Το Έργο
Το αυξανόμενο ενδιαφέρον για μείωση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων από τις εκπομπές αερίων των πετρελαιοκινητήρων εσωτερικής καύσης των εμπορικών και επιβατηγών/οχηματαγωγών πλοίων καθώς και για την αύξηση της απόδοσης ισχύος απαιτεί βαθύτερη διερεύνηση κρίσιμων παραγόντων που αφορούν στις μηχανικές απώλειες των εξαρτημάτων ενός κινητήρα. Η ανάγκη για αύξηση της απόδοσης και μείωσης του βάρους οδηγεί τα επιμέρους εξαρτήματα σε λειτουργία υπό υψηλές φορτίσεις και θερμικές καταπονήσεις και άρα σε σημαντική αύξηση της φθοράς λόγω τριβής των εξαρτημάτων. Διάφορα κρίσιμα τριβολογικά ζεύγη όπως έδρανα του στροφαλοφόρου άξονα, ελατήρια εμβόλου, ωστήρια βαλβίδων κ.ά. είναι σημαντικό να διατηρούν την ακεραιότητά τους συμβάλλοντας στην αποδοτική και αξιόπιστη η λειτουργία των μηχανών για μεγάλα χρονικά διαστήματα. Επομένως απαιτείται η επιλογή μετάλλων υψηλής αντοχής, με ειδικές κατεργασίες ή/και επιφανειακές επιστρώσεις σε συνδυασμό με επαρκή λίπανση.
Αντικείμενο του έργου
Αντικείμενο της παρούσας ερευνητικής πρότασης HYSELFDROPS είναι η ανάπτυξη καινοτόμου τεχνολογίας για την εφαρμογή σύνθετων επικαλύψεων αυτό-λίπανσης με τεχνικές θερμικού ψεκασμού για την μείωση των απωλειών ισχύος και την προστασία από φθορά των ελατηρίων εμβόλου σε κινητήρες εσωτερικής καύσης.
Μια από τις κύριες αιτίες αστοχίας των ελατηρίων εμβόλου είναι η φθορά τους από δυνάμεις τριβής. Τα υλικά και οι μέθοδοι επικαλύψεων για την επιφανειακή προστασία ενός ελατηρίου εμβόλου είναι παράμετροι μεγάλης σημασίας και θα πρέπει να ανταποκρίνονται στις υψηλές απαιτήσεις για προστασία από τριβή και φθορά. Οι επικαλύψεις μπορούν να διαχωριστούν στις εξής κατηγορίες: επικαλύψεις με αντιτριβικές ιδιότητες, επικαλύψεις με αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες, επικαλύψεις με δυνατότητα λίπανσης. Το παρόν έργο εστιάζει σε επικαλύψεις με δυνατότητες αυτό-λίπανσης καθώς θεωρούνται από τις πλέον σημαντικές λειτουργικές επικαλύψεις.
Στόχοι-Ενότητες Εργασίας
Οι στόχοι του έργου είναι η μείωση τριβής και φθοράς των ελατηρίων εμβόλου σε πετρελαιοκινητήρες για ναυπηγικές εφαρμογές με απόθεση σύνθετων επικαλύψεων αυτολίπανσης με τεχνικές θερμικού ψεκασμού. Η επιμήκυνση του χρόνου ζωής των εμβόλων μέσω τις μείωσης απωλειών ενέργειας από τριβή κατά 5-10% μπορεί να συμβάλλει σε σημαντική μείωση του κόστους λειτουργίας του πλοίου.
Το HYSELFDROPS θα υλοποιηθεί σε πέντε ενότητες εργασίας:
- Θέσπιση προδιαγραφών - Επιλογή υλικών - Αξιολόγηση υφιστάμενης τεχνογνωσίας στην προστασία ελατηρίων εμβόλου πετρελαιοκινητήρων.
- Ανάπτυξη καινοτόμων υβριδικών υλικών ως υλικά τροφοδοσίας του ατμοσφαιρικού θερμικού ψεκασμού.
- Ανάπτυξη και βελτιστοποίηση υβριδικών επικαλύψεων θερμικού ψεκασμού με αυξημένη αντιτριβική συμπεριφορά.
- Μελέτη κλιμάκωσης μεγέθους υλικών τροφοδοσίας θερμικού ψεκασμού και σύνθετων επικαλύψεων.
- Αξιολόγηση τεχνολογιών στο πεδίο χρήσης.
Υλοποίηση του έργου
Καινοτομία
Η καινοτομία του έργου έγκειται στην ανάπτυξη επικαλύψεων οι οποίες συμβάλλουν στην βελτίωση των μηχανικών ιδιοτήτων (αντιτριβικές ιδιότητες) του υλικού ενώ ταυτόχρονα παίζουν το ρόλο της παροχής υγρού ή/και στερεού λιπαντικού μέσου (αυτό-λίπανση) σε περιπτώσεις όπου λόγω έλλειψης επαρκούς λίπανσης παρατηρείται φθορά λόγω τριβής.
Μικροκάψουλες
Οι επιμέρους στόχοι του έργου είναι:
- ο εγκλεισμός υγρού λιπαντικού μέσου σε πολυμερικές κάψουλες με την τεχνική του επι τόπου πολυμερισμού. Η ενσωμάτωση των συστημάτων αυτών θα επιχειρηθεί για πρώτη φορά σε επικάλυψη θερμικού ψεκασμού από κεραμο-μεταλλικό μητρικό υλικό με την τεχνική LPS.
- η ανάπτυξη σύνθετων ξηρών κόνεων, οι οποίες θα είναι μίγματα κεραμο-μεταλλικών υλικών (αντίστοιχων με αυτά της πρώτης προσέγγισης) με νανοσωλήνες άνθρακα (Carbon Nano-Tubes - CNTs) εφαρμόζοντας την τεχνική APS.
- η κλιμάκωση μεγέθους υλικών τροφοδοσίας θερμικού ψεκασμού, η βελτιστοποίηση σύνθετων επικαλύψεων και η επιτυχής εφαρμογή σε πραγματικά ελατήρια εμβόλων τα οποία θα τοποθετηθούν σε λειτουργικό πετρελαιοκινητήρα πλοίου προκειμένου να επιτευχθεί η μεταφορά της τεχνολογίας σε βιομηχανικό πρότυπο.
Επιδιωκώμενο αποτέλεσμα
Απώτερος σκοπός είναι η δυνατότητα προστασίας των ελατηρίων εμβόλων γεγονός που θα έχει αντίκτυπο σε όλες τις κατηγορίες κινητήρων, συμπεριλαμβανομένων των ναυτικών μηχανών στις θαλάσσιες μεταφορές. Αυτή η μελέτη είναι άμεσα εφαρμόσιμη στους μικρούς θαλάσσιους κινητήρες και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να συμβάλει στη μείωση των θαλάσσιων εκπομπών καυσαερίων που σχετίζονται με την κατανάλωση λίπανσης. Επιπλέον, η προσέγγιση αυτή θα ήταν πολύ πιο συμβατή και οικονομικά αποδοτικότερη από άλλες τρέχουσες τεχνολογικές βελτιώσεις που εφαρμόζονται ήδη.
