СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ УЗЛОВ И АГРЕГАТОВ ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Российский патент 2005 года по МПК C23C26/00 

Изобретение относится к тепловым двигателям, в частности к способам комплексной обработки поверхностей узлов и агрегатов тепловых двигателей.

Тепловые двигатели находят широкое применение на транспорте, в энергетике, машиностроении, сельском хозяйстве и быту.

Поэтому в настоящее время разработаны различные способы восстановления рабочих поверхностей узлов и агрегатов двигателей путем предупреждения усталости металлов коррозионной прочности рабочих поверхностей, улучшения антифрикционных свойств, которые приводят к продлению сроков эксплуатации двигателей, снижению энергопотребления и расхода горючесмазочных материалов, улучшению экологической обстановки путем снижения вредных выбросов и шума.

Известен способ безразборного восстановления эксплуатационных параметров пар трения (патент РФ №2199609, МКИ С 23 С 26/00, В 23 Р 6/00, 2001), включающий предварительную подготовку ремонтно-восстановительного состава, подачу этого состава в зону трения, формирование на поверхности трения, в местах максимальных напряжений и интенсивного износа металлокерамического покрытия в режиме штатной работы. Ремонтно-восстановительный состав содержит базовое масло и порошок с дисперсностью не более 40 мкм, полученный искусственным путем из промышленно производимых химических реактивов. Основу порошка составляет аморфная двуокись кремния в сочетании с магниевыми силикатами, ферросиликатами, алюмосиликатами и катализатор при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Аморфная двуокись кремния 20-70

Магниевые силикаты 10-50

Ферросиликаты 5-25

Алюмосиликаты 2-15

Катализатор Остальное

Причем порошок составляет до 30 мас.% ремонтно-восстановительного состава, а базовое масло - остальное.

В качестве катализатора используют промышленно производимые видоизменения углерода или смесь промышленно производимых видоизменений углерода: графита и черного углерода. Количество катализатора выбирают от 0,01%.

К недостаткам известного способа безразборного восстановления эксплуатационных параметров пар трения относятся:

- не имеет возможности оценить рабочее состояние узла без разборки последнего;

- необходимость в индивидуальном подборе количественных составляющих порошка и катализатора для каждого механизма.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому решению является способ модификации железосодержащих поверхностей узлов трения (патент РФ №2201999, МКИ С 23 С 24/02, 26/00//, В 23 Р 6/02, 2001). Способ заключается в том, что в зону обработки поверхностей трения подают предварительно приготовленную технологическую среду, содержащую углеводородный носитель и 0,008-0,03 мас.% предварительно измельченной смеси минералов α-хризотила, ортохризотила, лизардита ленточного, доломита, катализатора и поверхностно-активного вещества (ПАВ) при следующем соотношении их в смеси, мас.%:

α-Хризотил 25-35

Ортохризотил 35-45

Лизардит ленточный 5-15

Доломит 5-15

Катализатор 2-5

ПАВ 5-8

Дисперсность частиц минеральных компонентов и катализатора составляет 0,1-4,0 мкм. В качестве катализатора используются оксиды редкоземельных металлов, платины или их смеси, а в качестве ПАВ используется натрий азотистокислый, или натрий двууглекислый, или никель азотнокислый.

Модификация узлов трения известным способом позволяет увеличить долговечность трущихся металлических поверхностей.

Однако известный способ обладает рядом недостатков.

Высокая сложность технологического процесса отбора минерального сырья ультрабазитовых пород.

Необходимость в проведении обогащения минералов путем очистки их от примесей, в том числе с использованием отмывки в воде α-хризотила и ортохризотила, обработки их 20%-ной уксусной кислотой, лизардит ленточный отмывается и обрабатывается соляной кислотой при температуре 95°С, а после обогащения их сушат и проводят магнитную сепарацию.

Кроме того, в известном способе приходится измельчать каждый компонент до дисперсности 0,1-4,0 мкм и затем их смешивать. Смешивание состава из отдельных диспергированных материалов требует специальной аппаратуры.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности работы тепловых двигателей за счет увеличения коэффициента полезного действия, снижения расхода горючесмазочных материалов и увеличения межремонтного пробега, снижение нагрузки на экологию и увеличение компрессии двигателя.

Для решения поставленной задачи в известном способе, включающем подачу в зону обработки поверхностей трения предварительно приготовленной технологической среды, содержащей углеводородный носитель, предварительно измельченный минеральный порошок и катализатор, в качестве минерального порошка используют активированный базальт с дисперсностью до 5 мкм, а в качестве катализатора - спирты.

Так как активированный базальт обладает высокими энергетическими свойствами, то введение смеси базальта и катализатора, позволяет свободным ионам металлов из смеси внедрятся в базовый металл, образуя на поверхности трооститную структуру, по композиции близкую к перлиту, обладающему высокой прочностью и пластичностью. Это приводит к восстановлению рабочих поверхностей узлов и агрегатов, в том числе и подшипников, предупреждению усталости металла, увеличиению коррозионной стойкости, когезионной прочности рабочих поверхностей, улучшению антифрикционных свойств. В результате чего увеличивается срок безремонтной эксплуатации двигателей, снижается энергопотребление и расход горючесмазочных материалов, улучшается экологическая обстановка путем снижения вредных выбросов и шума.

Способ осуществляется следующим образом.

Тепловой двигатель рассматривается как система, имеющая более 90 процентов подвижных сопряжений, подвергающихся воздействию трения и ударов, в которой при работе протекают механохимические процессы с выделением энергии и появлением трибоплазмы. Состав, приготовленный из порошка активированного базальта, обладающего высокими энергетическими свойствами, и спиртового катализатора, вводят внутрь теплового двигателя. При введении состава внутрь теплового двигателя и начала приработки через системы охлаждения и смазки состав доставляется во все трущиеся узлы. Зоны сопряжения узлов превращаются в зоны активного внедрения свободных ионов металлов из состава в базовый металл, образуя при этом трооститную структуру, по композиции близкую к перлиту, обладающему высокой прочностью и пластичностью. Присутствие в зонах трения высокого давления (кривошипно-шатунный механизм) трибоплазмы позволяет получать также и поверхностный слой металла, близкий к заводским параметрам узлов трения. Кроме этого, присутствие трибоплазмы в зоне сопряжения поршень - гильза создает достаточно высокий потенциал термоЭДС, а в момент вспышки рабочей смеси, при давлении 3,5-5,0 МПа и температуре 2200~2500°С, происходит дифракция термоЭДС, что приводит к появлению трибоплазмы в зоне верхней части поршня и повышению компрессии вне зависимости от состояния системы колец (компрессионных и маслосъемных).

Примеры реализации способа.

Пример 1.

Двигатель автомобиля “УАЗ-452” 1995 г. выпуска, установленный на скорой помощи, эксплуатирующийся в повышенном режиме. Компрессия в цилиндрах двигателя составила: в первом - 0,88; во втором - 3,5; в третьем - 3,2; в четвертом - 2,8. Компрессия замерялась техническим персоналом с использованием штатного компрессометра с ценой деления 0,5 кг/см². В двигатель был введен состав из смеси порошка активированного базальта и спиртового катализатора из расчета 1 г порошка и 10 г катализатора на 1 литр рабочего масла. Через 15 минут работы двигателя компрессия цилиндрах составила: в первом - 3,8; во втором - 4,0; в третьем - 4,0; в четвертом - 3,8.

Через 500 км пробега в цилиндрах двигателя была замерена компрессия, которая составила: в первом - 6,0; во втором - 6,0; в третьем - 6,0; в четвертом - 6,0. После проведения промывки, выполнена замена масла и масляного фильтра и проведена повторная обработка составом в тех же пропорциях. Через 15 минут работы компрессия в цилиндрах двигателя составила: в первом - 7,0; во втором - 7,0; в третьем - 7,0; в четвертом - 7,0. Через 5000 км автомобиль был поставлен на ремонт. Двигатель разобран и осмотрен. Установлено, что внутренняя поверхность двигателя очищена от нагаров, в местах трения (коленчатый вал, распределительные валы) обнаружено наличие пленок повышенной твердости серого цвета. Замеры показали, что параметры узлов близки к техническим характеристикам завода изготовителя.

Пример 2.

Автобус “Икарус”, 1981 г. выпуска. Двигатель работал в режиме повышенной температуры охлаждающей жидкости (более 95°С), наблюдалось поступление газов в систему охлаждения, повышенная задымленность выхлопа при работе двигателя, шум вагрегатах трансмиссии при движении и переключении скоростей. Компрессия, замеренная в цилиндрах двигателя имела следующие показатели: в первом - 26 кгс/см²; во втором - 27 кгс/см²; в третьем 25 - кгс/см²; в четвертом - 26 кгс/см²; в пятом - 25 кгс/см²; в шестом - 25 кгс/см². Автобус был подготовлен для проведения ремонта двигателя с заменой шатунно-поршневой группы, а также профилактического ремонта агрегатов. По согласованию с руководством предприятия было решено провести комплексную обработку двигателя и агрегатов смесью порошка из активированного базальта и спиртового катализатора. Смесь порошка из базальта дисперсностью до 5 мкм в количестве 1 г и катализатора в количестве 10 г на 1 литр технологической среды была введена в жидкость системы охлаждения двигателя. Отмечено, что через 100 км пробега температура двигателя снизилась до нормативного эксплуатационного значения (80°С). Повторная обработка системы охлаждения выполнялась по такой же схеме через 500 км пробега автобуса. Еще через 500 км отмечено прекращение поступления газов в систему охлаждения двигателя. Была произведена полная замена охлаждающей жидкости с промывкой системы охлаждения двигателя. В промывной воде наблюдалось наличие большого количества частиц накипи.

На следующем этапе смесь порошка и катализатора в аналогичной пропорции была введена через горловину непосредственно в двигатель в старое рабочее масло. Двигатель был запущен и работал в штатном режиме. Через 500 км пробега замер компрессии в цилиндрах двигателя был проведен повторно и показал, что компрессия составила: в первом - 29 кгс/см²; во втором - 30 кгс/см²; в третьем 29 - кгс/см²; в четвертом - 29 кгс/см²; в пятом - 28 кгс/см²; в шестом - 29 кгс/см². Из двигателя было удалено масло, в котором отмечено высокое содержание частиц нагара и продуктов трения. Двигатель был промыт промывочным раствором, проведена замена масла и масляного фильтра. Затем в двигатель в новое масло была введена смесь порошка и катализатора по схеме, аналогичной первой обработке. Автобус был передан в эксплуатацию.

На третьем этапе комплексной обработки проводилась обработка трансмиссии, подшипников навесного оборудования и подшипников ступиц колес автобуса. В рабочую технологическую среду через заливные отверстия была введена смесь порошка и катализатора в количестве 0,02 мас.%. Через 200 км пробега шум в коробке передач и заднем мосту трансмиссии прекратился. Уменьшился выброс CO₂ и СН, расход топлива снизился на 18%. Через 5000 км пробега автобус был поставлен для проверки результатов обработки. Технические результаты проверки показали, что:

1. Система охлаждения полностью очищена от накипи.

2. Внутренняя поверхность и узлы двигателя, канавки поршней, маслосъемные кольца, газораспределительный механизм (рабочие поверхности клапанов) очищены от нагара, герметичность прокладок восстановилась.

3. Все подвижные детали двигателя очищены от продуктов нагара масла, шейки коленчатого и распределительного валов востановлены до эксплуатационных параметров и имеют покрытие серого цвета.

4. Резино-технические изделия сохранили свои эксплуатационные характеристики.

5. Шестерни, коробки передач заднего моста, подшипники качения, скольжения, а также подшипники колес восстановились до эксплуатационных параметров. Люфт коробки передачи не превысил 12°, а люфт заднего моста не превысил 60° (проверка проводилась прибором К-428).

6. Ревизия узлов и агрегатов двигателя и трансмиссии показала, что в результате комплексной обработки узлов и агрегатов двигателя, а также трансмиссии их состояние близко или же соответствует эксплуатационным параметрам. Это позволяет сделать вывод, что данное изобретение позволяет проводить планово-предупредительные ремонты узлов и агрегатов тепловых двигателей без разборки. После ревизии, осмотра, смены смазки, двигатель был собран и запущен в эксплуатацию. Очередные смены масла проводятся через 90000 км с обязательным введением в технологическую среду двигателя смеси порошка базальта и спиртового катализатора в концентрации 0,001 мас.%. В результате обработок автобус работает в экономичном режиме, шум и вредные выбросы сведены к минимуму.

Приведенные примеры показывают, что в результате использования предлагаемого технического решения обеспечивается восстановление основных эксплуатационных параметров узлов и агрегатов тепловых двигателей, улучшаются антифрикционные показатели, снижаются энергетические потери.

Изобретение относится к тепловым двигателям, в частности к способам комплексной обработки поверхностей узлов и агрегатов тепловых двигателей. Предложенный способ включает подачу в зону обработки поверхностей трения предварительно приготовленной технологической среды, содержащей углеводородный носитель, предварительно измельченный минеральный порошок и катализатор. В качестве минерального порошка используют активированный базальт с дисперсностью до 5 мкм, а в качестве катализатора - спирты. Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы тепловых двигателей за счет увеличения коэффициента полезного действия, снижения расхода горючесмазочных материалов и увеличения межремонтного пробега, снижение нагрузки на экологию и увеличение компрессии двигателя.

Способ обработки поверхностей узлов и агрегатов тепловых двигателей, включающий подачу в зону обработки поверхностей трения предварительно приготовленной технологической среды, содержащей углеводородный носитель, предварительно измельченный минеральный порошок и катализатор, отличающийся тем, что в качестве минерального порошка используют активированный базальт с дисперсностью до 5 мкм, а в качестве катализатора - спирты.