CC BY
20
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
УДК 621.43-4
ВЛИЯНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ТЕРМОСТАТИРОВАНИЯ МОТОРНЫХ МАСЕЛ РАЗЛИЧНОЙ БАЗОВОЙ ОСНОВЫ НА ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
INFLUENCE PRELIMINARY INCUBATIO MOTOR OILS OF VARIOUS BASIC FOUNDATION ON THT OPTICAL PROPERTIES
Рябинин Александр Александрович,
аспирант, e-mail: s-ryabinin@mail.ru Ryabinin Alexander A., graduate student
Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа. 660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 82/6.
Siberian Federal University, Oil and Gas Institute 82/6, pr. Svobodniy, Krasnoyarsk, 660041.
Аннотация. Представлены результаты исследования влияния предварительного термостатирова-ния моторных масел различной базовой основы в диапазоне температур от 160 до 300°С на оптические свойства. Установлен температурный интервал термостатирвания, в котором потенциальный ресурс масел максимальный.
Abstract The effect ofpre-incubation baseline motor oil of various bases in a temperature range from 160 to 300 ° С for optical properties. Established termostatirvaniya temperature range in which the maximum potential oil resource.
Ключевые слова: предварительное термостатирование, температурная стойкость, термоокислительная стабильность, вязкость, испаряемость, продукты температурной деструкции, оптические свойства, потенциальный ресурс.
Key words: preliminary temperature control, temperature resistance, thermal stability, viscosity, volatility, thermal degradation products, optical properties, potential resource.
Термоокислительная стабильность моторных масел определяет их стойкость к старению. Окисление масла в двигателе происходит более интенсивно в тонких пленках масла поверхностях деталей, нагревающихся до высоких температур и соприкасающихся с горючими газами. В объеме масло окисляется менее интенсивно. На скорость и глубину окислительных процессов влияют попадающие в масло продукты неполного сгорания топлива. Стойкость масел к окислению повышают введение в их состав антиокислительных присадок, включающих диалкил- и диарилдитнофосфаты цинка, улучшающие так же антикоррозионные и противоизносные свойства. Целью настоящей работы является исследование влияния предварительного термостатирования моторных маселна процессы окисления минерального моторного масла Лукойл Стандарт 10\У-40 8Р/СС.
Методика исследования предусматривала применение следующих средств контроля и испытания: прибора для предварительного термостатирования; фотометра; прибора для определения термоокислительной стабильности; и электронных весов.
Методика предусматривала 2 этапа исследования, на первом этапе пробу исследуемого масла
термостатировали [1] 8 часов в диапазоне температур от 140 до 300 °С с интервалом в 20 °С без перемешивания, без доступа воздуха, при атмосферном давлении, с конденсацией паров и отводом конденсата, что практически исключало их окисление. Для каждой температуры соответствует новая проба масла. После термостатирования отбирались пробы масла для фотометрирования и определения коэффициента поглощения светового потока.
На втором этапе термостатированные пробы масла подвергались окислению при постоянной температуре в 180°С с перемешиванием стеклянной мешалкой с частотой вращения 300 об/мин. После каждых 8-ми часов окисления проба взвешивалась, определялась масса испарившегося масла, отбиралась проба окисленного масла для фотометрирования. Испытания прекращались при достижении коэффициента поглощения светового потока значений равных 0,7-0,8 ед.
Влияние предварительного термостатирования и базовой основы масла на оптические свойства оценивалось предельным значением коэффициента поглощения светового потока равное 0,8 ед. данное значение отмечено на рис. 1 горизонтальной штриховой линией и принято в качестве предельно-
Таблица 1 -Уравнения регрессии для коэффициента поглощения светового потока термостатированных масел при окислении
Первый участок Второй участок
Без термостатирования #я=0.0056 t #//=0.0151 t- 0.3393
160 °С #/7=0.0101 t #/7=0.0188 t - 0.3557
180 °С #/7=0.0109 t +0.0174 #я=0.0215 t - 0.3500
200 °С #//=0.0082 t +0.0375 #/7=0.0240 t - 0.5950
220 °С #/7=0.0091 t +0.1137 #я=0.0215 t - 0.1700
240 °С #я=0.0067 t +0.0998 #я=0.0168 t - 0.1050
260 °С #/7=0.0109 t +0.0163 #я=0.0200 t - 0.0350
280 °С #я=0.0095 t +0.026 #я=0.0179 t - 0.2520
300 °С #/7=0.0176 / - 0.1406
го. Установлено, что базовая основа и температура предварительного термостатирвания влияют на процессы окисления моторных масел, но не проводит к улучшению оптических свойств не зависимо от температуры термостатирования. На рис. 1 приведены зависимости изменения оптических свойств, оцениваемых коэффициентом поглощения светового потока Кп от времени окисления товарного и термостатированных масел в диапазоне температур от 160 до 300 °С.
Коэффициенты корреляции колеблются в диапазоне от 0,9911 до 0,9999
Установлено, что зависимость имеет перелом, что указывает на наличие двух температурных областей с различной интенсивностью увеличения коэффициента поглощения светового потока. Обе
области описываются линейными уравнениями вида
К="к* + Ьк, (1)
где ак - параметр, характеризующий скорость образования продуктов деструкции, ед/ч; Ьк - параметр, характеризующий начальное значение коэффициента поглощения светового потока, ед.
Увеличение скорости изменения коэффициента Кп во второй области вызвано образованием продуктов деструкции с более высокой оптической плотностью, т.е. во временном интервале окисления минерального моторного масла до достижения коэффициентом поглощения значения 0,8 ед образуются два вида продуктов деструкции - первичные и
Рис. 1 - Зависимости коэффициента поглощения светового потока от времени окисления товарного (1) и термостатированного (2 - 9) минерального моторного масла Лукойл Стандарт 10W-40 SF/CC при температурах термостатирования: 2-160 °С; 3-180 °С; 4 - 200 °С; 5 - 220 °С; 6 - 240 °С; 7-
260 °С; 8 - 280 °С; 9 - 300°С
G. г
G.r
t. ч
Рис. 2 - Зависимости испаряемости от времени окисления товарного (1) и термостатированного (2 -9) минерального моторного масла Лукойл Стандарт 10W-40 SF/CC при температурах термостати-рования: 2-160 °С; 3 - 180 °С; 4 - 200 °С; 5 - 220 °С; 6 - 240 °С; 7 - 260 °С; 8 - 280 °С; 9 - 300°С
вторичные. Это подтверждается наличием гелеоб- самую высокую испаряемость за 40 ч испытания 8,8
разного осадка после центрифугирования окислен- г. В целом, процесс испарения масел при окисле-
ных масел, объем которого зависит от температуры нии описывается полиномом второго порядка для
[2, 3], а также результатами ИК-спектроскопии. всех проб при различных температурах предвари-
Согласно проведенному регрессионному анали- тельного термостатирования:
зу, установлено, что у масел, термостатированных G = at2+bt + c, (2)
при температурах 180 °С и выше, в зоне первичных g g g
, где а - параметр, характеризующий интенсив-
продуктов деструкции появляется параметр
ность изменения испаряемости от времени окисле-
2- Ья -
параметр, характеризующий ско-
которыи характеризует начальную концентрацию
продуктов деструкции, полученную при термоста- ния> г/ч
тировании масла. Наибольшая скорость образова-
R рость испарения, г/ч; Са - параметр, характеризу-ния первичных продуктов установлена для пробы r r ' ' g ftv г j
масла, термостатированного при 180 и 280 °С, ко- ющий начальное значение испаряемости, г.
торая составила соответственно 0,0109 ед/ч,
Таблица 2 - Регрессионные уравнения зависимостей испаряемости термостатированных масел при окислении всех кривых имеют вид
наименьшая скорость - 0,082 ед/ч установлена для пробы масла термостатированного при температуре 200 °С. Наибольшая скорость образования вторичных продуктов деструкции установлена для пробы масла, термостатированного при 200 °С - 0,0240 ед/ч, а наименьшая - 0,0168 ед/ч для пробы масла, термостатированного при 240 °С. Из всех кривых примечательна кривая, соответствующая пробе масла, термостатированного при 300 °С, здесь с начала проведения опыта образуются одновременно первичные и вторичные продукты, о чем свидетельствует скорость их образования - 0,0176 ед/ч и наличие гелеобразного осадка при ее центрифугировании. Коэффициенты корреляции колеблются в диа-Испаряемость моторного масла (рис. 2) являет- пазоне от 0 9940 до 0 9996
ся эксплуатационным показателем, поскольку кос- Для оценки влияния теМпературы предвари-венно характеризует процессы деструкции, чем ни- тельного термостатирования на противоизносные же интенсивность изменения зависимости испаряе- свойства смаз0чных масел предложен коэффициент мости от времени окисления, тем медленнее проте- вдияния предВарИТеЛьного термостатирования,
Без термостатирования Кп= -3.3 -10"4 /2+0.18/
160 °С Кп= -9.0 -10"4 /2+0.25/
180 °С Кц= -4.7 -10"4 г2+0.24/
200 °С Кп=-0.\ -10"4 t2+0.25t
220 °С Кп= -3.0 -10"4 /2+0.22/
240 °С Кп= -9.0 10"4 i2+0.21/
260 °С Кп=-6.4 10"4 t2+0.20t
280 °С Кп=-3.3 -10"4 /2+0.17/
300 °С Кп=-Ъ.6 -10"4 /2+0.15/
кают процессы окисления термостатированных масел. Установлено, что масло, термостатированное при 300 °С (№9 на рисунке), имеет самую низкую испаряемость за 40 ч испытания 5,4 г, а масло, термостатированное при 180 °С (№3 на рисунке) имеет
определяемый отношением:
(3)
где а - параметр, характеризующий скорость
________7"
•160 180 200 220 240 260 280 300 320 '
Рис. 3 - Зависимость влияния предварительного термостатирования масел от температуры термостатирования
изменения условной концентрации продуктов де- тивоизносные свойства, что значительно расширит струкции на фрикционном контакте предваритель- информацию для потребителей, ного термостатированного масла, 1/мм2; Выводы
аптов- параметр, характеризующий скорость На основании проведенных исследований
минерального моторного масла установлено, что
изменения условной концентрации продуктов де-
3 , г к 3 окисление, характеризуется образованием первич-
струкции на фрикционном контакте товарного масла1/мм2 г ных и вторичных продуктов деструкции, различа-
' т ' , , ющихся оптическими свойствами; установлены
На рис. 3 представлена зависимость коэффици- л
г г ^^ температуры начала образования первичных и вто-
ента влияния предварительного термостатирования ~
^ * * * ричных продуктов деструкции; температурная об-
масел от температуры термостатирования.
* зу у к ласть работоспособности.
Установлено, что при температуре предвари- ~ т-,
п^ С 2. Предварительное термостатирвание мине-
тельного термостатирования 260 С критерии про-
н „ у к у у рального масла влияет на процессы окисления мо-
тивоизносных свойств выше критерия, полученного
п/ ^ ^ 3 торных масел, но не проводит к увеличению потен-
у товарного масла на 74 %, следовательно при та-
3 „ ^ ^ циального ресурса не зависимо от температуры
кои температуре термостатирования противоизнос- термостатирования
ные свойства лучше, чем при остальных температу- -> тт г- ¿г
3 »г ^ ^ 3 Наибольшая скорость образования первич-
рах предварительного термостатирования для ми- л
^ ^ г у ^ ных продуктов установлена для пробы масла, тер-
нерального моторного масла. , ол лОЛ ор
к _ ^ „ мостатированного при 180 и 280 С, которая соста-
По результатам исследовании можно предло- лтлл /
^ 3 у „ вила соответственно 0,0109 ед/ч, наименьшая ско-
жить систему снижения износа трибосопряжении. л , ^
3 „ рость - 0,082 ед/ч установлена для пробы масла
На основании проведенных исследовании ми- оп
^ термостатированного при температуре 200 °С, а
нерального моторного масла исследован процесс наименьшая _ 0Д)168 ед/ч для бы масла> _
термоокислительной деструкции, характеризую- статированного при 240 °С.
щийся образованием первичных и вторичных про- 4 температуре термостатирования 300 °С
дуктов деструкции, различающихся оптическими ~
3 „ г с начала проведения опыта образуются одновре-
своиствами; установлены температуры начала обра-
3 V V менно первичные и вторичные продукты, о чем
зования первичных и вторичных продуктов де- ллп^
у I 3 _ свидетельствует скорость их образования - 0,0176
струкции; температурная область работоспособно- ,
' г V ед/ч и наличие гелеобразного осадка при ее цен-
сти; температуры предельного изменения вязкости ,
при испытании масел; критерии температурной « п ал.
г „ „ 5. Предложен коэффициент влияния предва-
стоикости и противоизносных свойств, а также вли-
^ рительного термостатирования масла на противо-
яние на эти процессы предварительного термоста-
^ , , износные свойства, что значительно расширит ин-
тирования масла, предложен коэффициент влияния ф ию для потребителей, а так же система сни-предварительного термостатирования масла на про- жения износа трибосопряЖений.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Пат. № 2366945 Рос. Федерация: МПК ООШ 33/30. Способ определения температурной стойко-
сти смазочных масел / Б. И. Ковальский, Н. Н. Малышева; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО
«Сибирский федеральный университет». - № 2008117201/04; заявл. 29.04.2008; опубл. 10.09.2009. Бюл.№25.
2. Ю. Н. Безбородое. Определение смазывающей способности моторных масел по параметру сум-ммарной продолжительности деформаций / Ю. Н. Безбородое, О. Н Петров, А. Н. Сокольников, В. Г. Шрам, А. А. Игнатьев // Вестник Иркутского государственного технического университета. Иркутск. №8 (67). 2012. С. 125-129.
3. Шрам В. Г. Исследование термостойкости минеральных моторных масел. Часть 1 / В. Г. Шрам, Б. И. Ковальский, О. И. Петров, Ю. Н. Безбородов, А. Н. Сокольников // Вестник Казанского технологического университета. - 2012. - Т. 15. - № 13.-е. 143-147.
REFERENCES
1. Malysheva; zajavitel1 i patentoobladatel' FGOU VPO «Sibirskij federal'nyj universitet». - № 2008117201/04; zajavl. 29.04.2008; opubl. 10.09.2009. Bjul.№25.
2. Ju. N. Bezborodov. Opredelenie smazyvajushhej sposobnosti motornyh masel po parametru summmarnoj prodolzhitel'nosti deformacij / Ju. N. Bezborodov, O. N Petrov, A. N. Sokol'nikov, V. G. Shram, A. A. Ignat'ev // Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta. Ir-kutsk. №8 (67). 2012. S. 125-129.
3. Shram V. G. Issledovanie termostojkosti mineral'nyh motornyh masel. Chast' 1 / V. G. Shram, В. I. Ko-val'skij, O. N. Petrov, Ju. N. Bezborodov, A. N. Sokol'nikov // Vestnik Kazanskogo tehnologicheskogo universiteta. - 2012. - T. 15. - № 13. - s. 143-147.
Поступило в редакцию 26.05. 2016 Received 26 May 2016
