Kawitacja
Kawitacja jest powodowana przepływem smaru przez szczelinę łożyska. Decydującą rolę odgrywa przy tym ciśnienia pary stosowanego oleju.
Precyzyjna definicja kawitacji to tylko proces fizyczny, polegający na powstawania pęcherzyków pary w cieczy, niepowodujący jako taki żadnych uszkodzeń łożyska. Dopiero erozja kawitacyjna opisuje przynależny obraz uszkodzenia przez typowy w tym przypadku ubytek materiału, powodowany przez implozję pęcherzyków pary w obszarach ciśnienia niższego od ciśnienia pary (kawitacja erozja kawitacyjna). W przypadku niektórych obrazów uszkodzenia trudno jest rozróżnić kawitację, erozję i korozję. Często występują także skomplikowane formy przejściowe w postaci erozji kawitacyjnej lub korozji erozyjnej. Zjawisko to można wytłumaczyć faktem, że zarówno kawitacja jak i erozja atakują warstwy zapobiegające korozji, aktywują je chemicznie i powodują w konsekwencji występowanie korozji.
Precyzyjna definicja kawitacji to tylko proces fizyczny, polegający na powstawania pęcherzyków pary w cieczy, niepowodujący jako taki żadnych uszkodzeń łożyska. Dopiero erozja kawitacyjna opisuje przynależny obraz uszkodzenia przez typowy w tym przypadku ubytek materiału, powodowany przez implozję pęcherzyków pary w obszarach ciśnienia niższego od ciśnienia pary (kawitacja erozja kawitacyjna). W przypadku niektórych obrazów uszkodzenia trudno jest rozróżnić kawitację, erozję i korozję. Często występują także skomplikowane formy przejściowe w postaci erozji kawitacyjnej lub korozji erozyjnej. Zjawisko to można wytłumaczyć faktem, że zarówno kawitacja jak i erozja atakują warstwy zapobiegające korozji, aktywują je chemicznie i powodują w konsekwencji występowanie korozji.
Opis
Jeżeli ciśnienie spadnie poniżej ciśnienia pary stosowanego oleju, powstają pęcherzyków gazu i pary, porywane przez strumień cieczy. To zjawisko jest określane jako kawitacja. Gdy ciśnienie statyczne ponownie wzrośnie, pęcherzyki ulegają implozji, powodując silne udary ciśnieniowe – tak zwane mikroodrzuty – oraz wysokie temperatury. Udary ciśnieniowe prowadzą do wykruszania i ubytków materiału, czyli erozji kawitacyjnej.
Pęcherzyk kawitacyjny powstaje i rośnie -> Rozpoczyna się implozja -> Powstaje mikroodrzut -> Mikroodrzut przebija się przez pęcherzyk kawitacyjny i uderza w powierzchnię
- Kawitacja w podcięciu, punktowe lub grzybkowe wykruszenie w podcięciu w kierunku do powierzchni podziału, wyraźnie chropowate i matowe miejsce
- Kawitacja na wylocie rowka olejowego: grzybkowe wykruszenie na wylocie rowka olejowego, chropowate i matowe miejsce
Kawitacja może występować także w innych obszarach łożyska, np. w jego wierzchołku. Te postacie jest jednak znacznie trudniej odróżnić od erozji i korozji. Z reguły nie występują wykruszenia materiału jak w przypadku obu powyższych postaci, lecz tylko matowe, nieco chropowate miejsca, które mogą być też następstwem erozji lub korozji.
Panewka łożyska korbowego od strony pokrywy, wykonana z kompozytu stalowo-aluminiowego
Kawitacja w podcięciu: widoczne są wyraźne ubytki materiału – w porównaniu do otaczającego materiału ta strefa jest matowa.
Górne panewki łożyska głównego, wykonane z kompozytu stalowoaluminiowego
Kawitacja na wylocie rowka olejowego: widoczne jest grzybkowe wykruszenie materiału łożyska. W porównaniu do otaczającego materiału ta strefa jest bardziej matowa i chropowata.
Kawitacja w podcięciu: widoczne są wyraźne ubytki materiału – w porównaniu do otaczającego materiału ta strefa jest matowa.
Górne panewki łożyska głównego, wykonane z kompozytu stalowoaluminiowego
Kawitacja na wylocie rowka olejowego: widoczne jest grzybkowe wykruszenie materiału łożyska. W porównaniu do otaczającego materiału ta strefa jest bardziej matowa i chropowata.
Ocena
Udary ciśnienia wskutek implozji pęcherzyków gazu i pary w pobliżu powierzchni łożyska powodują wykruszenia materiału (patrz rozdział „4. Erozja i kawitacja”). Kawitacja często występuje razem z erozją i korozją, mogąc prowadzić do powstawania delikatnych rowków w danym łożysku lub w łożyskach sąsiednich.
Możliwe przyczyny
Wysokie temperatury oraz dodatki o niskiej temperaturze wrzenia mogą wspomagać występowanie kawitacji.
Kawitacja wskutek drgań lub procesu zasysania:
Kawitacja przepływowa:
Nieciągłości powierzchni (kanały i rowki olejowe) oraz zmiany kierunku przepływu oleju mogą powodować spadek ciśnienia
- Dodatki w oleju: woda, paliwo lub starty materiał i zanieczyszczenia
- Zbyt niskie ciśnienie oleju: występują nieprzewidziane straty ciśnienia (np. wskutek uszkodzenia pompy oleju) lub ustawione jest zbyt niskie ciśnienie oleju
- Za niskie ciśnienie pary stosowanego oleju
- Wzrost temperatury w łożysku (np. wskutek braku oleju)
- Oleje o niskiej lepkości zwiększają niebezpieczeństwo kawitacji
- Puste przestrzenie lub podkładki (np. osady nagaru olejowego) na grzbiecie łożyska mogą powodować drgania lub wibracje panewki łożyska, prowadzące do kawitacji
Kawitacja wskutek drgań lub procesu zasysania:
- Szczelina smaru jest zbyt duża, co powoduje spadek ciśnienia hydrodynamicznego w szczelinie
- Drgania wału korbowego: wskutek jednostronnie występującego działania ssącego ruch czopów powoduje spadek ciśnienia
- Drgania otworu łożyska (z reguły w przypadku główek korbowodów) wskutek odkształcenia lub zginania powodują spadek ciśnienia w filmie olejowym
Kawitacja przepływowa:
Nieciągłości powierzchni (kanały i rowki olejowe) oraz zmiany kierunku przepływu oleju mogą powodować spadek ciśnienia
Środki zaradcze
Łożyska z występującą kawitacją nie muszą być wymieniane. Jednak w zależności od rozmiarów kawitacji możliwy jest spadek żywotności łożyska wskutek negatywnego wpływu na jego dynamikę. Nie powinno jednak dojść do całkowitego zniszczenia łożyska.
- Stosować oleje wysokiej jakości i regularnie wymieniać olej i filtr oleju zgodnie z wymaganiami producenta
- Sprawdzić i ewentualnie wyregulować ciśnienie oleju
- Zastosować olej o wyższym ciśnieniu pary: olej musi być jednak kompatybilny ze wszystkimi podzespołami silnika, ewentualnie skonsultować się z producentem
- Sprawdzić szczelinę smaru i ewentualnie wyregulować luz łożyskowy
- Sprawdzić obciążenia drgające (wibracje) silnika
- Sprawdzić olej, czy nie jest rozcieńczony paliwem