CC BY
68
УДК.621.4
ЗАКОНОМЕРНОСТИ НАКОПЛЕНИЯ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ПРИМЕСЕЙ МОТОРНЫХ МАСЕЛ В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДВИГАТЕЛЕЙ
Утаев Сабир Ачилович Каршинский государственный университет, Узбекистан
В данной статье рассматривается загрязнения моторных масел, состав и войства загрязняющих примесей при эксплуатации дизелей.
Ключевые слова: масло, двигатель, оксикислоты, асфальтены, карбены, карбоиды
Под общим понятием загрязнения масла имеется в виду накопление в масле нежелательных примесей, снижающих эксплуатационные свойства масла. Агрегаты очистки задерживают нерастворимые примеси и частично связанные сними растворимые продукты окисления. Основная часть кислых растворимых примесей нейтрализуется присадками, и в результате последующих процессов полимеризации и адсорбции полученные продукты нейтрализации удерживаются средствами очистки. Ввиду важности той роли, которую играют различные виды загрязнений масла ,необходимо подробнее остановиться на источниках их образования, составе и закономерностях накопления в масле при работе двигателя.
Таким образом, процесс окисления является одним из источников, влияющих на образование загрязнений и кислых продуктов, требующих расхода присадка на нейтрализацию (Рисунок 1.).
Способность масла противостоять взаимодействию с кислородом называется устойчивостью к окислению или термоокислительной способностью.
Окисление масел, который являются смесью много сотен углеводородов различного строения, представляет собой весьма сложный процесс. Этот процесс наиболее полно был изучен Н.И.Черножуковым и С.Э. Крейном, а также другими исследователями. Установлено, что первыми промежуточными продуктами окисления углеводородов является перекиси. Перикиси это нестойкие кислородные соединения, которые затем превращаются в кислоты и оксикислоты.
окислении углеводородов масла, может быть представлена следующим образом:
Я - О - Я Я - СООН
ЯН+О2 —► -►
Я-СО -Н Я - СООН - СООН .
Как указывает С.Э.Крейн, наиболее вредными продуктами окисления с точки зрения эксплуатации двигателя являются оксикислоты и асфальтены, так как будучи нерастворимы в масле и обладая значительной липкостью, они прочно удерживаются на металле, забивая кольцевые канавки и вызывая пригорание поршневых колец.
Рисунок 1. Схема загрязнения масла при работе двигателя
Несколько упрощенная схема химических реакций, протекающих при
Основным источником поступления нерастворимых сажистых частиц следует считать продукты неполного сгорания топлива. Это видно из того факта, что при работе двигателя на газовом или легком топливе загрязнение масла происходит менее интенсивно, чем при работе двигателя на те-желых сортах топлива, особенно при работе двигателя с дымным выхлопом. Объясняется это тем, что легкое топливо обеспечивает лучшее сме-соброзавание, а следовательно, более полное сгорание топлива. Кроме того, на процесс смесеобразования, влияют неисправности топливной аппаратуры, подтекание форсунок, недостаточная регулировка подачи топлива и.т.д.
При работе изношенного двигателя скорость загрязнения масла увеличивается за счет большего прорыва продуктов сгорания через поршневой кольцо. Все это подтверждает ведущую роль топлива в процессе загрязнения масла.
Другим неизбежным источником загрязнения масла являются продукты износа деталей двигателя (железо, алюминий, медь, свинец, хром и.др.).Металлические продукты износа частично растворяются в масле, образуя соединения типа мыла частично остаются в виде нерастворимых коллоидных частиц. В результате попадание в масло металлических частиц
возрастает неорганическая часть нерастворимых примесей и повышается зольность масла. Повышение неорганических частиц нерастворимых примесей в масле происходит также и засчет распада металлосодержащих присадок, вводимых в масло или топливо.
Наконец, возможным источником загрязнения масла могут являться твердые частицы, вносимые в месте со всасываемым воздухом. При неудовлетворительной работе воздушных фильтров этот источник может привести к значительному загрязнению масла и повышению абразивного износа двигателя, что имеет существенное значение для двигателей, работающих в условиях сильно запыленной атмосферы. При этом можно отметить, что появление отработанном масле таких примесей, как сажа, металлические частицы, продукты окисления, является неизбежным при любых условиях работы двигателя. В тоже время проникновение в масла пыли, воды, топлива может рассматриваться как явление случайное, специфичное лишь для определенных условий эксплуатации.
Однако с точки зрения организации очистки масла в двигателе более важно разделение продуктов старения масла на растворимые и нерастворимые вещества. Такое деление не может быть абсолютным, так как отработанное масло представляет собой коллоидную систему с различной для тех или иных его компонентов степенью дисперсности.
В таблице показаны основные источники загрязнения масла и состав продуктов загрязнения.
Источник загрязнения Характеристики загрязнения
Наименование Химический состав
Двигатель Продукты износа Бе, А1, Си ,РЬ, Сг и др.
Топливо Топливо и продукты неполного сгорания Сажа (углерод),окислы серы, вода, топливо
Масло Продукты окисления и полимеризации Оксикислоты,смолы,асфалтены,карбены и карбоиды,мономеры и полимеры ок-сикарбоновых кислот и др.
Продукты взаимодействия и разложения присадки Ва, Са, их соли и металлоорганиче-ские соединения
Окружающая среда Пыль, песок,вода А10з, БЮ2 и алюмосиликаты различного состава и вода
В работах Е.Г. Семенидо было показано, что с первых минут работы двигателя масло превращается в дисперсную систему, состоящую из высокодисперсных углеродистых частиц распределенных в масляной среде.
Дисперсионный анализ масла показал наличие в нем крупных (3-4 мк); средних (0,8-1,5 мк) и мелкие (0,4-0,8 мк) частиц; причем число средних частиц составляет 85-90 % от общего числа частиц. Как указывает А.Б. Виппер, по мере роста теплонапряженности двигателя происходит некоторые увеличение среднего размера частиц загрязнение. В настоящее время можно считать установленным, что наиболее интенсивный износ двигателя вызывается крупными частицами загрязнений. По данным Г.А.Морозова наличие основной массы частиц размером свыше 2-3 мк может служить основанием для смены масла.
Размер образующихся в масле частиц загрязнений при работе двигателя не остается все время постоянным, особенно в отсутствии присадки, так как находящиеся в масле частицы склонны к скоплению в более крупные, которые отлагаются на поверхности деталей или образуют осадки в картере, загрязняя двигатель.
Наличие диспергирующих присадок в масле препятствует уплотнению частиц в более крупные, но если такое образование все-таки происходит, то крупные частицы должны быть в первую очередь задержаны применяемыми агрегатами очистки. Таким образом, дисперсный состав нерастворимых примесей в масле будет зависеть прежде всего от наличия и эффективности моющей присадки в масле, а также от типа двигателя и агрегатов очистки масла.
Нерастворимые в масле загрязнения различного происхождения не должны рас сматриваться как отдельные, не связанные между собой твердые частицы железа, сажи и других продуктов загрязнения. Металлические частицы, попадающие в масло в результате абразивного износа деталей двигателя, частицы сажи и внесенной пыли обволакиваются смолистыми продуктами окисления масла, а также адсорбируют на своей поверхности молекул присадки. Это подтверждается, например, тем известным фактом, что магнитные фильтры улавливают из масла помимо ферримагнитных металлических примесей также различные смолистые вещества органического происхождения, связанные с частицами металла. Таким образом, в состав частиц нерастворимых примесей входят как органические, так и неорганические вещества. Органическая часть примесей состоит в основном из карбенов и карбоидов, а также смол, оксикислот и асфальтенов. Неорганическая часть, минеральной или зольной частью примесей) состоит из железа, меди, свинца и других продуктов износа, соединений алюминия и кремния и металлов, входящих в состав присадок.
Анализ проб нерастворимого осадка с картонных масляных фильтров показал следующий их состав (в %):
Оксикислоты ...............15-20
Асфальтены ................5-10
Карбены и карбоиды...........10-20
Неорганические вещества........10-20
Состав нерастворимых примесей масла не остается постоянным при работе двигателя. Изменения, происходящие в их составе, легко заметить по соотношению органической Сорг и неорганической Снеорг частей, которое
обычно обозначается через а ,т.е.
С
^ орг
С
а= ^ неорг
В первые часы работы двигателя содержание органической и неорганической частей одинаково или имеется небольшое превышение органической части, т.е. а =1.2. Уже через некоторое время работы двигателя это соотношение меняется до а =3-5,а в дальнейшем, особенно при работе двигателя с дымным выхлопом, а -может достигнуть значения 10-15 и более.
Изменение а указывает на неодинаковую скорость накопления процессов загрязнения. Очевидно, что скорость накопления металлических продуктов износа происходит медленнее, чем поступления углеродистых частиц. На величину а оказывает влияние также эффективность применяемых агрегатов очистки.
Состав нерастворимых примесей оказывает существенное влияние на износ двигателя. По мере снижения содержания неорганической части примесей, т.е. по мере увеличения а скорость изнашивания уменьшается. По данным С. В. Венцелья при возрастании а скорость изнашивания снижается на несколько раз.
По данным С.В. Венцеля, качественный состав примесей, показатель а может явиться критерием противоизносного действия работавшего смазочного масла. Численное значение а ,при котором достигается заметное снижение скорости изнашивания, будет неодинаковым для различных типов двигателей и должно рассматриваться в связи с конструкцией, состоянием, режимом работы двигателя и качеством смазочного масла.
Вода является одним из видов загрязнения масла. Вредное действие воды заключается в том, что вода способствует коагуляции диспергированных углеродистых частиц, в результате чего повышается осадкообразование в масле и увеличивается скорость загрязнения масла нерастворимыми примесями. Вода вызывает также гидролиз моющей присадки и таким образом вымывает его из масла. При работе дизеля на обводненном масле происходит ускоренное снижение щелочности масла, следствием чего является повышенный износ. Присутствие воды усиливает также коррозию, особенно на подшипниковых сплавах. В качестве примера можно привести данные таблицы характеризующие вредное действие воды, а следовательно, повышение количество отложений на фильтре очистки масла.
Показатель Масло М-12В Масло М-20Г
без воды с водой без воды с водой
По данным П.И.Давыдова, обводненное масла до 10 % повышает скорость изнашивания в 1,8-2,3 раза. Вода находящаяся в масле, не задерживается маслеными фильтрами. Для удаления воды из масла применяется отстой и центробежная очистка.
Как уже отмечалось, все процессы старения, протекающие в масле при работе двигателя, могут быть разбиты на две группы:
1)физические процессы, скорость которых при определенных условиях может быть принята постоянной
йх
йт = + сопе! ;
2)химические процессы, скорость которых изменяется в зависимости от концентрации реагирующих веществ
йс
йт= + КС .
К физическим процессам может быть отнесен процесс загрязнения масла нерастворимыми примесями, если принять, что основным источником образования нерастворимых примесей является поступление в масло продуктов сгорания топлива, которое при работе двигателя на установившимся режиме происходит с постоянной скоростью. Постоянной может быть принята также скорость поступления в масло железа и других продуктов износа, скорость процесса разжижения масла топливом и.т.п.
К химическим процессам относится процесс окисления масла и процесс расхода присадки, т.е.снижение щелочности и рост кислотности масла, или изменения в содержании отдельных функциональных групп. В этом случае в результате химического взаимодействия в масле образуется новые соединения и скорость реакции пропорционально концентрации действующих масс.
Изучение функциональной зависимости между содержанием тех или иных компонентов в масле, продолжительностью работы двигателя и некоторым параметрами масляной системы, позволяет установить основные математические закономерности процесса старения масла. Полученные таким путем формулы позволяет рассчитать содержание интересующего нас компонента в масле для любой продолжительности работы двигателя, или наоборот, вычислить время, необходимое для того, чтобы содержание компонента в масле достигло заданной величины.
Ниже излагаются некоторые расчетные методы вычисления содержания в масле нерастворимых примесей и присадки .
При выводе формул за основу принята рабочая схема показывающая направление важнейших процессов, протекающих в масляной системе двигателя.
&
(5 К
г* и
га м
^ л
- Н
<
Долив масла -
Окисление
и 0 масла
Угар масла Оу, г/ч
От количество масла в системе соответственно в начальный момент и к моменту т в г или г/л. с.;
Оу-скорость угара масла в г/ч или г/л.с.ч;
О3-скорость долива масла в г/ч или г/л.с.ч.;
а- скорость поступления загрязнений в масло в г/ч или г/л.с.ч.;
Х0,Х-содержание загрязнений в масле соответственно в начальный момент и после промежутка времени т в %;
Хср- среднее содержание загрязнений в масле за период от 0 до т ;
g- количество загрязнений в масле в г ;
§ф- количество загрязнений (нерастворимых примесей) на фильтре в г;
С0 ,С-концентрация присадки соответственно в начальный момент и к моменту т (концентрация может быть выражена через щелочность в мг кон/г масла)
К-константа скорость и расхода присадки (снижения щелочности);
т -время в ч.
По имеющимся данным А. В. Непогодьева и др., для быстроходных дизелей скорость загрязнения а = 0,01-0,06 г/л.с.ч.
Но при работе двигателя с дымным выхлопом скорость загрязнения может возрастать до значения а = 0,2-0,3 г/л.с.ч.
Наличие воды в масле увеличивает скорость загрязнения. По даным А.В. Непогодьева и др., для четырехтактного многоцилиндрового дизеля увеличение скорости загрязнения может быть подсчитано по формуле
а = 0,006+100 х
4,8 W¿ г/л .с.ч., где "-содержание воды в масле % .
Скорость загрязнения а может быть рассчитана и по экспериментальным данным испытания двигателя. Для этого необходимо знать расход и долив масла, содержание нерастворимых примесей Х в масле через определенные промежутки времени т ,а также количество отложений на фильтре и содержание нерастворимых примесей в них. В этом случае скорость загрязнения может быть рассчитана по следующему выражению:
8фхср0ут + - х0О0
а= 100т
-г / ч.
Пусть к моменту т количество загрязнений в картере двигателя будет х. За время 3т в масло поступило еще а3т загрязнений. За это же время вместе с угаром из масла уйдет х 3т загрязнений, а с долитым маслом будет
дополнительно внесено x0 Qd dT загрязнений. Общее изменение содержания загрязнений составит:
(а + xoQy - xQy)dx .
За это время количества масла в картере изменится на величину долива и угара ,т.е..на величину (Qd -Qy) т и следовательно,
G =Go - (Qy -Qd) т . Таким образом, общее дифференциальное уравнение, определяющее изменение содержания загрязнений в масле за время dT,будет иметь вид
[ Go -(Qy -Qd) т] dx =(a + xo Qd)dT
Список литературы
1.Венцель С.В. Применение смазочных масел в двигателях внутреннего сгорания Москва: Издательство Химия 1985
2. Морозов Г.А.Применение дизельных масел с присадками Л.: Гостоп тех. издат.
Utaev Sabir Achilovich Utaev.s@list.ru
Karshi state university Karshi Uzbekistan
LAWS OF ACCUMULATION OF CONTAMINANTS OF MOTOR OILS IN SERVICE ENGINES
Abstract: This article discusses the pollution of motor oils, the composition and Properties of
contaminants in the operation of diesel engines.
Keywords: oil, engine, hydroxy acids, asphaltenes, carbenes, karboidy
УДК 658.562
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ КОНТРОЛЛИНГА В СИСТЕМЕ МЕНЕДЖМЕНТА КАЧЕСТВА ПРЕДПРИЯТИЯ Фролова Ирина Ивановна, к.соц.н., доцент
(fii@mail.ru) Максимов Дмитрий Фёдорович, студент Казанский инновационный университет имени В.Г. Тимирясова (ИЭУП)
В статье рассматривается важность использования технологии контроллинга в системе менеджмента качества предприятия, анализируются проблемы в системах контроллинга строительных предприятий. По результатам выявленных недостатков предложены рекомендации по совершенствованию использования технологии контроллинга на предприятиях.
Ключевые слова: система менеджмента качества, контроллинг, контроллинговая информация, система контролинга.
Актуальность темы исследования обусловлена тем, что современному руководителю приходится принимать решения, исходя из огромного количества информации, циркулирующей в системе менеджмента качества предприятия. В качестве инструмента менеджмента может быть полезна технология контроллинга, которая является системой информационно-
