книги из ГПНТБ / Сулейманова, Ф. Г. Композиции присадок к моторным маслам из бакинских нефтей

В целях изучения влияния продуктов старения, содержа­ щихся в отработанных маслах, на показатели работоспособ­ ности двигателя была проведена серия лабораторных иссле­ дований и испытаний масел в смеси с отдельными компо­ нентами продуктов старения, выделенными из отработанных картерных масел. Для накопления продуктов старения масел проводились параллельные испытания дизельных и автомо­ бильных масел из бакинского и восточного сырья на соот­ ветствующих двигателях. Из отработанных масел, получен­ ных при этих испытаниях, выделяли продукты старения, которые затем добавлялись к базовым маслам в делях изу­

чения влияния их на эксплуатационные свойства масел и показатели работоспособности двигателя.

Не растворимые в масле продукты старения выделяли из отработанных масел центрифугированием на суперцентрифуге типа С-45 производительностью 10—50 л/час с 30000 об/мин и объемом шлакового пространства барабана 0,2 л.

В процессе центрифугирования температура поддерживалась

впределах 55—60° С и способствовала более полному выде­ лению продуктов старениия масел. Выделение из продуктов старения масел отдельных его компонентов —* карбенов, карбоидов, асфальтенов, оксикислот и нейтральных смол произ­

водилось по следующей схеме.

Отработанные масла из двигателей «Москвич-407» и 4-10,5/13 центрифугировались в центрифуге С-45 до полной прозрачности. Отделение осадка от раствора масла в изоок­ тане осуществлялось фильтрацией через бюхнеровскую во­ ронку под вакуумом. После промывки на фильтре чистым изооктаном и просушки осадок заворачивали в пакет из фильтровальной бумаги и помещали в аппарат Сакслета для экстракции из него оставшейся части минерального ,масла и

142

смол. По окончании экстракции осадок сушили при 100— 105° С в термостате в течение 4—6 часов. В дальнейшем экстракцией спир то-бензолам, взятьгм в соотношении 1 :4 из осадка выделяли оксикислоты и асфальтены. Нейтральные смолы были выделены следующим образом: навеску отра­ ботанного масла в количестве 500 г (растворяли в 40-кратном по объему количестве петролейного эфира с выкипаем остью 50—80° С. Раствор отработанного масла в петролейном эфи­ ре подвергали обработке силикагелем при 50° С. Силикагель добавляли до тех пор, пака раствор петролейного эфира не становился бесцветным или слегка желтым. Углеводороды масел, адсорбированные на силикагеле, десорбировали пе-

143

( 1: 1) . Выделение смолы после отгонки основного количе­ ства растворителя доводили до постоянного веса в термо­ стате при температуре 105—Л10° С.

В табл. 57 и 58 приведен состав осадков, выделенных из масел машинного СУ, ДС-11 и Д-11 после работы в двига­ телях 4-10,5/13 и «Москвич-407». Ввиду незначительного содержания кислот в отработанных маслах нами были ис­ пользованы для исследования кислоты аналогичного типа— нафтеновые, олеиновая и стеариновая.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПРОДУКТОВ СТАРЕНИЯ И ОРГАНИЧЕСКИХ КИСЛОТ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ

СВОЙСТВА МАСЕЛ

Масла в смеси с продуктами старения и органическими кислотами были подвергнуты исследованию в лабораторных условиях на термоокислительную стабильность, осадкообра­ зование, коррозионную агрессивность. Кислотное число и коксуемость указанных масел определялись как до окисле­ ния, так и после в аппарате ДК-НАМИ в течение 50 часов при 200° С.

Результаты лабораторных исследований масел в смеси с продуктами старения и органическими кислотами позволили не только изучить влияние последних на эксплуатационные свойства масел, но и помогли правильно истолковать резуль­

ционные свойства масел были исследованы машинное СУ, Д-11 и ДС-11 в смеси с 0,2—'1,0%’ олеиновой, стеариновой, нафтеновых кислот и оксикислот, выделенных из отработан­ ных масел.

Анализ полученных результатов (табл. 59) показывает, что испытанные кислоты значительно влияют на изменение качества масел. Органические кислоты резко повышают кис­ лотное число и коксуемость базовых масел до окисления. Наблюдаемая закономерность роста кислотного числа с уве­ личением концентрации органических кислот в маслах не сохраняется при окислении масел, содержащих эти кислоты. В окисленных маслах кислотное число резко снижается при значительном повышении их коксуемости.

Органические кислоты ухудшают стабильность исследуе­ мых масел, вследствие чего в окисленных в аппарате ДКНАМИ маслах при температуре 200°С значительно возра­ стает количество осадка, повышаются величины вязкости и коррозионной агрессивности. Однако эти кислоты не оказы­ вают существенного влияния на термоокислительную ста­ бильность базовых масел в условиях окислении при 250° С в тонком слое.

144

Особо следует подчеркнуть влияние органических кислот на антикоррозионные (Свойства масел. В этом отношении (масла из бакинского и восточного .сырья резко отличаются друг от друга. При добавлении органических кислот наблю* дается более интенсивное повышение коррозионной агрессив­ ности масел из восточных нефтей. Если добавление кислот к маслам из бакинских нефтей способствует повышению кор­ розионности от 125 до 869 г/м2, то этот показатель для масел из восточных нефтей изменяется от 10 до 958 г/м2.

Сравнение кислотных чисел базовых масел с их корро­ зионной агрессивностью показывает, что между этими каче­ ствами масел наблюдается определенная зависимость. Уве­ личение кислотного числа базовых масел в зависимости от концентрации различных кислот в смеси вызывает ухудше­ ние антикоррозионных свойств масел, однако эта зависи­ мость для окисленных масел не сохраняется.

Из исследованных кислот наибольшее влияние на ин­ тенсивность изменения качеств масел оказывают нафтеновые кислоты, а наименьшее — стеариновая. Резкое повышение коррозионной агрессивности масел из восточных нефтей в смеси .с кислотами, по-видимому, можно объяснить углево­ дородным (составом этих масел.

Исследуя коррозионную агрессивность масел из (мало-

сернистых и сернистых нефтей в присутствии катализатора, К. С. Рамайя [28] показал, что углеводороды масел из сер­ нистых нефтей более чувствительны к окислению (менее стабильны), чем углеводороды, выделенные из масел малосернистых нефтей. Естественные ингибиторы (сернистыесоединения) замедляют процесс окисления масел из восточ­ ных нефтей, однако в присутствии катализатора они стано­ вятся малоэффективными.

Так, если величина коррозионности масел из бакинских нефтей в отношении свинца при окислении без катализатора в течение 25 часов при 140° С соответствует 125—460 г/м2, то для аналогичных масел из восточных нефтей она соответствует 10—<18 г/м2. В этих же условиях окисления в присутствия катализатора—<нафтената меди (0,02% )— величина корро­ зионности масел из бакинских и восточных нефтей оказыва­ ется примерно равной.

Нестабильность масел из восточных нефтей обнаружи­ вается и при их более продолжительно.м окислении в аппа­ рате ДК-НАМИ. На рис. 8 показаны результаты окисления масел из бакинских я восточных нефтей в аппарате ДКНАМИ продолжительностью 10, 30, 50 и 100 часов при тем­ пературе 200° С. Из представленных кривых видно, что если количеств1а осадков, образующихся в маслах из бакинских и восточных нефтей до 50 часов окисления, примерно одинако-

146

бы, to При дальнейшем увеличении продолжительности окис­ ления наблюдается значительный рост количества осадков

Рис. 8. Зависимость стабильности масел от продолжи­ тельности окисления: ----- масла из бакинских нефтей:

---------масла из восточных нефтей; общий осадок окис­ ленных масел: / —Д-11 и ДС-11; 2—АС-10 и АС-9,5; оксикислоты и асфальтены: 3—Д-11 и ДС-11; 4—АС-10

и АС-9,5.

для масел из сернистых нефтей (17% против 9% для масел из бакинских нефтей). При этом в составе осадков, выде­ ленных из окисленных масел восточных нефтей, резко уве­ личивается количество асфальтенов и оксижислот (85% против 2% для бакинских нефтей).

Следует 'Отметить, что пока еще нет единой точки зрения на эффективность сернистых соединений как естественных антиокислителей [20 и 21], имеется лишь указание [14—16] на то, что наиболее эффективными антиокислителями яв­ ляются моносульфиды. При этом сернистые соединения в большей степени 'Способны пассивировать каталитическое действие металлов вследствие образования на их поверхно­ сти защитной пленки, чем непосредственное воздействие этих соединений на окислительные цепи.

Результаты исследования влияния нейтральных смол и других .продуктов старения, выделенных из отработанных масел, на эксплуатационные свойства масел приведены в табл. 60. Данные показывают, что добавление к базовым ма'слам (машинному СУ, Д-11 и ДС-11) нейтральных смол в количестве 1—3% незначительно повышает термоокислитель­ ную стабильность масел в тонком слое (12—13 мин), кис­ лотное число (ОД мг КОН) и коксуемость базовых масел (0,1—0,2%)- В окисленном в аппарате ДК-НАМИ масле заметно увеличивается количество осадков (до 5%), повы­ шаются вязкость (15—20 сст) и коксуемость (0,6—3% ).

147

Влияние нейтральных смол на стабильность масел различной природы неодинаково. Коксуемость и величина коррозионно­ сти также больше для масла ДС-11 из восточных неф тей , чем для масел из бакинских нефтей, по осадкообразованию масла Д-11 и ДС-11 находятся на одном уровне.

Добавление асфальтенов и оксикислот к исследуемым м;аслам не оказало влияния на термоокислительную стабиль­ ность их в тонком слое, однако заметно повысились кислот­ ное число и коксуемость базовых масел. В окисленных в смеси с асфальтенами и окоикислотами маслах значительно ухудшаются антикоррозионные свойства, увеличиваются ко­ личество осадков и коксуемость. Карбены и карбоиды, до­ бавленные к базовым маслам, не оказали влияния на термоокислительную стабильность, кислотное число испытанных масел, но количество осадков, величина коррозии и коксуе­ мость окисленных масел возросли.

Полученные нами данные лабораторных исследований по выяснению влияния продуктов старения, выделенных из отработанных масел, на стабильность и антикоррозионные свойства масел несколько отличаются от результатов, полу­ ченных при исследовании воздействия аналогичных продук­ тов, выделенных из окисленных .масел в лабораторных усло­ виях. Исследованием влияния продуктов старения, выделен­ ных из масел, окисленных в аппарате ДК-НАМИ, на ста­ бильность и коррозионные (Свойства масел нами установлено, что карбены и карбоиды не оказывают действия на корро­ зионные свойства. Наличие их лишь несколько повышает количество осадков, образующихся в окисленном масле. Так, в окисленных базовых маслах Д-11 и ДС-11 количество осадков составляло 7,5 и 7,26%, а величина коррозии — со­ ответственно 125 и 12 г/м2.

В окисленных в присутствии карбенов и карбоидов мас­ лах Д-11 и ДС-11 количество осадков соответствовало 8,1— 8,2%, а величина коррозии— 114 и 10 г/м2. При добавлении асфальтенов и оксикислот в испытуемые масла в результате окисления наблюдается заметное увеличение коррозии, одна­ ко при этом несущественно изменяется осадкообразование.

Так, величина коррозии в окисленных маслах в присут­ ствии асфальтенов и оксикислот для масла Д-11 составила 167 г/м2 против 125, а для масла ДС-11 —140 против 12 г/м2. Таким образом, карбены и карбоиды, выделенные из окис­ ленных в лабораторных условиях масел, не оказали влияния ■на коррозионную агрессивность масел и незначительно уве­ личивали количество осадков в них, а асфальтены и оксикислюты заметно ухудшили коррозионность испытуемых масел. Однако (следует отметить, что .продукты старении, выделенные из отработанных в двигателе масел, более ин­

149

тенсивно изменяют их качества, чем продукты, выделенные из масел, окисленных в лабораторных условиях.

Анализ продуктов старения, выделенных из отработан­ ных в двигателях масел, показал, что в осадках содержатся бронза, свинец и железо как продукты износа, которые, оче­ видно, оказывают каталитическое воздействие на окисляемо'сть масел. Из приведенных .материалов следует, что на интенсивность окисления масел в условиях работы двигателя оказывает влияние совместное действие ряда факторов (топливо и продукты неполного его сгорания, различные металлы и др.), отсутствующих при окислении масел в ла­ бораторных условиях. Условия окисления влияют на харак­ тер образующихся продуктов старения. Продукты старения, выделенные из отработанных в двигателях масел, имеют более агрессивный характер.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПРОДУКТОВ СТАРЕНИЯ МАСЕЛ НА РАБОТУ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Масла машинное СУ и Д-11 из бакинских нефтей, а так­ же ДС-И из восточного сырья в чистом виде и в смеси с различными продуктами старения были подвергнуты испы­ танию на дизельном одноцилиндровом двигателе 4-10,5/13 в течение 50 часов, без долива ма-сла и без фильтра тонкой очистки. Данные сравнительных исследований приведены в табл. 61—63. Анализируя результаты испытания различных базовых масел и смесей их с продуктами старения, выделен­ ными из отработанных масел, можно наблюдать ряд зако­ номерностей. Детали двигателя 4-10,5/13 после работы на маслах, содержащих продукты старения, оказались более загрязненными лаковыми отложениями и нагаром, чем соот­ ветствующие детали при работе на базовых маслах без про­ дуктов старения. При этом имели место потеря подвижности поршневых колец и значительное увеличение отложений на шейках коленчатого вала.

При испытании отработанного масла в смеси с ней­ тральными смолами возрастают количество отложений на­ гара и лака на деталях, потеря подвижности поршневых колец и наблюдается незначительное повышение износа по сравнению с результатами испытания базовых масел. Вве­ дение .в испытанные базовые масла осадка привело к интен­ сивному износу поршневых колец, отложениям лака и нага­ ра, а также к потере подвижности колец.

Оксикислоты и асфальтены, добавленные к исходным маслам, повысили интенсивность износа поршневых колец, отложения нагара, лака и потерю подвижности поршневых колец. В этом случае износ вкладышей шатунных подшип­ ников и отложения на шейках коленчатого вала оказались значительно большими, чем при работе на исходных маслах

150

Т а б л и ц а 61

В л и я н и е п р о д у к т о в с т а р е н и я , в ы д е л е н н ы х и з о т р а б о т а н н ы х м а с е л ,

н а п о к а з а т е л и р а б о т о с п о с о б н о с т и д в и г а т е л я 4 * 1 0 , 5 / 1 3

151