CC BY
82
УДК 621.892.096:621.43.038.771
А. П. Перекрёстов, А. А. Клыканова
МИЦЕЛЛЯРНАЯ МАГНИТНАЯ ПРИСАДКА:
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
В выхлопных газах судовых двигателей присутствуют около двухсот химических соединений, к наиболее токсичным из них относят оксиды азота К0х, оксиды серы 80х, угарный газ СО и углеводороды СхНу [1-3]. Именно поэтому состояние окружающей среды в значительной степени зависит от объема выбросов отработавших газов и их концентрации.
Известны следующие пути снижения объема выбросов в окружающую среду:
1. Переход на дизельное топливо более высокого качества с малым содержанием серы. В настоящее время в России еще действует ГОСТ 305-82 для предприятий, производящих дизельное топливо, но в связи с переходом стран Европы на новые стандарты «Евро», обеспечивающие повышение экологической чистоты производимых продуктов, в России начато также производство по нормам Евро-3 и Евро-4. Все транспортные средства с января 2008 г. должны удовлетворять требованиям стандарта Евро-3. В Европе с 2015 г. уже будет введен стандарт Евро-6.
2. Совершенствование систем фильтрации перед подачей топлива в двигатель. Очистка топлива двумя последовательно установленными фильтрами позволяет снизить интенсивность износа плунжерных пар топливного насоса высокого давления (ТНВД) по сравнению с одноступенчатой примерно в 3 раза. При этом определяющим фактором является тонкость фильтрации второй ступени очистки. При тонкости фильтрации второй ступени 3 мкм интенсивность износа составляет 0,059 [4].
3. Подбор элементов системы, обеспечивающих надежную работу топливной аппаратуры, и прежде всего - снижение интенсивности износа плунжерных пар ТНВД [2].
Снижение износа пар ТНВД, а также деталей клапана и седла форсунки зависит от смазывающей способности дизельного топлива, на которую большое влияние оказывает содержание в топливе серы и кислорода. В связи с нормами на содержание серы в топливе снижение её концентрации приводит к уменьшению смазочной способности топлива и, как следствие, повышению интенсивности изнашивания деталей топливной аппаратуры и даже заклиниванию сопряженных пар, ухудшению рабочего процесса в цилиндре двигателя.
В настоящее время используют два основных метода испытаний дизельного топлива:
— на приборе НБКЯ, на основе тестов на возвратно-поступательное движение высокой частоты шарика по пластинке;
— на приборе 8БЬ0СЬБ, при котором применяется шарик, подвергающийся воздействию силы трения в цилиндре.
Испытание на смазочную способность проводится в соответствии с Национальным стандартом РФ, Государственной системой обеспечения единства измерений и в соответствии с ГОСТ Р ИСО 12156-1-2006, с учетом поправки ИУС 3-2007 (дата введения - 01.07.2007 в п. 1. Область применения).
Отличие методики испытаний дизельного топлива, содержащего магнитные присадки, заключается в следующем: непосредственно перед испытанием металлический шарик 2 вместе с кассетой 1 за держатель 3 (рис. 1) помещается в магнитную камеру (рис. 2), как показано на рис. 3. Крышка 2 (рис. 2) закрывается и шарики выдерживаются в камере не менее двух часов. Затем кассета с шариками за держатель 3 (рис. 1) вынимается и шарик пинцетом вставляется в держатель аппарата НБИЯ. При этом вертикальная ось шарика, находящегося в кассете, сохраняется. Дальнейшие действия выполняются в соответствии с ГОСТ Р ИСО 12156-1-2006.
Рис. 1. Кассета с металлическими шариками:
1 - подложка; 2 - металлические шарики; 3 - держатель
Рис. 2. Магнитная камера с открытой крышкой:
1 - корпус; 2 - крышка; 3 - запирающее устройство
Рис. 3. Магнитная камера с вставленной кассетой для намагничивания металлических шариков
Нами предлагается для повышения смазочной способности топлива добавлять в него противоизносную магнитную присадку на мицеллярной основе [5].
Противоизносная магнитная присадка нового поколения топливу представляет собой жидкость на основе дизельного топлива с добавленными в него мицеллами на основе молекул твердой пластичной смазки оксида железа (Бе304) с окружающими ее молекулами олеиновой кислоты (Сі8Н3402).
Молекулы олеиновой кислоты адсорбируются на поверхности магнита в результате процесса хемосорбции. Оксид железа, входящий в мицеллу, характеризуется низким сопротивлением сдвигу и является пластической смазкой, уменьшающей коэффициент трения и интенсивность изнашивания поверхностей в местах их соприкосновения. Молекулы олеиновой кислоты, входящие в состав мицелл [6], предотвращают их слипание и обеспечивают возможность их нахождения в жидкости во взвешенном состоянии.
Для того чтобы частицы присадки не выпадали в фильтре для очистки дизельного топлива и не осаждались на стенках трубопроводов топливной системы, их размеры должны быть 10-7 м и меньше, т. е. приближаться к наноразмерам.
Наночастицы возможно получать следующими физическими методами: это процессы, основанные на сочетании испарения металла в потоке инертного газа с последующей конденсацией в камере с определенной температурой, и методы, использующие низкотемпературную плазму, молекулярные пучки, газовые испарения, ударные волны, сверхзвуковые струи и механическое диспергирование.
Среди присадок, влияющих на трение и износ, значительный интерес представляют так называемые «модификаторы трения». Введенные в смазочные жидкости, эти присадки способствуют экономии топлива до 5 % и снижают износ трущихся деталей [7].
Ниже описана противоизносная присадка, предназначенная для работы в слабых магнитных полях £ << 1, где £ - функция Ланжевена Д£), с напряженностью магнитного поля 20-40 кА/м. Присадку получали по следующей технологии: в ультразвуковую ванночку с частотой 43 кГц наливали олеиновую кислоту С18Н3402 и добавляли Бе304 с диаметром частиц 5 мкм в концентрации, соответствующей патенту [5] и задачам исследования. Температура в ванночке 25 °С. Время диспергации 2 часа. Затем раствор с полученными частицами подвергается седиментации в поле силы тяжести согласно формуле
1п N1 Mg
= ^-(Н2 — И )• N2 ЯТ
Р0
где N1, N2 - число частиц в единице объема на расстоянии И1 и И2 до дна сосуда; р - плотность коллоидной частицы; р0 - плотность растворителя; Я - универсальная газовая постоянная; Т - температура; М - масса частицы, кг; g = 9,8 м/с2 - ускорение свободного падения.
В камере, где проводится седиментация, раствор выдерживается 24 часа. Ту часть, которая не выпала в осадок, сливают, оставшуюся часть помещают обратно для дальнейшей ультразвуковой обработки. После такой обработки диаметр мицелл замерялся на микроскопе. При данных режимах обработки он соответствовал 10-7-10-8 м, что достаточно для участия этих частиц в процессе изнашивания, управления их движением и их адгезии на поверхности трения в магнитном поле [8].
Выводы
1. Для уменьшения интенсивности изнашивания трущихся поверхностей разработана противоизносная присадка.
2. Разработана технология применения противоизносной магнитной присадки на мицел-лярной основе и устройства, позволяющие определять смазочную способность дизельного топлива при испытании магнитной присадки на приборе НБИЯ по ГОСТ Р ИСО 12156-1-2006.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Дорохов А. Ф., Климова Е. В. Метод расчета количественного состава токсичных составляющих
в отработавших газах судовых дизелей // Судостроение. - 2010. - № 2. - С. 31-33.
2. Гедгаудас А., Смайли В., Страздаускет Р. Определение выбросов оксидов азота двигателей морского парома в условиях эксплуатации // Двигателестроение. - 2005. - № 4. - С. 35-43.
3. Гаврилов Б. Г. Химизм предпламенных процессов в двигателях. - Л.: Изд-во ЛГУ, 1970. - 181 с.
4. Петров Г. Г., Доценко В. А., Лысукиц А. В. Влияние оснастки топлива на надежность двигателей дорожных машин // Изв. Том. политехн. ун-та. - 2005. - Т. 308, № 2. - С. 18-26.
5. Пат. № 2276681 РФ, МПК С10Ь 1/18. Противоизносная присадка / Перекрестов А. П., Сычева А. А. № 2004132806/04; заявл. 10.11.2004; опубл. 20.05.2006, Бюл. № 14.
Chimica Ein Wissensspeicher Veb Deutscher Verlag Für Grundstoffindus-пособие. - М.: Университет, 2007. - 336 с.
Кузьмина Г. Н. Наноразмерные структуры в углеводородных смазоч-хим. о-ва им. Д. И. Менделеева. - 2003. - Т. XLVII, № 2. - С. 45-50.
Статья поступила в редакцию 28.01.2011
MICELLAR MAGNETIC ADDITIVE:
PRODUCTION AND APPLICATION METHOD
A. P. Perekrestov, A. A. Klykanova
The reduction of couples deterioration of high-pressure fuel pump, as well as details of the valve and nozzle seat depends on the lubricating ability of diesel fuel, which is greatly influenced by sulfur and oxygen contents in the fuel. The reduction of sulfur contents in the fuel results in the reduction of the lubricating ability of the fuel and, consequently, increase in the rate of parts deterioration of fuel equipment. We propose to add an antiwear magnetic additive, made on the micellar basis in order to improve the lubricating ability of the fuel. The size of additive particles must be 10-7 m or less, i. e. approaching nano-sizes, in order not to precipitate in the filter cleaning diesel fuel and not to deposit on the walls of the pipes of the fuel system.
Key words: Magnetic additive, diesel fuel, high-pressure fuel pump, micelle, sedimentation, magnetic field.
6. Kevne H., Augstin M., Taeger E. trie, Leipzig, 1972.
7. Сергеев Г. Б. Нанохимия: учеб.
8. Паренаго О. П., Бакунин В. Н., ных материалах // Журнал Рос.
