Основные физико-химические свойства масел

/ Литература / Тепловозной бригаде о топливе и смазке / Основные физико-химические свойства масел

Вязкость является внутренним трением жидкости, возникающим между молекулами при их перемещении. Она как бы определяет меру текучести. Чем больше вязкость масла, тем меньше его текучесть, и, наоборот, чем меньше его вязкость, тем больше текучесть. Измеряют вязкость в единицах динамической, кинематической и в градусах вязкости условной (ВУ).

Вязкость смазочного масла является одним из самых важных эксплуатационных свойств. От нее зависит величина коэффициента трения, а также износ, надежность и экономичность работы трущихся деталей. Поэтому для каждого конкретного узла трения должно быть подобрано масло строго определенной вязкости. Недостаточная вязкость масла приводит к возникновению сухого трения, нагреву и усиленному износу подшипников. Чрезмерно большая вязкость масла ведет к потерям мощности на трение, а следовательно, и к снижению коэффициента полезного действия (к.п.д.) машины или механизмов.

Вязкость масла меняется при изменении температуры. При нагревании вязкость масла уменьшается, а при охлаждении она увеличивается. Наиболее ценны те масла, у которых изменение вязкости с изменением температуры протекает плавно и которые имеют гак называемую пологую кривую вязкости. Степень изменения вязкости в зависимости от температуры принято характеризовать отношением кинематической вязкости при 50°С к кинематической вязкости при 100°С. Чем меньше это отношение, тем лучше вязкостно-температурные свойства.

Степень изменения вязкости масла при изменении температуры выражается также индексом вязкости (ИВ). Индекс вязкости масла является условным показателем, принятым за 100. Чем выше индекс вязкости, тем масло считается лучшим. Индекс вязкости определяют при помощи специально разработанных таблиц.

На величину вязкости также влияет давление. С повышением давления вязкость масла увеличивается. Чем больше давление, тем быстрее повышается вязкость.

Для снижения потерь мощности на трение следует применять масла с меньшей вязкостью, но при этом дол жна обеспечиваться надежная смазка всех трущихся деталей. Для быстроходных дизелей с высокими удельными нагрузками в узлах трения применяют масла с высокой вязкостью. Почти все эксплуатируемые тепловозные дизели являются высокофорсированными и быстроходными. Применяемые масла для них имеют вязкость 12; 14 н 20 ест при температуре 100°С.

Температурой вспышки масла называется та температура, до которой необходимо нагреть масло, чтобы достаточно выделилось паров и возникла вспышка при поднесении пламени. Температура вспышки, определяемая в приборе открытого типа, на 20-30°С больше, чем в приборе закрытого типа, так как часть паров масла при нагревании в открытом тигле улетучивается.

Температура вспышки масла указывает на огнеопасность и испарение масла при нагревании. При проверке качества масел, находящихся в дизеле тепловоза, низкая температура вспышки указывает на присутствие в масле дизельного топлива (разжижение). Кроме того, температура вспышки масла дает первое представление о стандартности получаемого и работающего масла. В случае резкого отклонения температуры вспышки свежего или работающего масла от ГОСТа или технических условий вызывается необходимость тщательного лабораторного контроля других, более сложных определений качества масла и в первую очередь вязкости.

В практических условиях температура вспышки масла не имеет решающего значения в оценке смазывающих свойств, но в сочетании с вязкостью и другими свойствами при использовании в механизмах дает возможность судить о качестве продукта и его поведении.

Цвет. При введении в масло присадок (об этом будет сказано далее) цвет масла может меняться от светло-желтого до черного с промежуточными оттенками. Поэтому в технических условиях или ГОСТах принято указывать цвет базового масла до введения в него присадки. Необходимость отражения этого показателя обусловлена тем, что на месте производства однотонность цвета базового масла может служить признаком однородности различных партий масла.

По цвету также можно судить о степени очистки базового масла. Хорошо очищенные масла имеют светло-желтые тона, а плохо или совершенно неочищенныемасла, например осевые или трансмиссионные автотракторные (нигролы), имеют темный (черный) цвет.

Судить по цвету о качестве работающих дизельных масел с присадками, применяемых на тепловозах, является ошибкой, так как при работе двигателя масло с присадками очень быстро изменяет свой цвет и становится черным, но это вовсе не значит, что оно потеряло свои смазочные свойства и требует замены.

Механические примеси н вода. К механическим примесям относят инородные тела, которые находятся в масле (пыль, песок, ржавчина, частицы металла и т. д.) во взвешенном состоянии или в осадке и задерживаются на фильтре при фильтровании в растворе бензина или бензола. Механические примеси, находящиеся в масле в виде пыли, песка, грязи и других веществ, могут попасть в масло при сливе и заправке или при плохом хранении.

Наличие в масле механических примесей приводит к преждевременному износу деталей, повышенному нагаро-образованию, засорению фильтров и т. д.

Дизельные масла без присадок изготовляют с отсутствием механических примесей, а в маслах с присадками допускается иметь их не более 0,015%. Эти примеси не являются абразивными. Вызваны они наличием в составе масла присадки, незначительная часть которой задерживается на бумажных фильтрах при фильтровании. В эксплуатации содержание механических примесей в дизельных маслах допускается не более 0,08%.

Вода в дизельных маслах должна отсутствовать; она так же, как и механические примеси, является вредной примесью. Наличие воды ухудшает смазочные свойства масла, вызывает коррозию металлических частей. Особенно опасно ее наличие в зимнее время. Выпадая в виде мелких кристаллов льда, она забивает фильтры, вызывает закупорку маслопроводов, способствует образованию осадков. Известно, что свежее масло и вода не смешиваются, но при наличии в масле сажи и продуктов износа вода, смешиваясь с «ими, может образовать мазеобразные эмульсии, которые затем выпадают в осадок.

Вода также может ухудшить эффективность моющего и диспергирующего действия масел с присадками. При наличии в свежем масле с присадкой ВНИИ НП-360 значительного количества (более 0,3%) воды присадка может выпадать из масла в осадок в емкостях хранения.

В дизельное масло вода попадает вследствие неплотшо-сти водяной системы дизеля, нарушения герметичности в местах соединений трубопроводов, случайного попадания при хранении и т. д.

Коксуемость. Коксуемостью масла называется склонность его под влиянием высоких температур разлагаться с образованием твердых углистых осадков (кокса). Коксуемость зависит от химического состава масла и степени его очистки. Этот термин используется при определении происхождения масла. При наличии в масле присадки коксуемость может возрасти по сравнению с базовым маслом, но от этого не ухудшается свойство масла. Поэтому коксуемость теряет свое значение, когда в масле находится присадка.

Зольность. Зола получается при сгорании масла и представляет собой те минеральные вещества, которые находятся в масле в растворенном и взвешенном состоянии главным образом в виде солей нафтеновых кислот. Содержание золы в свежем масле должно быть минимальным. Чем лучше очищено масло, тем меньше его зольность.

Зольность масла резко возрастает с введением в масло присадки, так как в состав присадки входят металло-органические соединения, часть которых после сгорания остается в золе. Зольность масла до введения присадки не превышает 0,005%, а после введения, например, 8%-й присадки ВНИИ НП-360 она должна быть в масле М-12В не менее 1,0%.

По зольности контролируют содержание присадки в масле. Если зольность свежего масла будет ниже нормы, предусмотренной по ГОСТу или техническими условиями, это указывает на то, что присадки введено в масло ниже установленной нормы.

Коррозийные свойства масла. Особенно чувствительны к коррозии вкладыши подшипников двигателей с баббитовой заливкой. В свежих маслах не допускаются вещества, которые бы действовали коррозирующим образом на металл.

Коррозию металлов могут вызывать две группы веществ, находящихся в масле. К первой группе относятся органические кислоты, образующиеся при окислении масла, ко второй - активные сернистые соединения, которые проникают в масло после сгорания сернистоготоплива. Наибольшую опасность для двигателей тепловозов представляют кислоты и соединения, образующиеся в процессе окисления масла, так называемые низкомолекулярные кислоты, обладающие сильной активностью.

В технических условиях на дизельные масла антикоррозийные свойства оцениваются следующими показателями:

а) величиной кислотного числа, выраженного в миллиграммах КОН (калий о аш), которое необходимо для нейтрализации 1 г масла. По кислотному числу судят об общем содержании кислот, находящихся в масле. Кислотное число у базовых дизельных масел без присадок, применяемых на тепловозах, не превышает 0,02 мг КОН, на 1 г масла;

б) содержанием водорастворимых кислот и щелочей, которые вызывают очень сильную коррозию металлов. Масла, содержащие щелочи или минеральные (водорастворимые) кислоты, не должны применяться для двигателей тепловозов;

в) коррозийностью, определяемой по методу Пин-кевича или по методу НАМИ (Научно-исследовательского автомеханического института) на приборе ДК-2. Кор-розийность оценивается потерей в весе стандартной свинцовой пластинки, которая в течение 25-50 ч периодически погружается в испытываемое масло, нагретое до температуры 140- 200°С (в зависимости от условий испытаний), в результате чего тонкий слой масла, находящийся на пластинке, то окисляется, соприкасаясь с окружающим воздухом (с кислородом), то нагревается при опускании пластинки в масло. Схема определения коррозийно-сти масел по методу Пинке-вича показана на рис. 12.

хема определения коррозийности масла по методу
Рис. 12. Схема определения коррозийности масла по методу Пинкевича Наличие коррозийности определяют по потере пластинкой веса в граммах на квадратный метр (г/м2). Чем больше уменьшится вес пластинки, тем сильнее коррозийность масла. Коррозийность на пластинках из свинца марки С1 или С2 для дизельных масел, применяемых для двигателей тепловозов, не превышает 10 г/м2.

Нагарообразование. Нагар представляет собой твердые углеродистые вещества, которые отлагаются на днище поршня дизеля. Проф. К. К- Папок установил, что при сгорании рабочей смеси топлива в камере сгорания развиваются очень высокие температуры (свыше 2000°С), при которых в присутствии кислорода воздуха сгорают все органические вещества, в том числе проникшее в камеру сгорания масло. Однако в двигателях внутреннего сгорания, особенно в дизелях, где процесс подготовки смеси и сгорание протекают в сотые и тысячные доли секунд, не всегда хватает времени для полного сгорания смеси, не говоря уже о масле. Следовательно, в камере сгорания создаются условия для образования сажи, кокса и других продуктов неполного сгорания.

Газовая смесь при сгорании имеет не везде одинако-во высокую температуру. Газы, находящиеся вблизи стенок камеры сгорания, днища поршня и колец, вследствие теплоотдачи имеют более низкую температуру, чем газы, удаленные от стенок. Поэтому отложения начинаются с днища поршня, где нагар не может сгореть и лишиться связующих веществ. В это время на днище поршня образуется лаковая пленка, которая затем загрязняется продуктами сгорания, а также частицами продуктов износа деталей, образуя, таким образом, нагар; при этом толщина его может увеличиваться до определенной величины. Как только верхняя кромка нагара приблизится к зоне высоких температур, нарастание его прекращается.

Нагарообразование в двигателях внутреннего сгорания при использовании некачественного дизельного топлива и масла значительно возрастает, что приводит к перегреву поршней, пригоранию поршневых колец, подгоранию клапанов, увеличению износа трущихся поверхностей деталей, уменьшению сечения продувочных и выпускных окон коллектора и т. д. Все это в конечном счете вызывает снижение мощности дизеля.

Исследованиями ЦНИИ МПС (канд. техн. наук Р. А. Насыровым) установлено, что при отложении нагара в каналах масляного охлаждения поршня дизеля 2Д100 до 1 мм температура днища поршня повышается на 100- 150°С, а при слое нагара до 3 мм отвод тепла почти полностью прекращается. Это приводит к возникновению на днише поршня мелких (рис. 13) или сквозных трещин (рис. 14); от этого происходит прорыв газов в картер, взрыв масляных паров и выход из строя дизеля.

Основные физико-химические свойства масел

Лакоотложение. Во время работы двигателей внутреннего сгорания на юбке поршня, в зоне поршневых колец и даже на шатунах под действием высокой температуры и кислорода воздуха происходит окисление тонкого слоя масла. При этом образуется блестящая поверхность, которая называется лаковыми отложениями. Толщина их слоя незначительна, она измеряется десятыми и сотыми долями миллиметра. Несмотря на это, вред от таких отложений очень большой, так как повышается температура и перегрев деталей цилиндро-поршневой группы дизеля, нарушается нормальная смазка поверхностей трения.

В результате постепенного заполнения канавок липкими лаковыми отложениями зазор между боковыми стенками канавок и колец уменьшается, последние становятся малоподвижными (перестают пружинить) и пригорают. От этого увеличивается расход масла н возра стает прорыв газов из камеры сгорания в картер дизеля (рис. 15).

Кроме того, пригоревшие кольца во время работы от больших температур и напряжений ломаются и своими острыми кромками царапают стенки цилиндров, вызывая усиленный износ.

Рис. 15. Прорыв газов в картер при пригорании колец Для обеспечения нормальной работы и реализации полной мощности дизелей необходимо, чтобы все поршневые кольца были подвижны. Для этого должны применяться дизельные масла высокого качества с моющими и антикоррозийными присадками. Для оценки лакообразующихся свойств дизельных масел (моторных) проверяют их противоокислительные и моющие свойства.

Термоокислительной стабильностью называется способность тонкого слоя масла, находящегося на нагретой металлической поверхности детали, в присутствии кислорода воздуха сопротивляться превращению в лаковую пленку.

Термоокислительную стабильность определяют по методу проф. К. К. Папок (ГОСТ 4953-49). Оценку моющих свойств дизельных масел (моторных) производят на установке ПЗВ (ГОСТ 5726-53), разработанной К. К. Папок, А. П. Зарубиным и А. Б. Виппером. Установка ПЗВ (рис. 16) представляет собой одноцилиндровый двигатель, в котором поршень в цилиндре приводится в движение от электродвигателя (диаметр цилиндра 52 мм, ход поршня 52 мм). Обогрев головки и стенок цилиндра производится электронагревателями.

Основные физико-химические свойства масел Схема установки ПЗВ
Рис 16. Схема установки ПЗВ: 1 - двигатель; 2 - электромотор; 3 - электронагревательные элементы Во время испытаний должен соблюдаться следующийрежим работы установки:

Число оборотов в об/мин. 2500

Температура в °С:

головки цилиндра . 300

середины цилиндра.. 225

масла в картере. 125

воздуха на всасывании.. 220

Количество испытываемого масла и мл . 250

Продолжительность испытания в ч . . . 2

После испытания производят осмотр поршня и делают заключение о моющих свойствах масла путем сопоставления с цветной эталонной шкалой (ГОСТ 5726-53).

которая состоит из семи эталонных поршней. Совершенно чистый поршень без лаковых отложений получает высшую оценку -0, а самый грязный - балл 6.

⇐ | Назначение масел и смазок | | Г. Д. Меркурьев. Тепловозной бригаде о топливе и смазке | | Основные физико-химические свойства консистентных смазок | ⇒