CC BY
18
Morozov Vladimir Borisovich, candidate of technical sciences, docent, qtay@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Morozova Tatiana Gennadjevna, specialist, master's degree, nusichka-89@,mail.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.892.1
МЕТОД КОНТРОЛЯ ВЛИЯНИЯ ПРОДУКТОВ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ДЕСТРУКЦИИ НА ПРОЦЕССЫ ОКИСЛЕНИЯ МОТОРНЫХ
МАСЕЛ
Б.И. Ковальский, А.Н. Сокольников, О.Н. Петров, В.Г. Шрам,
Р.Н. Галиахметов
Представлены результаты исследования продуктов температурной деструкции в диапазоне термостатирования моторного масла MobilSuper 2000 10W-40 SJ/CL/CF на процессы окисления с применением фотометрического метода контроля. Предложен критерий термоокислительной стабильности, выраженный коэффициентом сопротивления окислению, учитывающий количество тепловой энергии поглощенной продуктами окисления и испарения, предварительно термостатированных масел.
Ключевые слова:термостатирование, процессы окисления, коэффициент поглощения светового потока, коэффициент испаряемости, потенциальный ресурс, коэффициент сопротивления окислению.
В процессе эксплуатации двигателей внутреннего сгорания на поверхностях трения одновременно протекают процессы окисления, температурной и механической деструкций, а также химической реакции этих продуктов и продуктов неполного сгорания топлива с металлическими поверхностями. Основным фактором, ускоряющим эти процессы, является температура в зоне контакта, поэтому основными эксплуатационными характеристиками моторных масел являются их термоокислительная стабильность и температурная стойкость. Однако взаимное влияние продуктов температурной деструкции на процессы окисления и продуктов окисления на процессы температурной деструкции изучены недостаточно. Поэтому целью настоящих исследований является выявление влияния продуктов температурной деструкции на процессы окисления.
Методика исследования предусматривала применение следующих средств испытания и измерения: прибор для термостатирования масел в диапазоне температур от 160 до 260 °С с увеличением температуры на 20 °С без перемешивания и доступа воздуха при атмосферном давлении; при-
бор для термостатирования масел при температуре 180 °С в стеклянном стакане и перемешиванием стеклянной мешалкой с частотой вращения 300 об/мин и массой пробы 100±0,1 г; фотометра для прямого фотометрирова-ния проб окисленных масел при толщине фотометрируемого слоя 2 мм; электронные весы для определения массы испарившегося масла после окисления.
Для исследования выбрано частично синтетическое универсальное и всесезонное моторное масло MobilSuper 2000 10W-40SJ/CL/CF.
На рис. 1 представлены зависимости коэффициента поглощения светового потока КП от времени окисления, предварительно термостатированных масел в диапазоне температур от 140 до 260 °С. Данные зависимости описываются кусочно-линейными функциями вида
Кп = a • (t-¿h) + с, (1)
где a - коэффициент, характеризующий скорость процесса окисления, 1/ч; t - время испытания, ч; ¿н - время начала процесса окисления или образования первичных или вторичных продуктов окисления, ч; с - исходное значение коэффициента поглощения светового потока после термостати-рования масла, ед.
Для товарного масла (кривая 1) существует область (3 часа), где процессы окисления практически отсутствуют. Представленные зависимости КП = f (t) имеют изгиб, вызванный образованием двух видов продуктов окисления различной оптической плотности.
Рис. 1. Зависимости коэффициента поглощения светового потока от времени окисления предварительно термостатированного частично синтетического моторного масла MobilSuper 2000 10W-40 SJ/CL/CF при температурах:1 - товарное; 2 -160 °С;
3 -180 °С; 4 - 200 °С; 5 - 220 °С; 6 - 260 °С
Влияние продуктов температурной деструкции на процессы окисления предложено оценивать временем достижения принятого значения коэффициента Кп, равного, например, 0,7 ед. и названного потенциальным ресурсом. Так, потенциальный ресурс составил
107
- для товарного масла - 50 ч;
- для термостатированных масел при температурах:
160 °С - 54 ч (кривая 2);
180 °С - 56 ч (кривая з);
200 °С - 43 ч (кривая 4);
220 °С - 38 ч (кривая 5);
260 °С - 40 ч (кривая 6).
Таким образом предварительное термостатирование масел при температурах 160 и 180 °С замедляет процессы окисления по сравнению с товарным маслом соответственно в 1,08 и 1,12 раза, а при температурах от 200 до 260 °С процессы окисления ускоряются. В данном случае коэффициент Кп характеризует изменение оптических свойств при окислении предварительно термостатированных масел. Поэтому для обоснования критерия термоокислительной стабильности необходимо учитывать испаряемость масел при их окислении. В работе предложен коэффициент испаряемости, Rq определяемый отношением
m
Rq=м, (2)
где m - масса испарившегося масла после окисления за время t, г; M -масса пробы масла после окисления за время t, г.
Зависимости коэффициента испаряемости от времени окисления предварительно термостатированных масел представлены на рис. 2. Данные зависимости описываются линейными уравнениями вида
Rq = a ■ t - c, (3)
где a - коэффициент, характеризующий скорость изменения коэффициента испаряемости, 1/ч; t - время испытания, ч; c - коэффициент, характеризующий начальную концентрацию легких фракций и воды в масле.
Рис. 2. Зависимости коэффициента испаряемости от времени окисления предварительно термостатированного моторного масла MobilSuper 200010W-40 SJ/CL/CF при температурах:1 - товарное; 2 -160 °С; 3 -180 °С; 4 - 200 °С; 5 - 220 °С; 6 - 260 °С
Концентрация легких фракций и воды в масле определяется точкой на ординате. Наибольшая концентрация фракций и воды установлена для товарного масла (кривая 1). С повышением температуры термостатирован-
ного масла концентрация этих продуктов уменьшается (кривая 2), а для температур от 180 до 260 °Сона отсутствует (кривые 3-6). Наименьшая испаряемость масел при окислении установлена для температур термостати-рования 180 и 260 °С (кривые 3 и 6).
Для обоснования критерия термоокислительной стабильности предварительно термостатированных масел необходимо учитывать тот факт, что при окислении избыточная тепловая энергия преобразуется в продукты окисления и испарения, поэтому коэффициент КП характеризует сопротивление масел окислению, а коэффициент Ко- сопротивление испарению. Однако эти процессы протекают одновременно и параллельно, поэтому используя основные законы электротехники сопротивляемость масла температурным воздействиям Я0 предложено оценивать выражением [1]
Я0 = 1 - Кп • К° , (4)
0 Кп + КС
где 1 - коэффициент, характеризующий сопротивляемость любого смазоч-
Кп • К0
ного масла температурным воздействиям, —П—— - частное, опреде-
КП + К о
ляющее уменьшение сопротивляемости масла при окислении.
Зависимости коэффициента сопротивляемости окислению от времени и температуры предварительного термостатирования предварительного термостатирования представлены на рис. 3.
Данные зависимости описываются линейными уравнениями вида
Я = а • г + с, (5)
где а - скорость изменения коэффициента сопротивляемости окислению, 1/ч; г -время окисления, ч; с - коэффициент, характеризующий сопротивляемость термостатированного масла перед окислением.
Регрессионные уравнения зависимостей:
- для товарного масла Я0 = 1 - 0,00175 • г + 0,01; (6)
- для масел термостатированных при температурах
160 °С Я0 = 1 - 0,001563 • г + 0,0075, (7)
180 °С Я0 = 1 - 0,0016 • г, (8)
200 °С Я0 = 1 - 0,002075 • г, (9)
220 °С Я0 = 1 - 0,001975 • г, (10)
260 °С Я0 = 1 - 0,0016 • г. (11)
Согласно уравнениям (6) - (11), наивысшим сопротивлением окислению характеризуются масла окисленные после термостатирования при температурах 160, 180, и 260 °С. На основании изложенного коэффициент сопротивления окислению предложен в качестве критерия термоокислительной стабильности предварительно термостатированных масел.
Рис. 3. Зависимости коэффициента сопротивления температурной
деструкции от времени и температуры термостатирования частично синтетического моторного масла MobilSuper 200010W-40 SJ/CL/CF при температурах: 1 - товарное; 2 -160 °С; 3 -180 °С;
4 - 200 °С; 5 - 220 °С; 6 - 260 °С
Связь между критерием термоокислительной стабильности и температурой термостатирования представлена на рис. 4. Данные получены при времени окисления 24 часа (кривая 1), когда в масле образуются первичные продукты окисления и 45 часов (кривая 2), когда в масле образуются как первичные, так и вторичные продукты окисления. В период образования первичных продуктов (кривая 1) критерий термоокислительной стабильности термостатированных масел при всех температурах выше, чем у товарного масла (точка на ординате), т. е. скорость окисления и испарения ниже.
Яо
Т
I I I I I I i 1
160 200 240
Рис. 4. Зависимости критерия термоокислительной стабильности R0 от температуры термостатирования и времени испытания: 1 - время окисления 24 часа; 2 - время окисления 45 часов
В период образования первичных и вторичных продуктов окисления (время окисления 45 часов, кривая 2) критерий термоокислительной стабильности самый высокий при температурах предварительного термо-статирования 180 и 260 °С, т.е. сопротивление окислению максимально, а при температурах 200 и 220 °С оно минимально. При максимальном значении критерия термоокислительной стабильности количество поглощенной тепловой энергии продуктами окисления и испарения минимально, а также минимальна суммарная скорость процессов окисления и испарения.
Выводы. На основании проведенных исследований установлено, что при окислении предварительно термостатированных масел температура неоднозначно влияет на критерий термоокислительной стабильности. Существует температурная область, при которой суммарная скорость процессов окисления и испарения приобретает минимальное значение по отношению к товарному маслу. В области образования первичных продуктов окисления критерий термоокислительной стабильности выше, чем у товарного масла, а в области образования первичных и вторичных продуктов окисления критерий превышает термоокислительную стабильность товарного масла при температурах 160, 180 и 260 °С.
Список литературы
1. Пат. РФ. 2406087 МПК G01N 33/30. Способ определения температурной стойкости смазочных масел / Б.И. Ковальский, Ю.Н. Безбородов, Н.Н. Малышева и др. Опубл. 10.12.2010. Бюл. № 34.
Ковальский Болеслав Иванович, д-р техн. наук, проф., Labsm@mail.ru, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа,
Сокольников Александр Николаевич, канд. техн. наук, доц., asokolnikov@,bk.ru, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа,
Петров Олег Николаевич, канд. техн. наук, доц., Petrov_oleq@mail.ru, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа,
Шрам Вячеслав Геннадьевич, канд. техн. наук, доц., Shram18rus@,mail.ru, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа,
Галиахметов Равиль Нургаянович, канд. филос. наук, доц., Rovia28@mail.ru, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа
METHOD FOR CONTROLLING THEINFLUENCE OFFOOD TEMPERA TURE FOR DESTRUCTION OF MOTOR OXIDATIONPROCESS OILS
B.I. Kowalski, A.N. Sokolnikov, O.N. Petrov, V.G. Shram, R.N. Galiakhmetov
The results of the research products of degradation temperature in the range of temperature control motor oil Mobil Super 2000 10W-40 SJ / CL / CF to oxidation using the photometric method of control. The criterion of thermal oxidative stability, expressed as coefficient of resistance to oxidation, which takes into account the amount of heat absorbed by the products of oxidation and evaporation, preincubatedoils.
Key words: temperature control, oxidation processes, the absorption coefficient of the luminous flux ratio volatility, potential resource, coefficient of resistance to oxidation.
Kowalski Boleslav Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, Labsm@,mail. ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas,
Sokolnikov Alexander Nikolayevich, candidate of technical sciences, docent, asokol-nikov@bk.ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas,
Petrov Oleg Nicolaevich, candidate of technical sciences, docent, Pe-trov oleq@ mail.ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and
Gas,
Shram Vyacheslav Gennadevich, candidate of technical sciences, docent, Shram18rus@mail.ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas,
Galiakhmetov Ravil Nurgayanovich, candidate of philosophy sciences, docent, Ro-via28@mail.ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas
УДК 621.573
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ВИХРЕВОЙ ТРУБЫ РАНКА - ХИЛША
А.М. Белоусов, И.Х. Исрафилов, С.И. Харчук
Рассмотрены преимущества и недостатки применения вихревых труб в качестве хладогенератора. Описаны основные типы их конструкций. Обсуждены некоторые гипотезы эффекта температурного разделения. Представлен краткий обзор результатов экспериментальных исследований и численного моделирования, приведенных в предыдущих работах.
Ключевые слова: вихревая труба, труба Ранка - Хилша, температурное разделение, турбулентное течение, численное моделирование, модель турбулентности.
Как в быту, так и в производстве ежедневно возникает необходимость получения низких температур. В настоящее время существуют различные способы охлаждения, но наиболее распространенным является применение парокомпрессионных машин [1]. К недостаткам устройств такого типа можно отнести необходимость использования хладагентов (фре-
112
