Zjawisko kawitacji

Rzadko spotykany temat na forach, a ktory warto omowic. Moze miec miejsce w okolicach pierscieni tlokowych, jak i rowniez w lozyskach slizgowych. Sklad oleju ma wplyw na to, dlatego nalezy odpowiednio dobrac mieszanine olejow bazowych, dodatkow typu VM itd. Kawitacja bedzie bardziej zauwazalna dla olejow SAE 0W-40, 5W-40 itd. najmniejsza na SAE 0W-20. Generalnie zawsze sie szuka rownowagi, poszukujac odpowiednich skladnikow i stezen. Niektorzy z branzy bardzo powaznie traktuja ten problem czysto natury fizycznej, stosujac odpowiednie dodatki w celu zminimalizowania lub calkowitego wykluczenia kawitacji w rejonie pierscieni itd. w szczegolnosci na biegu jalowym. Olej odporniejszy na kawitacje bedzie gorzej absorbowal roznego rodzaju dzwieki w zaleznosci od czestotliwosci.

O rodzajach kawitacji: https://www.substech.com/dokuwiki/doku.php?id=hydrodynamic_journal_bearing

 

[Deleted member 6544987]

OK, tylko warto wspomnieć, gdzie ta kawitacja w silniku ma miejsce i jakie negatywne skutki za sobą niesie.
Z tego co zrozumiałem, to powstaje w obszarach dekompresji oleju. Konkretnie w czopach łożysk.
Sama kawitacja to przejście cieczy ze stanu ciekłego w gazowy tylko w wyniku zmniejszenia ciśnienia.

W łożysku powoduje głównie erozję tychże i to jest najistotniejsze.

Brakuje mi informacji, co w formulacji oleju jest krytycznego pod kątem powstawania kawitacji oraz w jaki sposób użytkownik samochodu przez serwis może wpływać na zmniejszenie negatywnego jej wpływu na zużycie silnika.
Równania różniczkowe Reynoldsa, czy liczba Somerfelda są dla użytkownika silnika trochę mniej istotne

 

[Deleted member 925788]

Sama kawitacja to przejście cieczy ze stanu ciekłego w gazowy tylko w wyniku zmniejszenia ciśnienia.

Lub pary.

I racja, najwiekszy problem to erozja.

Niestety wiele badan jest dla nas niedostepna. Jedynie wiem, ze to kwestia nie tylko samej lepkosci, ale i rowniez zastosowanego VM.

Równania różniczkowe Reynoldsa, czy liczba Somerfelda są dla użytkownika silnika trochę mniej istotne

Tak, ale maja znaczenie przy projekcie lozysk.

 

[Deleted member 6544987]

Zapobieganie kawitacji?
Środki przeciw pienne, które zmniejszają mieszanie się oleju z gazami.

Najpopularniejsze - Dimetylosilikony (dimetylosiloksany).
Stąd Si w analizach świeżych olejów.

 

[Pedros]

Si faktycznie daje antypianę bo piana to szybki koniec silnika: od słabego rozpływania się po sludge.

Problem kawitacji cieczy w silniku był już dawno zauważany- artykuł

 

[Deleted member 925788]

Zwiazki Si maja wplyw rowniez na napiecie powierzchniowe.

Ma to tez zwiazek ze zwilzalnoscia:

Najlepiej jak taka mieszanina osiagnie < 24 mN/m, generalnie od 20 mN/m przy 100°C.

Im mniejszy, tym lepsze zwilzanie powierzchni. Najlepsze wyniki osiagaja SAE 0W-20, uzyskuja nawet ca. 21 mN/m.

 

[denton88]

Ogólnie teoria jest taka, że kawitacja ma znaczny wpływ na uszkodzenia struktury modyfikatorów lepkości (rozrywanie łańcuchów) czyli efekt porównywalny do mechanicznej degradacji poprzez ścinanie. Czyli im dłuższe łańcuchy oraz masa cząsteczkowa (mniejsza ruchliwość) tym gorzej.
Ale jaka jest skala tego zjawiska w cyklu życia oleju silnikowego, niestety nie wiem.
Uważam, że ma to dużo mniejsze znaczenie dla vm niż "klasyczne ścinanie".

Natomiast erozja kawitacyjna np. w układzie czop-panewka czyli efekt lokalnego zaniku cieczy smarnej, co oczywiście prowadzi do zużycia. Gdzieś spotkałem się z stwierdzeniem, że wyższa lepkość oleju bazowego powoduje większą odporność na kawitację (lokalnie mniejszy spadek lepkości) w przypadku węzła z smarowaniem hydrodynamicznym. Ale nie zweryfikowałem tej informacji. Tym bardziej, że właśnie zwilżalność powinna być gorsza więc trochę się to nie składa.

O wpływie tego zjawiska na układ pierścień-tłok-cylinder nic nie wiem.

Oraz oczywiście wszelkie przekładnie i dyferencjały, gdzie kawitacja oleju i spadek lepkości poprzez destrukcję vm potrafi narobić duże szkody np. uszkodzenia zębów w punktach styku. Środki antypienne są zapewne bardzo pomocne.
W starych silnikach z dużymi przebiegami często widać efekty zużycia kawitacyjnego w układach chłodzenia w sekcji pompy wody. Gdyby w płynach chłodniczych nie było dodatków przeciwpiennych to nieodwracalne uszkodzenia pojawiały by się bardzo szybko.
Podobnie wszelkie pompy w oczyszczalniach ścieków czy układy chłodzenia maszyn przemysłowych, uszkodzenia kawitacyjne to częste problemy.

Są jeszcze "pozytywne" właściwości kawitacji np. dziedzinie uzbrojenia używanego pod wodą. Ale to już inna branża...

 

[jerseyAdmin]

@Pedros - tutaj też coś od "naszych", ale trochę nowsze i z jakiegoś względu wyłącznie po angielsku: https://www.pimr.eu/wp-content/uploads/2019/04/Chomik-Łagowski-2-hb.pdf

Dla miłośników cyferek jeden z niewielu darmowych tekstów stanowiący "wstęp" do badań nad tym zjawiskiem w oleju silnikowym, z 2003: https://www.researchgate.net/public...amic_stressing_by_pulses_of_negative_pressure

A tutaj badania nad kawitacją w cylindrze, na podstawie trzech olejów o różnych lepkościach: https://www.mdpi.com/2075-4442/7/10/88

@denton88 - tutaj ciekawy i darmowy, tekst badający zależność między lepkością i kawitacją. Dobrze ci się chyba nie składało: https://www.researchgate.net/public...itation_Noise_in_the_Oscillatory_Squeeze_Film

Warto poczytać, jest także sekcja dla @wlyszkow bo wskazują na wpływ modyfikatorów (MoS2, hBN etc) na samą kawitację oraz redukcję zużycia elementów spowodowanego kawitacją.

Co do szkodliwości kawitacji, to pomijając już zdjęcia z tekstów wyżej, tak wygląda śruba okrętowa zniszczona przez kawitację:

https://s1.qwant.com/thumbr/0x380/9/6/d72d038dba69a3025c2223e1af144643c3eeb9c150e035a2b63067e2bec782/surface-boat-propeller-cavitation.jpg

Z ciekawostek odnośnie dobrej kawitacji - wykorzystuje się ją przy produkcji olejów.

 

[Pedros]

Olej to jedno - przy turbinie zwłaszcza - ale co dzieje się z paliwem, we wtryskiwaczach?

Dlatego bardzo istotne jest utrzymywanie wtryskiwaczy w czystości aby ograniczać powstawanie zarodków kawitacji.

Jako ciekawostka: czyszczenie w myjce ultradźwiękowej wykorzystuje właśnie zjawisko kawitacji. Siła implozji pęcherzyków gazowych systematycznie niszczy i odrywa powierzchniowe zabrudzenia. Energia na granicy faz jest bardzo skuteczna w usuwaniu naskórkowego brudu.