CC BY
26
УДК 621.892.8-721
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ВРЕМЕНИ ИСПЫТАНИЯ НА ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ
МОТОРНЫХ МАСЕЛ
THE RESULTS OF STUDIES OF THE EFFECT OF TIME ON THE TEST TEMPERATURE INDICATORS WERE PERFORMANCE
MOTOR OILS
Ковальский Болеслав Иванович,
доктор техн. наук, профессор, e-mail: [email protected] Kowalski Boleslaw I., Dr. Sc., Professor Балясников Валерий Александрович, соискатель, e-mail: [email protected] Balyasnikov Valery A., candidate for a degree Ермилов Евгений Александрович, соискатель, e-mail: [email protected] Yermilov Eugeny A., candidate for a degree.
Батов Николай Сергеевич, соискатель, e-mail: [email protected] Batov Nikolay S., candidate for a degree Агровиченко Дарья Валентиновна, ассистент, e-mail: [email protected] Agrovichenko Daria V., assistant
Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа. Россия, 660130, г. Красноярск, ул. Свободный пр., 82/1
Siberian Federal University, Institute of oil and gas. Russia, 660130, Krasnoyarsk, Free Ave., 82/1
Аннотация. Представлены результаты исследования термоокислительной стабильности минерального, частично синтетического и синтетического моторных масел, включающие определение оптических свойств, испаряемости и показателя термоокислительной стойкости. Установлены температуры начала процессов окисления, испаряемости и изменения показателя термоокислительной стабильности, а также критические температуры этих процессов.
Abstract. The results of the study of thermal oxidative stability of a hundred-mineral, partially synthetic and synthetic engine oils, including determination of the optical properties, volatility index and thermal-oxidative resistance. Installed start temperature oxidation, volatility and changes in the rate of thermal oxidative stability, as well as the critical temperature of these processes.
Ключевые слова: оптическая плотность, испаряемость, показатель термоокислительной стабильности, температуры начала процессов окисления и испарения, критические и предельно допустимые температуры работоспособности.
Keywords: optical density, volatility, an indicator of thermal oxidative stability, the temperature of the onset of oxidation and evaporation, critical and maximum allowable working temperatures abilities.
Введение.
Ресурс смазочных масел зависит, в основном, от температуры на поверхности трения, которая ускоряет процессы окисления, температурной деструкции и химических реакций металлов с продуктами окисления и присадками.
В этой связи для конструкторов и технологов важно знать температуры начала протекания этих процессов и критические температуры, при которых происходят аномальные явления.
Поэтому целью настоящих исследований является исследование влияния времени термоста-тирования на температурные пределы работоспособности моторных масел различной базовой основы.
Для исследования выбраны: минеральное моторное масло Лукойл Стандарт 10W - 40 SF / СС, частично синтетическое моторное масло Castrol magnatec 1OW - 40 R SL / CF, а так же синтетическое моторное масло GAZPROMNEFT PREMIUM N5W-40 SN/CF.
Таблица 1 - Данные исследования минерального моторного масла Лукойл Стандарт 10>У-40 ЗБ / СС в _циклах повышения и понижения температуры испытания при 8 и 6 часах испытания._
Марка масла Температура испытания Т, °С Оптическая Испаряемость, Коэфициент термоокислительной стабильности, Птос
плотность, D G,r
150 0,0000 1Д 0,0110
160 0,0067 1,9 0,0261
Лукойл Стандарт 10\¥ - 40 8Р/СС (8 часов) 170 0,0408 3,9 0,0812
180 0,1128 5,5 0,1712
180 0,0548 3,8 0,0928
170 0,0834 4,7 0,1326
160 0,0907 5,8 0,1525
150 0,1054 6,2 0,1725
160 0,0000 1,0 0,0100
170 0,0202 2,5 0,0456
Лукойл Стандарт 180 0,0548 5,2 0,1085
10\¥ - 40 8Р/СС 180 0,0270 3,2 0,0590
(6 часов) 170 0,0478 5,0 0,0997
160 0,0619 5,8 0,1235
150 0,0690 6,1 0,1345
Методика исследования включала следующие средства контроля и испытания: прибор для термостатирования масел, фотометрическое устройство [1] и электронные весы.
Техническая характеристика приборов описана в работе [2].
Методика исследования заключалась в следующем.
Проба масла постоянной массы (100 ± 0,1 г.) термостатировалась с перемешиванием при атмосферном давлении с постоянной частотой вращения мешалки последовательно при температурах 150, 160, 170, 180, 190 °С в течение 8 и 6 часов, названным циклом повышения температуры окислении. Затем новая проба масла массой 100 ± 0,1 г. термостатировалась в цикле понижения температуры 190, 180, 170, 160, 150 °С также в течение 8 и 6 часов часов, при каждой температуре испытания, проба взвешивалась, определялась масса испарившегося масла и отбиралась часть пробы окисленного масла 2 г для прямого фотометриро-вания и определения оптической плотности при толщине фотометрического слоя 2 мм.
Термоокислительная стабильность исследуемых моторных масел оценивалась по оптической плотности, испаряемости и показателю термоокислительной стабильности.
Результаты исследования и их обсуждения
В табл. 1 сведены экспериментальные данные исследования минерального моторного масла Лукойл Стандарт 10W - 40 SF / СС, а на рис 1 графические зависимости оптической плотности, испаряемости и показателя термоокислительной стабильности от температуры и времени испытания 8 и 6 часов.
По полученным данным определялась оптическая плотность D:
D = lg—,
* <Ро
(1)
где (р - монохроматический световой поток падающий на слой окисленного масла; ср0 - световой поток прошедший через слой окисленного масла;
Показатель термоокслительной стабильности рассчитывается по формуле:
Птос = Э+Кг (2)
где К - коэффициент испаряемости.
V т
(3)
где т - масса испарившегося масла, г; М - масса пробы до испытания, г.
Представленные зависимости на рис. 1 а, б, в, описываются полиномом второго порядка, а регрессионные уравнения имеют вид представленный в табл. 2 для 8 и в табл. 3 для 6 часов испытания.
В табл. 4 сведены экспериментальные данные исследования частично синтетического моторного масла Castrol magnatec 10W - 40 R SL / CF.
Представленные зависимости выстраиваются аналогично как на рис. 1.
Аналогично происходит обработка графиков.
Полученные регрессионные уравнения представлены в табл. 5 для 8- и в табл. 6 для 6 -часовых опытов.
В табл. 7 сведены экспериментальные данные исследования синтетического моторного масла GAZPROMNEFT PREMIUM N SAE 5W - 40 SN / CF.
Представленные зависимости выстраиваются аналогично как на рис. 1. Аналогично происходит обработка графиков. Полученные регрессион-
ные уравнения представлены в табл. 8 для 8- и
Таблица 2. Регрессионные уравнения при времени проведения испытания 8 часов минерального моторного масла Лукойл Стандарт 10\¥ - 40 БР / СС.
в табл. 9 для 6 -часовых опытов.
Таблица 3. Регрессионные уравнения при времени проведения испытания 6 часов минерального моторного масла Лукойл Стандарт 101№ -40 8Р / СС.
Регрессионные уравнения цикла повышения температуры испытания
D 1,65 • 10"4 • Т2 - 0,05075 • Т+ 3,9005
G 0.002-Г2-0,508-Г+32,22
Пщос 1,8675 • 10"4 • Т2 -0,0562765 • Т + 4,250335
Регрессионные уравнения цикла понижения температуры испытания
D -4,75 • 10"5 • Г2 + 0,014225 • Г - 0,96625
G -0,00125-Г2 +0,3295-Г-15,055
Пт0С -5-10~5-Г2 + 0,0139-7т-0,791
Регрессионные уравнения цикла повышения температуры испытания
D 7-Ю"5 Т2-0,0211-741,584
G 0,006-Г2-1,83-74140,2
Пщос 1,4-104-Г2 -0,0427-743,258
Регрессионные уравнения цикла понижения температуры испытания
D —3-105 -Г2 +0,0085-Г-0,531
G -0,00375 • Т2 +1,1425 • Т- 80,925
Пщос -7,25 • 10"5 • Т2 + 0,021435 • Т -1,45015
Таблица 4 - Данные исследования частично синтетического масла Саз1го1 та^^Шес 10Ш - 40 Я БЬ / СР в _циклах повышения и понижения температуры испытания._
Марка масла Температура испытания T, °С Оптическая плотность, D Испаряемость, G, г Коэфициент термоокислительной стабильности, Пщос
150 0,0033 0,8 0,0113
160 0,0070 1,4 0,0210
Castrol magnatec 170 0,0260 2,5 0,0520
10W - 40 R SL / 180 0,0600 4,0 0,1040
CF 180 0,0478 2,2 0,0698
(8 часов) 170 0,0834 3,2 0,1163
160 0,1128 3,7 0,1515
150 0,1354 4,2 0,1799
150 0 0,6 0,0060
160 0,0067 1,3 0,0198
Castrol magnatec 170 0,0270 1,9 0,0464
10W - 40 R SL / 180 0,0548 2,9 0,0848
CF 180 0,0202 1,8 0,0382
(6 часов) 170 0,0408 2,4 0,0654
160 0,0548 2,8 0,0838
150 0,0619 3 0,0933
Таблица 5 - Регрессионные уравнения при времени проведения испытания 8 часов частично синтетиче-
ского моторного масла Castrol magnatec 10W - 40 R SL / CF.
Регрессионные уравнения цикла повышения температуры испытания
D 7,5-Ю"5 Т2-0,02285-741,743
G 0,00225 • Т2 - 0,6355 • Т+45,495
Пщос 1,05-10"4 -Г2-0,03155-Г+2,381
Регрессионные уравнения цикла понижения температуры испытания
D -3,25 • 10-5 • Т2 + 0,007795 • Т- 0,3 0305
G -0,00125 • Г2+ 0,3475-Г-19,825
ПщОС -4,75-10~5 -Г2 +0,012025-Г-0,55625
150 160 170 180 8 часов
Т, °С
0.08
0.06
0.04
0.02
т, °с
150 160 170 180 6 часов
б/г б
150
Я
160 170 8 часов
180
Г, °С
150 160 170 180 6 часов
Т, °С
0.16
0.08
П
т
0.15
0.1
0.05
150 160 170 180 8 часов
Т, °С
150 160 170 180 б часов
т оС
Рис 1. Зависимости оптической плотности (а), испаряемости (б) и показателя термоокислительной стабильности (в) от температуры окисления минерального моторного масла Лукойл Стандарт 10\¥ - 40 ЭБ / СС: 1 - цикл увеличения температуры; 2 - цикл понижения температуры при циклах в 6 и 8 часов.
Таблица 6 - Регрессионные уравнения при времени проведения испытания 6 часов частично синтетиче-ского моторного масла СаБ^о! 1Т^па1ес 10\¥ - 40 Я / СР.
Регрессионные уравнения цикла повышения температуры испытания
5,275 • 10-5 • Г2 - 0,015 5605 • Г+1,146895
в 7,5-Ю"4-Г2-0,1725-749,625
Пщос 6,15-Ю"5 Т2-0,017665-741,27195
Регрессионные уравнения цикла понижения температуры испытания
-3,375 • 10"5 • Т2 + 0,0097465 Т- 0,640685
в -0,001-72 +0,29-Г-18
Пщос -4,425 • 10"5 • Т2 + 0,0127655 • Т- 0,825895
Таблица 7 - Данные исследования синтетического масла GAZPROMNEFT PREMIUM N 5W - 40 SN / CF в циклах повышения и понижения температуры испытания при циклах в 6 и 8 часов.
Марка масла Температура испытания T, °С Оптическая плотность, D Испаряемость, G, г Коэфициент термоокислительной стабильности, Пщос
GAZPROMNEFT PREMIUM N 5W -40 SN/CF (8 часов) 160 0,0000 1,5 0,0150
170 0,0120 2,9 0,0417
180 0,0580 4,8 0,1083
190 0,1823 8,1 0,2694
190 0,0690 4,0 0,1090
180 0,1431 5,8 0,2036
170 0,1586 6,6 0,2293
160 0,1664 7,2 0,2447
GAZPROMNEFT PREMIUM N 5W -40 SN/CF (6 часов) 160 0,0000 0,9 0,0090
170 0,0067 1,8 0,0249
180 0,0339 3,3 0,0677
190 0,0980 5,3 0,1534
190 0,0339 2,6 0,0599
180 0,0548 3,6 0,0920
170 0,0690 4,2 0,1130
160 0,0762 4,6 0,1248
Таблица 8 - Регрессионные уравнения при времени проведения испытания 8 часов синтетического мо-_торного масла ОАгРЯОМЫЕРТ РЯЕМШМ N 5\¥ - 40 БИ / СР._
Регрессионные уравнения цикла повышения температуры испытания
D 2,8 • 10"4 Т2 - 0,09208 • Г+7,567
G 0,00475 • 10 5 • Т2 -1,4455 • 7+111,225
Птос 3,36-Ю"4 Т2-0,109302-Г+ 8,90445
Регрессионные уравнения цикла понижения температуры испытания
D -1,6525 • 10-4 • Т2 + 0,0547785 • 7 - 4,370775
G -0,003-72+ 0,946-7-67,4
Пщос -1,975 • 10"4 • Т2 + 0,064815 • 7- 5,07325
Таблица 9 - Регрессионные уравнения при времени проведения испытания 6 часов синтетического моторного масла GAZPROMNEFT PREMIUM N 5W - 40 SN / CF.
Регрессионные уравнения цикла повышения температуры испытания
D 1,475-Ю"4 Т2-0,048415-743,97125
G 0,00275 • Т2 - 0,8155 • Т + 60,975
ПщОС 1,775 • 104 • Т2 - 0,057375 • Т + 4,64575
Регрессионные уравнения цикла понижения температуры испытания
D -3,5-10"5 Т2 +0,01081-7-0,7575
G -0,0015-Г2+0,459-7-30,45
Пщос -5,5-Ю"5 Т2 +0,01709-7-1,2025
Таблица 10 - Расчетные данные по температурам начала процессов окисления, испарения и предельно
допустимой температуре работоспособности.
Марка масла Температуры начала процессов Погрешность, %
Лукойл Стандарт 10W-40 SF/CC Время испытаний, часов 8 6
Окисления 153,7 160 3,9
Испарения 127,1 152,5 16,6
Температурных преобразований 150 152,5 1,6
Критические температуры процессов
Окисления 195,3 190,3 2,5
Испарения 204,7 192,6 5,9
Температурных преобразований 198,1 190,8 3,6
Предельная температура работоспособности
Окисления 174,5 175,4 0,5
Испарения 174,1 176 1
Температурных преобразований 174,06 175,7 0,6
Castrol magnatec 10W - 40 R SL / CF Температу ры начала процессов
Окисления 152,2 147,5 3
Испарения 141,1 115,2 18,3
Температурных преобразований 150,2 143,8 4,2
Критические температуры процессов
Окисления 191 184,5 3,4
Испарения 197,8 200 1Д
Температурных преобразований 192,2 190,5 0,8
Предельная температура работоспособности
Окисления 178,3 173,3 2,8
Испарения 172,9 173 0,05
Температурных преобразований 176,7 173,2 1,9
GAZPROMNEFT PREMIUM N 5W -40 SN/CF Температуры начала процессов
Окисления 164,3 164,1 0,00001
Испарения 152 148,2 2,5
Температурных преобразований 162,6 161,6 0,6
GAZPROMNEFT PREMIUM N 5W -40 SN/CF Критические температуры процессов
Окисления 197,7 201,3 1,7
Испарения 206,5 208,7 1
Температурных преобразований 199,2 203 1,8
Предельная температура работоспособности
Окисления 184,5 182,6 1
Испарения 181,8 181 0,4
Температурных преобразований 183,8 182,2 0,8
Решая регрессионные уравнения в циклах повышения температуры окисления, для оптической плотности, испаряемости и показателя термоокислительной стабильности определяем температуры начала изменения этих показателей, а в циклах понижения температуры испытания определяются критические температуры процессов окисления, испарения и изменения показателя термоокисли-
тельной стабильности. Приравнивая уравнения в циклах повышения и понижения температуры окисления определяется предельно допустимые температуры по оптической плотности, испаряемости и показателю термоокислительной стабильности.
Данные по исследуемым синтетическим маслам сведены в табл. 10.
Для полученных данных при испытаниях в 8 часов и данных для доказательной базы в 6 часов, необходимо вычислить погрешность. Так, для минерального масла Лукойл Стандарт 10W-40 SF / СС максимальная погрешность в критических температурах составила 5,9%, а предельно допустимых температурах 1%. Для частично синтетического масла Castrol magnatec 10W - 40 R SL / CF максимальная погрешность в критических температурах составила 3,4%, а предельно допустимых температурах 2,8%. Для синтетического масла GAZPROMNEFT PREMIUM N 5W - 40 SN / CF максимальная погрешность в критических температурах составила 1,8%, а предельно допустимых температурах 1%. Отдельно стоит выделить погрешность в температурах начала процессов испарения, которая составляет для масел в той же последовательности соответственно 16,6%, 18,3%, 2,5% что обусловлено наличием легких фракций,
которые выкипают на первых этапах проведения опыта.
Вывод. На основе проведенных исследований показано, что применение предложенного метода контроля температурных пределов работоспособности моторных масел, позволяет получить дополнительную информацию о температурных режимах их применения и совершенствовать систему классификации, а также проведена проверка температурных параметров при разном времени испытания, которая показала, что получаемые данные не имеют сильного отличия от времени проведения опытов, кроме температуры начала процесса испарения, которая в свою очередь обусловлена выкипанием легких фракций. Для сравнения масел одного назначения целесообразно проводить исследования при одном времени испытания.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 А. С. N851111 СССР МКИ3 G01J 1/04 Фотометрический анализатор / Б. И. Ковальский, Г. М. Сорокин; опубл. 30.07.81 №28.
2 Ковальский Б. И. Методы и средства повышения эффективности использования смазочных материалов / Б. И. Ковальский. - Новосибирск: Наука, 2005. - 3410.
REFERENCES
1 A. S. N851111 CCCR MKI3 G01J 1/04 Fotometricheskij analizator / В. I. Koval'skij, G. М. Sorokin; opubl. 30.07.81 №28.
2 Koval'skij В. I. Metody i sredstva povyshenija jeffektivnosti ispol'zovanija smazochnyh materialov / В. I. Koval'skij. - Novosibirsk: Nauka, 2005. - 3410.
Поступило в редакцию 26.01.2017 Received 26.01.2017
