Кавитация
Кавитация вызывается потоком смазочного материала через зазор в подшипнике. Решающую роль при этом играет давление пара используемого масла.
Точнее, кавитация – это лишь физический процесс образования в жидкости пузырьков пара, который сам по себе еще не вызывает повреждения подшипника. К появлению соответствующей картины повреждения приводит кавитационная эрозия и типичный для нее съем материала, причиной которого является схлопывание пузырьков пара в областях давления ниже давления пара (кавитация кавитационная эрозия). Картины некоторых повреждений, несмотря на различные пути их возникновения, с трудом позволяют различить кавитацию, эрозию и коррозию. Часто встречаются сложные переходные формы, например, кавитационная или эрозионная коррозия. Это объясняется тем, что как кавитация, так и эрозия разрушают антикоррозионные слои, повышая их химическую активность, в результате чего может возникнуть коррозия.
Точнее, кавитация – это лишь физический процесс образования в жидкости пузырьков пара, который сам по себе еще не вызывает повреждения подшипника. К появлению соответствующей картины повреждения приводит кавитационная эрозия и типичный для нее съем материала, причиной которого является схлопывание пузырьков пара в областях давления ниже давления пара (кавитация кавитационная эрозия). Картины некоторых повреждений, несмотря на различные пути их возникновения, с трудом позволяют различить кавитацию, эрозию и коррозию. Часто встречаются сложные переходные формы, например, кавитационная или эрозионная коррозия. Это объясняется тем, что как кавитация, так и эрозия разрушают антикоррозионные слои, повышая их химическую активность, в результате чего может возникнуть коррозия.
Описание повреждения
В случае недостижения значения давления пара используемого масла образуются пузырьки газа и пара, передаваемые потоком дальше. Этот процесс называют кавитацией. Когда статическое давление снова повышается, пузырьки разрушаются в результате схлопывания, что приводит к сильным гидравлическим ударам – так называемым микроструйкам – и увеличению температуры. Гидравлические удары вызывают выкрашивание и съем материала, т. е. кавитационную эрозию.
Образование и увеличение кавитационного пузыря -> Начало схлопывания -> Образование микроструйки -> Проникновение микроструйки через кавитационный пузырь и попадание ее на поверхность
- Кавитация в области утончения: точечное или грибовидное поражение в области утончения по направлению к поверхности разъема, матовая и сильно шероховатая поверхность
- Кавитация на конце масляной канавки: грибовидное поражение на конце масляной канавки, матовая и шероховатая поверхность
Кавитация может возникнуть также в других областях подшипника, например, на гребне. Однако эти формы намного сложнее отличить от эрозии и коррозии. Обычно при этом не наблюдается выкрашивания материала, как у указанных выше форм, а образуются матовые, слегка шероховатые места, которые также могут быть следствием эрозии или коррозии.
Вкладыш шатунного подшипника со стороны крышки, композит сталь-алюминий
Кавитация в области утончения: виден значительный съем материала – матовое место поражения в сравнении с остальной поверхностью материала.
Верхние вкладыши коренных подшипников, композит сталь-алюминий
Кавитация на конце масляной канавки: видно грибовидное поражение подшипникового материала. В сравнении с остальной поверхностью материала место поражения имеет ярко выраженную матовую и шероховатую поверхность.
Кавитация в области утончения: виден значительный съем материала – матовое место поражения в сравнении с остальной поверхностью материала.
Верхние вкладыши коренных подшипников, композит сталь-алюминий
Кавитация на конце масляной канавки: видно грибовидное поражение подшипникового материала. В сравнении с остальной поверхностью материала место поражения имеет ярко выраженную матовую и шероховатую поверхность.
Оценка повреждения
Гидравлические удары, возникающие в результате разрушения пузырьков газа и пара вблизи поверхности подшипника, вызывают выкрашивание материала. Кавитация часто сопровождается эрозией и коррозией, а также может привести к образованию бороздок на самом подшипнике или на соседнем подшипнике.
Возможныe причины
Высокая температура и низкокипящие примеси способствуют кавитации:
Кавитация под действием колебаний или подсоса:
Кавитация в потоке:
неровности поверхности (отверстия для смазки, масляные канавки) и отклонения потока масла могут привести к снижению давления.
- содержащиеся в масле примеси: вода, топливо или продукты истирания и грязь;
- слишком низкое давление масла: имеются непредвиденные потери давления (например, из-за поврежденного масляного насоса) или задано слишком низкое давление масла;
- слишком низкое давление пара используемого масла;
- повышение температуры в подшипнике (например, из-за недостаточной подачи масла);
- низковязкие масла повышают риск появления кавитации;
- пустоты/частицы (например, oтложения масляного нагара) на обратной стороне вкладыша подшипника могут привести к колебаниям/вибрациям вкладыша подшипника и вызвать тем самым кавитацию.
Кавитация под действием колебаний или подсоса:
- из-за слишком большого зазора для смазочного материала снижается гидродинамическое давление в зазоре подшипника;
- колебания коленчатого вала: движение шейки вызывает v подсоса;
- колебания отверстия под подшипник (обычно в головках шатунов) из-за деформации или изгиба – происходит снижение давления в масляной пленке.
Кавитация в потоке:
неровности поверхности (отверстия для смазки, масляные канавки) и отклонения потока масла могут привести к снижению давления.
Меры по устранению
Подшипники, в которых наблюдается кавитация, не требуют замены. В зависимости от степени кавитации, из-за воздействия на динамические характеристики подшипника возможно снижение срока службы. Но полного повреждения опасаться не следует.
- Использовать качественные масла и регулярно заменять масло и фильтр согласно данным изготовителя.
- Проверить давление масла, при необходимости подрегулировать.
- Использовать масло с более высоким значением давления пара: однако масло должно подходить для всех компонентов двигателя, при необходимости проконсультироваться с изготовителем.
- Проверить зазор для смазочного материала, при необходимости подрегулировать зазор в подшипнике.
- Проверить подверженность двигателя колебательным нагрузкам (вибрациям).
- Проверить масло на разжижение топливом.