) крутящий момент Мр равен моменту сопротивления вращению ротора Мс, который, в свою очередь, равен сумме моментов
= Ма + Мп + Мх, где Ма — момент, обусловленный аэродинамическим сопротивлением вращению ротора;
Мп — момент, обусловленный.трением в подшипниках ротора, а также трением жидкости о неподвижные детали (ось);
Мх — момент, обусловленный осаждением частиц загрязняющих примесей масла на стенки ротора.
Доля энергии гидравлического привода центрифуги, расходуемая непосредственно на совершение работы осаждения частиц, даже при относительно высоком загрязнении масла составляет крайне незначительную величину от всей энергии привода. Поэтому момент сопротивления вращению ротора складывается из момента, обусловленного аэродинамическим сопротивлением вращению, и момента, обусловленного трением в подшипниках.
Как показали эксперименты, момент сопротивления зависит в основном от величин силы трения в подшипниках и от числа оборотов ротора:
М.с = а + Ьп,	(ЮЗ)
где а — момент сопротивления при начале вращения ротора; b — скорость нарастания момента сопротивления.
125
Для центрифуг а = 5=20 гем, b = 0,03=0,1 гсм/об/мин (табл. 18).
Таблица 18
Значения коэффициентов а и b для различных центрифуг при вязкости масла 15—25 сантипуаз
Центрифуги	Емкость ротора в см3	а в гем	Ь в гсм/об!мин
Типовой ряд НАМИ:	500—550	5—8	0,032—0,044
II 		750—850	6—10	0,045—0,060
III		1000—1100	10—15	0,060—0,080
IV 		1250—1350	11—20	0,075—0,100
ЗИЛ-164 			860	8—13	0,050—0,070
УралЗИС		600	6—9	0,004—0,055
Меньшие значения следует брать при расчете угловой скорости всплывающих роторов малой емкости и веса с опорными шарикоподшипниками при температуре масла 80—90° (вязкость 15— 20 сантипуаз для летних моторных масел).
Значения коэффициентов а и b при вязкости масла 15—100 сантипуаз можно приближенно выразить следующими эмпирическими формулами:
а = 6- 10~4Qp гем;
b = (0,03 Ц- 0,002р) 10'3Q гсм/об/мин,
где й — емкость ротора в см3;
р — динамический коэффициент вязкости масла в сантипуазах.
Так как при п = const Мр = Мс, то, приравнивая правые части уравнений (101) и (103), получаем
решая полученное уравнение относительно п, имеем
y&i
а
п —
h । wQi2 + 30g
об/мин.
(104)
Уравнение (104) устанавливает зависимость угловой скорости ротора от основных конструктивных и гидравлических параметров привода.
Например, для промышленных образцов центрифуг ЗИЛ-164 при Q = % л/мин (133 см3/сек') f = 0,0314 см2, е = 0,9, у = 0,9 г/см3, I = 2 см, а = 6 гем, b = 0,06 гсм1об1мин, число оборотов 126
9
п — 5200 в минуту, рассчитанное по формуле, подтверждается опытными данными (см. табл.
При числе сопел, равном
12).
i, уравнение (104) принимает вид,
yQ2l
~—7— —“ О,
Igft	(1П1П
15gi
Из уравнения (105) видно, что изменение числа сопел и площади отверстия сопла оказывает на число оборотов ротора одинаковое влияние. Учитывая, что изменить площадь отверстия сопла конструктивно значительно легче, чем изменить количество сопел, а также исходя из необходимости уменьшения радиальных сил. действующих на подшипники, следует признать наиболее целесообразным применение в роторе двух сопел.
I Количество масла, проходящее через два сопла Q, определяем: j в зависимости от общего расхода масла через ротор Qo из следую-5 щего равенства:
*	Q = Qo(i-P),	(Юб>
где Р — коэффициент утечки масла через зазоры в подшипниках ’	' ротора.
f Коэффициент Р определяется из равенства
I'	Р = -^,	(107>
| где Q& — утечка масла через зазоры в подшипниках ротора.
Величину Qy определяют опытным путем или подсчитывают по формуле утечки масла через зазоры в подшипниках:
I	Q _ Q I Q _ ЯР^1А31 1 nPdi&32	(108>
|	<4 чй1 Чй2 — 12Z1JX н- 12/41 >
£	где QU1 — утечка масла через зазор в нижнем подшипнике;
Е	Qz/2 — утечка масла через зазор в верхнем подшипнике;
S	р — давление масла в роторе;
й	р — динамический коэффициент вязкости масла;
Ц	dt и d2— диаметры оси в подшипниках ротора;
g г	Ах и А2 — зазоры в подшипниках;
К	1г И /2—ДЛИНЫ подшипников.
fj Для центрифуг со средними зазорами в подшипниках ротора А = 0,02-^0,06 мм, как показывают результаты - исследования, р < 0,002. Ввиду такого ничтожно малого значения коэффи-1 циента р в практических расчетах им можно пренебречь, и тогда 1, равенство (108) примет вид
I	Q~Q0.	(Ю9)
К*	•	127
Расход масла через оба сопла определяем ид уравнения
Q =	(НО)
где (х — коэффициент расхода масла через сопло;
й0 — полный напор масла перед соплом.
Выбор коэффициента р зависит в основном от формы сопла. Для форм сопел, встречающихся в автомобильных и тракторных центрифугах, р = 0,78-^0,86. Для наиболее распространенного в центрифугах сопла формы 1 (отверстие в тонкой стенке) р = 0,8.
При вращающемся роторе (« = const) полный напор масла перед соплами составляет
ha=.h1~Ah1 +	(111)
где йх — напор масла на входе в центрифугу;
A/ix — общие гидравлические потери напора масла на участке от входа в центрифуги до сопел;
Айч — прирост напора, обусловленный центробежными силами, возникающими в масле, вращающемся вместе с ротором.
Согласно уравнению Бернулли
2
+ (112)
1 у	2 g
D-t	«	,
где ~ — пьезометрический напор масла на входе в центрифугу
(рх — давление масла на входе в центрифугу);
— скоростной напор масла на входе в центрифугу;
zx — геометрический напор.
На входе в центрифугу величины и zx незначительны (в сумме не превышают 0,01 от величиныпренебрегая ими, получим
Y
(ИЗ)

Согласно проведенным экспериментам
Лй1 = Ф^-.	(И4)
где ф — коэффициент гидравлических потерь напора на участке от входа масла в центрифугу до сопла.
Умножив левую и правую части этого равенства на у, получим величину потери давления рг на участке от входа масла в центрифугу до подхода к соплу:
Арх = фрх.	(115)
128
В неполнопоточных центрифугах коэффициент ф = 0,1-^0,3. При этом чем больше диаметр сопла и выше скорость потока масла в центрифуге, тем более высокое значение имеет коэффициент ф. В полнопоточных центрифугах ф = 0,2-4),5.
В центробежном поле вращающегося ротора давление, создаваемое элементарным слоем жидкости толщиной dr, составляет
de = — <a2rdr, g
где со — угловая скорость вращения слоя жидкости; г — радиус слоя жидкости.
„	лп
Подставляя в это выражение значение со=^-у, dc = l^rdr-
получаем
Интегрируя полученное равенство от /0 до I и деля его на у, получаем выражение прироста напора перед соплами от действия центробежных сил, возникающих в масле:
где /0 — радиус оси ротора.
Подставляя в уравнение (111) соответствующие из равенств (113), (114) и (116), получаем

(116)
значения
(П7)
Подставляя значение h„ из равенства (117) в уравнение (ПО), имеем
Q = 2И/Р1 (1 - ф) + (^-)2 (/* -120);	(118)
Q2-4(^)2(z2-zoFf
Р1 = ~	8g^/2(l -ф)
(119)
В результате подстановки значения Q из уравнения (118) в уравнение (104) для определения зависимости п = f (pj
9 Григорьев и Покровский 457	1 29
получают сложное, мало пригодное для практических расчетов уравнение четвертой степени.
Поэтому зависимость п = f (рх) целесообразно определять следующим методом:
а)	решая уравнение (104) графическим способом, определяем зависимость п = f (Q);
б)	исходя из полученной зависимости и уравнения (119) получаем соответствующим построением на графике зависимость « = f (Pi)-
Подставляя в уравнение (104) разные значения I, определяем для данного расхода масла значение 10Г1т, при котором число оборотов ротора будет максимальным.
Дифференцируя уравнение (104) и приравнивая нулю производил ную , получаем
.	_ 2agef -If / 2age/ 30&g
Из уравнения (121) видно, что при прочих равных условиях с увеличением значения Q и уменьшением момента сопротивления вращению ротора (характеризуемого коэффициентами а и Ь)
величина 10пт уменьшается.
Дифференцируя уравнение (100) и приравнивая нулю водную , после преобразования получаем значение мальной мощности привода при данном расходе масла:
(121)
произ-макси-
N = — т
‘ р '2 т'
(122)
Так как в системе смазки двигателя ограничено главным образом давление масла, а не его расход, то оптимальное плечо реактивного момента (2 1опт) центрифуги целесообразнее определять в зависимости от давления масла Зависимость lonm = f (рх) определяем графическим путем:
а)	согласно ранее изложенной методике определяем графическим способом п = f (ру) при нескольких значениях /;	<
б)	используя данные этого графика, строим зависимость п = f (/) при различных значениях рр,
в)	используя данные графика п = f (/), строим зависимость A>nm f (Р 1) 
На фиг. 85 представлены расчетные характеристики центрифуги ЦФ-КАЗ.
Во всех случаях оптимальное плечо реактивного момента центрифуги, найденное в зависимости от давления масла, больше оптимального плеча, определенного в зависимости от расхода масла.
130
Для предварительного расчета можно принимать
опт (pt)
2/
mm (Q)'
Интересно отметить, что, несмотря на значительное разнообразие конструктивного оформления центрифуг с гидрореактивным приводом, все они подчиняются общей закономерности. По анало
Фиг. 85. Расчетные характеристики центрифуги ЦФ-КАЗ:
J — плечо реактивного момента — 40 мм-, 2 — то же, 60 мм\ 3 — то же, 80 мм', 4— то же, 100 мм‘, 5 — то же, 120 мм-, 6 — то же, 160 мм.
гии с относительными характеристиками двигателей, предложен-ными проф. И. М. Лениным, были построены относительные характеристики различных центрифуг, которые в координатах п—р с достаточной точностью совпали, образовав единую относительную характеристику (фиг. 86).
9“	13’
Наличие единой относительной характеристики позволяет в известной мере упростить расчеты гидрореактивных приводов, производя расчет только одного режима максимальных чисел оборотов; данные для других режимов могут быть определены по относительной характеристике.
Фиг. 86. Единая относительная характеристика центрифуг с гидрореактивным приводом.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БАЛАНС ГИДРОРЕАКТИВНОГО ПРИВОДА РОТОРА ЦЕНТРИФУГИ
При расчете гидрореактивного привода большое значение имеет правильная оценка влияния различных факторов на работу центрифуги. Для этого составляют энергетический баланс гидрореактивного ротора центрифуги. Составление энергетического баланса позволяет правильно и объективно произвести оценку различных конструкций центрифуг, а также правильно подойти, к выбору общей схемы гидрореактивного привода и конструктивных форм ее отдельных элементов.
Сущность энергетического расчета состоит в следующем. Применяя теорему живых сил к вращающейся системе центрифуги при установившемся движении ротора и приравнивая нулю утечку масла через подшипники ротора, а также- принимая масло за идеальную жидкость, при которой гидравлические сопротивления отсутствуют, напишем:
(О2//2 -	m2/2	(Vc- V.}2
mgh1 + т----L-^2. = Эг. п + т + т ,	(123)
132
V где	mghi — энергия, подведенная к центрифуге из мас-
Ц	ляной магистрали двигателя (йг — напор
масла на входе в центрифугу);
<02(/2-/2)
т----^2---’—пРиРост энергии перед соплами за счет
энергии центробежного поля;
„ — энергия гидропривода, идущая на преодоление сопротивлений вращению ротора и работу по осаждению частиц загрязнения из масла на стенки ротора;
со'2/3	л
т —-----энергия, затрачиваемая на сообщение маслу
окружной скорости vt = со/;
(vc — v.\2
т-—2~^------кинетическая энергия струй масла, выте-
кающего из сопел.
После соответствующего преобразования уравнения (123) получим
<В2/а	(vc—v.\2
mgh1 = Эг. п + т	+ т Д—,	(124)
где т—g------энергия, затрачиваемая на сообщение выходящему
из неподвижной оси маслу окружной скорости
= ®/0.
Напор масла перед соплами для идеальной жидкости
vc
=	(125)
тогда напор масла на входе в центрифугу
/ii = /г0 — Д/гц.
? Подставляя в это уравнение значения /г0 и А/гч соответственно । из равенств (125) и (116), получаем
,2	1
. = (126)
' Подставляя значение ht из уравнения (126) в уравнение (124) и решая последнее относительно Эг, п, имеем
Эг. n = m(.Vc~	(127)
( Идеальный гидравлический к. п. д. гидрореактивного привода и = Эг-п
1г. ид mgh^
133
Подставляя в полученное равенство значения Эг_п и hr из уравнений (127) и (126), получаем
^г. ид

(128)
В частном случае при /0 = 0 после соответствующего преобразования
Для реальной жидкости (масла) энергетический .баланс гидрореактивного привода ротора центрифуги будет иметь следующий вид:	- ч
Эо = Эг.п + Э1а + Эк + Эг, р±Эг.с + Эу,	(129)
где Эо —общая энергия, подведенная к центрифуге из масляной магистрали;
Эй. „ — энергия гидропривода, идущая на преодоление сопротивлений вращению ротора и работу по осаждению частиц загрязнения из масла;
—энергия, затрачиваемая на сообщение выходящему из неподвижной оси маслу окружной скорости о; = со/о;
Эк — кинетическая энергия струй масла, вытекающих из сопел ротора;
Эг- р — гидравлические потери энергии на участке от входа масла в центрифугу до подхода к соплам;
Эг,с — гидравлические потери энергии в соплах;
Эу — энергия, теряемая с маслом, вытекающим через зазоры в подшипниках ротора.
На фиг. 87 приведен баланс расхода энергии в центрифуге; Энергия, подведенная к центрифуге из масляной магистрали,
Эо = plQo*
где Qo, согласно равенству (106), равно	у 
Подставляя это значение Qo в последнюю формулу,
Q _ Pimg 0 (i-P)y '
Величина Эг. п состоит из суммы энергий эг. п=-эс + Эх,
получаем
(130)
(13'1)
где Эс — энергия, идущая на преодоление сопротивления вращению ротора;
Эх — энергия, идущая на совершение работы по осаждению частиц загрязнения из масла на стенки ротора.
Значение Эх определяется кинетической энергией, сообщаемой осаждающимся в роторе частицам загрязнения:
Эх^-т3^-,	(132)
где т3 — масса загрязняющих примесей, осаждаемых в роторе в секунду;
г — радиус поверхности, на которой осаждаются загрязняющие ’ примеси
В роторе.	Фиг. 87. Баланс расхода энергии
Выражая значение т3	в центрифуге,
через коэффициент очистки масла в роторе и концентрацию загрязняющих примесей в масле,
поступающем в центрифугу, получаем
т3 = j 2/р-фх-0,01.	(133)
Подставляя т3 из равенства (133) в равенство (132), получаем
^ = 27Г^°’01<Рх-	(’34)
Энергия, затрачиваемая на сообщение выходящему из неподвижной оси маслу окружной скорости,
Э/д = /п-^-.	(135)
Кинетическая энергия струй масла, вытекающих из сопел ротора,
(vc — t>,)2
Эк = т( - 2 11 .	(136)
Гидравлические потери энергии на участке от входа масла в центрифугу до подхода к соплам
Эг. р = Д/iiYQo-
135
Подставляя значение Ыгг из равенства (114) и Qo Q —	, получаем
о = m8VPi г'р ' Y(l-P) ’
Q .
1~Р ’
(137)
Гидравлические потери энергии в соплах
Эг_с=--т^,	(138)
где | — коэффициент сопротивления сопла. Коэффициент сопротивления сопла
где Ф,. — коэффициент скорости струи масла, вытекающей из отверстия сопла =	*
Выбор значений £ и tpf зависит в основном от формы сопла.
Для встречающихся форм сопел g = 0,27-нО,65, фг = 0,78-нО,89.
Для наиболее распространенного в центрифугах сопла формы 1 (отверстие в тонкой стенке) g = 0,27, (р, = 0,89.
Энергия, теряемая с маслом, вытекающим через зазоры в подшипниках ротора,
Эу =
исходя из равенств (106) и (107) и выражая Q = ^ , получаем dv у (I-Р)'	'
Подставляя в уравнение (129) соответствующие значения его членов, имеем
Pi/ng	,	.	.	т(ус— и)2
тАЬ = т ~ °г)Vi++
t 2
, Pimgy , mt,vc P1mgP
+ 17Г= РГ + l(i - ₽)' 	(140)
Разделив каждый член уравнения (129) на значение Эо, получим энергетический баланс гидравлического реактивного привода ротора центрифуги в относительных единицах:
1 = ёг. п + ё[, + ёк + ёг. р + ёг. с + ёу
(141)
или
_ (ое —^) t>zy(l —Р) <j>2/q у (1 - ₽)	(о,
~ Pig + 2P1g +
+ Ф +
fz)2 у(1 — Р) 2pig
^сУ(1 — Р) 2pig
+ Р.
(142)
136
Гидравлический к. п. д. привода ротора центрифуги
Подставляя в это равенство значения Эг_ п и Эо из уравнений (127) и (130), получаем
(‘ ?g)Y (рс —(143> P1S
Механический к. п. д. привода
Подставляя значения Эх и Эг-п из равенств (134) и (127), получаем
= 2(1 — Р)(ус — t>z) vt 0•01		(144)
Эффективный к. п. д. привода
Подставляя в это равенство значения Э, и Эо из равенств (134) и (130), получаем
=	(145>
£Р1&
Из уравнения (145) видно, что при работе центрифуги на чистом масле (х — 0) эффективный к. п. д. привода равен нулю. В этом случае центрифуга работает вхолостую, обладая потенциальной возможностью в случае попадания частиц загрязнения в масло выделять их на стенки ротора. Эффективный к. п. д. также будет равен нулю, когда центрифуга по тем или иным причинам не очищает масло от загрязнения (ф =0).
При работе центрифуги в системе смазки двигателя ввиду того, что обычно х < 1 и ф < 1, эффективный к. п. д. привода будет иметь -весьма малую величину.
На фиг. 88 приведен энергетический баланс, потери энергии и гидравлический к. п. д. центрифуги (ЦФ-КАЗ) Кутаисского автомобильного завода.
В табл. 19 даны значения энергетического баланса различных автомобильных центрифуг при температуре масла АК-Ю 75° и — 3,0 кг/см2.
Как следует из табл. 19, в рационально сконструированных центрифугах гидравлический к. п. д. привода достигает 0,5, что для привода данного типа составляет довольно большую величину.
Таблица 19
Значения величин энергетического баланса центрифуг в %
Параметры	ЦФ-1 НАМИ	ЦФ-2 НАМИ	Ц Ф-К АЗ	ЦФ ЗИЛ-М	ЦФ УралЗИС 1
ёг. п (Пг)	49	44	44	43	44
	1,8	1,8	1,8	1,8	1,8
ёк	11	11	5	10	8
ёг. р	11	18	18	20	18
ёг. с	27	25	31	25	28
' ёу	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2 :Г
При этом с повышением давления масла до определенного предела гидравлический к. п. д. привода увеличивается. Это обусловливается снижением потерь кинетической энергии струй масла,
Фиг. 88. Характеристики центрифуги КАЗ:
а — энергетический баланс; б — потери энергии; в — гидравлический к. п. д. привода.
вытекающих из сопел ротора. Однако при увеличении давления выше определенного предела гидравлический к. п. д. привода снижается вследствие возрастания гидравлических потерь энергии в соплах.
Из графиков на фиг. 88 и табл. 19 видно, что больше всего энергии теряется в соплах ротора. Поэтому выбор формы сопла и качество его обработки имеют важное значение.
138
К С помощью энергетического баланса можно легко находить В- чрезмерные потери энергии в центрифуге и определять пути сни-В жения этих потерь.
Ц Так, снижение величины Эк достигается увеличением окружной К скорости сопла vt относительно скорости струи масла, вытекаю-f щего из сопла ротора, что обеспечивается в основном повышением ?. числа оборотов ротора и увеличением плеча реактивного момента. £ Снижение величины Эг. р достигается уменьшением коэффи-циента <р, что обеспечивается уменьшением местных сопротивлений движению масла в центрифуге, а также понижением скорости потока масла в роторе за счет уменьшения диаметра сопла.
Снижение величины Эг, с достигается главным образом подбором сопел с малым коэффициентом сопротивления, а также уменьшением плеча реактивного момента, что ведет к снижению ; скорости струи масла, выходящей из сопла.
5-	Снижение величины обеспечивается уменьшением диаметра j оси ротора.
г Снижение величины Эу достигается уменьшением зазора в под-; шипниках ротора. При обычных радиальных зазорах в подшипниках А = 0,02н-0,06 мм доля Эу в общем энергетическом балансе крайне незначительна и не превышает 0,2% всей энергии, подведенной к центрифуге.
Практически энергетический баланс центрифуги составляют ’ следующим образом:
|	1) определяют экспериментальным путем скоростную и Гидра-
S’ влическую характеристики центрифуги (изменение числа оборотов ( ротора п и расхода через ротор масла Qo в зависимости от давле-[ ния масла на входе в центрифугу рг);
(	2) находят опытным путем коэффициент [5;
!	3) определяют гидравлическую характеристику сопла (изме-
i некие расхода масла через сопло в зависимости от давления масла | перед соплом) и коэффициенты ц, е,
f	4)	вычисляют по уравнению (120) коэффициент гидравличе-
I	ских	потерь напора ф;
;	5)	по гидравлической и скоростной характеристикам центри-
• фуг, используя полученные величины коэффициентов [5 и е, находят,значения
m _ QqY(I-P) .	„ _ Qo(l — .
т~ g	'	2&f	’
!	6) подставляя в уравнения (140) и (142) соответствующие зна-
1 чения членов, получают энергетический баланс привода центри-* фуги в абсолютных и относительных единицах.
139
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГИДРОРЕАКТИВНОГО ПРИВОДА РОТОРА
Состояние теории гидрореактивного привода не позволяет установить все закономерности, влияющие на работу центрифуги. Попытки аналитического решения ряда сложных задач, связанных с гидродинамикой, обычно сводятся к решению систем сложных дифференциальных уравнений. Поэтому закономерности, необхо-
Фиг. 89. Схема лабораторной установки для испытания центрифуг:
1 — питающий бак; 2 — предохранительный изоляционный кожух; 3— мешалка; 4— электроподогреватель; 5 — весы; 6 — мерный бачок; 7 — термометр; 8 — трехходовой кран; 9 — центрифуга; 10 — электролампа; 11 — манометр; 12 — электродвигатель привода мешалки; 13 — автоматическое терморегулирующее устройство; 14—масляный насос; 15 — перепускной кран, регулирующий давление; 16 — кран для отбора проб мюла.
димые для правильного построения теории гидропривода, а также для практических расчетов, получены в результате экспериментального исследова-ния. При экспериментальном исследовании гидропривода центрифугу обычно снимают с двигателя и устанавливают на стенд, полностью воссоздающий реальные условия работы системы .
Применяемые для этой цели стенды мало отличаются от обычных безмоторных установок,
Фиг. 90. Схема расположения меток на крышке ротора.
предназначенных для исследования фильтрующих устройств.
Для примера на фиг. 89 изображена схема безмоторной установки, предназначенная для исследования центрифуг, в частности, гидрореактивного привода.
При исследовании гидрореактивного привода центрифуг залитое в бак установки масло (в количестве 10—15 кг) непрерывно прокачивается насосом через систему бак — насос — центрифуга — бак. Требуемое давление масла на входе в центрифугу создается изменением числа оборотов вала электродвигателя насоса (грубая регулировка) и перепуском части масла через 140
кран 15 (тонкая регулировка). Автоматическое устройство обеспечивает заданный температурный режим масла в баке.
Число оборотов ротора измеряют обычно стробоскопическим методом, для чего крышка наружного корпуса центрифуги выполнена из прозрачного материала. Для удобства наблюдения на наружной стороне крышки ротора рекомендуется нанести метки по схеме, приведенной на фиг. 90.
На установках такого рода можно выявить ряд интересных зависимостей, полезных как для практических расчетов, так и для дальнейшего развития теории. Ниже приведены результаты некоторых экспериментальных исследований.
Влияние давления и вязкости масла на угловую скорость ротора
Из графиков (фиг. 91) видно, что с увеличением давления масла угловая скорость ротора и расход через него масла непрерывно повышаются. Это обусловливает увеличение мощности гидрореактивного привода за счет увеличения расхода масла через сопла.
• Процесс изменения угловой скорости ротора замедляется по мере возрастания давления масла. На угловую скорость ротора существенно влияет также и вязкость масла (фиг. 92). С уменьшением вязкости масла число оборотов ротора повышается. Это обусловливается главным образом тем, что с уменьшением вязкости масла вследствие уменьшения трения в подшипниках снижается момент сопротивления вращению ротора, уменьшаются гидравлические потери в соплах и подводящих каналах.
На фиг. 93 приведены вязкостно-температурные характеристики ряда автомобильных и тракторных моторных масел. Зависимость вязкости масла от температуры оказывает влияние на угловую скорость ротора, что подтверждается результатами испытаний (фиг. 91).
Вязкость масла влияет на угловую скорость ротора, изменяя расход масла через сопла. При увеличении вязкости расход масла снижается^ Однако это снижение расхода в основном вызвано не повышением сопротивления проходу масла через сопла, а снижением напора перед соплами из-за уменьшения центробежных сил (уменьшение /г).
Вязкость масла влияет не только на угловую скорость ротора, но и на время его разгона при начале подачи в него масла под давлением, а также на время вращения ротора по инерции при отключенной подаче масла (фиг. 94).
Таким образом, давление и вязкость масла существенно влияют на угловую скорость ротора.
141
Фиг. 91. Скоростные и гидравлические характеристики центрифуги НАМИ ЦФ-2 при различной температуре масла А К-Ю	(сплошные
линии — нижний упорный подшипник качения; пунктирные —• нижний упорный подшипник скольжения):
1 — t = 45°;	2 — t = 60°;
3 — t — 75е; 4 — t == 90°.
Фиг. 92. Изменение скорости вращения ротора, расхода масла и момента сопротивления вращению ротора центрифуги ЦФ-КАЗ в зависимости от вязкости масла при различных давлениях рг.
142
Фиг. 93. Изменение кинематической вязкости различных автомобильных и тракторных масел в зависимости от температуры:
1 — масло АКЗп-6; 2— масло СУ; 3 — масло ЛК-6; 4 — масло АК-10; 5 — масло Дп-11; 6 — масло Дп-14.
Фиг. 94. Скоростные характеристики центрифуги ЦФ-КАЗ при различной вязкости масла и разных типах нижних упорных подшипников (сплошные линии — подшипники качения; пунктирные— подшипники скольжения):
а — V = 27 сст; б — v — 110 ест; 1 — время разгона ротора — 3 кг/см2);
2 — время вращения ротора по инерции при выключенной подаче масла = 0).
143
Влияние гидравлических сопротивлений на участке до подхода масла к соплам на угловую скорость ротора
В результате стендовых испытаний было установлено, что для снижения гидравлических потерь в центрифуге необходимо по возможности увеличивать проходные сечения всех каналов, уменьшать их длину, а также избегать значительных местных сопротивлений движению масла (сужения каналов, резкого изменения направления движения и др.).
Таблица 20
Число оборотов ротора и расход масла до увеличения диаметра каналов и после
Параметры	До увеличения диаметра каналов				После	увеличения диаметра каналов		
Pj в кг/см?- ....	1	2	3	3,5	1	2	3	3,5
п в об/мни ....	1700	3200	4130	4350	1800	3650	4990	5300
Q в кг/мин ....	4,8	6,7	8,15	8,95	4,9	7,05	8,95	9,9
Из табл. 20 видно, что одновременное увеличение диаметров подводящих каналов в корпусе центрифуги НАМИ ЦФ-2 и в колодцах ротора соответственно с 5—7 до 10 мм приводит к увеличению числа оборотов ротора на 10% и расхода через него масла на 20%.
Одно лишь увеличение диаметра канала в оси ротора опытной центрифуги ЗИЛ с 4 до 7 мм повысило скорость вращения ротора на 40%.
Диаметр каналов в центрифуге следует выбирать так, чтобы скорость потока масла в них не превышала 2—4 м!сек.
Особенно не рекомендуется допускать в каналах турбулентного движения масла, при котором гидравлические потери энергии пропорциональны скорости потока масла не в первой степени, как при ламинарном движении, а во второй степени.
Критическая скорость потока, соответствующая началу турбулентного движения жидкости (масла),
= Re*pv
где Rexp = 2320 — критическое число Рейнольдса, соответствующее нижней критической скорости потока;
v — кинематическая вязкость;
Rs — гидравлический радиус, представляющий собой отношение площади живого ' сечения потока к смоченному периметру.
144
Для труб
«.-4
где d — внутренний диаметр трубы.
Для поперечного сечения ротора
о __
К-г 4	’
где D — внутренний диаметр ротора;
d0 — диаметр колонки, а при ее отсутствии диаметр оси ротора.
Из этих равенств получаем, что критической скорости потока масла в канале с относительно малым диаметром 6 мм соответствует расход масла через этот канал 16 л/мин (при кинематической вязкости масла v = 25 ест).
Следовательно, поток масла в подводящих каналах малых диаметров, особенно при последовательной схеме включения центрифуги в систему смазки, может достигать скорости, при которой ламинарное движение переходит в турбулентное. В роторе даже при наличии в нем осадка поток масла имеет относительно небольшую скорость, и при рациональной организации потока движение масла будет всегда ламинарным.
В табл. 21 приведены значения коэффициента гидравлических потерь ф для различных центрифуг, полученные при разных диаметрах сопел.
Таблица 21
Значения коэффициента ф для различных центрифуг при разных диаметрах сопла
Параметры	ЦФ-1 НАМИ	ЦФ-2 НАМИ	ЦФ-ЗИЛ-М	ЦФ-КАЗ
d в мм	2,03	1,7; 2,3; 2,25	1,46; 1,93; 2,31	1,95
Ф	0,11	0,11; 0,18; 0,28	0,10; 0,20; 0,32	0,18
Из данных табл. 21 видим, что с увеличением диаметра сопел коэффициент ф увеличивается.
На увеличение коэффициента ф влияет также наличие в роторе центральной колонки, которая вызывает резкое изменение окружной скорости масла, поступающего через радиальные отверстия колонки в ротор. В центрифугах, роторы которых не имеют центральной колонки, коэффициент ф значительно выше, чем в центрифугах с центральными колонками в роторе (табл. 21). Поэтому для снижения потерь энергии в центрифугах, имеющих центральную колонку в роторе, необходимо по возможности увеличивать зазор между осью и внутренними стенками колонки, 10 Григорьев н Покровский 457	1 45
а также увеличивать размеры и количество отверстий в колонках, через которые масло поступает в ротор.
Для проверки этого положения ротор центрифуги НАМИ ЦФ-1 оборудован специальными вставками, допускающими изменение радиального зазора (между внутренним диаметром колонки и осью). Увеличение радиального зазора между колонкой и осью с 1,5 до 5 лии (при давлении масла р1 = 3,0 кг/см2) сопровождается повышением числа оборотов ротора с 4900 до 5250 в минуту и увеличением расхода масла с 8,6 до 9,05 кг/мин. При зазоре больше 5,0 мм угловая скорость ротора и расход через него масла не изменяются:
Зазор в мм..................1,5
п в об/мин................ 4900
Q в кг)мин..................8,6
3,5	5	7
5150	5230	5250
8,9	9,05	9,08
Влияние аэродинамического сопротивления на угловую
скорость ротора
Результаты экспериментального исследования влияния аэродинамических потерь на скорость вращения ротора даны на фиг. 95..
Фиг. 95. Скоростные и гидравлические характеристики центрифуги НАМИ ЦФ-1 при различных размерах и формах наружных колонок ротора (ц = 0,23 пуаза).
Величина аэродинамического сопротивления обусловлена различной формой и размерами выступающих на дне ротора колонок, в которых крепятся сопловые насадки .
Из приведенных кривы х следует, что с уменьшением размера выступающих колонок и с приданием им обте-' каемой формы в центрифуге НАМИ ЦФ-1 понизилось аэродинамическое сопроти-' вление, вследствие чего повысилась угловая скорость ротора (при разном давлении масла Pi). При этом максимальное увеличение числа оборотов ротора (на 500 в минуту) происходит при давлении масла р± — — 3,25 кг!см2. При возраста
нии угловой скорости ротора
повышается общий напор масла перед соплами, в результате этого
увеличивается расход масла через ротор.
На аэродинамическое сопротивление значительное влияние оказывает также наличие мелкораспыленного масла в корпусе центрифуги вокруг вращающегося ротора.
146
Распыление масла происходит при сильном ударе о стенки корпуса центрифуги струй масла, вытекающих с большой скоростью из сопел ротора. Наличие этого масла повышает плотность среды, окружающей ротор. Дробление струи масла на капли, а также насыщение ими окружающего воздуха зависит от дальности полета, живой силы струи, угла ее падения на стенки, чистоты поверхности стенок, толщины воздушной прослойки между ротором и стенками корпуса центрифуги, вязкости масла и скорости вращения ротора.
Для того чтобы существенно снизить или устранить попадание мелкораспыленного масла в зону вращения ротора, в корпусе
Фиг. 96. Изменение угловой скорости ротора различных центрифуг в зависимости от давления масла:
•а — ЦФ-УралЗИС; б — ЦФ-К.АЗ; в — ЦФ-ЗИЛ; 1 — с маслоотражательным приспособлением в корпусе центрифуги; 2 — без маслоотражательного приспособления.
центрифуги устанавливают маслоотражающее приспособление (кольцевой диск или пояс), в результате чего снижается аэродинамическое сопротивление и увеличивается угловая скорость ротора (фиг. 96).
На аэродинамическое сопротивление влияет также скорость отвода масла из корпуса центрифуги (диаметр сливного отверстия).
Ниже приведены минимальные площади F сливного отверстия в различных центрифугах (в сж2):
ЦФ-УралЗИС.........................12
ЦФ-КАЗ.............................10,8
ЦФ-ЗИЛ............'...............7,5
Сопоставляя эти данные с кривыми (фиг. 96), видим, что положительное действие маслоотражательного приспособления возрастает с уменьшением минимального сечения сливного канала.
При относительно малом диаметре сливного отверстия в корпусе центрифуги, особенно если отверстие для слива масла расположено на небольшом расстоянии от дна картера двигателя (схема включения центрифуги УралЗИС), в корпусе центрифуги, в зоне вращения ротора, возникает разрежение, которое затрудняет слив масла из центрифуги в картер, вследствие чего существенно снижается угловая скорость ротора.
10*	147
В центрифуге УралЗИС с герметическим корпусом разрежение в корпусе составляет 800 лии вод. ст. и ротор, вращающийся в масляной пене, имеет всего 100 об/мин.
Указанное разрежение в корпусе центрифуги создается в результате потребления (0,5 л!мин) воздуха из корпуса на образование воздушно-масляной эмульсии (пены), стекающей в картер. В современных центрифугах против этого явления принимаются специальные меры.
Влияние сопротивления в подшипниках ротора на его угловую скорость
На угловую скорость ротора влияют:
а)	тип нижнего упорного подшипника ротора;
б)	вязкость масла;
в)	величина радиальных зазоров в подшипниках.
С заменой нижнего упорного подшинника скольжения подшипником качения возрастает число оборотов ротора (фиг. 91). Возрастание числа оборотов ротора замедляется по мере снижения вязкости масла. При давлении масла более 3,5 кг/см2 число оборотов ротора при обоих типах подшипников практически одинаково. Это происходит вследствие того, что ось ротора выполнена ступенчатой и при давлении масла более 3,5 кг/см2 ротор «всплывает», переставая соприкасаться с нижней торцовой опорой.
В табл. 22 приведены значения момента сопротивления вращению ротора центрифуги НАМИ ЦФ-2 при различных типах упорных подшипников (вязкость масла 23 пуаза).
Таблица 22
Значения момента сопротивления вращению ротора	'
центрифуги НАМИ ЦФ-2 в гем
Тип упорного подшипника	п в об/мин				
	1000	2000	3000	4000	5000
Подшипник скольжения 	 Подшипник качения	181 105	227 160	273 215	319 270	365 325
При замене нижних упорных подшипников качения (шарикоподшипников) подшипниками скольжения значительно увеличивается средняя эксплуатационная скорость ротора, так как при этом уменьшается время разгона ротора и увеличивается время вращения ротора по инерции (фиг. 94).
Небольшое уменьшение расхода масла и значительное возрастание момента сопротивления вращению ротора при повышении
вязкости масла (фиг. 92) указывают на то, что основной причиной снижения при этом угловой скорости ротора является увеличение момента трения в подшипниках, величина которого определяется из уравнения
л, __ 2л2г3п/ц
11п ЗОД ’
где г — радиус оси в подшипниках;
I — длина подшипника;
Д — радиальный зазор в подшипнике;
п — число оборотов ротора в минуту;
р — вязкость масла.
Из этого уравнения видно, что снижение сопротивления в подшипниках ротора и увеличение числа оборотов ротора будут
происходить также при уменьшении диаметра подшипников и их длины. Обычно в подшипниках ротора отношение длины к диаметру составляет около 0,8.
На фиг. 97 показано влияние величины зазора в подшипниках (втулках) ротора центрифуги на число оборотов ротора и расход через него масла при различных давлениях рг. Изменение зазора в подшипниках ротора в пределах 0,05—0,135 лш не существенно влияет на угловую скорость ротора и расход через него масла. Это определяет практически допустимые пределы увеличения зазора в подшипниках оси ротора при эксплуатации. В новой центрифуге
Фиг. 97. Изменение расхода масла и скорости вращения ротора центрифуги НАМИЦФ-1 в зависимости от зазора в подшипниках оси ротора при разном давлении:
1 — р! = 1 кг/см2; 2 — Pi = 2 кг/см2; 3 — pt = 3 кг/см2;
4 — Pi = 4 кг/см2.
зазор в подшипниках ротора должен составлять около 0,05 лии (широкоходовая посадка). Снижение угловой скорости ротора при увеличении зазора в подшипниках выше 0,135 мм вызвано снижением напора внутри ротора за счет значительной
утечки масла через подшипники, попаданием масла через верхний подшипник в корпус центри-фуги, а также увеличением дисбаланса ротора.
Влияние формы, диаметра сопла и плеча реактивного момента на угловую скорость ротора I
Для выявления влияния формы сопла на скоростную и гидравлическую характеристику ротора были исследованы сопла^различных форм (фиг. 98).
1 49
На графиках (фиг. 99) показано влияние формы сопла на расход масла и угловую скорость ротора центрифуги.
Используя уравнение (НО) и гидравлическую характеристику сопла, определяли коэффициент расхода масла р для сопел различных форм при вязкости масла 27 сст:
Форма сопла......................1	2	3	4
р........................ 0,8	0,83	0,76	0,87
Учитывая, что для цилиндрического и конического сходящегося сопла (формы 3 и 2, фиг. 98) коэффициент сжатия сечения
Фиг. 98. Формы сопел.
струи масла равен единице (е = 1), подставляя значения f и I, также соответствующие значения Q и п из графиков фиг. 99
в уравнение (101), для центрифуги НАМИ ЦФ-1 определяем значения постоянных коэффициентов а и Ь, входящих в уравнение (103).
1 км
Для сопел этих форм при температуре масла АК-Ю 75° а = = 100 гем, b = 0,045 гсм/об/мин. Подставляя эти значения коэффициентов в уравнение (ЮЗ), имеем
Мс = Ю0 + 0,045п.
Принимая, что при одинаковых угловых скоростях установившегося движения ротора моменты сопротивления вращению ротора будут равны при соплах различной формы, определяем коэффициент сжатия струи и для других форм сопел.
Решая уравнение (101) относительно е, получаем
е = —;—.	.	(146)
/ / 2Mcg nnl \	'
~Q + ”Т5 /
Используя графики (фиг. 99) и подставляя соответствующие значения в уравнение (146), определяем коэффициент сжатия струи масла для сопел формы 1 и 4 (фиг. 98):
Форма сопла	1	4
е...............0,8	1,1
Из приведенных значений коэффициента сжатия е для форм различных сопел следует, что минимальное значение коэффициента сжатия для сопла формы 1 обусловливает более высокую линейную скорость истечения масла через это сопло, что, в свою очередь, определяет и более высокое число оборотов ротора.
Таким образом, наблюдавшиеся во время испытаний изменения угловой скорости ротора (фиг. 99) при соплах различных форм полностью соответствуют зависимости, установленной уравнением (104).
В табл. 23 приведены значения коэффициентов р,, е, <fc, g.
Таблица 23
Значения коэффициентов для сопел разных форм при температуре масла 75°
Форма сопла	Коэффициенты			
	ц	е	4>с	?;
1	0,80	0,9	0,89	0,27
2	0,83	1,0	0,83	0,45
3	0,78	1,0	0,78	0,65
4	0,86	1,1	0,78	0,65
Указанные в табл. 23 значения коэффициента скорости сопла (рс и коэффициента сопротивления сопла определяли из равенств:
1KI
Из табл. 23 видно, что сопло формы 1 характеризуется наимень-иим коэффициентом сопротивления что обусловливает в нем этносительно малые гидравлические потери энергии.
1>иг. 100. Изменение гидравлического к. и. д. привода и потерь энергии в центрифуге НАМИ ЦФ-1 при использовании сопел различных форм:
а — форма 1; б — форма 2; в — форма 3; г — форма 4.
На фиг. 100 приведено изменение гидравлического к. п. д. 1ривода и потерь энергии в центрифуге в зависимости от давле-
ние 101. Характеристики работы центрифуги ЗИЛ-164 при использовании сопел 1азличных диаметров (р. = 0,23 пуаза):
7 — dc = 1,46 мм; S 2 — dc = 1,72 мм;
3 — dc = 1,93 jwac; 4 — dc — 2,31 мм.
:тает. Это объясняется тем, что с ювышаются гидравлические потер:
ния масла при использовании сопел различных форм. Из полученных кривых видно, что наибольший гидравлический к. п. д. привода имеет центрифуга, работающая с соплами формы 1 вследствие более низких потерь энергии gs- с в этом сопле.
На фиг. 101 приведены характеристики центрифуги ЗИЛ-164 с соплами различного диаметра. Из приведенных кривых видно, что при увеличении диаметра сопла-расход масла повышается значительно интенсивнее нарастания числа оборотов ротора. С увеличением диаметра сопла выше некоторого предела расход масла значительно повышается, а число оборотов ротора не возра-увеличением диаметра сопла напора масла в центрифуге,
1 49
Таблица 24
Гидравлический к. п. д. привода при различных диаметрах сопел
Диаметр сопла в мм	Давление масла в кг/см2				
	1	2	3	4	
1,46	0,39	0,44	0,46	0,40	0,1
1,93	0,38	0,41	0,43	0,39	0,2
2,3	0,32	0,34	0,34	0,31	0,3
в результате чего линейные скорости выхода масла из сопла и гидравлический к. п. д. привода снижаются.
В табл. 24 приведены значения гидравлического к. п. д. привода т]г и коэффициента гидравлических потерь напора ф при различных диаметрах сопел в центрифуге ЗИЛ-164.
Влияние плеча реактивного момента на угловую скорость ротора и расход масла представлены на фиг. 102.
О кг/мин 8,0

п об/мин 5000
6,0
4,0
4000
3000
2000
1000
»- - -*21 -52мм
—21’72 мм
}2 iSL?
1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 р,кг/смг
п об/мин 6000
5000
4000
3000
1000
2000
52 62 72 21мм
52 62 72
2
3)
0 52 62 72
1
У
Фиг. 102. Характеристика центрифуги НАМИ ЦФ-2 при различных диаметрах сопла:
а — в зависимости от давления масла; б — в зависимости от плеча реактивного момента; 1 — dc = 2,13 мм; 2 — dc — 1,75 мм; 3 — dc — 1,5 мм.
Верхние кривь>е (фиг. 102, а) показывают, что с увеличением плеча реактивного момента расход масла при одном и том же давлении масла возрастает, но это не всегда сопровождается повышением числа оборотов ротора. Так, увеличение плеча реактивного момента свыше 62 мм при диаметре сопла 2,13 мм
153
числа оборотов ротора. Из кривых для каждого значения расхода масла плечо реактивного момента; при этом сопла оптимальное плечо реактивного
приводит к снижению (фиг. 102, б) видно, что характерно оптимальное с увеличением диаметра момента уменьшается.
На фиг. 103 приведены расчетные значения оптимального плеча реактивного момента центрифуги в зависимости от расхода масла при различных диаметрах сопел.
Фиг. 103. Изменение размера оптимального плеча реактивного момента (L = 2/) центрифуги НАМИ ЦФ-1 в зависимости от расхода масла через ротор при различных диаметрах сопел:
1 — dc — 1,5 мм; 2 — &с = 1,75 3 — d= 2,12 мм.
Из сопоставления этих данных с данными фиг. 102 видно, что экспериментальные значения оптимального плеча соответ-, ствуют его расчетным значениям, полученным по уравнению (121).
мм;
Влияние схемы включения центрифуги в систему смазки на угловую скорость ротора
Исследования влияния схемы включения центрифуги проводились на той же установке (см. фиг. 89), но с последовательным включением центрифуги (фиг. 104). В этом случае в центрифуге устанавливалась специальная ось, имеющая на’ обоих концах продольные, не соединенные друг с другом- отверстия и радиальные отвер-• стия для соединения с полостью ротора. При последовательном включении центрифуги часть масла, подаваемая в ротор, шла к соплам на привод, а остальная часть — через радиальные отверстия в верхней части оси, верхний продольный канал диаметром 8 Л4Л1 и отверстие (дроссель) диаметром 3,5 мм отводилась в магистраль (в бак установки). Схему последовательного включения центрифуги можно превратить в схему параллельного включения, перекрыв кран 1. Давление масла регистрировали манометрами, установленными в масляной магистрали во входе в центрифугу и перед дросселем на выходе из центрифуги.
Из характеристик (фиг. 105) видно, что при последовательном включении центрифуги (по сравнению с параллельным) угловая скорость ротора и расход масла через сопла уменьшаются. Это объясняется снижением напора масла перед соплами, характеризуемого коэффициентом ф, вследствие увеличения общего расхода масла через ротор. Так, при последовательном включении центрифуги ф = 0,22, а при параллельном ф = 0,1. Расход масла через 131
верхнее ответвление при этом составляет около 60% от общего расхода масла через центрифугу, а давление р2 масла на выходе из оси ротора в магистраль (перед отверстием диаметром 3,5 мм) составляет 65—70% от давления масла рг на входе в центрифугу.
Гидравлический к. п. д. привода при последовательном включении центрифуги, как свидетельствуют графики (фиг. 105), заметно ниже, чем при параллельном включении.
Фиг. 104. Схема последовательного включения центрифуги на лабораторной установке.
Фиг. 105. Характеристики центрифуги НАМИ ЦФ-1 при различных схемах ее включения (р. = 0,23 пуаза;
de = 2 мм):
1 — изменение ' числа £ оборотов ротора и расхода масла через сопла при параллельном включении; 2—то же, при последовательном включении; 3— расход масла через верхнее ответвление оси ротора при последовательном включении; 4 — перепад давления масла в центрифуге при последовательном включении.
Таким образом, переход от паралельной схемы включения центрифуги к последовательной схеме при одинаковом давлении масла перед центрифугой сопровождается снижением: числа оборотов ротора, гидравлического к. п. д. привода и давления масла р.2 на выходе из ротора в магистраль по сравнению с давлением рг масла, подводимого к центрифуге.
С повышением расхода масла через верхнее ответвление в центрифуге, а также с применением одностороннего ввода и вывода масла снижение этих показателей будет увеличиваться.
ОСОБЕННОСТИ ЦЕНТРОБЕЖНОЙ ОЧИСТКИ- МАСЛА
СОСТОЯНИЕ МАСЛА ПРИ ЦЕНТРОБЕЖНОЙ ОЧИСТКЕ
При рассмотрении состояния масла при центробежной очистке следует учитывать природу частиц, осаждающихся в роторе центрифуги.
Центрифуги, как указывалось ранее, в отличие от обычных фильтров тонкой очистки обладают высокой избирательной спо-
Фиг. 106. Изменение максимального времени пребывания частиц в масле в зависимости от размера при разной их плотности:
I — для центрифуги (ц = 5000 об/мин; Q = 9,1 л); 1 — А = 0,3 г/сч3; 2 — А = 0,6 г/см3* 1 — Д = 2,6 г/см*',	4 — А == 6,9 г/см3', 5 — фильтрующий элемент АСФО-1 (ф =1;
А — различное; Q = 0,16 л/мин).
собностью к примесям, очищая масло в первую очередь от наиболее крупных и тяжелых частиц, оказывающих наибольшее влияние на износ деталей двигателей.
На фиг. 106 приведено определенное расчетным путем максимальное время пребывания частиц загрязнения, различных по размеру и плотности в масле двигателя ЗИЛ-120 при очистке масла различной фильтрующей аппаратурой (центрифугой и фильтром АСФО-1).
Коэффициент очистки масла ср в фильтрующем элементе АСФО-1 при расчете принимаем равным единице. Расход масла через ротор центрифуги и фильтрующую перегородку элемента АСФО-1,
а также угловую скорость ротора центрифуги принимаем близким к средним эксплуатационным значениям.
Опуская.перпендикуляры из точек пересечения кривых с горизонтальной прямой на ось абсцисс, получаем значения эквивалентных радиусов частиц. Центрифуга будет лучше очищать картерное масло, чем фильтр тонкой очистки, от частиц, размеры которых больше определенных данным способом.
Ниже приведены размеры частиц и их относительное количество:
Количество частиц в %...................
Сэк в мк................................
А в г/см3...............................
12	15	20	20
1,4	0,9	0,5	0,3
0,3	0,6	2,6	6,9
Так как количество частиц, которое задерживаются центрифугой быстрее, чем фильтрующим элементом, составляет примерно 15% от общего количества примесей, находящихся в масле, то уровень общего загрязнения масла при центробежной очистке будет выше, чем при применении фильтра тонкой очистки.
В' табл. 25 приведены расчетные значения максимального времени пребывания частиц загрязняющих примесей в масле различных двигателей при использовании на них разной фильтрующей аппаратуры, а также минимальные эквивалентные радиусы частиц, от которых центрифуги будут лучше очищать картерное масло, чем стандартные фильтрующие элементы.
Исходя из теоретических предпосылок, следует ожидать при центробежной очистке большего количества общих примесей в масле, но размеры и плотность частиц при этом будут значительно более благоприятными (частицы меньшего диаметра и меньшей плотности).
Высказанные теоретические положения полностью подтверждаются практикой.
Исследования размерного спектра частиц, проведенные в суперцентрифуге, позволили получить дисперсионные характеристики загрязняющих примесей в отработанном картерном масле двигателя.
Дисперсионные характеристики показали, что как органические, так и неорганические частицы загрязняющих примесей в масле при центробежной очистке имеют более высокую степень дисперсности, чем при очистке стандартными фильтрующими элементами (фиг. 107).
Если максимальный эквивалентный радиус органических примесей, оставшихся в масле, при центробежной очистке не превышает 1,2 мк, то при применении фильтра тонкой очистки около 20% органических частиц имеют эквивалентный радиус более 1,2 мк, 3% частиц более 2,8 мк, а отдельные частицы достигают нескольких десятков микрон. Эквивалентный радиус неорганических частиц, оставшихся в масле при центробежной очистке, не превышает 0,5 мк, тогда как при обычной фильтрации около
157
Значения максимального времени пребывания загрязняющих примесей в масле различных двигателей
Минимальные экви- £ валентные радиусы f частиц в мк	иээииЦц ЭИМЭОНИНВЛЙО		1,47 1,47 1,47 1,47 1,42 1,42 1,42 1,42 1,42 1,13 1,00 1,00 1,00 Poo
	Ч1Г1ЧИ квяэ^йвя^		OOOOGOCOGOGOCOCOLO	lq lQ lQ lO UQ LQ LQ	CO CO	CO CO CO
	ОЕЭ1ГЭЖ		0,31 0,31 0,31 0,31 0,29 0,29 0,29 0,29 0,29 0,23 0,21 0,21 0,21 0,21
Характеристика частиц загрязнения и максимальное время пребывания их в масле	ЦФ	’НИИ я ].	5,4 4,6 5,4 5,0 4,3 5,2 4,8 4,2 4,3 3,1 7,0 8,5 11,2 12,5
	ФТО	’НИИ я f	322 276 322 300 243 314 286 237 243 184 700 850 1120 1250
	W Я 0 (е^/г £‘о = V) иээиисШ QHMOSMiHBJdO		о CD	о	O__ LO	LQ LQ	LQ	LQ	о	CO_	CD	CD	CD К N	Ь	N Ф	o' оО	Q	(О	N	LO	Q	Q	1Л
	XW я 0 (Ежз/г 9‘Z = V) Ч1ГНН квязЦавя)!		5,8 5,8 5,8 5,8 5,6 5;6' 5,6 5,6 5,6 5,8 5,1 5,1 5,1 5,1
	УК я 0 (Ек-э/г 6'9 = — V) ОЕЭиэЖ		3,5 3,5 3,5 3,5 3,4 3,4 3,4 3,4 3,4 3,5 3,8 3,8 3,8 3,8
Центрифуги (типовой ряд НАМИ)	нниг/г а &		6,0 6,0 6,0 6,0 9,1 9,1 9,1 9,1 9,1 6.0 10,0 10,0 10,0 10,0
	нии,/go я и		5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000
	йаиевЛоиих		III III III III II II II II II II I I I I
Фильтры тонкой очистки	nnw/v я ф		0,10 0,10 0,10 0,10 0,16 0,16 0,16 0,16 0,16 0,06 0,10 0,10 0,10 0,10
	Фильтрующий элемент		O)	—	co	® 6	Й	OS	6^1 e	* =, „	e * =, „ „	® «J,	* = = о	о	U	О	и	о <	н	<	н	<	н ч	ч	ч	чк
V я ИЯ -EEWO ГШЭ1ЭИЭ Ч100МИ13			7,0 6,0 7,0 6,5 6,5 11,0 1,0 8,3 8,5 4,0 15,5 19,0 25,0 28,0
Л вигатель			— СЧ СО	г 1 о СЧ — —1 о -ч ч о У ° Tf	о СО со —,4-»J<J<C4C4(NCOS	'О	О СЪ СЪ C4J	с^СЧСЧ т	т т	т	Ч	Ч	Ч	Ч §	§	Л	со эт	т < g g U	U	u	n	СП	n	Л	S	К	IX tx	(X
158
15% неорганических частиц имеют эквивалентный радиус более 0,5 мк, 3% более 1,2 мк, а отдельные частицы достигают несколь
ких десятков микрон.
Состояние масла при использовании различной фильтрующей аппаратуры было проверено многолетними испытаниями, проведенными на безмоторных установках, моторных стендах и в дорожных и эксплуатационных условиях.
Экспериментальный материал, накопленный в течение ряда
Фиг. 107. Дисперсионные характеристики загрязняющих примесей в отработав' шем’масле двигателя ЗИЛ-120 при использовании различной фильтрующей аппаратуры:
а — органические загрязняющие примеси (у = 1,2 г/см3); б — неорганические загрязняющие примеси (у = 3,5 г/см3); 1 — при очистке масла центрифугой; 2 — при очистке масла фильтрующим элементом ЛБФ-1; 3 — при очистке масла центрифугой; 4 — при очистке масла фильтрующим элементом ЛБФ-1.
ляет достаточно полно охарактеризовать общее состояние масла при центробежной очистке.
1. Концентрация загрязняющих примесей в масле при центробежной очистке существенно выше, чем при использовании стандартных фильтрующих элементов АСФО, ДАСФО, ЛБФ и др.
Если количество примесей при очистке обычными фильтрами (общее и по компонентам) условно принять за 1, то при центробежной очистке в сравнимых условиях оно окажется большим по общему количеству примесей в 2,5—3,5 раза, по количеству асфальтенов в 2—3 раза, карбенов и карбоидов в 2—4 раза, негорючих примесей в 1,2—2,0 раза и по количеству железа в 1,5 раза.
2. При центробежной очистке выделение неорганической части примесей происходит значительно интенсивнее, чем органической (фиг. 108). Особенно это относится к сравнительно крупным неорганическим частицам, оказывающим существенное влияние на износ деталей двигателей. Так как обычные фильтры не обладают избирательной способностью выделять частицы по размерам и плотности, то может оказаться, что общее количество примесей в масле при использовании фильтров тонкой очистки хотя и будет
159
меньше, чем в масле при использовании центрифуги, зато количество отдельных сравнительно крупных образивных частиц будет больше.
Кроме того, при центробежной очистке потенциальная возможность попадания крупной абразивной частицы, оказавшейся в масле вследствие высокой пропускной способности центрифуги (более 10 л/мин), в узел трения практически исключается.
Это обстоятельство следует признать наиболее существенным преимуществом центробежной очистки масла, влияющим на уменьшение износа основных трущихся деталей двигателя.
3. Кислотность отработавшего масла как при центробежной, так и при обычной очистке практически одинакова, так как оба способа очистки механические.
4. Привычные методы оценки загрязненности масла по цвету капли на бумаге или прозрачности его на маслоизмерительном стержне совершенно не применимы при центробежной очистке масла. В роторе центрифуги масло освобождается от вредных примесей, но не стано-
^^асфальтены |	| масло
Фиг. 108. Характерный состав отложений:
а — в роторе центрифуги; б—в фильтрующем элементе АСФО.
вится прозрачным, что нисколько не ухудшает его эксплуатационных свойств.
Потемнение масла при использовании обычных фильтрующих элементов свидетельствует о том, что фильтр полностью забит отло-’
жениями и очистка практически прекратилась. Темный цвет
масла в основном зависит от присутствия в нем тонко дисперги-' рованной сажи, которая не влияет на износ двигателя; центрифугой эта сажа почти не задерживается.
Из практики известно, что при работе двигателя на обогащенной горючей смеси масло очень быстро темнеет; в то же время лабораторный анализ такого масла показывает его полную пригодность для применения.
Масло быстро темнеет также при добавлении в него моющих присадок. В этом случае органические примеси, находящиеся в масле (главным образом сажа), под действием моющих присадок
переходят в тонко диспергированное состояние и плохо задерживаются не только центрифугами, но и фильтрами тонкой очистки.
При работе автомобилей, тракторов, комбайнов и других машин, на которых установлены двигатели с центробежной очисткой масла, не следует обращать внимания на цвет масла. Гораздо важнее следить за числом оборотов' ротора центрифуги.
При нормальном числе оборотов ротора, вплоть до его заполнения отложениями, качество масла в системе (по содержанию в нем загрязняющих примесей) будет нормальным.
160
ВЛИЯНИЕ ЦЕНТРОБЕЖНОЙ ОЧИСТКИ НА ИЗНОС ОСНОВНЫХ ТРУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ ДВИГАТЕЛЯ
Одной из главных предпосылок для широкого применения центрифуг является существенное снижение износов основных трущихся деталей двигателя.
Как указывалось в предыдущем разделе, высокая избирательная способность центрифуг (благодаря которой из масла выделяются наиболее вредные абразивные примеси), а также большая пропускная способность центрифуг (10—15 л/мин) обусловили почти полное отсутствие в масле абразивных частиц с эквивалентным радиусом более 0,5 мк.
Учитывая особую важность для народного хозяйства увеличения межремонтного пробега автомобилей, моторесурса тракторов и других сельскохозяйственных машин, заводами-изготовителями и научно-исследовательскими организациями было уделено большое внимание исследованию износа деталей двигателей при центробежной очистке.
Определение износа проводилось разными методами. Чаще всего производили непосредственные замеры деталей (микрометраж) до длительных лабораторно-дорожных испытаний и после них. Кроме того, исследовали скорость поступления железа в масло (с последующим построением линии износа и точного учета баланса масла). Наконец, был применен метод радиоактивных изотопов.
По данным Уральского автомобильного завода, полученным в результате эксплуатационных испытаний 17 автомобилей при пробеге 45—65 тыс. км, износ деталей при применении центрифуг вместо фильтров тонкой очистки снизился в цилиндрах в 1,6 раза, в коренных шейках коленчатого вала в 3 раза, в шатунных шейках в 2,4 раза.
Испытания, проведенные Московским автомобильным заводом им. Лихачева и Научно-исследовательским институтом автомобильного транспорта (НИИАТом), дали примерно такие же результаты.
В НАМИ, НАТИ и на ХТЗ в результате лабораторно-дорожных и полевых испытаний были получены данные, приведенные на фиг. 109—112 и в табл. 26. По данным испытаний автомобиля ЗИЛ-150, проведенным в НАМИ, средняя скорость поступления железа в картерное масло двигателя составляла при очистке
масла (в мг/км): фильтром тонкой очистки.................................... 1,05
центрифугой НАМИ ЦФ-2.................................0,32
центрифугой и фильтром тонкой	очистки................0,35	•
Включение в систему смазки двигателя параллельно центрифуге обычного фильтра тонкой очистки хотя и снижает общее количество примесей в масле, но существенного влияния на снижение износа деталей двигателя не оказывает. Это объясняется
11 Григорьев и Покровский 457	161
и
п
мк 60\
40-
а
20
О
параллельной оси коленчатого коленчатого вала; 3 — первое ное
и
I

I
Й
3
4
6
5)	5
Фиг. 109. ГАЗ-М-20
Средний износ деталей двигателя автомобиля «Победа» (приведенный к 10 тыс. км пробега):
а — цилиндров в поясе б — поршневых колец коленчатого вала; I —
максимального износа; по толщине; в — шеек - центрифугой (данные НАМИ для двух двигателей с пробегом 61 — 7С	JI — С фильтром тонкой очистки
НАМИ для пяти двигателей
76 тыс. км); II -АСФО-2 (данные пробегом 72—100 тыс.ое); III — то же, данные ГАЗ для одного двигателя); I — в плоскости, вала; 2 — в плоскости, перпендикулярной к оси компрессионное кольцо; 4 — второе компрессион-кольцо; 5 — третье компрессионное кольцо; 6 — маслосъемное кольцо; 7 — коренные шейки; 8 — шатунные шейки;
'-----*------- ----*---——'	II—с фильтром тонкой очистки АСФО-1 (данные
7	8	НАМИ для трех двигателей с пробегом 43 тыс. км)",
°'	III—то же (данные НАМИ для двух двигателейс про-
бегом 23 тыс. км)', IV — то же (данные для трех двигателей с пробегом 25 тыс. кле); I — в плоскости, параллельной оси коленчатого вала; 2 — в плоскости, перпендикулярной к оси коленчатого вала; 3 — первое компрессионное кольцо; 4 — второе компрессионное кольцо; 5 — третье компрессионное кольцо; 6 — маслосъемное кольцо; 7 — коренные шейки; 8 — шатунные шейки.
162
• тем, что обычные фильтрующие элементы задерживают мелко-диспергированные примеси, которые не могут повлиять на износ деталей.
Исследования, проведенные с помощью радиоактивных изотопов на установке РМ-НАМИ, также показали преимущество центробежной очистки по сравнению с фильтрацией (фиг. 112). Так, противоизносные свойства масла, работавшего длительное время в автомобильном двигателе при центробежной очистке, были на 40% выше, чем при использовании фильтров.
Исследования по определению влияния центробежной очистки на уменьшение износа трущихся деталей двигателя проведены
Фиг. 112. Изменение количества импульсов в минуту в зависимости от продолжительности испытания образцов масел, работавших в двигателе автомобиля ЗИЛ-150:
1 — при применении фильтрующего элемента ЛБФ-1; 2 — при применении центрифуги.
Фиг. 111. Средние максимальные зазоры в шатунных подшипниках в зависимости от продолжительности работы двигателя:
1	— при центробежной очистке и центробежных уловителях в коленчатом валу;
2	— при центробежной очистке без уловителей в коленчатом валу; 3 — при очистке •фильтрующим элементом АСФО без уловителей в коленчатом валу.
заключается в том, что они проведены в полевых условиях на серий^ ных тракторах ДТ-54, снабженных центрифугами. По данным Завода во время испытаний двигатели проработали 1750—2200 час. Роторы центрифуг очищали от осадка через 200—240 час. работы. Замену масла производили в различные сроки: у части тракторов через 120—150 час., а у некоторых машин через 600—800 час.
Техническое обслуживание тракторов соответствовало руководству по эксплуатации серийных тракторов ДТ-54.
Измерение деталей двигателей, проведенное до и после испытаний, позволило отчетливо выявить влияние центробежной очистки масла на уменьшение износов основных трущихся деталей тракторных двигателей. При продолжительности работы картерного масла 240—300 час. центробежная очистка по сравнению с обычной фильтрацией элементами АСФО-1 позволила сократить износы: шатунных шеек в 2,5 раза, шатунных вкладышей в 2,2 раза, коренных шеек и вкладышей в 1,8 раза, поршневых пальцев в 2,0 раза и гильз цилиндров в 1,7 раза.
и*
163
Таблица 26
Значения средних максимальных изиосов деталей тракторного двигателя Д-54 за 200 час. работы в мм
Фильтрующая аппаратура	Срок смены масла в час.					
	Коленчатый вал без центробежных уловителей			Коленчатый вал с центробежными уловителями		
	120—150	240—300	600—800	120—150	240—300	600—800
АСФО-1 . . .	0,156		Г ильзы —	1	0,1			
Центрифуга . .	—	0,085	—		0,095	
АСФО-1 . . .	0,053		Поршневые пальцы — I 0,033 '		-	
Центрифуга . .	—	0,025			0,01	
АСФО-1 . . .	0,029	Коренн	ые шейки	коленчатого вала 0,031 I —		
Центрифуга . .	—	0,016	0,020		0,019	0,015
АСФО-1 . . .	0,011	Шатунные шейки		коленчатого вала 0,038 I —		
Центрифуга . .	—	0,045	0,033	-	0,025	0,012
АСФО-1 . . .	0,033		Коренные	вкладыши 0,018	-	-
Центрифуга . .		0,014	0,018		0,012	0,015
АСФО-1 . . .	0,075		Шатунны	вкладыш 0,025	1	
Центрифуга . .	—	0,037	0,020	—	0,012	0,015
Особенно большую эффективность дают центрифуги в сочетании с центробежной очисткой масла в полостях коленчатого вала (специальные уловители). При этих условиях износы уменьшаются (по сравнению с применением фильтров АСФО-1 при отсутствии уловителей): шатунных шеек в 4,4 раза, шатунных вкладышей в 6,5 раза, коренных шеек и вкладышей в 1,8 раза, поршневых пальцев в 5 раз и гильз цилиндров в 1,7 раза.
Вполне закономерно, что наличие уловителей сказывается на уменьшении износов только шатунных шеек, вкладышей и поршневых пальцев, так как в уловителях центрифугируется масло неспосредственно перед попаданием на поверхности этих деталей;
Динамику изменения величин средних максимальных зазоров наглядно можно проследить на графике (фиг. 111). Из графика 164
видно, что срок службы узла сопряжения вкладыш — шатунная шейка коленчатого вала при центробежной очистке масла в 5 раз больше, чем при обычной фильтрации, и достигает в среднем 10 000 час.
Исследование поверхностей трения, проведенное при двух способах очистки масла, подтвердило высказанные ранее соображения о природе уменьшения износа деталей двигателя при центробежной очистке. Например, при рассмотрении поверхностей вкладышей в металлографический микроскоп при интенсивном боковом освещении отчетливо наблюдается различие в качестве поверхностей.
Вкладыш, работавший при центробежной очистке масла, имеет гладкую однородную поверхность с легкими следами окисной пленки. На поверхности отсутствуют посторонние образивные или металлические частицы. Царапины и риски встречаются в виде исключения главным образом в местах меньшего зазора. Шейки коленчатого вала также имеют гладкую поверхность без рисок и царапин.
Рассмотрение поверхностей трения вкладышей и шеек коленчатого вала, работавших при обычной системе фильтрации масла, дает совершенно обратную картину. Особенно это относится к двигателям, эксплуатируемым в условиях высокой запыленности воздуха (проселочные дороги, движение в колонне и др.).
Внедрение абразивных частиц примесей в антифрикционный слой вкладышей увеличивает износ шеек коленчатого вала. Так как частицы держатся в антифрикционном слое достаточно прочно, то их количество постепенно возрастает и может составить 17— 25% от площади вкладышей. Кроме того, вязкая среда антифрикционного слоя вкладышей при определенной форме абразивных частиц может вызвать их перемещение с обновлением острых режущих граней; это еще в большей степени повышает износ шейки коленчатого вала.
В отличие от поверхностей вкладышей и шеек коленчатого вала заметной разницы в состоянии поверхностей зеркала цилиндра, боковой и торцовых поверхностей поршневых колец при различных системах фильтрации не наблюдалось. Это можно объяснить относительно большой твердостью этих поверхностей, которая препятствует проникновению крупных абразивных частиц в поверхностный слой.
Интересные результаты по исследованию влияния способа очистки масла на износ поверхности цилиндров были получены на Уральском автомобильном заводе. Было установлено, что центробежная очистка масла уменьшает максимальный износ цилиндров в среднем в 1,6 раза, а средний износ цилиндров в зоне перемещения поршневых колец — примерно в 2 раза. Это объясняется тем, что в верхней части цилиндра износы обусловлены в основном коррозионным действием продуктов сгорания и почти полным отсутствием смазки. В средней же части цилиндра
преобладает абразивный износ, поэтому способ очистки масла приобретает существенное значение.
На фиг. 113 приведены эпюры износа цилиндра по высоте при различных способах очистки масла. Эпюры построены для четвертого цилиндра двигателя УралЗИС-355 и отнесены к Ютыс. км пробега.
Фиг. 113. Эпюры износа цилиндра двигателя УралЗИС-350: а — замеры в направлении, перпендикулярном к оси коленчатого вала; б— замеры в направлении, параллельном оси коленчатого вала; / — при применении центрифуги; 2 —при применении фильтрующего элемента АСФО-1.
ЦЕНТРОБЕЖНАЯ ОЧИСТКА МАСЕЛ С ПРИСАДКАМИ
В современных двигателях внутреннего сгорания к смазочным маслам предъявляются разнообразные требования: незначительное изменение вязкости в зависимости от температуры, устойчивость против окисления, высокая маслянистость, защита деталей двигателя от коррозии, хорошие моющие свойства, предотвращение лако- и нагарообразования и т. п. Обычное масло, полученное даже из отборных сортов нефти, не в состоянии полностью удовлетворить эти требования.
В последнее время широкое применение получают различные присадки, вводимые в смазочные масла с целью повышения их эксплуатационных свойств. Производство масел с присадками налажено в широких масштабах. Освоен и стандартизован ряд масел, содержащих присадки (Дп-8, Дп-11, АСп-6 и др.). С каждым годом количество масел с присадками, выпускаемых нефтяной промышленностью, возрастает. Поэтому возникает вопрос о поведении масел с присадками в двигателях, на которых установлены центрифуги.
1 ес
Поведение этих масел при центрифугировании следует рассматривать в совокупности с действием присадки. Например, присадки, применяемые для производства загущенных масел, представляют собой высокомолекулярные соединения (полиизобутилен, винипол, суперол и др.). Эти присадки добавляются в маловязкие масла и образуют с ними истинный раствор. При смешивании двух или нескольких масел, даже резко отличающихся своей вязкостью, получается смесь, в которой все молекулы имеют почти одинаковые размеры. Смеси подобного рода в центробежных полях даже высокой напряженности вследствие своей ничтожно малой разделяемости не претерпевают никаких заметных изменений. При рассмотрении раствора загустителя (присадки)
Фиг. 114. Изменение концентрации основного компонента присадки в незагрязненном дизельном масле Дп-11, в зависимости от продолжительности испытаний на безмоторной установке:
а — присадка АЗНИИ-4; б — присадка ЦИАТИМ-339; 1 — фильтрующий элемент тонкой очистки двигателя ЯМЗ-204; 2 — фильтрующий элемент АСФО-1; 3 — центрифуга для двигателя ЯМЗ-204; 4 — центрифуга НАМИ ЦФ-2; 5 — центрифуга НАМИ ЦФ-3;
6 — фильтр тонкой очистки двигателя ЯМЗ-204; 7 — сменный фильтрующий элемент ЛБФ-1.
в базовом масле в электронный микроскоп видна неоднородная система, состоящая из огромных молекул загустителя, «плавающих» в базовом маловязком масле. Принципиально эти компоненты должны выделиться под действием центробежных полей высокой напряженности. Однако практически создать столь высокую напряженность центробежного поля возможно лишь в лабораторных условиях, применяя специальные суперцентрифуги.
При напряженности центробежного поля в роторах автомобильных и тракторных центрифуг опасаться разделения загущенных масел нет никаких оснований, так как напряженность поля в этих центрифугах в 100—150 раз меньше необходимой. Это же можно сказать о депрессирующих и других присадках, которые образуют с базовым маслом истинный раствор и не претерпевают существенных физико-химических изменений в процессе работы масла в двигателе. Высказанные положения подтверждены опытами.
Наблюдаемое на практике небольшое выделение из масла присадки-загустителя объясняется следующим: при использовании загущенных масел вследствие термического и механического воздействия может наблюдаться постепенная деполимеризация 167
загустителя, вызывающая общее снижение вязкости масла. Одновременно с этим небольшая часть молекул загустителя полимеризуется и задерживается фильтрами и центрифугами.
Более сложные явления происходят в масле с введенными
в него моющими, пассивирующими и особенно многофункциональными (комплексными) присадками. Присадки этого типа в процессе работы масла претерпевают существенные изменения. Вслед-
ствие взаимодействия с масла присадка теряет
Фиг. 115. Изменение кон-
центрации	присадки
ЦИАТИМ-339 в дизельном масле в зависимости от продолжительности стендовых испытаний двигателя
ЯМЗ-204В:
I — центрифуга; 2 — стандартный фильтрующий элемент двигателя.
продуктами окисления и полимеризации свои первоначальные свойства (срабатывается) и вместе с другими примесями задерживается фильтрующей аппаратурой.
Небольшое выделение присадки из еще не работавшего масла, например при безмоторных испытаниях, объясняется двумя причинами: наличием в свежем масле небольшого количе
ства продуктов окисления масла, с ко
торыми вводимая в масло присадка вступает во взаимодействие и, улучшая качество масла, частично «срабатывается», а также способностью обычных фильтрующих элементов адсорби-
ровать присадку из раствора. Поэтому центрифуги в отличие от обычных фильтрующих элементов должны в мень-
шей степени адсорбировать активную присадку, задерживая
только часть ее, выпавшую из раствора.
На фиг. 114 представлен график изменения содержания основного компонента многофункциональной присадки в незагрязнен-
ном масле в зависимости от продолжительности испытаний на без-4 моторной установке. Наименьшее выделение присадки наблюдается при применении центрифуги, так как при центробежной очистке отсутствует явление адсорбции присадки из раствора.
На фиг. 115 показано содержание присадки ЦИАТИМ-339 в дизельном масле Дп-11 в зависимости от продолжительности стендовых испытаний двигателя ЯМЗ-204В.
Таким образом, центробежная очистка масла не может служить препятствием для применения масла с присадками. При центробежной очистке отсутствует адсорбирующее действие, характерное для бумажных, картонных и щелевых фильтров; поэтому в центрифугах выделяется присадки из масла меньше, чем в фильтрах тонкой очистки.
ЭКСПЛУАТАЦИЯ И ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ ЦЕНТРИФУГ
ОРГАНИЗАЦИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ
Промышленные образцы центрифуг в основном лишены существенных недостатков, делающих их эксплуатацию ненадежной или малоэффективной. Основные трудности в эксплуатации возникают потому, что центрифуги являются принципиально новым агрегатом на автомобильных и тракторных двигателях и технический персонал еще не привык к характерным особенностям их технического обслуживания.
Шофер или механизатор, получив автомобиль или трактор, на котором установлена центрифуга, прежде всего должен внимательно ознакомиться со специальной инструкцией по обслуживанию центрифуги и уходу за ней.
У нормально работающей центрифуги с гидрореактивным приводом ротор должен вращаться не менее 2,5—3 мин. после остановки хорошо прогретого двигателя (температура масла 65— 70°). Шум вращающегося ротора хорошо слышен даже при закрытом капоте. На тракторах из-за более жесткой подвески двигателя шум вращающегося ротора слышен особенно отчетливо.
Этот простой и надежный способ проверки работы центрифуги должен быть широко рекомендован для применения. Прослушивание следует проводить ежедневно, при любой остановке автомобиля или трактора, во время которой выключается двигатель. Из опыта эксплуатации известно, что такое прослушивание становится привычным и нарушение нормальной работы центрифуги быстро обнаруживается.
Отсутствие вращения эотора центрифуги после остановки двигателя чаще всего происходит вследствие засорения жиклера гидропривода или засмоления подшипников ротора. Реже причиной нарушения нормальной работы является засорение каналов центрифуги липкими смолистыми отложениями или неисправность перепускного клапана, вследствие чего в роторе понижается давление масла.
При нарушении нормальной работы следует снять ротор с оси центрифуги, удалить из него накопившиеся отложения, промыть ротор в чистом керосине или неэтилированном бензине и продуть жиклеры сжатым воздухом (3—4 кг/см2), направляя струю воздуха с внешней стороны ротора прямо в отверстие жиклера.
169
Жиклеры не рекомендуется чистить проволокой, даже медной или алюминиевой. Если в роторе центрифуги на колодцы, питающие жиклеры, надеты предохранительные сетки, то перед продувкой жиклеров воздухом их нужно снять.
Подшипники скольжения после промывки следует также продуть сжатым воздухом. Протирать подшипники тряпками или ветошью не рекомендуется, так как при этом на их поверхность может быть занесена пыль, увеличивающая трение и износ подшипников. Ось ротора надо протереть чистой тряпкой, смоченной в бензине, прочистив медной или алюминиевой проволокой имеющиеся в оси отверстия. После этой операции ось желательно промыть чистым бензином (бензина взять не более 100 г). После промывки подшипники нужно смазать маслом и поставить ротор в корпус центрифуги. Обычно после промывки центрифуга начинает работать нормально.
Говоря о техническом обслуживании центрифуг, следует иметь В виду, что (как показал опыт их эксплуатации) важным условием, обеспечивающим нормальную работу центрифуги, является своевременное удаление отложений из ротора. На центрифугу, установленную на двигателе, часто не обращают должного внимания во время эксплуатации.
Устанавливая в графиках технического обслуживания периодичность очистки ротора, следует ориентироваться на заводскую инструкцию. Во время многочисленных эксплуатационных испытаний центрифуг было установлено, что периодичность удаления отложений из ротора во многом зависит от технического состояния двигателя, применяемого масла, условий работы автомобиля или трактора и др.
При уточнении сроков очистки необходимо руководствоваться следующими положениями:
1.	Основным показателем при определении сроков очистки-' ротора в условиях эксплуатации следует считать степень заполнения ротора отложениями. Толщина слоя отложений не должна быть больше 20—25 мм. Если имеется возможность определить содержание примесей в масле лабораторным методом, нужно ек} воспользоваться. Для этого надо сдать в лабораторию 300—400 г масла. Общее количество примесей в масле перед очисткой ротора при работе его с нормальным числом оборотов не должно превышать 0,4—0,5%. Для центрифуг ЗИЛ-164 по данным завода период между очисткой ротора соответствует 2000—3000 км пробега.
2.	Не обращать внимания на цвет масла. При центробежной очистке масло очень быстро темнеет и центрифуга, в отличие от фильтрующих элементов (ДАСФО, ЛБФ, Р и др.), его почти не осветляет.
3.	Для двигателей, проработавших более половины среднего межремонтного пробега (более 50 000 км), ротор по мере увеличения пробега следует очищать чаще.
170
До сих пор не удалось создать приемлемой системы сигнализации, дающей возможность во время эксплуатации знать степень заполнения ротора отложениями, не открывая его. При разработке системы сигнализации следует заранее предостеречь от ввода различного рода контактов, реле и других сложных элементов. Как показал опыт, эти устройства, несмотря на принципиальную простоту, все же оказываются в эксплуатационных условиях недостаточно надежными.
Ввиду того что в настоящее время центрифуги широко применяют на тракторных двигателях и с каждым годом возрастает их применение на автомобильных двигателях, большое значение приобретает организация поста технического обслуживания центрифуг. Организация такого поста не представляет трудностей и может быть осуществлена в любом автохозяйстве, совхозе или колхозе.
Пост прежде всего нужно расположить так, чтобы было обеспечено хорошее искусственное освещение. Освещенность рабочего места, где производится техническое обслуживание центрифуги, необходима, так как некоторые конструкции центрифуг имеют мелкие детали, которые можно потерять или неправильно установить при сборке.
Для отложений, удаленных из полости ротора, желательно иметь специальный металлический ящик. Не рекомендуется отложения из центрифуги собирать вместе с отработанными фильтрующими элементами, так как это может затруднить восстановление элементов, практикуемое в некоторых автохозяйствах.
Для очистки ротора удобно применять пластмассовую лопатку (шпатель). При отсутствии шпателя из твердых пород дерева можно изготовить дощечки наподобие небольших линеек.
В крупных автохозяйствах для определения числа оборотов ротора рекомендуется иметь специальные приборы.
Определить точно число оборотов ротора центрифуги можно только строботахометром. Механические тахометры для этого совершенно непригодны, так как на их привод расходуется определенная мощность; при незначительной мощности гидропривода центрифуги это неизбежно приведет к снижению числа оборотов ротора.
Для определения числа оборотов может быть рекомендован выпускаемый промышленностью строботахометр СТ-4, представляющий собой переносный генератор со световыми вспышками, частота повторения которых может плавно изменяться в пределах 5—500 гц,что позволяет определять число оборотов от 300 до 30 000 в минуту. Этот прибор можно использовать и для регулировки числа оборотов холостого хода двигателя, для установки момента зажигания, определения вибрации пружин клапанов и т. д.
Точность определения числа оборотов строботахометром СТ-4 составляет +1% от измеряемой величины. Потребляемая мощность от осветительной сети — около 80 вт.
Пользование строботахометром очень несложно. Сняв наружный (неподвижный) кожух центрифуги, необходимо черной или белой нитрокраской сделать какую-либо метку на роторе центрифуги (см. фиг. 91). Затем, прогрев двигатель, направить осветитель строботахометра на вращающийся ротор, установив максимальную частоту вспышек. После этого следует медленно уменьшать частоту вспышек. Двойное изображение метки (в двух противоположных точках ротора) будет свидетельствовать о том, что основная синхронизация наступит при вдвое меньшей частоте вспышек. При уменьшении частоты вспышек ровно в 2 раза будет видно одно неподвижное изображение ротора и метки на нем.
Следует помнить, что при частоте вспышек, равной х/2, Уд, 1/4.... от угловой скорости ротора, также будет видно неподвижное изображение; это может привести к неправильному определению числа оборотов. Поэтому измерения следует производить только на максимальной частоте вспышек,' при которой видна одна неподвижная метка на неподвижной роторе. Частоту вспышек отсчитывают непосредственно по шкале генератора, проградуированной в об/мин. Строботахометр имеет переключатель диапазона 300—1200, 1200—6000 и 6000—30 000 об/мин. Для нормально работающих центрифуг может быть рекомендован средний диапазон измерения 1200—6000 об/мин.
Для большинства центрифуг, выпускаемых нашей промышленностью, рекомендуется следующая последовательность операций при удалении отложений из полости ротора:
1)	снять верхний колпак корпуса центрифуги;
2)	отвернуть гайку крепления крышки ротора для центрифуг (ЗИЛ, ГАЗ, ВТЗ, НАМИ, ХТЗ, СТЗ, АТЗ) или гайку крейления всего ротора (для центрифуг УралЗИС, МТЗ);
3)	снять крышку ротора (для центрифуг УралЗИС, МТЗ . и ЛТЗ снять весь ротор);
4)	удалить специальной лопаткой отложения (для центрифуг УралЗИС, МТЗ, ЛТЗ предварительно отвернуть гайку крепления крышки ротора, при этом зажимать ротор в тиски категорически ’ запрещается);
5)	промыть крышку ротора (для центрифуг УралЗИС, МТЗ, ЛТЗ обе части ротора) в керосине или неэтилированном бензине;
6)	поставить крышку ротора на место (для центрифуг УралЗИС, МТЗ и ЛТЗ поставить ротор в сборе на место);
7)	закрыть верхний колпак корпуса центрифуги, пустить двигатель и прогреть масло до рабочей температуры; .
8)	снять верхний колпак, не останавливая двигатель, остановить ротор и посмотреть, не просачивается ли масло черев* уплотнение между корпусом и крышкой ротора; при просачивании масла подтянуть гайку крепления крышки ротора; если это не ликвидирует течь, то заменить прокладку; допускается небольшое просачивание масла через верхний подшипник ротора;
9)	окончательно закрыть колпак корпуса центрифуги;
10)	дать поработать двигателю 1—1,5 мин. со средним Числом оборотов коленчатого вала, затем выключить двигатель.
Ротор исправной и правильно собранной центрифуги должен вращаться по инерции, как было указано выше, 2,5—3 мин.
Важным фактором, обеспечивающим нормальную работу центрифуг, является применение масел, соответствующих сезону эксплуатации (зимние и летние сорта масел), так как вязкость масла существенно влияет на процесс центробежной очистки.
Учитывая распространение центрифуг на тракторах, самоходных шасси и других сельскохозяйственных машинах, длительное время работающих вдали от основных баз, следует провести широкий инструктаж механизаторов. Каждый механизатор должен правильно и своевременно очищать ротор от осадка.
ВОЗМОЖНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ И МЕТОДЫ ИХ УСТРАНЕНИЯ
При эксплуатации центрифуг может возникнуть ряд неисправностей, своевременное обнаружение и устранение которых имеет большое значение для работы всего двигателя.
Чаще всего происходит повреждение прокладок разъема ротора, которое приводит к нарушению герметичности внутренней полости ротора. Через неплотное соединение масло и увлекаемые им отложения выбрасываются в пространство между ротором и наружным колпаком, замедляют вращение ротора и, стекая в картер, загрязняют находящееся в нем масло.
Для устранения этой неисправности в большинстве тракторных центрифуг заменяют прокладки в разъеме ротора. Труднее восстановить прокладку в автомобильных центрифугах (центрифугах ЗИЛ и ГАЗ), в которых между крышкой (колпаком) ротора и его основанием имеется специальное кольцевое уплотнение, изготовленное из маслостойкой резины. Изготовить такое кольцо в условиях автохозяйства трудно; его можно достать как запасную часть или в крайнем случае заменить кольцом соответствующего размера, склеенным из сыромятного ремня. Ремень, уложенный в канавку корпуса ротора, надо склеить по косому срезу клеем для кожи.
Кроме повреждения прокладок, в центрифуге может произойти чрезмерное отложение липких примесей в маслопроводящих каналах. В этом случае центрифуга вследствие повыЩения гидродинамических сопротивлений прохождению масла будет вращаться с пониженным числом оборотов.
Заметное накопление липких смолистых примесей происходит после сравнительно долгой эксплуатации центрифуги (для тракторных центрифуг после 600—800 час. работы, для автомобильных — после 35—50 тыс. км пробега автомобиля). Накопление липких отложений (шлама) особенно опасно в полнопоточных центрифугах, в которых диаметры внутренних каналов на 30—35% меньше, чем в неполнопоточных центрифугах.
173
Для удаления отложений необходимо снять центрифугу с двигателя, разобрать и положить на несколько часов в ведро с бензолом. После этого детали промыть в неэтилированном бензине или дизельном топливе. После первой промывки в бензине или дизельном топливе рекомендуется продуть все каналы сжатым воздухом, после чего произвести вторичную промывку в чистом бензине или дизельном топливе.
При случайном падении ротора центрифуги на твердый предмет, что может произойти во время удаления отложений, бывают нарушения формы у поверхности деталей. Небольшие вмятины или царапины на боковых поверхностях ротора не оказывают существенного влияния на работу центрифуги. Самым опасным местом повреждения следует считать место уплотнения. У роторов, имеющих штампованную верхнюю часть из тонкого листового материала, при ударе возможно сплющивание (овализация) колпака. При небольшом сплющивании верхнего колпака центрифуги (разность в диаметрах 2—3 мм) колпак может быть восстановлен простым рихтованием на большой болванке, предварительно обточенной на станке. Разность диаметров болванки и колпака должна быть не более 10—15 мм. Рихтовать следует деревянным молотком до полного восстановления формы. При установке отремонтированного колпака на место необходимо внимательно следить, чтобы не повредить резиновое кольцо уплотнения.
При повреждениях сопел следует вывернуть сопло, тщательно осмотреть его отверстие, желательно через увеличительное стекло, и если повреждены входные грани отверстия или само отверстие, то необходимо изготовить (по образцу) новое сопло, возможно точнее соблюдая диаметр, длину и чистоту обработки калиброванного отверстия.
При эксплуатации центрифуг наблюдались случаи нарушения уравновешенности ротора. Являясь быстровращающейся деталью (6000—8000 об/мин), ротор на заводе-изготовителе подвергается тщательной статической и динамической балансировке. Вполне понятно, что при неаккуратном обращении с ротором балансировка может быть нарушена. Чаще всего это Происходит вследствие нарушения формы колпака ротора (вмятины) или неправильной сборки ротора.
Наблюдались случаи, когда при невнимательной сборке ротора после очистки забывали поставить прокладку под одну из гаек крепления крышки ротора центрифуги или плохо закрепляли предохранительные сетчатые колпаки с колодцев, подводящих масло к соплам, вследствие чего нарушалась балансировка ротора. При дисбалансе 10—15 гем возникает значительная вибрация ротора. При этом возможны резонансные явления, которые при несвоевременном устранении причин их возникновения приводят к поломке оси ротора. Особенно опасна поломка оси у полнопоточных центрифуг, у которых тонкие (1,5—2 мм) стенки полой оси ослаблены отверстиями для выхода масла.
174
Балансировка ротора производится обязательно в сборе, с точной фиксацией относительного расположения колпака и корпуса ротора. На балансировочных станках может быть легко достигнута динамическая балансировка с точностью 0,3—0,5 гем.
В эксплуатационных условиях, при неуравновешенности ротора (вибрации) и невозможности произвести из-за отсутствия оборудования проверку динамической балансировки, можно ограничиться проверкой статической балансировки, которую можно провести в условиях любого автохозяйства или РТС.
Для роторов с отношением диаметра к высоте не более единицы статическая балансировка дает вполне удовлетворительные результаты. Для статической балансировки ротор насаживают на специальную ось, плотно входящую в отверстия подшипников ротора, и устанавливают на две призмы, расположенные строго горизонтально. Ротор считается статически уравновешенным, если удалось добиться его безразличного равновесия на призмах.
В практике эксплуатации центрифуг иногда наблюдались случаи резкого усиления вибрации, приводящей к поломке оси центрифуги. Однако проверка показывала, что ротор динамически и статически был сбалансирован. Было замечено, что вибрации подобного рода наступали спустя несколько секунд после выключения двигателя, в период вращения ротора по инерции. При изучении этого явления оказалось, что причиной вибрации является неравномерное распределение масла в полости ротора в момент его частичного заполнения, когда определенное количество масла из него уже вытекло, а подача масла насосом вследствие остановки двигателя прекратилась.
В определенный момент, обычно когда число оборотов ротора составляло 1500—2000 в минуту, наступали резонансные явления, вследствие чего находящееся в полости ротора масло начинало сильно колебаться. Из-за наличия свободного зеркала масла равномерное распределение его относительно оси нарушалось, что являлось причиной прогрессирующего роста амплитуды колебаний, при неблагоприятных условиях приводящих к поломке оси.
Из опыта эксплуатации центрифуг следует, что онц обладают высокой степенью надежности. Приведенные выше неисправности наблюдаются редко, в основном при неправильной эксплуатации.
Лучшим методом предупреждения неисправностей центрифуг является своевременное ознакомление работников автомобильного транспорта и механизаторов сельского хозяйства с основными правилами их эксплуатации.
ПРИМЕР РАСЧЕТА ЦЕНТРИФУГИ С ГИДРОРЕАКТИВНЫМ ПРИВОДОМ
Задание. Определить для данного автомобильного карбюраторного двигателя грузового автомобиля основные размеры ротора неполнопоточной центрифуги, а также параметры гидрореактивного привода и процесса центробежной очистки масла.
Основные данные: Мощность двигателя Ne в л. с.....................
Количество масла в двигателе Go в кг...........
Плотность масла у в г/см?........‘.............
Вязкость масла р в пуазах (масло АК-Ю, tM = 75°) . . . Среднеэксплуатационный расход масла через центрифугу Q в л/мин........................................
Основные размеры центрифуги.
110
8 0,9 0,2
табл. 14):
800
5,85
2
9,3
8
0,7
0,2
1
9
Двигателю мощностью 100 л. с. соответствует центрифуга типоразмера II со следующими основными параметрами ротора (см. Емкость ротора Я в см?...............................
Радиус внутренней поверхности ротора R в см ....
Радиус колонки га в см..........................
Высота ротора (средняя) h в см..................
Плечо реактивного момента L = 21 в см...........
Радиус оси ротора 1а в см.......................
Диаметр сопла dc в см...........................
Форма сопла.....................................
Расчет параметров гидрореактивного привода
Скорость вращения ротора. Число оборотов ротора определяем по формуле _______________________________________ зо§
Входящие в уравнение коэффициенты а и b определяются по формулам:
a = 6-10-4Qp в гем;
Ь = (0,03 + 0,002р.)- 10-3Q в гем!об!мин;
а = 6-10“4.800-20	10 гем;
Ь = (0,03 4- 0,002-20)-800-10_® = 0,056 гсм/об/мин.
176
Коэффициент сжатия струи е для сопла формы 1 (отверстие в тонкой стенке), согласно табл. 23, равен 0,9.
Расход масла через ротор (Q — 9 л/мин) в слН/сек составляет
Q = -'’-^00 = 150 см3/сек.
□О
Площадь отверстия сопла
f = ^ = !3JW= 00314 см, '4	4	‘
Подставляя соответствующие значения, определяем число оборотов:
0,9-1502-4
2-981-0,9.0,0314 Ш сппп ..
П = ~~= 5000 О6/МИН-
°-056 + ~^Щ98Г—
Давление масла. Необходимое давление масла перед, центрифугой определяем по формуле
<33-4(^)2(г2-го)и2/2 P1 = Y*
Находим из табл. 24 коэффициент гидравлических потерь напора ф = 0,2 и из табл. 23 коэффициент расхода масла через-сопло р = 0,8.
Таким образом
(414.4C1GQ \ 2
о,1^иуи\ (42 — 0,72)*0,83*0,03142
Л'1 =	8-981-0,82 • 0,03142 (1 — 0,2)	г!СМ2.
Оптимальное плечо реактивного момента (проверка плеча реактивного момента на его соответствие оптимальному). Так как в автомобильном двигателе имеется ограничение по давлению масла, а не по его расходу, то оптимальное плечо (ionm = 2/onzn) определяем в зависимости от давления масла
г _ от _ л Г 2aSef , 1/ ( 2aS&f V । 30&g 1 _
bonm (РП —	[ yQ2 r \ yQ2 / jtyQ J
. Г2-10-981-0,9.0,0314	-i//2-10-981-0,9-0,0314\2 , 30-0,056-9811 _
’ L 0,9-1502	V \	0,9-1502 J 3,14-0,9.150 J
= 8,14 CM.
Так как разница между полученным, оптимальным плечом и действительным небольшая, то оставляем L = 8 см.
12 Григорьев и Покровский 457	177
Мощность гидрореактнвного привода. Мощность гидрореактнвного привода определяем по формуле
Np = m{vc~ vt) vt
_ YQ / Q g \ 2e/
anl \ anl IT J зо
0,9-150 /	150
981 I 2-0,9-0,0314
3,14-5000-4
30
3,14-5000-4	, c 1П5
-----sx-------— 1,0- 106 гсм/сек.
<JV
или
Np = 1,6 кгм!сек^ 0,02 л.с.,
Гидравлический к. п. д. привода. Гидравлический к. п. д. привода определяется по формуле
30 Ч 30 z -------
Относительный расход масла через подшипники ротора составляет Р = 0,002.
(1 — 0,002) 0,9 ( 2.0 9.0 0314
Пг“
3,14-5000 Л 3,14-5000 .
^^.0 4 2650-981
Расчет процессов центробежной очистки масла
Предельные радиусы частиц. Предельные радиусы частиц, полностью осаждающихся в роторе за один проход через него масла, для упрощения расчета определяем по номо-  граммам фиг. 5 в зависимости от числа осветления.
Число осветления определяем по формуле
о _ 2Qg	г0
Й<о2	’
где
лп	3,14-5000
®	—----57,-= 523 1/сек.
oU	oU
Для ротора без осадка
О 2-150-981 5,85 — 2	_ „й 1П ,	.
800-5232 ‘5,85 + 2 ~ 0,66-!0 см!сек.
178
В случае 50% заполнения емкости ротора осадком
Й0’5	ЙО,5(02
Гср — г о гср + г0
где
1 /~ В24-г|	1/5Ж + 22	.
Гср	=	\ -----2- = V -------------2^~~	=	4,37	СМ’
„	2-150-981	4,37 — 2	П1	2	,
В°’5	—	800-0.5-5233	'	4,37 4- 2	~ 0,1	’	10	см!сек-
Согласно номограммам предельные радиусы частиц при вязкости масла р. = 0,2 пуаза составляют:
для свободного от осадка ротора при В = 0,66-Ю-3 см/сек
Hi в г!см?................ 0,3	2,6	6,9
qk в мк  ................. 14	5	2,2
для 50% заполнения емкости ротора осадком при Во,5 = 0,1 X X 10-2 см!сек
А в г/см?................. 0,3	2,6	6,9
qk в мк................... 18	6	4
Время пребывания в картерном масле двигателя частиц загрязняющих приме-
сей. Время пребывания в масле частиц загрязняющих примесей до их удаления центрифугой определяем:
t =07 -2g-. -1  • ср ’ у Q<p ’
t — 4 6 —i. _ L ‘•max	Y Qq> •
Для ранее полученных предельных радиусов частиц при <р = 1 время пребывания их в картерном масле составляет:
. л п 8000	1 л«
tcp — °’7 -Дд"• 150.1 ~ 41 сек-’
^ах = 4,6 -^д-- 150>1 — 272 сек.
Коэффициент очистки масла в роторе и интенсивность очистки. Коэффициент очистки q> и интенсивность очистки Q<p определяем для среднего радиуса частиц е ~ 0,4- Ю~4 см при Д = 0,6 г/см9 как при роторе, свободном от осадка, так и при заполнении 50% емкости ротора осадком.
12*	179
1
При роторе, свободном от осадка,
Значение А определяем по номограмме (фиг. 2) в зависимости от произведения разделяющего фактора на разделяемость смеси: ш2й До3	5232-800-0,6-0,43-10—8	п
F Е = -Q-------~~ =------------------------= 0,007.
150-0,2
Согласно номограмме при FE — 0,007, А — 0,0035, отсюда Ф = 0,0035 5j|g22 = 0,004;
Q<p = 150-0,004 = 0,6 см?/сек.
При заполнении 50% емкости ротора осадком m А	'
<р = А —

*1^ ’
где
n	1/~;?3	+ 'о i/5,852 +	22	.
Ко,5 =	|/ ---g-----= V ----4,37	СМ:
РЕ __ 0,5(о2Й . Де2 _ 0,5-5232-800-0,6-0,42-10—8 _ Q 0Q35
— Q Ц —	150-0,2	— ’
Согласно номограмме при FE = 0,0035, А = 0,0017, отсюда
<р = 0,0017 4-5^^ = 0,0022;
Q<p = 150-0,0022 = 0,32 см3/сек.
Концентрация загрязняющих примесей в масле. Определим ориентировочно концентрацию загрязнения в масле за время работы двигателя, равное 100 час.:
(V \ ' 
При ориентировочном определении концентрации расчет ведется при условии 50% заполнения ротора осадком, среднем эквивалентном радиусе частиц — 0,4-10"* и Л = 0,6 г!см3.
Скорость поступления загрязняющих примесей в масло
«о = N^a-
180
Удельная скорость поступления загрязняющих примесей в масло согласно табл. 5:
g3 = 0,02 г/л. с. ч.\
а0 = “збоТ = °-61 ’10-3 г/сек-
Ранее было определено, что для Q = 0,4-Ю4 см при Л = = 0,6 г/см*
Q<p — 0,32 смМсек:,
I	0,9-0,32-3,6-10»\
Г — 100-0,61 • ]°~3 t _ р «000	_ л 99
0,9-0,32 Vе	/
Заполнение емкости ротора осадком. Заполнение емкости ротора осадком за 100 час. работы определяем по формуле
ДУ = Д^-.Ю0.
Количество загрязняющих примесей, удержанных центрифугой, в сухой фазе
Д& =	+ 0,01Go (х “ хо) =
= 0,61 • 10-3 • 3,6 • 105 + 0,01 • 8000 (0,22 — 0) = 202 г.
Коэффициент перевода веса сухой фазы осадка в объем всего осадка е = 3.
^Заполнение емкости ротора осадком
ду __ 202 • 3 • 100_ 750/
~	800	-'° о-
ЛИТЕРАТУРА
1_	АДам°вич А. В., Характеристики фильтров тонкой очистки масла Машгиз, 1952.	’
2-	Адамович А. В., Григорьев М. А., Лебедев С. А. Центробежные фильтры для очистки масла в автомобилях, «Автомобильная и тракторная промышленность» № 8, 1955.
3.	Б р е м е р Г. И., Жидкостные сепараторы, Машгиз, М. 1957.
4.	Григорьев М. А., Исследование работы автомобильных центробежных маслоочистителен с гидрореактивным приводом, Диссертация к. т. н М. 1959.	* ’’
5.	Григорьев М. А., Расчет центробежной очистки масла, «Автомобильная промышленность» № 12, 1959.
6.	Григорьев М. А., Энергетический расчет гидрореактнвного привода центрифуг, «Автомобильная промышленность» № 9, 1959.
7.	К о ш у б а Б. П. Гордзиевский В. Н., Реактивная масляная центрифуга двигателя ДТ-54, «Автомобильная и тракторная промышленность» № 10, 1955.
8.	П о к р о в с к и й Г. П., Автомобильные и тракторные центрифуги • Машгиз, 1959.	г“.’ • ,
9.	Рамайя К. С., Л е б ед е в С. А., 3 а в е л ь с к и й В. С., Г ритор ь е в М. А., Влияние загрязнения масла на износ двигателя, «Автомобильная промышленность» № 1, 1959.
10.	С о к о л о в В. И., Центрифуги, Машгиз, 1950.
11.	Ш а п ш а л Б. Г., Т и т к о в А. И., Ц е й с л е р А. И., Центробежная очистка масла в автомобильных двигателях, «Автомобильная и тракторная про- ' мышленность» № 10, 1956.
12.	Е v а п s Н. С. and Matthews 1. В., «Journal of the of Petroleum» vol. 39, № 355, VI1, 1953.	’
c J3/ w a t s О," С. E., H a п 1 у К. T„ Burchel R. W., «Abrasive Wear of Piston Ringe SAE, 11—14/1, 1955 (Preprint).
silvana
ЗАМЕЧЕННЫЕ ОПЕЧАТКИ
Стр.	Строка	Напечатано	Должно быть
125	12-я сверху	vl	vl
	18-я снизу	vc	
130		2	4
M. А. Григорьев, Г. П. Покровский. Автомобильные в тракторные центрифуги. Зак. 457
Михаил Александрович Григорьев и Георгий Павлович Покровский
АВТОМОБИЛЬНЫЕ И ТРАКТОРНЫЕ ЦЕНТРИФУГИ
Технический редактор”Л. %. Тиханов Корректор О. И. Семенова Переплет художника Л. С. Рыбакова
Сдано в производство 19/1 1961 г.
Подписано к печати 11/IV 1961 г,	Т-04842
Тираж 4000 экз.	Печ. л. 11,75 (1 вкл.)
Бум. л. 5,88. Уч,-изд. л. 11,5 Формат 60 x 92/16 Заказ 457
Типография № 6 УПП Ленсовнархоза, Ленинград, ул. Моисеенко, 10
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ............................................................ 8
Теория центробежной очистки масла.................................... 5
Основные положения............................................... 5
Процессы центрифугирования масла за один его проход через ротор 8
Центробежная очистка всего объема масла в двигателе............. 24
Расчет центробежной очистки при использовании специальной орга-
низации движения масла в роторе............................... 29
Центробежная очистка загрязненных моторных масел.................... 37
Продукты загрязнения моторных масел............................. 37
Факторы, влияющие на скорость загрязнения масла в двигателе 42 Методы экспериментального исследования процессов центробежной
очистки масла.................................................. 47
Динамика процессов центрифугирования загрязненных масел ....	52
Влияние различных факторов на эффективность центробежной очистки
масла ........................................................ 60
Конструкции автомобильных и тракторных центрифуг.................... 72
Классификация систем приводов................................... 72
Схемы включения центрифуг в масляную систему двигателя.......... 76
Примеры выполненных конструкций................................. 84
Перспективы развития автомобильных и тракторных центрифуг 118
Гидравлический реактивный привод центрифуг........................... 124
Теоретические предпосылки и основы расчета....................... 124
Энергетический баланс гидрореактнвного привода ротора центрифуги 132
Экспериментальные исследования гидрореактнвного привода ротора 140
Особенности центробежной очистки масла............................. 156
Состояние масла при центробежной очистке......................  156
Влияние центробежной очистки на износ основных трущихся деталей двйгателя .............................................
Центробежная очистка масел с присадками................
Эксплуатация и техническое обслуживание центрифуг.........
Организация технического обслуживания..................
Возможные неисправности и методы их устранения.........
Пример расчета центрифуги с гидрореактивным приводом......
Литература ...............................................
Приложение. Диаграмма для определения числа Рейнольдса (вклейка)