Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Компрессоры в технологических процессах. Смазочные материалы. Учебное пособие
.pdf
31
повышенной вязкости. Для повышения долговечности механизмов
нужно использовать масла с высокими антифрикционными и
противоизносными свойствами, что достигается подбором химического состава масла. До определенной температуры антифрикционные
присадки выполняют роль противоизносных. Введение противозадирных присадок приведет к интенсивному коррозионно-механическому
изнашиванию поверхности вкладышей.
При температуре до 120 °С работают силы адсорбции
антифрикционных присадок на поверхности трения, которые также
выполняют роль противоизносных; при температуре до 180 °С фосфор
из разлагающихся присадок образует на поверхности трения слой
фосфидов железа, имеющий меньшую прочность на сдвиг и
препятствующий изнашиванию поверхности. При температуре выше
180 °С сера из разлагающихся присадок начинает образовывать
сульфиды железа на большую глубину, что также препятствует
изнашиванию поверхностей.
Таким образом, противоизносные свойства масел зависят от их
вязкости и вязкостно-температурной характеристики, а также от наличия противоизносных присадок и отсутствия абразивов. Масла, содержащие механические примеси, к применению непригодны.
2 . 7 . А н т и к о р р о з и о н н ы е с в о й с т в а м а с е л
Под антикоррозионными свойствами в химмотологии понимают
способность масла в процессе работы не оказывать коррозионного воздействия на различные узлы и детали компрессорных машин и механизмов,
выполненных преимущественно из цветных металлов и сплавов.
Высокая коррозионная агрессивность масла проявляется вследствие накопления в процессе его окисления большого количества продуктов кислотного характера, а также в результате высокой химической
активности самого масла, обусловленной наличием функциональных,
преимущественно противозадирных присадок (химическая коррозия).
На скорость электрохимической коррозии существенное влияние оказывает вода. Она может накапливаться в масле при невыполнении правил перевозки, хранения и заправки машин. Следовательно,
одно из основных условий предотвращения электрохимической
32
коррозии – отсутствие влаги в маслах. Кислород и вода, содержащиеся
в масле, могут соединяться с металлом, образуя гидроокиси, например
Pb(ОН)2. В дальнейшем гидроокись вступает в реакцию обмена водорода с органической кислотой RCOOH на металл с образованием солей
(RCОО)2Pb и воды:
Ме(ОН)2+2RCOOH → (RCOO)2Ме + 2Н2О, (2.12)
где Ме – металл.
Так можно схематично представить коррозию металла высокомолекулярными органическими кислотами.
Коррозия металлов и особенно склонных к ней подшипниковых
сплавов из цветных металлов проявляется по-разному, часто последовательно протекающими процессами. Вначале на поверхности появляются темные (серые, черные) пятна, иногда обнаруживается скопление
шероховатых точек. Они постепенно углубляются и переходят в раковины, наблюдается выкрашивание металла.
Снижение коррозионной агрессивности смазочной среды достигается за счет повышения антиокислительных свойств масла, уменьшением
содержания противозадирных присадок (для масел трансмиссий и редукторов) и добавлением к маслу антикоррозионных присадок, содержащих
серу и фосфор. Эти активные элементы на поверхности металла образуют
защитные пленки, надежно предохраняющие металл от коррозии.
В процессе работы масла в механизме образующиеся продукты
окисления (органические кислоты, фенолы, соли) разрушают и смывают защитную пленку. Чем больше продуктов окисления и выше температура, тем сильнее разрушение. Если в масле находится достаточное
количество антикоррозионной присадки, то разрушенная пленка восстанавливается вновь. Процессы разрушения и восстановления протекают одновременно до тех пор, пока в масле содержится активная
несработавшаяся присадка.
В лабораторных условиях антикоррозионные свойства масел
оценивают по методу потери массы свинцовых пластин за 10 или 25 ч
испытания при температуре 140 °С по ГОСТ 20502-75. Этот показатель
характеризует агрессивность масел по отношению к цветным металлам, а также позволяет оценить эффект от добавления в масло противокоррозионных присадок. Кроме того, антикоррозионные свойства масел оценивают по изменению цвета медных или бронзовых пластинок
33
после выдерживания их в течение трех часов при температуре 100 или
120 °С в испытуемом масле.
2 . 8 . К и с л о т н о е ч и с л о
Кислотное число (в мг КОН, затраченных на нейтрализацию 1 г
масла) характеризует содержание в масле органических кислот. То или
иное предельное значение этого показателя, обычно возрастающего во
время работы в узлах трения, может служить в ряде случаев критерием
степени отработанности масла в маслосистеме компрессорной установки и указывать на необходимость его замены свежим.
2 . 9 . К о к с у е м о с т ь ( з о л ь н о с т ь )
Коксуемость масла, выраженная в %, характеризует содержание в масле коксообразного остатка, получающегося при сжигании образца масла в специальном приборе без доступа воздуха. Коксуемость
принята в качестве нормы для ряда масел, например, применяемых в
двигателях внутреннего сгорания, и не должна превышать 0,015 %.
Она довольно жестко нормируется и для масел, применяемых в поршневых компрессорах.
2 . 1 0 . С о д е р ж а н и е м е х а н и ч е с к и х п р и м е с е й
и в о д ы
При наличии в нефтяном масле посторонних примесей, особенно абразивного характера (песок, пыль, продукты износа деталей
и т. п.), и воды выше допускаемых нормами пределов увеличиваются
интенсивность изнашивания и нагароотложения в механизмах. В результате нарушаются их нормальная эксплуатация и эффективное и
экономичное использование масла.
34
Содержание механических примесей наряду с другими показателями, например, кислотным числом, обычно может служить также
критерием предела работоспособности масла в механизме, качества
фильтрации и отстоя масла в процессе его работы. Содержание механических примесей в масле не должно превышать 0,05 % массы.
При наличии воды в масле в первую очередь значительно ухудшаются защитные свойства масла, ускоряются процессы пенообразования в
движущемся потоке масла, что приводит иногда к разрушению масляной
пленки на поверхности деталей. Кроме того, вода способствует коагуляции
диспергированных углеродистых частиц масла, в результате чего повышается осадкообразование в масле. Также вода, активно соединяясь с компонентами присадок (калием, кальцием, барием), образует гидраты – соединения Са(ОН)2, Ва(ОН)2, которые выпадают в осадок и тем самым дополнительно загрязняют масла и лишают важных компонентов присадок.
2 . 1 1 . К л а с с ч и с т о т ы
Чистота масла – показатель количества дисперсных механических частиц, содержащихся в единице объема масла. В зависимости от
типа и условий эксплуатации компрессорной установки используют
масла соответствующих классов чистоты, регламентируемых
ГОСТ 17216-2001 или ISO 4406.
Класс чистоты обеспечивается двумя способами: производителем при поставке или эксплуатирующей организацией на месте путем
фильтрации масла. Обычно производители масла при поставке устаревших марок масел Тп-22С, Тп-22Б, Кп-8С и др., изготовленных по соответствующим ТУ, класс чистоты не регламентируют; в среднем получается около 13 по ГОСТ 17216-2001. При этом зачастую эксплуатирующему компрессорное оборудование заказчику требуются масла с
классом чистоты 11–9. Поэтому если требуется масло с более высоким
классом чистоты, при перекачке из бочки в систему смазки установки
используется спецоборудование для фильтрации (например, фильтрационную установку, смонтированную на передвижной тележке).
35
2 . 1 2 . П р о ч и е э к с п л у а т а ц и о н н ы е с в о й с т в а
м а с е л
Плотность есть отношение массы вещества к его объему
(г/см3). Плотность нефтяных масел при атмосферном давлении и температуре 20 °С находится в пределах 0,82–0,96 г/см3. При повышении
температуры масла его плотность несколько уменьшается в результате
теплового расширения. При повышении давления плотность масел несколько возрастает вследствие сжимаемости.
Стабильность. Под стабильностью смазочного масла подразу-
мевается его способность сохранять без изменения свои свойства в процессе эксплуатации и хранения. Необратимое изменение этих свойств
в результате окисления есть старение масла. Его интенсивность является главным фактором, который определяет срок службы масла в смазываемом механизме.
Стабильность против старения масла зависит, кроме окисления,
также от его испаряемости, а масел, в состав которых входят полимеры,
также от возможной механической или термодеструкции вязкостных
присадок в процессе эксплуатации.
Стабильность следует считать важнейшим эксплуатационным
свойством масла после вязкости, поскольку это свойство определяет его
долговечность, т. е. срок службы в объекте смазки. Очевидно, что чем
меньше стабильность масла, тем чаще должна производиться его замена.
Сжимаемость масел, как и других материалов, характеризуется модулем упругости при всестороннем сжатии. Требования к сжимаемости различны и могут быть даже противоположны в зависимости
от назначения масла. Например, масла для смазки деталей, подверженных ударным нагрузкам, должны обладать демпфирующим действием,
для чего желателен низкий модуль упругости, т. е. значительная сжимаемость.
Гидравлические масла, передающие движение, должны отличаться высокой жесткостью, т. е. минимальной сжимаемостью. Нефтяные масла имеют относительно малую сжимаемость: при давлении
400 МПа их объем уменьшается на 15–20 %. Модуль упругости масел
несколько уменьшается с повышением температуры и возрастает с ростом давления.
Тепловые свойства масел оказывают влияние на их смазочные
свойства, поскольку они определяют условия теплооотвода от
36
поверхностей трения. Очевидно, что с увеличением теплоемкости и
теплопроводности масла действие его как охлаждающего агента улучшается и, при прочих равных условиях, обеспечивает более низкую
температуру в зоне контакта трущихся поверхностей.
Величины удельной теплоемкости и коэффициента теплопроводности масел необходимо знать для расчета температур в зоне контакта трущихся поверхностей, а также для расчета масляных систем с
охлаждающими и нагревательными устройствами.
Коэффициент объемного расширения масел имеет значение
при расчете емкости резервуаров смазочных систем. Величина этого
коэффициента зависит от плотности масла. С уменьшением плотности
он увеличивается, поэтому маловязкие масла обычно характеризуются
большим объемным расширением, нежели масла высокой вязкости.
У масел плотностью от 0,82 до 0,96 коэффициент объемного расширения соответственно лежит в пределах (91–60)·10–5.
Вспениваемость препятствует выполнению маслом его функций в объекте смазки. Вредные последствия вспенивания заключаются
в следующем:
1. При сильном вспенивании масла пена может заполнять кор-
пус (картер) и выбиваться наружу через уплотнения. Это приводит к
понижению уровня масла, в результате чего смазываемый механизм
может выйти из строя.
2. Насыщенное воздухом масло неспособно обеспечить необходи-
мую несущую способность масляного слоя при жидкостном режиме трения, а также нормальные условия смазки при граничном режиме трения.
3. При циркуляционной системе смазки нарушается возмож-
ность прокачки масла по маслопроводу и подача его равномерной
струей к смазываемым поверхностям.
4. В гидравлических передачах (объемных и динамических)
вспенивание масла нарушает режим работы.
5. В результате вспенивания масло насыщается воздухом, что
ускоряет его окисление.
Несмотря на существование ряда гипотез о причинах вспенивания, этот вопрос нельзя считать в достаточной степени раскрытым. Известно, что на образование пены при смазке зубчатых передач существенное влияние оказывают температура и вязкость масла. По мере
повышения температуры масла пенообразование сначала может отсутствовать, затем развиться и достигнуть некоторого максимума, перейдя
через который его интенсивность быстро уменьшается.
37
Эмульгируемость. Попадание воды в масло при его эксплуатации – весьма распространенное явление на практике. Если вода не смешивается с маслом, она опускается на дно масляного резервуара или
картера, откуда может быть удалена через спускное отверстие. Некоторые масла, однако, могут при обводнении образовывать стойкие водомасляные эмульсии, недопустимые по следующим причинам:
1. При эмульгировании масла уменьшается его вязкость, что
ухудшает условия для жидкостного трения.
2. Масло перестает быть однородным, ухудшаются его проти-
воизносные свойства в условиях граничного трения.
3. Вода в эмульсии способствует ржавлению смазываемых деталей.
4. Увеличивается объем масла в картерах и резервуарax; для
поддержания требуемого уровня излишки надо периодически удалять,
при этом содержание воды в масле будет непрерывно возрастать.
Следовательно, смазочные масла, применяемые в условиях возможного обводнения, должны обладать хорошими деэмульгирующими
свойствами, т. е. способностью обеспечивать быстрый отстой воды и
предотвращать образование стойких эмульсий. Этому требованию
должны, прежде всего, удовлетворять масла для смазки турбин, прокатных станов и других машин, где возможно обводнение масла.
Всякая эмульсия представляет собой однородную дисперсию
одной жидкости в другой. Такая система является нестабильной.
Время, необходимое для разделения фаз эмульсии, может различаться
очень сильно – от нескольких секунд до многих лет [18].
Образованию эмульсий способствует также загрязнение масел
механическими примесями.
Воздействие на неметаллические материалы. Агрессивность масел по отношению к неметаллическим материалам имеет значение главным образом с точки зрения совместимости масел с уплотнениями.
Масла, содержащие химически активные вещества, в частности
серу и хлор, могут оказывать вредное действие на резиновые и кожаные
уплотнения. Под действием сернистых и других соединений, особенно
активных в условиях высоких температур, уплотнения отвердевают,
становятся хрупкими и выкрашиваются. Некоторые масла могут вызывать набухание или, наоборот, усадку резиновых уплотнений, что
также влечет за собой их выход из строя.
Агрессивность масел по отношению к уплотнениям зависит от
материала последних. Различные сорта резин обладают различной чувствительностью к действию масел. Создание масел, совместимых со
38
всеми сортами резин, в принципе также нецелесообразно, как и создание резин, совместимых со всеми сортами масел. В большинстве случаев оптимальным решением является подбор взаимно совместимых
масел и резиновых уплотнений. Например, в холодильных турбокомпрессорах, работающих на фреонах, используются маслобензофреоностойкие резины.
Негорючесть масел важна при использовании их в условиях повышенной пожарной опасности. Большей или меньшей горючестью обладают все масла, состоящие из углеводородов и их производных, как
нефтяные, так и (в меньшей степени) синтетические. Негорючими являются эмульсии, содержащие не менее 40 % массы воды, а также
эфиры фосфорных кислот, например трикселенилфосфаты в турбокомпрессорах на подводных лодках.
Нетоксичность важна для всех масел. Они должны быть безвредны для обслуживающего персонала и не иметь неприятного запаха.
Оба требования особенно актуальны для масел с присадками.
Поверхностное натяжение и вязкость. Масла с высоким поверхностным натяжением и вязкостью требуются при необходимости
предотвратить разбрызгивание масел, применяемых в недостаточно
герметизированных или открытых механизмах, особенно, когда попадание масла на готовую продукцию вызывает ее порчу. Основные области применения подобных масел – текстильная, легкая и пищевая
промышленность.
Особые требования к поверхностному натяжению и вязкости
масел по смазываемой поверхности предъявляют в редких случаях, в
основном применительно к некоторым приборным маслам. Например,
масла для смазки часов должны отличаться особо низкими поверхностным натяжением и вязкостью, чтобы длительное время удерживаться у
смазываемой опоры. Поверхностное натяжение и вязкость масел возрастают с содержанием в них полярно активных компонентов. Чем
меньше поверхностное натяжение масла, тем меньшей вязкостью масла
обладают, и в связи с этим требуются более герметичные уплотнения.
Смываемость масел водой важна при их применении в легкой
промышленности, где загрязнение масляными пятнами готовой продукции (ткани, пряжи) приводит к браку. Обычные масла не растворяются водой, но масла со специальными присадками и некоторые синтетические (полигликолевые) масла растворимы в воде и хорошо ею смываются.
39
Совместимость с пищевым продуктами требуется для масел,
используемых для смазки оборудования, применяемого в пищевой промышленности, например, на кондитерских фабриках, когда масло может попасть на готовую продукцию или сырье.
2 . 1 3 . И з м е н е н и е с в о й с т в м а с е л в п р о ц е с с е
э к с п л у а т а ц и и
В процессе работы компрессорных машин физико-химические
свойства масел претерпевают изменения, качество масел постепенно
ухудшается, достигая в конечном итоге предельно допустимого для
дальнейшего использования уровня. В масле происходят внешние и
внутренние структурные изменения. К внешним относятся: содержание
механических примесей, содержание воды. Внутренние изменения вызывают изменение вязкости, цвета, кислотного числа, плотности, что
отражает также изменение и других характеристик. Как показала практика, для оценки эксплуатационных качеств масел и возможности дальнейшего использования в большинстве случаев достаточно контролировать указанные выше 6 характеристик масла, находящегося в маслосистеме компрессорной установки.
После достижения хотя бы одним показателем допустимого значения, масло в маслосистеме должно быть слито и заменено свежим,
либо частично выработавшим свой моторесурс, либо регенерированным.
При окислении масел происходит следующее [18]:
1) вследствие появления кислот увеличивается кислотное число и
возрастает коррозионная агрессивность (последняя зависит в основном от
содержания низкомолекулярных кислот, поэтому кислотное число как показатель кислотности масла не характеризует его коррозионность);
2) плотные сконденсированные продукты окисления выпадают
в осадок и образуют отложения на поверхностях деталей. При высокой
температуре (выше 150–200 °С) смазываемые поверхности покрываются лаком (полимеризованными продуктами окисления) и нагаром
(карбонизированными продуктами окисления), при этом в масле образуются твердые углеродистые частицы – карбены и карбоиды;
40
3) в результате уплотнения компонентов масла вязкость его
увеличивается. Этому способствует также испарение легких фракций
масла, особенно интенсивное при повышенной температуре;
4) появление в масле смол приводит к его потемнению. Измене-
ние цвета служит наиболее характерным внешним признаком окисления масел.
Стойкость против окисления является главным фактором, определяющим срок службы масла. В связи с этим важное значение имеют
его химический состав и глубина очистки базовых масел при их изготовлении.
Оптимальный с точки зрения стойкости против окисления химический состав масел требует наличия определенной концентрации
ароматических углеводородов (от 5 до 25 %) и естественных смол. Они
выполняют функции ингибиторов, тормозящих окисление нафтеновых
углеводородов. Однако смолы и ароматика значительно снижают индекс вязкости масел. Это приводит к необходимости резко уменьшать
их содержание в масле, что компенсируют введением в масло антиокислительных присадок.
При очистке удаляются нестабильные легкоокисляемые вещества. Поэтому неочищенные или малоочищенные масла характеризуются плохой стабильностью. Однако при чрезмерно глубокой очистке
(так называемой переочистке) естественные смолы и ароматика, повышающие стойкость масла против окисления, удаляются из него полностью (масло при этом становится бесцветным), поэтому переочищенные («белые») масла также отличаются плохой стабильностью.
Изменения в химическом составе масла в результате окисления
могут оказывать и некоторое положительное действие, улучшая антифрикционные и противоизносные свойства масла. Возникновение в последнем кислот и смол, являющихся полярными соединениями, а также
липких осадок, которые могут образоваться в результате карбонизации
масла при высокой температуре, способно в определенной степени
улучшить его противоизносные и антифрикционные свойства в условиях граничного трения. Однако это улучшение этих свойств обычно
незначительно и носит случайный характер, вследствие чего не может
компенсировать ухудшения других свойств масла, связанных с изменениями его химического состава и в конечном итоге определяющих допустимый срок его службы.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]