Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Компрессоры в технологических процессах. Смазочные материалы. Учебное пособие
.pdf
11
термоокислительной устойчивостью и хорошими противокоррозионными качествами и прокачиваемостью при различных температурах
окружающей среды. Масла должны обеспечивать максимально возможный срок работы до замены, не образовывать на поверхностях деталей различных отложений.
Смазочные масла независимо от условий применения и назначения должны обладать следующими основными свойствами:
1) надежно выполнять свои функции в широком диапазоне тем-
ператур, нагрузок, скоростей перемещения;
2) минимально изменять свойства при внешних воздействиях в
условиях хранения и применения;
3) не воздействовать на контактирующие с ними материалы;
4) иметь хорошие экологические свойства (отсутствие воздей-
ствия на окружающую среду, нетоксичность, минимальные пожаро- и
взрывоопасность, способность к многократной регенерации или полной утилизации и др.);
5) производиться из легкодоступного сырья и иметь невысокую
стоимость.
Из трех перечисленных видов смазочных масел, полученных из
различного исходного сырья, наибольшее распространение получили
нефтяные масла. Эти масла в зависимости от способа получения делят
на дистиллятные (из нефтяных дистиллятов, выделенных вакуумной
перегонкой мазута), остаточные (из остатка от вакуумной перегонки
мазута – гудрона), компаундированные (смесь дистиллятных и остаточных масел), смешанные.
Предварительно обезвоженная и обессоленная нефть
непрерывным потоком поступает в теплообменники, где нагревается
горячим мазутом до температуры 180 °С. В результате из нефти
испаряется бензиновая фракция при температуре 28–180 °С.
Полученная парожидкостная смесь подается сбоку в
ректификационную колонну (вертикальный цилиндрический аппарат).
Сверху колонны отбираются пары бензиновой фракции, а снизу –
жидкая отбензиненная нефть. Эту нефть далее нагревается в трубчатой
печи до температуры 360 °С, и из нее испаряется дизельная фракция
при температуре 180–360 °С. Полученная парожидкостная смесь
непрерывно поступает в следующую ректификационную колонну.
Сверху этой колонны отбираются пары дизельной фракции, а снизу –
жидкий мазут. Этот мазут вновь поступает в печь и нагревается до
360 °С. Нагревать мазут выше 360 °С нельзя во избежание
12
термического крекинга, т. е. разложения на газы и кокс. Далее
парожидкостная смесь направляется в следующую ректификационную
колонну, где поддерживается абсолютное давление около 0,01 МПа
(ниже атмосферного). Из-за низкого давления в колонне нагретый
мазут начинает кипеть. Сверху и с боковых отводов этой колонны
отбираются в паровой фазе масляные дистилляты разной вязкости. Как
правило, получаются три дистиллята: при температуре 360–390 °С для
трансформаторного масла; при температуре 390–440 °С для
маловязкого индустриального масла (типа И-20А); при температуре
440–490 °С для вязкого индустриального масла (типа И-40А)), а снизу
колонны образуется жидкий гудрон. В дальнейшем каждый масляный
дистиллят отдельно подвергается селективной очистке растворителем
для удаления смолистых веществ и ароматических углеводородов с
короткими боковыми парафиновыми цепями, а затем депарафинизации
с целью удаления твердых углеводородов. Гудрон сначала
подвергается деасфальтизации при помощи жидкого пропана и
удалению из него битумообразных веществ, из которых делают
впоследствии дорожные битумы. Деасфальтизат также подвергается
селективной очистке и депарафинизации. В результате получается
высоковязкое масло, применяемое в качестве основы масел для
поршневых компрессоров: масла типа К-19, Кс-19, К-19п, Кс-19п, К-224, К-4-20.
Нефтяные масла состоят из углеводородов, содержащих в молекуле от 22 до 70 и более атомов углерода. Желательными в составе
нефтяных масел являются изопарафиновые углеводороды, нафтены с
длинными парафиновыми цепями, ароматические углеводороды с
длинными боковыми цепями. По мере увеличения числа атомов углерода в молекулах углеводорода возрастает вязкость масел. Любое
нефтяное масло является смесью различных углеводородов, и в нем
насчитывается до 5000 различных индивидуальных углеводородов.
Следовательно, чаще всего определяется групповой химический состав
масел, а не индивидуальный углеводородный состав, что выполнить достаточно сложно.
IV. По классу вязкости. В 1975 г. ISO (международная
организация по стандартизации) разработала систему классификации
вязкости масел в сСт (1 сантистокс = 1 мм2/с) при 40 °С. Система
насчитывает 18 классов вязкости (табл. 1.2).
Так как желательно, чтобы уровень вязкости не отклонялся
более чем на 10 % от средней вязкости в каждой из 18 групп, система
13
не является непрерывной, но имеет интервалы между классами. ISO облегчает сотрудничество и понимание между поставщиками смазочных
масел, пользователями и производителями машинного оборудования.
Таблица 1.2
Классификация смазочных масел по вязкости по ISO 3488
Марка вязкости
(VG) по
ISO 3488
Средняя вязкость,
мм2/с, при 40 °С
Пределы уровня вязкости
Мин.
Макс.
ISO VG2
2,2
1,98
2,42
ISO VG3
3,2
2,88
3,52
ISO VG5
4,6
4,14
5,06
ISO VG7
6,8
6,12
7,48
ISO VG10
10
9,0
11,0
ISO VG15
15
13,5
16,5
ISO VG22
22
19,8
24,2
ISO VG32
32
28,8
35,2
ISO VG46
46
41,4
50,6
ISO VG68
68
61,2
74,8
ISO VG100
100
90
110
ISO VG150
150
135
165
ISO VG220
220
198
242
ISO VG320
320
288
352
ISO VG460
460
414
506
ISO VG680
680
612
748
ISO VG1000
1000
900
1100
ISO VG5000
1500
1350
1650
Класс вязкости выбирается из условий работы компрессора и
растворимости компримируемого газа в масле. Например, для центробежных компрессоров используются масла с классом вязкости 32
(масло Тп-22С или Тп-22Б) или 46 (масло Кп-8С); для винтовых
14
компрессоров – с классом вязкости от 32 до 150, например, для газовых
винтовых компрессоров используются, как правило, масла с классом
вязкости 68 (масло CPI-1507-68), 100 (масло CPI-1507-100) и 150 (масла
CPI-1516-150, Klüber Summit NGSH-150). При этом полигликолевые
масла высокой вязкости выбираются для компрессоров, перекачивающих «жирные» попутные нефтяные газы (ПНГ), поскольку за счет абсорбции углеводородов вязкость масел в процессе эксплуатации
быстро падает.
1 . 3 . В л и я н и е п р и с а д о к н а с в о й с т в а м а с е л
Для современных высоконагруженных компрессорных машин,
а также различного промышленного оборудования, работающего в
условиях больших динамических нагрузок, повышенных температурных режимов и так далее, требуются масла высокого качества. Наиболее эффективный и дешевый метод улучшения эксплуатационных
свойств смазочных масел – легирование их специальными присадками.
Присадки – это сложные химические соединения, которые вводятся в смазочные масла в концентрации до 5 % массы с целью улучшения их качества и придания новых свойств. Присадку в масло вводят
для улучшения или придания либо одного определенного свойства,
например депрессорную для снижения температуры застывания, либо
чаще всего используют многофункциональные присадки, улучшающие
одновременно несколько свойств смазочного масла.
Помимо основного функционального назначения, присадки
должны удовлетворять целому ряду других требований:
– хорошо растворяться в маслах;
– не выпадать в осадок от изменения температуры и при длительном хранении;
– быть термически и химически стабильными;
– выполнять свои функции при работе и не вызывать побочных
реакций;
– не оказывать отрицательного влияние на другие свойства масел и т. д.
Различают следующие группы присадок по функциональному
назначению.
15
Антиокислительные – присадки, снижающие интенсивность
окисления углеводородов при температурах выше 90 °С, вводятся в
масла в концентрации до 3 % массы.
Эти присадки могут задерживать начало процесса окисления и,
таким образом, увеличивать индукционный период окисления масла,
разрушать образующиеся при окислении гидроперекиси и тем самым
прерывать цепные реакции окисления. Кроме того, антиокислители могут взаимодействовать с продуктами окисления углеводородов и образовывать новые вещества, обладающие антиокислительными свойствами и тормозящие процесс окисления. К этим присадкам относятся
соединения на основе дитофосфатов металлов. Наиболее эффективными их них являются: ионоп, соединения типа аминов и соединения,
содержащие серу, азот и фосфор и др. Основной эксплуатационный показатель этих присадок – сохранение термокислотной стабильности
масла – способность длительно не изменять основных свойств под воздействием окислительных процессов. Чем больше это время, тем лучше
масло в отношении стабильности.
Антикоррозионные – присадки, предотвращающие химическую
коррозию цветных металлов под воздействием самого масла, а
ингибиторы коррозии – это присадки, предотвращающие коррозию
черных металлов в присутствии электролитов (прежде всего, воды).
Масла без этих присадок не могут обеспечивать надежную и длительную работу вкладышей подшипников, изготовленных из медно-свинцовых сплавов. Коррозия антифрикционных сплавов является следствием воздействия на них кислот и продуктов окисления масла в процессе эксплуатации. Механизм действия этих присадок сводится к образованию на металле защитных пленок, которые препятствуют непосредственному воздействию коррозионно-активных веществ на металл.
Другим направлением действия этого вида присадок является нейтрализация коррозионно-агрессивных продуктов, образующихся при сгорании сернистого топлива и окисления масла. Количественное содержание этих присадок в масле – десятые доли процента. К этой группе
присадок принадлежат соединения трибутилфосфита, трифенолфосфита, осерненное масло, а также соединения щелочных и щелочно-земельных металлов. Пример – присадка ДФ-1.
Моющие и диспергирующие (детегенты или диспергенты) – присадки, препятствующие отложению смолисто-асфальтовых веществ.
Содержание их в маслах – от 3 до 5 % массы.
16
Кроме этих присадок, для улучшения моюще-диспергирующих
свойств в моторные масла вводят поверхностно-активные вещества
(ПАВ). К ПАВ относятся соединения щелочно-земельных металлов,
например, кальция и бария, а также множество беззольных ПАВ. При их
введении до 5 % массы повышаются зольность и щелочное число масла.
Зольность – это образование золы при сгорании масла. Зольность масла должна быть минимальной. Зольность – показатель, характеризующий чистоту масла при отсутствии в нем присадок. В моторных маслах с присадкой наличие «зольности» характеризует содержание в масле солей металлов введенной присадки и при этом зольность
можно трактовать как несгораемую часть присадок. Наиболее эффективные присадки обеспечивают максимальное щелочное число при минимальной зольности. Чем выше щелочное число, тем больше его
нейтрализующая способность.
Механизм действия присадок заключается в переводе лаков и
нагаров с поверхностей деталей во взвешенное состояние посредством
разрыхления нагаров и смыва их с деталей, удержание этих частиц без
укрупнения и главное – без их седиментации.
Моющее действие присадки заключается в том, что она адсорбируется на металлических поверхностях и образующиеся защитные
пленки препятствуют образованию отложений на деталях.
Противоизносные – присадки, которые улучшают противоизносные свойства за счет создания проточной масляной пленки на рабочих поверхностях. Они содержат такие ПАВ, которые при повышении
температуры способны образовывать пленки, препятствующие схватыванию трущихся поверхностей. К ним относятся соединения, содержащие неактивную серу, а также эфиры фосфорных кислот.
Противозадирные – присадки, в которых продукты их разложения химически взаимодействуют с металлом при высоких температурах трения и образуют соединения, обладающие меньшим сопротивлением срезу и более низкой температурой плавления, чем чистые металлы, что и предотвращает заедание трущихся поверхностей. В состав
этих присадок входят сера, фосфор и хлор, некоторые из них содержат
свинец, сурьму и молибден в сочетании с серой и фосфором.
В качестве антифрикционных присадок, снижающих коэффициент трения трущихся деталей, используются природные жиры, жирные кислоты и их эфиры.
Вязкостные присадки обеспечивают определенную требуемую
вязкость при различных условиях, что способствует высокой
прокачиваемости при отрицательных температурах. Это присадки на
основе различных полимеров, прежде всего полиметакрилатов. Они
способствуют высокому индексу вязкости масла и хорошей прокачиваемости. Масла, загущенные некоторыми видами этих присадок, обладают хорошими вязкостными свойствами при различных температурах
и обеспечивают легкий пуск двигателя при низких температурах.
Вследствие этого такие масла используют как всесезонные.
Для придания смазочному маслу не одного, а многих эксплуатационных свойств, в него вводят одновременно несколько органических соединений, обладающих функциональными различными качествами, комплекс которых называется многофункциональной присад-
кой. Многофункциональные присадки обеспечивают комплекс свойств
смазочным маслам, в результате чего масло приобретает способность
выполнять несколько функций, что повышает его эксплуатационные
характеристики.
18
2 . ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА МАСЕЛ
Качественные показатели масел определяют, используя лабораторные, стендовые и эксплуатационные испытания. Существуют комплексы методов квалификационной оценки (КМКО), включающие лабораторные и стендовые методы испытаний. Эти КМКО разработаны
для того, чтобы при разработке новых масел обойтись без дорогостоящих и длительных эксплуатационных испытаний. Во время эксплуатации масел проводят контроль их основных физико-химических показателей: плотности, вязкости, температуры вспышки, щелочности, а
также содержания механических примесей и воды.
Контрольные анализы качества масел подразделяются на три
вида: приемно-сдаточные, периодические (при техническом обслуживании машин, замене фильтрующих элементов, смене масел в двигателях и маслобаках компрессорных агрегатов и т. п.), а также аварийноарбитражные испытания.
Масла для анализов берут путем слива их из узлов в химически
чистую посуду или специальными стандартными пробоотборниками
(объем проб по ГОСТ не менее 0,7 л).
Для определения физико-химических показателей масел применяют промышленные химические лаборатории: полевые типа ПЛ-2М
(чаще всего их используют как стационарные лаборатории) и экспресслаборатории типа РЛ, ЛАОН-2, ЭЛАН, ЭКСПРЕСС-3 и др.
Более глубоко и всесторонне можно оценить качество масел
специальными техническими средствами: лабораторией спектрального
анализа МФС-7, дающей качественное и количественное содержание
продуктов износа деталей машин; фотоколориметром ФЭК-25, с помощью которого определяется оптическая плотность (проницаемость)
масла световым потоком, т. е. он дает визуальное представление о
цвете масла; на машине трения 2168УМТ – получение трибологических
показателей (момента, коэффициента трения и др.); рефрактометром
ИРФ-70 – оперативное выполнение анализа состава или качества масел;
универсальным малогабаритным прибором МУМ-5, определяющим
количественное содержание металлических элементов (хрома, алюминия, свинца и др.) посредством спектральных излучений – продуктов
износа, накопившихся в масле, например при работе кривошипно-шатунного механизма двигателя или поршневого компрессора.
19
Основные физико-химические показатели масел определяют
приборами: нефтеденсиметром, вискозиметром, набором колб, тиглей,
газовых горелок, высокооборотными центрифугами (определение мехпримесей), рН-метром и другими средствами. Путем сопоставления показателей, полученных при проверке и соответствующих ГОСТу, определяют пригодность масла к дальнейшему использованию.
2 . 1 . В я з к о с т ь м а с е л
Вязкость – одно из основных свойств, имеющих эксплуатационное значение, общее для большинства смазочных масел. Она определяет
надежность режима смазки в условиях жидкостного трения и существенно
влияет на охлаждающую способность масел, их утечку через уплотнения
и пусковые свойства. Вязкость масел зависит, главным образом, от их углеводородного состава, она возрастает с увеличением молекулярной
массы углеводородов, составляющих масла, их цикличности и степени
разветвленности. Таким образом, вязкость влияет на несущую способность масляного слоя в деталях машин и тем самым на смазочную способность масла и характеризует во многих отношениях поведение масла в
эксплуатации. От вязкости зависят потери энергии (мощности) на перемешивание масла в механизмах, утечки через уплотнения, возможность прокачки через маслопроводы, скорость отстаивания мехпримесей и воды в
резервуарах, скорость слива из емкостей и т. п.
Вязкостью называют свойство жидкости оказывать сопротивление взаимному перемещению ее слоев под действием внешней силы.
Одна и та же сила создает в разных жидкостях разные скорости сдвига
слоев, отстоящих один от другого на одинаковых расстояниях.
Касательная реакция Т, возникающая при относительном
скольжении смежных слоев жидкости, называется силой вязкого сдвига
(силой жидкостного трения). Она определяется по закону Ньютона–
Петрова, который выражается следующим уравнением:
где – коэффициент динамической вязкости; – градиент скорости
сдвига по нормали к направлению потока х (рис. 2.1), т. е. изменение
скорости по толщине слоя жидкости; S – площадь сдвига.
20
Рис. 2.1. К определению понятия вязкости
Величина называется напряжением вязкого сдвига.
Если , т. е. перепад скорости жидкости поперек зазора
постоянен (это имеет место при отсутствии градиента давления в слое
жидкости при параллельных стенках текущей жидкости и отсутствии
сужения), то профиль ее скорости поперек зазора является линейным и
уравнение (2.1) приобретает вид
где – скорость скольжения (т. е. скорость одной поверхности относительно другой); h – толщина слоя жидкости (зазора).
Жидкости, подчиняющиеся закону Ньютона–Петрова, называются ньютоновскими жидкостями. Ньютоновские жидкости характерны тем, что напряжение сдвига τ в них является линейной функцией
градиента скорости сдвига . Таким образом, их коэффициент
вязкости не зависит от градиента скорости сдвига (если температура
жидкости постоянна), тогда как у неньютоновских жидкостей такая зависимость имеет место.
Вязкость масел, как правило, оценивают в абсолютных или
условных единицах. Вязкость в абсолютных единицах – это вязкость
динамическая и кинематическая. Кинематическая вязкость с динамической связана через плотность жидкости при температуре опыта
следующим выражением:
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]