Что такое гильза и ее применение в двигателях

Герметические электронасосы с экранированным электродвигателем. Общая характеристика конструкций.

Характерным элементом герметических электронасосов с экранированным электродвигателем является экранирующая гильза, устанавливаемая в зазор между статором и ротором электродвигателя и защищающая обмотки и железо статора от воздействия рабочей среды. В зависимости от способа крепления экранирующих гильз к фланцам статора герметические электронасосы с экранированным двигателем могут разделяться на насосы с приварными и съемными гильзами.

По конструктивному исполнению герметические насосы делятся на вертикальные и горизонтальные.

Большое многообразие конструктивных решений объясняется тем, что каждая из конструкций имеет свои положительные качества и недостатки, и условия работы насоса определяют выбор конструкции.

Погружные насосы с приварными гильзами, хотя и являются с точки зрения герметизации наиболее надежными, в эксплуатации, особенно при работе с агрессивными средами, оказались неудобными, так как при выходе гильзы из строя вследствие коррозии невозможна ее замена. В отдельных конструкциях с приварными гильзами при выходе обмоток статора из строя невозможно произвести разборку статора и ремонт без отрезки гильзы и приварки на ее место новой. Такие работы в связи с их сложностью возможны только на заводе-изготовителе, что сильно затрудняет эксплуатацию таких электронасосов на химических производствах. Применение толстых гильз в этих случаях повышает долговечность насосов, но значительно ухудшает к. п. д. и при этом вызывает увеличение габаритов при той же полезной мощности. Герметические электронасосы с отъемными гильзами не имеют перечисленных недостатков, однако при эксплуатации их необходимо более тщательно следить за герметичностью системы при сборках, вводить дополнительный контроль гидравлическим испытанием. При ревизиях таких насосов необходимо соблюдать осторожность и не допускать повреждения сопрягаемых уплотняющих поверхностей. Насосы с отъемными гильзами, также как и с приварными, могут работать при вибрациях и ударах.

Выбор вертикального или горизонтального исполнения насосов зависит в основном от типа применяемых подшипников.

Если требуется полная чистота продукта при перекачивании маловязких сред целесообразно применение гидростатических подшипников, смазываемых той же рабочей жидкостью, подаваемой под давлением из напорной полости насоса, либо от специального насоса автономного контура. В период пусков и остановок в подшипниках таких насосов имеет место полусухое трение, вследствие того, что отсутствует давление в насосе. Поверхности подшипников при этом подвергаются износу.

У насосов горизонтального исполнения круглый вкладыш подшипника начнет изнашиваться в одну сторону от действия нагрузок от сил веса. Подшипник разрабатывается, и форма вместо круглой становится овальной. Эта форма не может обеспечить симметрии потока в подшипнике, поэтому работа подшипника ухудшается.

У вертикальных конструкций в момент пусков и остановок износу подвергаются только пяты, при этом при весьма значительном износе сохраняется полная работоспособность машины. Для электронасосов на шарикоподшипниках или подшипниках, смазываемых маслами, исполнение может быть любым, как горизонтальным, так и вертикальным. Применение таких подшипников возможно в тех случаях, когда по условиям эксплуатации допускается попадание смазки в перекачиваемую жидкость. При применении подшипников из твердых материалов (керамик и специальных сплавов) при малых удельных давлениях на поверхности подшипников могут быть приняты горизонтальные конструкции насосов; при больших удельных нагрузках — вертикальные.

Необходимость перехода к вертикальным конструкциям обусловливается неравномерностью износа по окружности во время пусков и остановок насоса.

В большинстве конструкций герметических насосов с экранированным электродвигателем пакет железа ротора защищен от воздействия рабочей среды защитной гильзой, приваренной к щекам ротора таким образом, что образуется соединение, непроницаемое для жидкостей и газов.

Как экранирующая, так и защитная гильзы ротора должны изготавливаться из немагнитных или маломагнитных материалов с большим удельным сопротивлением и относительной магнитной проницаемостью, близкой к единице.

Обычно применяются для изготовления гильз стали марок 0Х18Н10Т; Х18Н10Т; Х18Н12М2Т; Х18Н12МЗТ. Лучшим конструкционным материалом для гильз являются титановые сплавы, имеющие более высокое удельное электросопротивление и большую прочность при той же толщине гильзы. Экранирующие гильзы из пластмасс имеют меньшие коэффициенты электрического сопротивления, но недостаточные прочностные характеристики материалов ограничивают область применения таких гильз.

Для уменьшения электрических потерь в экранирующих гильзах целесообразно гильзы изготавливать минимально возможной толщины, длины и диаметра.

Как уже упоминалось, разделение полости статора и ротора в насосах с экранированными двигателями осуществляется применением гильз, свариваемых со стенками корпуса статора или с фланцем статора и корпусом подшипника. При этом образуется закрытый или открытый (с отверстием) стакан.

Гильзы цилиндров c огневым кольцом

Устройство, функция и указания по монтажу

Гильзы цилиндров с нагаросъёмным кольцом имеют преимущества: нагаросъёмное кольцо предотвращает образование твердых отложений масляного нагара на жаровом поясе. О том, какими еще преимуществами оно обладает, как действует нагаросъёмное или огневое кольцо и как правильно демонтировать поршень при использовании гильзы цилиндра с нагаросъёмным кольцом, вы узнаете здесь.

Оглавление

• • СИТУАЦИЯ
  • КОНСТРУКЦИЯ И НАЗНАЧЕНИЕ
  • ПРОБЛЕМА И РЕШЕНИЕ
  • ДЕМОНТАЖ ГИЛЬЗЫ ЦИЛИНДРА
  • УСТАНОВКА ГИЛЬЗЫ ЦИЛИНДРА
  • УКАЗАНИЯ ПО МОНТАЖУ И ПРИМЕНЕНИЮ
  • УКАЗАНИЯ ПО ПОСТАВКЕ

Сначала в блок цилиндров двигателя вставляется гильза цилиндра без нагаросъёмного кольца. Затем поршень вместе с шатуном вводится в цилиндр и надлежащим образом соединяется с коленчатым валом. При введении поршня необходимо убедиться, что стяжная оправка достаточно глубоко опущена в выемку нагаросъёмного кольца (Рис. 10). Это гарантирует, что поршневые кольца не разожмутся в выемке нагаросъёмного кольца и не получат повреждения. После установки поршня нагаросъёмное кольцо вставляется в выемку вручную. В случае использования бывших в употреблении деталей, нагаросъёмное кольцо с тугой посадкой можно аккуратно забить в гильзу цилиндра с помощью молотка и деревянного бруска (Рис. 9).

СИТУАЦИЯ

Чтобы увеличить ресурс двигателей грузовых автомобилей и снизить уровень вредных выбросов, некоторые производители всё чаще используют гильзы цилиндров с нагаросъёмным кольцом.

КОНСТРУКЦИЯ И НАЗНАЧЕНИЕ

Нагаросъёмные кольца размещаются в верхней части гильз цилиндров, в прямоугольной выемке. Нагаросъёмное кольцо свободно вставляется в предусмотренную для него выемку при монтаже. В дальнейшем оно удерживается на месте головкой блока цилиндров.

Нагаросъёмное или огневое кольцо предотвращает образование твердых отложений масляного нагара на жаровом поясе поршня. Это достигается за счет того, что внутренний диаметр нагаросъёмного кольца меньше внутреннего диаметра цилиндра. При прохождении поршнем верхней мертвой точки нагаросъёмное кольцо соскребает с него нежелательные отложения масляного нагара и, соответственно, препятствует образованию отложений на жаровом поясе.

При использовании нагаросъёмного кольца, поршень также модифицируется. Диаметр жарового пояса такого поршня меньше, чем у поршня обычной конструкции.

ПРОБЛЕМА И РЕШЕНИЕ

В двигателях с гильзами цилиндров без нагаросъёмного кольца при неблагоприятных условиях эксплуатации на жаровом поясе поршней может образовываться твердый слой масляного нагара (Рис. 4
слева). К неблагоприятным условиям эксплуатации относятся:

• частые поездки на короткие дистанции
• продолжительная работа на режиме холостого хода
• использование топлива и масла неудовлетворительного качества
• несвоевременное техническое обслуживание транспортного средства

При использовании гильз цилиндров без нагаросъёмного кольца слой масляного нагара на жаровом поясе поршня после относительно недолгой эксплуатации вызывает абразивный износ (Рис. 4 справа). Этот нежелательный преждевременный износ гильз цилиндров – в сочетании с чрезмерным расходом масла – можно предотвратить, используя гильзы с нагаросъёмным кольцом.

Рис. 4. Слой масляного нагара на жаровом поясе и абразивный износ на рабочей поверхности цилиндра

Гильзовка блока цилиндров — технологический процесс гильзования

Доброго времени суток, уважаемые автолюбители! Суть технологической операции «ремонт двигателя» можно классифицировать на два типа: текущий ремонт двигателя и капитальный ремонт двигателя.

В текущий ремонт двигателя, смело относим такие операции, как например, замена прокладки ГБЦ или регулировка теплового зазора клапанов. Этот тип ремонта не требует демонтажа двигателя, и может быть выполнен в гаражных условиях своими руками.

С капитальным ремонтом двигателя дело обстоит чуть сложнее. В этом случае своими руками мы можем лишь произвести снятие и установку ГБЦ или блока цилиндров. А такие операции, как: расточка, хонингование или гильзовка блока цилиндров, уже нужно выполнять на специализированном оборудовании, которое вряд ли у вас завалялось в гараже.

1. Что собой представляет гильза цилиндра
2. Как происходит ремонт гильз цилиндров
3. Технология гильзовки блока цилиндров

Что собой представляет гильза цилиндра

Гильза в переводе с немецкого языка – оболочка. В нашем случае гильза блока цилиндров – это съёмная металлическая вставка в блоке цилиндров. В ней перемещается поршень двигателя, и она же определяет рабочий объём цилиндра двигателя.

Ремонт гильзы цилиндра называется «гильзование» и является достаточно сложным технологическим процессом. Ремонт гильзы цилиндра производится либо по рекомендации производителя в определенные сроки (пробег), либо в случае износа цилиндров. Здесь учитываются и марка блока и модель двигателя, и, соответственно, износ цилиндра.

В современном автомобиле применяется два типа гильз:

• «мокрые» гильзы – наиболее ремонтопригодные гильзы. Гильзы конструктивно взаимодействуют внешней стороной с охлаждающей жидкостью двигателя. Комплектуются уплотнительными прокладками, исключающими попадание жидкости или наоборот газов в охлаждающую жидкость.
• «сухие» гильзы – этот тип гильз вмонтирован непосредственно в сам блок цилиндров при изготовлении

Типичными требованиями, которые предъявляются к эксплуатационным свойствам гильз цилиндров, являются: актикоррозийная устойчивость, высокая износостойкость металла, прочность. Надёжность уплотнений ремонтных гильз при гильзовании блока цилиндров должна обеспечиваться высокая надёжность уплотнений в месте стыка гильзы и блока.

К ремонтным гильзам предъявляются определенные требования, о которых должны знать не только специалисты, но и мы, автолюбители. Особенно, если приобретаем их самостоятельно.

• Форма гильзы – её эллипсность и конусность не должны превышать 0,02 мм. а разность толщины стенки 0,01 мм.
• Поверхность гильзы должна быть выполнена в соответствии 8-10 классу точности.
• Выбор ремонтной гильзы блока производится по соответствующему каталогу. При выборе необходимо учитывать припуск для проведения последующей расточки.

Как происходит ремонт гильз цилиндров

Начнем с того, что уточним – ремонт гильз цилиндров не обязательно должен проводиться с заменой всех гильз. Для этого существует диагностика гильз цилиндров при помощи нутромера, после которой и принимается решение о замене гильз.

Технология ремонта гильз цилиндра отличается в зависимости от типа гильз. «Мокрые» гильзы более просты для ремонтных операций. Их замена производится вручную.

С «сухими» гильзами процесс замены более сложен, и требует применения оборудования и участия специалистов.

Технология гильзования цилиндров блока, практически подходит для ремонта любого двигателя. Блоки цилиндров из чугуна гильзуются чугунными втулками, изготовленными из легированного чугуна. Для алюминиевых блоков применяются гильзы из сплава алюминия с содержанием присадок для разных видов покрытия поверхности цилиндров.

Технология гильзовки блока цилиндров

В первую очередь производится расточка цилиндров. Процедура важная, так как здесь должна быть соблюдена правильная геометрия гнёзд под гильзы. Эллипс гнезда впоследствии передастся гильзе, что повлечет за собой неправильную работу поршня и… остальные вытекающие последствии.

После расточки под необходимый ремонтный размер, производится хонинговка гнёзд для точности поверхности. И, переходим к непосредственно процедуре гильзования блока цилиндров.

Гильзовка «сухих» гильз

Метод горячего гильзования имеет в основе своей учёт разницы температур блока и втулки. Блок нагревают до температуры 150 0 , затем в гнездо вставляется охлаждённая в жидком азоте гильза.

Предварительно гильза обрабатывается спецсоставом для того, чтобы избавить её от водяного конденсата при монтаже. Метод горячего гильзования считается наиболее качественным, т.к достигается наиболее оптимальный натяг в соединении материалов.

В случаях, когда цилиндры выполнены из галникала, они не поддаются предварительной расточке. Тогда гильзование алюминиевых втулок производится методом запрессовки.

Метод запрессовки состоит из следующих этапов:

• нагрев ответной детали (в нашем случае – блока);
• охлаждение втулки в азоте;
• нанесение в отверстие гнезда герметика;
• установка (запрессовка) втулки в гнездо.

Таким вот образом производится один из видов капитального ремонта двигателя – гильзование цилиндров блока. При грамотном выполнении этой операции, и при соблюдении всех рекомендуемых параметров, отремонтированный двигатель «пробежит» ещё не один десяток тысяч км.

Успехов вам в поиске классных специалистов для гильзования блока цилиндров двигателя.

Блок цилиндров двигателя

Блок цилиндров изготавливается с помощью литья с последующей механической обработкой. Нижняя часть блока цилиндров обычно обрабатывается для установки в блок коренных подшипников коленчатого вала и для присоединения поддона картера. Большое значение имеет расстояние между соседними цилиндрами. Увеличение расстояния дает возможность повысить жесткость блока и обеспечить возможность увеличения в дальнейшем рабочего объема двигателя путем увеличения диаметра цилиндров (наиболее простой способ получения модификаций двигателей различной мощности). С другой стороны, это приводит к увеличению га­баритных размеров двигателя и его массы.

В последнее время некоторые производители автомобильных двигателей изготавливают блоки цилиндров, в которых соседние цилиндры соприкасаются стенками (так называемые сиамские блоки с «сухими» гильзами). Такой способ дает возможность получить довольно жесткую конструкцию при сравнительно небольшом размере. Жесткость блока цилиндров в значительной степени определяет шумовые характеристики двигателя.

Рис. Блок цилиндров двигателя Nordstar GM с «сухой» гильзой.

Характерной особенностью современных высоконагруженных двигателей является применение опорной рамы, которая крепит коленчатый вал. К опорной раме крепится высокий алюминиевый масляный поддон, который максимально изолирован от вибраций кривошипно-шатунного механизма, что положительно сказывается на акустике двигателя. Дополнительную функцию выполняет контур опорной рамы коленчатого вала. Он играет роль маслоотражателя в области противовесов коленчатого вала и шатунов. Таким образом, стекающее масло не разбрызгивается по стенкам всего блока двигателя, а улавливается и отводится непосредственно в поддон.

Рис. Блок цилиндров двигателя Audi 4,2 л V8 TDI: 1 – главная масляная магистраль; 2 – блок цилиндров; 3 – опорная рама; 4 – алюминиевый масляный поддон; 5 – каналы слива масла; 6 – приливы опорной рамы; 7 – коленчатый вал

Долгое время единственным материалом для изготовления блоков цилиндров служил чугун. Этот материал недорог, он обладает прочностью и жесткостью при хороших лить­евых качествах. Кроме того, обработанные хонингованием внутренние поверхности чугунных цилиндров обладают отличными антифрикционными свойствами и высокой износостойкостью. Су­щественными недостатками чугуна являются его большая масса и низкая теплопроводность. Стремление конструкторов к созданию более легких двигателей привело к разработке конструк­ции блоков цилиндров из алюминиевых сплавов. Алюминий значительно уступает чугуну в жесткости и износостойкости, поэтому блок из алюминия должен иметь большое количество ребер жесткости, а в качестве цилиндров обычно служат чугунные гильзы, которые вставляются в алюминиевый блок в процессе сборки, заливаются или запрессовываются в него при изготовлении.

История создания

Первый рядный блок цилиндров двигателя придумал немецкий изобретатель Николаус Август Отто, именно он в 1876 году разработал очень эффективный для того времени бензиновый двигатель. V-образный вариант в 1889 году сконструировал Готлиб Даймлер, когда принимал участие в создании усовершенствованного двухцилиндрового двигателя.

После этих событий деталь прошла длинный путь эволюции и стала такой, какая она есть в большинстве современных моторов.

Система охлаждения блока цилиндров

Помимо кривошипно-шатунного механизма, в состав блока цилиндров входит «рубашка» охлаждения.

Она служит для циркуляции охлаждающей жидкости, то есть отвода тепловой энергии от двигателя.

Это обеспечивает поддержание оптимальной температуры работы ДВС. «Рубашка» охлаждения вырезана внутри блока цилиндров специальным инструментом.

Во избежание ее засорения и закоксовывания следует менять охлаждающую жидкость через определенное время, согласно нормативно-технической документации по эксплуатации автомобиля.

Она составляется заводом-изготовителем.

«Алюминиевые» двигатели и их преимущества

Использование в производстве современных технологий дает возможность изготовления легких «алюминиевых» двигателей, у которых блок цилиндров не имеет чугунных гильз. В рабочих поверхностях цилиндров в алюминиевых блоках электролитическим путем создается повышенное содержание кремния, а затем цилиндры подвергаются химическому травлению для создания на рабочей поверхности цилиндров износостойкой пористой пленки чистого кремния, хорошо удерживающей смазку.

Рабочие поверхности цилиндров современных алюминиевых блоков двигателей могут иметь покрытие, наносимое плазменным напылением. Напыляемый на стенки цилиндра порошок подается через плазматрон. Газ, предназначенный для создания плазмы, проходит через распылитель и поджигается электродугой. При этом температура газа повышается примерно до 11700°C и он переходит в плазменное состояние. Частицы порошка в расплавленном состоянии заполняют неровности поверхности цилиндра. При застывании частиц они надежно соединяются со стенками цилиндра. Дополнительно внутри напылённого слоя возникает напряжение сжатия, что еще больше укрепляет связь между металлом цилиндра и напылённым слоем.

После напыления, как и при традиционном исполнении цилиндров, производится хонингование, однако этом случае риски вследствие хонингования не так глубоки. Возникает весьма ровная наружная поверхность с небольшими впадинами (микроуглублениями), в которых находится масло. Каждое микроуглубление не связано с другими микроуглублениями, в отличие от хонингования чугунных гильз. Когда поршневое кольцо проходит над микроуглублением, в последнем создается давление, которое воздействует на поршневое кольцо. В результате этого поршневое кольцо всплывает поверху масляной подушки, чем и обеспечивается гидродинамическая смазка. Благодаря этому потери на трение и износ существенно уменьшаются.

Преимуществами данного способа изготовления цилиндров по сравнению с обычными являются:

• снижение массы по сравнению с конструкцией с вставными гильзами цилиндров
• уменьшение размеров двигателя по сравнению с чугунным блоком цилиндров за счет сужения перемычек между цилиндрами
• увеличение срока службы цилиндров благодаря износостойкому покрытию, наносимому плазменным напылением

Рис. Схема нанесение покрытия на стенки цилиндра плазматроном: 1 – струя плазмы с напыляемым порошком; 2 – плазматрон; 3 – рабочая поверхность цилиндра

Из чего сделан блок цилиндров двигателя

Самый распространенный материал, который используется при производстве ‒ чугун. Это традиционный вариант. На втором месте алюминий. Вернее его различные сплавы. Ну и еще достаточно экзотический материал – магниевый сплав. Теперь обо всех трех вариантах – более подробно.

Чугун

Это – традиционный материал, из него на протяжении многих десятилетий изготавливали эту деталь.

Чугун использовали с добавками: никелем, хромом. Среди положительных качеств чугунного изделия можно выделить: меньшую чувствительность к перегреву, жесткость, которая очень важна при форсировке двигателя.

Устройство, в основном, работает при частой смене температурного режима, поэтому изделия из чугуна в приоритете. Главный недостаток – значительный вес, который ухудшает динамику легкового авто.

Алюминий

Обладает такими положительными свойствами, как оптимальное охлаждение двигателя и незначительный вес. Он находится на втором месте по количеству выпускаемых блоков цилиндров. Особенность конструкции из алюминия – установка гильз.

Сегодня для выполнения этой операции, в основном, применяют две технологии Locasil и Nicasil. В первом случае запрессовываются гильзы из алюминий-кремниевого сплава во втором – наносится никелевое покрытие. Вторая технология имеет существенный недостаток – если, к примеру, прогорает поршень, обрывается шатун или выходит из строя никелевое покрытие, то изделие отремонтировать не получится.

Также никосиловая технология не предусматривает расточку, приходится менять весь узел в сборе. Понятно, что в таком случае владельцу автомобиля приходится раскошелится на солидную сумму.

Магниевый сплав

Блок цилиндров двигателя из него твердый как чугунный, и легкий, как алюминиевый. Правда стоит такое изделие дорого, и по этой причине в условиях конвейерного производства не используется, хотя соединяет в себе лучшие качества чугуна и алюминия. Как видите, у каждого из упомянутых материалов есть определенные плюсы и минусы, но утверждать, что какой-то из них лучше, было бы некорректно.

Устройство блока цилиндров

Сами цилиндры вырезаются в блоке при помощи токарного станка.

Они должны быть гладкими и устойчивы к износу и высокой температуре. Гладкость придается при помощи процедуры хомингования, прочность – при помощи термообработки металла.

На двигателях старого образца цилиндры «гильзовались» – внутрь просверленного отверстия цилиндра вставлялась гильза, внутри которой поршень совершал возвратно-поступательные движения.

На современных автомобилях цилиндры «гильзуют» только в критических случаях капитального ремонта ДВС.

Проблемы с блоком связаны в основном со стачиванием стенок цилиндров в процессе эксплуатация двигателя.

Чтобы избежать повышенного износа стенок цилиндра, а также деталей цилиндропоршневой группы, необходимо регулярно менять смазочные и фильтрующие материалы.

При определении износа цилиндра используется термин «выработка на цилиндре».

Она измеряется специальным прибором – нутрометром, которые могут быть…

Если выработка превышает предельно допустимое значение, то блок цилиндров отправляют на расточку до следующего ремонтного размера поршней.

Если цилиндры изношены настолько, что расточка не поможет, то их загильзовывают.

Однако к этому методу прибегают редко, и блок полностью заменяют на новый.

После расточки блока обязательно уточните у токаря, под какой размер поршней расточены цилиндры (если вы сами ему об этом не сказали), чтобы приобрести поршни нужного ремонтного размера.

В противном случае блок вам долго не прослужит, и через пару тысяч километров пробега вы вновь вернете его на токарную обработку.

Помните, что при ремонте блока ошибка в 0,1 мм может оказаться фатальной. Поэтому заранее запаситесь терпением и необходимым инструментом. Особенно важно иметь под рукой микрометр.