![](/user_photo/_userpic.png)
книги из ГПНТБ / Башаев В.Е. Потери присадок в автомобильных фильтрах тонкой очистки масла
.pdfОбращает на себя внимание следующее обстоятельство. Обе присадки Sanf.olub-493 и ДФ-11 по литературным дан ным представляют собой одно и то же соединение: диалкилдитиофосфат цинка. В товарном продукте эти присадки отличаются друг от друга по степени разведения в разба вителе. Santolub-493 является 100%-ным продуктом, а при
садка ДФ-11—50%-ным |
растЕором |
в |
веретенном |
масле. |
|
Однако, как видно из рис. 30, влияние |
этих присадок на |
||||
величину поверхностного |
натяжения |
масла различно. |
Даже |
||
если произвести пересчет точек |
кривой ДФ-11 на 100%- |
||||
ный диалкилдитиофосфат цинка, то |
и тогда совпадения кри |
||||
вых и=»/(с) для указанных двух |
присадок не произойдет. |
Различный вид указанных кривых обусловливает различные
значения /До и Ам. Интересно сравнить |
результаты опытов |
|||
и последующего |
расчета |
с данными, |
приведенными проф. |
|
П. И. Саниным |
[35] для |
диалкилдитиофосфата цинка, син |
||
тезированного |
в |
лабораторных условиях. Несмотря на то, |
||
что в опытах |
указанного |
автора условия исследования нес |
колько отличались от описываемых (t = 77,5°С вместо на ших t — 20°С, вазелиновое масло вместо АС-6), полученные им значения предельной удельной адсорбции присадки ДФ11— Гоо и площади, занимаемой одной молекулой присадки, оказались весьма близкими к полученным данным для при садки Santolub-493, что видно из приведенной табл. 21.
Значительное отличие величин С=о и Ам у исследован ного промышленного образца ДФ-11 от помещенных в табл. 21 данных, по-видимому, можно объяснить или различием
|
|
|
Т а б л и ц а |
21 |
|
|
^ ( |
ММОЛЬ \ |
|
|
|
|
Гс° { СЛ£= |
) А„ (А2) |
|
|
|
АС-6 -f- Santolub-493 |
2,41 - Ю~10 |
69 |
|
|
|
Вазелиновое масло-'- |
|
|
|
|
|
ДФ-11 (лаборатор |
2,0-К Г10 |
81,1 |
|
|
|
ный образец) |
|
|
|
|
|
в отдельных радикалах молекул, |
сравниваемых |
присадок, |
|||
или присутствием в товарной |
присадке |
посторонних |
повер |
||
хностно-активных веществ,также адсорбирующихся |
на по |
||||
верхности раздела фаз. |
|
|
|
|
|
§ 5. Определение удельной поверхности фильтрующего материала
В § 4 были определены |
величины |
Г« для различных |
присадок. Как указывалось, |
величина |
Г со представляет со- |
69
бой предельное количество молей присадки, адсорбирован ных на 1 см2 площади адсорбента.
< о ди7 с
ЯК
* ь ° ' 7 - 35 |
|
1- ;г |
||
|
|
■ 3 4 |
|
|
55 ^ |
ПК |
33 |
|
\ |
|
|
|
||
|
|
■ 32 |
|
|
* * 0 , 3 |
■ 31 |
|
|
|
лэ <\> |
* |
|
|
|
^ |
°'г ■ 30 |
Г |
|
|
|
0,1 |
• 29 |
|
|
|
|
|
Г |
4 |
|
|
|
2 |
|
/льт рую щ ии.. |
|
9 ° / |
л - |
14-4000 _ „ , п , |
||
~ з ~ |
|
А у |
А |
100-340 |
„ |
||
ілеменл? ___1__ |
|
А . |
1.S-40DO |
||||
/ |
' , Ре |
- I |
*5 |
4 /° |
4 |
100-337 ~°>т |
|
|
Б Ф К |
|
со/ |
л __ 1,4 ■4 0 00 - л — |
|||
|
|
Ь /° |
А ~ |
100-313 ~°>т |
|||
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
/ Л '/ |
л — г>3 '40.00_„„ |
||
|
|
|
|
ш /о |
» |
10й. 41] |
0,224 |
|
|
|
|
/ £ % |
л - 8,3-4000_ |
°>7°ѵ |
|
S . |
|
|
|
|
Я — |
т .4 2 2 |
6 |
8 |
10 |
12 |
14 |
|
|
|
П% |
Рис. 33
Для определения предельной величины действующей удельной поверхности фильтрующего материала 5 необхо димо определить также величину предельной удельной адсорбции£присадки на этом материале Ате. Тогда:
S |
= ~ |
см*/г |
' |
(9) |
|
I СО |
|
|
|
S в данном случае |
может |
служить |
характеристикой |
для |
сравнительной оценки различных фильтурующих материалов.
Для определения |
Лео были проведены специальные опы |
|||||
ты на безмоторной установке с натурными фильтрами |
типа |
|||||
Р-1. |
В качестве испытуемых образцов использовалось |
масло |
||||
АС-6 |
НКЗ с различными |
концентрациями |
присадки |
БФК |
||
(2, 4, 6, 10 и 14%). |
Во |
всех |
опытах условия испытания |
|||
были одинаковыми (tu = 80°С, QM= 80 кг\я, |
х = 20 ч, |
GM= |
||||
= 4 |
кг). В каждом опыте |
после |
установления адсорбцион |
ного равновесия определялась равновесная концентрация
присадки в масле |
„C“. Затем по формуле: |
|
|
Л = |
°м(Ср — С) |
г присадки |
^ |
|
100 бф |
г фильтра |
|
где: Gu—вес масла с присадкой в системе, г, бф—вес фильтурующего элемента, г
С0—начальная концентрация присадки в масле, %, рассчитывались величины удельной адсорбции присадки Л.
Для определения величины A«, был применен графо аналитический метод расчета [26]. Результаты опытов и рас чета приведены на рис. 33. Кривая / представляет собой зависимость величины о от концентрации присадки в масле для свежих проб. Точки кривой 2 определены следующим образом: на ордиьате, соответствующей первоначальной
70
концентрации присадки в масле, откладывается величина о масла, определенная после установления адсорбционного равновесия. По данным кривых 1 и 2 рассчитаны величины
А, значэния которых |
изображены в виде кривой 3. |
Причем, |
|||||
на оси абсцисс |
этой |
кривой |
откладываются |
равновесные |
|||
концентрации присадки. |
|
|
|
|
|
||
Из рис. 33 видно, что у кривой 3 имеетсясгоризонталь- |
|||||||
ный участок, |
соответствующий |
удельной адсорбции А = |
|||||
= 0,179 —- |
—.. Как известно |
[36], горизонтальный уча- |
|||||
г фильтра |
|
|
|
на наиболее |
плотную |
||
сток изотермы |
адсорбцри указывает |
||||||
упаковку мономолекулярного |
слоя |
адсорбтива |
на поверх |
ности адсорбента. Следующий загоризонтальным участоком резкий подъем кривой 3, по-видимому, указывает на поли-
молекужірную |
адсорбцию присадки. |
Нн основании положен- |
ного для присадки АКФ и фильтро Р-1 |
z БФК |
|
Ак = 0*179--------------- |
||
Учитывая, |
|
фильтра |
что товарная присадка представляетсобой |
80°^-ный раствор в масле, а также то, что предполагаемый
молекулярный |
вес БКФ равен |
850, выразим |
величину |
в |
||
Аоо = |
0,179 |
- |
ммочь БФК |
: |
|
|
----------= |
0,106—----------------- |
|
||||
|
2-0,85 |
|
г |
фильтра |
|
|
По данным |
рис. 46 Гео БФК = |
_^ю моль |
|
|||
1,28-10 |
им2 • |
|
||||
|
|
|
|
|
|
= 1,27-10' -з ммолей см'
Тогда величина действующей удельной поверхности картона, из которого изготавливается филирующий злеменГ Реготмас, по отношению к присадке БФК составит:
Асо |
0,106 |
„„ м |
S = — = |
= |
83- |
Г е о |
1,28-10' |
|
Г Л А В А б
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ПРИСАДОК ИЗ МАСЛА ФИЛЬТРАМИ ТОНКОЙ ОЧИСТКИ
В настоящее время отсутствует теория, которая позволя ла бы, не пребегая к опытам, расчетным путем определять величину извлечения присадок из моторных масел ФТО при различных условиях эксплуатации двигателей. В связи с указанным, в настоящей монографии представлено экспери ментальное исследование взаимодействия присадок СБ-3, БФК и ИНХП-21 с натурными фильтрующими элементами типа: Реготмас, ДАСФО—ЭФА и из древесной муки на пульвербакелнтовой связке. С этой же точки зрения изучались новые фильтрующие материалы, которые в ближайшие годы будут применяться для изготовления отечественных фильт ров.
Исследования проводились как на описанной в главе 4 безмоторной установке, так и непосредственно на двигателе ГАЗ-51 в стендовых условиях. Для исследования новых материалов, которыми располагали в ограниченных количе ствах, была спроектирована и изготовлена специальная уста новка, рассчитанная на применение малогабаритных фильт рующих элементов. Внешний вид н схема этой установки показаны на рис. 54. Методология исследования подробно описана в главе 4. В настоящей главе изложены результаты проведенных исследований, которые позволили установить количественные закономерности поглощения присадок фи льтрующими материалами из моторного масла.
Присадка СБ-3 изучалась наиболее детально, т. к. она обладает высокой поверхностной активностью и склонностью адсорбироваться на поверхности раздела фаз. Кроме того, закономерности процесса поглощения фильтрами большого класса присадок носят общий характер. Поэтому в связи с ограниченными возможностями считалось целесообразным исследовать только одно наиболее характерное соединение.
72
Остальные присадки исследовались в меньшем объеме, т. к ’ при этом ставилась более узкая задача: сопоставить различ ные присадки между собой с точки зрения их взаимодей ствия с материалом фильтрующих элементов.
Р а з д е л I
ВЛИЯНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ФАКТОРОВ НА ВЕЛИЧИНУ ПОГЛОЩЕНИЯ ПРИСАДКИ СБ-3 НАТУРНЫМИ ФИЛЬТРАМИ НА БЕЗМОТОРНОЙ УСТАНОВКЕ
В § 4 главы 4 перечислялись параметры системы филь трации масла в двигателях, которые могут оказать сущест венное влияние на процесс поглощения присадок ФТО. Результаты исследования влияния именно этих параметров на процесс удаления присадки изложены в последующих параграфах данного раздела.
§ 1. Влияние типа фильтра и начальной концентрации присадки
Исследовались три наиболее распространенных типа фильтрующих элементов: Реготмас, ДАСФО-ЭФА и из дре весной муки на пульвербакелитовой связке, размерности № 1. Товарная присадка СБ-3 одной партии растворялась в
масле АС-6 новокуйбышевского завода. |
|
|
раст |
||||||
Были |
приготовлены |
2, 4, |
6, 8, |
10, 14 и 20°4-ные |
|||||
воры присадки в масле. В каждом |
опыте |
в установку |
зап |
||||||
равлялось |
по 4 кг |
масла. |
Температура |
масла |
в течение |
||||
опыта поддерживалась |
на уровне |
88±ГС , а расход масла |
|||||||
через фильтр составлял 80 кг/ч. Эти два |
параметра |
были |
|||||||
определены |
непосредственно |
на |
работающем в стендовых |
||||||
условиях |
автодизеле |
ЯАЗ-204 на режиме N e=90 л. с. и п = |
|||||||
1600 об/мин. |
Длительность |
каждого испытания |
составила |
20 ч, т. к. предварительные опыты показали, что уже через
10 ч |
фильтрации |
масла |
при принятых |
условиях |
устанавли |
|
вается равновесная концентрация присадки |
в |
масле для |
||||
всех |
растворов. |
После |
начала работы |
через |
2, |
5, 10, 15 и |
20 ч из системы отбирались пробы масла по 7 см3, для ко торых определялась величина поверхностного натяжения.
Первым |
исследовался |
фильтр Реготмас. На рис. 34, а |
||
результаты |
испытаний представлены в виде |
семейства |
кри |
|
вых, показывающих зависимость о=/(т) |
для растворов с |
|||
различной |
первоначальной |
концентрацией |
присадки |
СБ-3. |
Из графика |
следует, что |
на протяжении |
10 ч фильтрации |
масла содержание поверхностно-активного вещества в масле уменьшается, а за тем остается на одном, постоянном для каждой первоначальной концентрации, уровне. Кроме того, обращает на себя внимание иная форма начального участка
73
кривых для |
10, 14 и 20% |
-ного |
содержания присадки. Это |
объясняется |
тем, что при |
концентрациях присадки СБ-3 в |
|
масле АС-6 |
более 8% величина о не меняется. Поэтому, |
||
например, |
при начальной |
14% |
концентрации, несмотря на |
то, что через 2 я работы установки фактически имело мес то поглощение присадки фильтром, величина о не измени лась, а осталась равной 27,4 дин'см, как и для исходного масла. Учитывая данное обстоятельство, при помощи зави симости а=/(с), где с—концентрация присадки в масле,
Рис. 34. Фильтр Реготмас. |
Рис. 35. Фильтр ДАСФО-ЭФА. |
кривые о=/(т) были перестроены в кривые с=/(т) (см. фиг. 34, б), которые более наглядно показывают кинетику убыли присадки в масле. Полученные данные позволяют рассчитать кинетику поглощения присадки фильтрами. Однако чтобы результаты исследования сделать универсальными, т. е. при
74
годными для определения поглощения присадки фильтрами других размеров, рассчитаем величину поглощения присадки в
.граммах на грамм фильтрующего материала по формуле (10). Результаты такого пересчета данных фигуры 34, б пред
ставлены на рис. 34, в. |
концентрации при |
||||
Как видно,с повышением начальной |
|||||
садкивеличинапоглощения ее фильтрующим материалом |
|
||||
|
„ |
г присадки |
—• |
||
растет,достигая для 10%-ного раствора 0,Ь7о |
г |
фильтра |
|||
* |
|
|
|||
Результаты |
исследования |
||||
фильтра ДАСФО-ЭФА и из |
|||||
древесной |
муки |
в |
аналогич |
||
ной обработке представены |
на |
||||
рис. 35 и 36. |
для |
сравне |
|||
Кроме того, |
|||||
ния поглощающей способности |
|||||
исследованных |
фильтров |
на |
|||
рис. 37 представлена |
зависи |
т е . 36. Фильтр из древесной муки.
мость величины А, соответствующей равновесным концент рациям присадки после поглощения, от начальной концент рации присадки в масле до фильтрации для всех трех ти пов фильтров. Из данных рис. 37 следует, что наибольшим удельным поглощением присадки СБ-3 обладает фильтрующий элемент типа Реготмас, а наименьшим—из древесной муки на пульвербакелитовой связке. Элемент типа ДАСФОЗФА занимает промежуточное положение. Указанное различие
75
справедливо для удельного поглощения присадки. Если же* учесть, что три рассматриваемых типа фильтрующих эле ментов имеют различный общий вес, то общее поглощение целым элементом в зависи мости от первоначальной концентрации будет таким, как это представлено на
рис38.
Как видно, разница в весе элементов нивелирует различие в поглощающей способности материалов. На основании полученных дан ных можно сделать следу ющие выводы
1. Все три типа вы скаемых отечественной про мышленностью фильтрую щих элементов энергично' извлекают из масла при садку СБ-3.
2. Наибольшим весовым удельным поглощением пр садки СБ-3 обладает картон, сформированный в конструк цию фильтра Реготмас, наименьшим—древесная мука на пульвербакелитовой связке, сформированная в виде стан дартного элемента. Картон, нарезанный в фигурные диски в элементе ДАСФО-ЭФА по указанному показателю, занимает промежуточное положение, близкое к материалу фильтра Реготмас.
Таким образом, при одинаковом весе элементов наибо лее выгодным материалом с точки зрения поглощения при садки является древесная мука на пульвербакелитовой связке.
3. |
|
При |
увеличении начальной |
концентрации |
приса |
|
СБ-3 в масле величина |
удельного ее поглощения увеличи |
|||||
вается |
по прямолинейному закону, причем с большей |
ско |
||||
ростью |
у |
материала |
фильтра Реготмас и с меньшей—у |
|||
древесной |
муки |
на пульвербакелитовой |
связке. |
|
§ 2. Влияние температуры фильтрации и начальной концентрации присадки в масле
Обзор литературных источников показал, что наибольшая встречающаяся в практике температура масла в картере поршневого двигателя составляет 140°С [12J. Однако это слишком высокий предел, не встречающийся в отечествен ной практике. Более реальной, максимально допустимой, тем пературой масла следует признать температуру 120°С, ука-
76
.занную Джорджи. Эти температуры примем в качестве предельных для масла в корпусе ФТО в описываемых опы тах. Что касается нижнего температурного предела, то на ■основании опытных данных, которые приведены в главе 4, примем ее для этих опытов равной 28°С.
Для установления влияния температуры масла на вели чину поглощения присадки фильтром была проведена серия опытов на безмоторной установке. В каждом опыте в кор пус фильтра устанавливался новый элемент типа Р-1, в систему заправлялось 4 кг масла с присадкой. Опыты про водились при температурах масла 28, 50, 88, 118, 128 и 138°С. Расход масла через фильтр поддерживался на уров не 80 кг.ч. Вначале исследованию было подвергнуто масло АС-64-10% СБ-3. После вывода установки на режим через определенные интервалы времени на протяжении 20 ч ра боты из системы отбирались пробы масла, у которых опре делялась величина поверхностного натяжения на границе
•с дистиллированной водой. На рис. 54 слева показаны ре зультаты опытов для указанных выше температур в виде семейства кривых, представляющих собой зависимость
|
6 = / ( т>t), |
|
|
|
|
где: а—поверхностное натяжение в дик.'см при 20°С, |
|
||||
-с—время циркуляции масла |
через фильтр, ч, |
|
|||
t —температура циркулирующего через фильтр масла, °С. |
|||||
Пользуясь |
градуировочной |
кривой, |
приведенной |
на |
|
рис. 19, кривые |
з = /(т,£) перестроены в кривые |
c = F { i , t ) |
|||
■.(см. рис. 41 справа). |
концентрации |
присадки в |
|||
Анализ динамики изменения |
|||||
циркулирующем через фильтр масле позволяет |
сделать |
не |
|||
которые выводы. |
138°С наибольшая скорость |
||||
1. При всех температурах до |
|||||
поглощения присадки фильтрующим элементом |
имеет место |
||||
в самом начале |
фильтрования, затем наблюдается постепен |
||||
ное уменьшение |
ее вплоть до |
нулевого |
значения. После |
||
этого в фильтрующемся масле устанавливается |
равновесная |
концентрация присадки, не зависящая от времени фильтро вания.
2.Промежуток времени от начала фильтрования до установления равновесной концентрации увеличивается с понижением температуры масла.
3.При минимальной температуре опыта (£=28°С) фильтр удаляет более 80% присадки из масла. С- повышением тем
пературы количество удаляемой фильтром присадки умень шается.
4. Для масла АС-6-ЬЮ% СБ-3 существует критичес кая температура ДР=138°С, выше которой фильтр Реготмас вообще не поглощает присадку.
77
масло ас-бнкз с2%присадки Сб-3
Рис. 39
Рис. 40
Рис. 41