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

10 секунд. Если за это время сваривания трудящихся поверхно­ стей не происходит, опыт продолжают с большей нагрузкой. Нагрузка, при которой происходит свариваение шаров, при­ нимается за нагрузку сваривания (Рс).

По окончании опыта на трех нижних шарах при помощи микроскопа с отсчетяой шкалой измеряют величину пятна износа каждого шара в двух направлениях. По результатам испытания определяются нагрузка сваривания Р с я обоб­ щенный показатель износа ОПИ. Метод подсчета этих пока­ зателей приведен в ГОСТе 9490-60.

Термоокислительная стабильность масел с присадками

На изменение качества масла в процессе работы двига­ теля наибольшее влияние оказывают температурные условия и контакт с кислородом воздуха. В реальных условиях экс­ плуатации в зоне поршневых колец средняя температура достигает 200—340° С. В процессе работы двигателя в эту зону попадает часть масла в виде масляной пленки, которая подвергается воздействию высоких температур, что вызывает такие химические процессы, как окисление, полимеризация, крекинг и т. д. Вследствие этих процессов в масле образу­ ются продукты термоокислительного процесса и полимериза­ ции, отлагающиеся на поверхности .поршневой труппы. В картере масла работают при температуре 60— 110°С, что также создает условия для протекания процессов окисления и конденсации. Кроме того, в результате перемещения порш­ невых колец с большой скоростью углеродистые вещества растираются и через зазоры между трущимися деталями проникают в картерные масла. Все это приводит к насыще­ нию основной части масла продуктами разложения. Таким образом, смазочные масла в различной зоне двигателя изме­ няют свои качества в неодинаковой степени.

Закономерность указанных явлений в условиях работы двигателя положена в основу применяемых в настоящее время лабораторных методов оценки термоокислительной стабильности смазочных масел. В исследовательских работах широкое применение получили нижеследующие лаборатор­ ные методы оценки термоокислительной стабильности сма­ зочных масел.

МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ТЕРМООКИСЛИТЕЛЬНОЙ СТАБИЛЬНОСТИ МАСЛА В ТОНКОМ СЛОЕ, ГОСТ 9352-60

Сущность этого метода, разработанного проф. К. iK. Па­ пок и сотрудниками, заключается в следующем. Диск с сим­ метрично расположенными пятью чашечками помещают в лакообразователь, при нагреве поверхности диска до 250° С

60

б каждую чашечку заливают 37—38 мг испытуемого масла, наблюдают за его испарением и через каждые 10—20 (минут {в зависимости от качества масла и ожидаемой ориентиро­ вочно термостабильности) снимают ;по одной чашке.

В результате испарения легколетучих частей в чашечке образуются лакообразные вещества. Путем экстрагирования лакообразного вещества в петроленном эфире последнее разде­ ляется на рабочую фракцию и лак. Рабочая фракция—часть лакового остатка, растворяющаяся в петролейном эфире. Тер­ моокислительная стабильность масел по этому методу оцени­ вается временем (в минутах)— Т250, в течение которого испытуемое масло при температуре 250° С превращается в лаковый остаток, состоящий из 50% рабочей фракции и 50% лака. Кроме Т2so 'В минутах, определяют величину лакового остатка Ло при равенстве рабочей фракции лаку и коэффи­ циент лакообразования Кл •

Исследования позволили установить следующее:

1. Исходные (масла из нефтей восточных районов обла­ дают термоокислительной стабильностью в тонком слое не­ сколько более высокой, чем масла из бакинских нефтей

(26 мин против 22).

2. Сульфонатная присадка ОБ-3 практически не оказы­ вает влияния на изменение термоокислительной стабильно­ сти масел из бакинских нефтей и незначительно повышает

ееу масел из восточных нефтей (6—8 мин).

3.Присадка БФК незначительно повышает термоокисли­

тельную способность масел из восточных и бакинских неф­ тей (2—3 мин).

4.Присадки СБ-3 и БФК не доводят термоокислительную способность всех испытанных масел до уровня требова­ ний современных теплойапряженных и быстроходных двига­ телей.

5.Антиокислительные присадки |ИНХП-21, Санталюб-493

иДФ-11 в сочетании с эффективными диспергирующими присадками СБ-3, БФК и Манто-613 повышают термоокисли­ тельную стабильность масел из бакинских и восточных неф­ тей до уровня, способного удовлетворить требования совре­ менных двигателей (70—(100 мин).

Опыт многолетнего применения в ИНХП указанного ме­ тода показал, что он чувствителен к антиокислительяым при­ садкам, т. е. при наличии антиокислительного компонента в масле метод позволяет обнаруживать его и в условиях высо­ кой температуры (250° С) дифференцировать антиокислительные присадки по их эффективности.

61

Однако исследованиями установлено, что некоторые антиокислительные 'присадки три относительно высоких тем­ пературах (200—1ЗОО0 С) разлагаются, становятся ироокислителями, снижают эффективность моющих присадок и вы­ зывают загрязнение деталей двигателя. Поэтому мы считаем, что данный метод может применяться для обнаружения антиокислительного свойства, а эффективность антиокислительных присадок, помимо указанного метода, должна опре­ деляться путем применения других методов, о которых в дальнейшем будет сказано.

Стабильность масел и масло с присадками по методу ДК-НАМИ

Метод разработан проф. К- С. Рамайя. Сущность его за­ ключается в следующем: испытуемое масло в количестве 37 г окисляется в течение 50 часов при температуре 200° С, во вращающейся колбе аппарата ДК-НАМИ, помещенной в масляную баню. По окончании испытания определяются ко­ личество осадка в окисленном масле, его состав и изменение вязкости масла. Величины этих параметров характеризуют степень и скорость окисления испытуемого масла.

Состав осадка определяется при помощи растворителей (бензол, спирт, петролейный эфир). Метод оценки стабиль­ ности позволяет определить количество продуктов окисления (старения) масла: нейтральных смол (по приращению вяз­ кости) и асфальтенов, окоикислот, «арбенов и карбоидов (по составу осадка). Продукты окисления определяют способ­ ность масел и присадок к ним противостоять воздействию высоких температур и кислорода воздуха.

Исследовани ими усталовлено:

1. Сульфонатная присадка СБ-З, добавленная к различ­ ным смазочным маела'М в количестве до 18%, незначительно влияет на осадкообразование. Количество осадков и прира­ щение вязкости у масел с этой присадкой и без нее практи­

чески одинаковы.

2. Присадка БФК, добавленная к маслам в количестве до 8%, значительно снижает образование осадков в процессе окисления масел, вследствие чего снижается и степень при­ ращения вязкости.

3. Масло с антиокислительными присадками после окис­ ления на приборе ДК-НАМИ имеет большее приращение

и приращению вязкости.

62

Термоокислительная стабильность по методу АзНИИ

Сущность этого 'метода заключается в определении вре­ мени поглощения маслом определенного количества кислоро­ да при температуре 75° С. При этом время поглощения 1 смг кислорода является индукционным периодом, а время погло­ щения 20 см3 кислорода характеризует стабильность смазоч­ ных масел против окисления.

Кроме указанных методов, рядом других организаций (НИИАТ, ИХП, HATH) разработаны различные методы по исследованию антиокислительных свойств смазочных масел, различающиеся конструктивным оформлением и режимом ис­ пытаний, но аналогичные по целям и способам исследования.

Метод оценки коррозионной агрессивности смазочных масел

Одним из основных эксплуатационных свойств масел яв­ ляется их коррозионная агрессивность. Для определения величины коррозии, вызываемой маслами, применяются: ме­ тод Ю. Г. Пинкевича (ГОСТ 5162-491), метод ДК-НАМИ, разработанный К. С. Рамайя (ГОСТ 8245-56), ПЗЗ, разра­ ботанный К. К- Папок с сотрудниками, и род других.

В исследовательской работе широкое распространение получил метод ДК-НАМИ, сущность которого заключается в окислении 37 г масла во вращающейся реактивной колбе, помещенной в масляную баню, при температуре 140° С в течение 10 или 25 часов. В колбу на стеклянном держателе опускают круглую свинцовую пластинку с поверхностью 10 см2. По потере веса пластинки, выр;аженного в г/м2, судят о коррозионных свойствах испытуемого масла. Для большей точности проводимых параллельных испытаний на аппарате ДК-НАМИ предусмотрена одновременная установка 10 колб, которые позволяют сразу испытывать 5 образцов масел или масел с присадками.

Многочисленными исследованиями (28] установлено, что окисление масел ускоряется в присутствии различных метал­ лов и их солей. Некоторые металлы ускоряют, например, образование в масле растворимых и не растворимых в нем продуктов окисления. Медь, свинец, марганец, железо и их окислы являются наиболее активными катализаторами окис­ ления. Алюминий и олово практически не ускоряют процесса окисления, а некоторые их соли даже замедляют его.

В условиях работы двигателя смазочные масла соприка­ саются с деталями, изготовленными из различных металлов, и компонентами присадок, состоящими из солей различных металлов, что создает условия для ускорения или замедления окисления масла. Образовавшиеся в процессе окисления

63

низкомолекулярные кислоты способствуют повышению кор­ розионных свойств масла.

Влияние различных металлов и их солей на коррозион­ ную агрессивность масел изучается на аппарате ДК-НАМИ по утяжеленному методу, разработанному iK. 'С. Рамайя. В отличие от метода определения потенциальной коррозии мас­ ла в аппарате ДК-НАМИ ,в течение 10 часов утяжеленный метод имеет продолжительность 25 часов и в испытуемое масло вводится 0,2% нафтената или стеарата меди. По ука­

ется в реактивную колбу аппарата ДК-НАМИ и при темпе­ ратуре 140° С окисляется в течение 25 часов.

Анализ экспериментальных данных показывает, что:

а) базовые масла обладают высокой коррозионной аг­ рессивностью (250—350 г/м2); у масел из бакинских нефтей величина коррозии значительно больше, чем у масел из во­

жают коррозионную агрессивность их, однако эффективность действия присадок неодинакова. Сульфонатные присадки незначительно снижают коррозионную агрессивность масел, алкилфенольные более значительно, а антиокислительные доводят величину коррозии практически до нуля. При этом влияние указанных типов присадок на масла из бакинских и восточных нефтей неодинаково; более интенсивное снижение коррозии имеет место для масел из бакинских нефтей.

в) нафтенат меди, являясь катализатором окисления, значительно увеличивает коррозию свинца при испытании всех масел. Степень каталитического действия нафтената меди для масел из восточных нефтей значительно выше, чем для масел из бакинских нефтей.

В ранее описанных методах количество кислорода, по­ глощаемого смазочными маслами, не учитывается. Принимая во внимание то обстоятельство, что кислород воздуха явля­ ется источником окисления углеводородов смазочных масел и количество воздуха влияет на процесс окисления, под руко­ водством автора были разработаны аппаратура и метод оценки коррозионной агрессивности масел, позволяющие учитывать количество воздуха, расходуемого в процессе окисления. 'Конструкция этого аппарата, определение корро­ зии, метод испытания и результаты сравнительных испыта­ ний изложены в данной главе.

Суждение о качестве исследуемых присадок к маслам при отборочных испытаниях лабораторными методами и ре­ комендация наиболее эффективных присадок и их компози­ ций для моторных испытаний должны производиться на

64

новке УИМ-6 разработаны и утверждены ГОСТы на метод испытания масел с присадками групп Б, В и Г.

Двигатель, собранный из новых деталей цилиндро-порш­ невой группы, проходит обкатку в течение 40 часов. Перед каждым испытанием двигатель должен проходить 5-часовую обкатку на испытуемом масле и топливе. Испытание опыт­ ного образца масла с присадками проводится 10-часовыми повторяющимися этапами в течение 120 часов, без смены масла. Каждый 10-чаоовой этап состоит из пуска, холостого хода и постепенного нагружения до номинальной мощности в течение 20 минут, работы двигателя на номинальной мощ­ ности (М = 2 1 л. с., п = 1500 o6jмин, е Се = 4,4—4,5 кг!час)

в продолжение 9 часов 25 минут и, наконец, из постепенного разгружения, холостого хода и остановки в течение 15 ми­ нут. По окончании каждого 10-часового этапа производится долив масла в количестве 750 ± 10 г. Угар масла за этап должен находиться в пределах 70—110 г/час. Отбор проб для анализа в количестве 300 г производится через 20 ми­ нут, 40, 80 и 120 часов работы масла, до его долива. В про­ бах определяются: кинематическая вязкость при 50 и 100° С, коксуемость, зольность, содержание механических примесей, кислотное число и щелочность.

По окончании испытаний производят разборку двигате­ ля, осмотр, замер количества отложений. Результаты оцени­ вают по балльной системе, разработанной авторами метода. Многолетняя эксплуатация установки УИМ-б-НАТИ в раз­ личных организациях подтвердила наличие удовлетворитель­ ной сходимости результатов параллельных испытаний, а так­ же воспроизводимость результатов испытаний на УИМ-6- НАТИ и на полноразмерных двигатёлях.

Метод первичного моторного испытания ИДМ-60Ф

Настоящий метод разработан В. Ф. Филипповым и при­ меняется для оценки дизельных масел по количеству и ха­ рактеру отложений на поршне и поршневых кольцах, по сте­ пени подвижности поршневых колец, противоизносным и противокоррозионным свойствам, а также по изменению фи­ зико-химических показателей масел в процессе работы дви­ гателя ИТ9-3. Сущность его заключается в краткосрочном испытании масла на одноцилиндровом двигателе ИТ9-3 с воспламенением от сжатия, в течение 50 часов, 10-часовыми этапами для масел с присадками и в течение 10 часов непре­ рывной работы двигателя без базовых масел.

После обкатки двигателя испытание ведется в следу­ ющей последовательности. Пуск двигателя производится после прогрева испытуемого масла до температуры 90° С и прокрутки двигателя электромотором без подачи топлива в

66

‘течение 5 минут. Продолжительность прогрева двигателя после пуска до выхода на режим составляет 20 минут. При соблюдении режима испытания двигателя отклонение темпе­ ратуры в предкамере и температуры выхлопных газов не должно превышать ± 5° С.

В процессе испытания через 5 минут и через каждые 10 часов работы двигателя отбирается проба масла в количе­ стве 100—200 г. Физико-химические свойства отработанных масел позволяют определить изменения качества масла, происшедшие в процессе работы двигателя. Оценка качества производится по антиизносным, антинагарным и антикорро­ зионным свойствам, а также по подвижности поршневых ко­ лец и лакообразующим свойствам масел, оцениваемым сум­ марным показателем качества масла— моторным индексом.

Метод краткосрочных отборочных испытаний масел на одноцилиндровых двигателях типа 1-410,5/13 и 1-48,5/11

В связи с отсутствием в нашей стране стандартизиро­ ванных одноцилиндровых экспериментальных двигателей и в целях приближения условий предварительной моторной оценки масел к реальным условиям в ИХП был разработан метод моторной оценки масел на одноцилиндровых двига­ телях 1-410,5/13 и 1-48,5/11, простых по конструкции и по параметрам, близким к современным. Серийный выпуск этих двигателей на ряде дизелестроительных заводов делает их доступными для исследовательских целей.

Этот метод широко применяется ИХП в исследователь­ ских работах уже 10 лет. Суть его заключается в оценке противоизносных, моющих и антинагарных свойств смазоч­ ных масел и масел с присадками, а также в оценке измене­ ния физико-химических свойств отработанных масел по срав­ нению с исходными.

При выборе режима моторного испытания за основу на­ ми были приняты режимы работы двигателя Д-40 в реаль­ ных эксплуатационных условиях. Продолжительность испы­ тания принята равной 100 часам с повторяющимися 10 этапами, по 10 часов каждый.

Для изучения изменения физико-химических свойств масел е работающего двигателя отбираются пробы масла в количестве 0,2 кг через 15 минут и после каждых 10 часов работы двигателя. Испытания проводятся без фильтра тон­ кой очистки масла, при температуре воды на выходе 8 5 ± 5 °С

имасла 65—70° С.

Вкачестве оценочных параметров приняты:

а) износ поршневых колец по потере веса, мг; б) количество отложений (.раздельно) на днище поршня,

67

поршневых кольцах и в канавках, прорезях маслосъемных колец, дренажных отверстиях поршня и на перемычках, мг;

в) цвет лаковых отложений на поршне в баллах; г) изменение физико-химических свойств масел.

Общая оценка ведется по отрицательной системе. С целью предварительной оценки эксплуатационных свойств масел для поршневых авиационных, тепловозных, судовых, стационар­ ных и ряда специальных двигателей созданы эксперимен­ тальные одноцилиндровые отсеки натурных двигателей и разработаны методы отборочных испытаний масел на них. Краткое содержание ряда указанных методов излагается ниже.

Метод оценки масел для авиационных поршневых двигателей на установке ЭУ-5

Оценка эксплуатационных свойств авиационных масел типа МК-22, МС-20 и др. производится -на установке ЭУ-5 с цилиндром двигателя АШ-82<!н. Испытание состоит из 20 этапов продолжительностью по 2 часа 30 минут каждый и длится в общей сложности 50 часов. В процессе работы дви­ гателя смены масла -не производят. Пробы отбирают через 10, 20, 30, 40 и 50 часов в количестве 0,5 л определяют их физико-химические свойства. Сравнение физико-химических свойств исходных и отработанных масел -позволяет судить об изменении их качества в процессе работы двигателя.

По окончании испытания двигатель разбирают, осматри­ вают и производят микром-етражный замер деталей, что позволяет определить износные, антинагарные, антикорро­ зионные и моющие свойства опытного масла. Опыт ир-имене- ния этого метода показал, что результаты -испытания уста­ новки ЭУ-5 не всегда совладают с результатами испытаний на натурных двигателях. Для приближения условий работы одноцилиндрового двигателя к натурным и для получения более ощутимых величин износа, нагара и осадков настоя­ щая методика испытания авиационных масел ИХП АН Азербайджанской GCP была усовершенствована. Продолжи­ тельность испытания принята равной 100 часам, в этот пе­ риод смены масла не производят.

Сборка цилиндра и -поршневой (группы, -микрометриче­ ский обмер деталей в каждом испытании производятся в со­ ответствии с техническими условиями ремонта двигателя АШ-82 т Предварительно двигатель подвергают горячей обкатке в течение трех ча-сов в режиме, заданном методикой,

на испытуемом масле.

Перед началом испытания согласно методике замеряют мощность двигателя, расход топлива, давление масла, над­

68

дув, число оборотов коленчатого вала, скорость прокачки масла через двигатель и температуру головки цилиндра вы­ хлопных газов и т. п. Эти данные позволяют установить тех­ ническое состояние двигателя, обеспечивающее проведение испытания по заданным показателям. В ,процессе испытания через 10 часов отбирают пробу масла и определяют следу­ ющие константы: кинематическую вязкость при 100° С; кок­ суемость, %; зольность %; кислотное число, мг КОН на 1 г масла; содержание механических примесей, %• Анализ отра­ ботанного масла позволяет установить степень его старения.

По окончании испытания производится микрометриче­ ский замер деталей двигателя и определяются:

а) износ основных деталей, б) количество нагара на деталях,

в) толщина лаковой пленки на внутренней поверхности днища поршня,

г) количество отложений в носке коленчатого вала и в шатунной шейке. Нагары и отложения анализируют и опре­ деляют в них содержание органической и неорганической составляющих.

Полученные при этом результаты по износу деталей, количеству и составу отложений и нагара, а также анализ отработанных масел позволяют судить об эксплуатационных свойствах опытного образца в сравнении с результатами ис­ пытания эталонного масла. За эталонное принимается масло МК-22 или МС-20 по ГОСТу 1013-49.

Наличие удовлетворительной сходимости параллельных испытаний (до 10%) и достаточная чувствительность указан­ ного метода предварительной моторной оценки качества ма­ сел обеспечивают получение сопоставимых результатов испы­ тания на установке ЭУ-5 и на натурном авиационном дви­ гателе.

Метод оценки качества масел на одноцилиндровом отсеке двигателя В-2-300

Для подбора масел, обеспечивающих нормальную рабо­ ту широко распространенных двигателей типа В-2, на базе отсека этого двигателя ОД-2 Е. Г. Кузнецовым разработана методика, позволяющая оценивать склонность масел к вы­ сокотемпературным отложениям. Испытания проводятся в течение 30 часов. В картер заливают 65 кг масла. Темпера­ тура масла и воды перед пуском доводится до 55—60° С, а при нагрузочном режиме на выходе она поддерживается

69