Автор работы: Пользователь скрыл имя, 24 Октября 2013 в 12:36, реферат
Процесс производства смазочных масел состоит из ряда последовательных технологических операций, связанных с получением базовых масел и последующего их смешения (компаундирования) с присадками различного функционального назначения.
До начала 30-х годов в узлах и агрегатах машин и механизмов использовались масла без присадок. При этом, например, пробег моторных масел составлял около 800 км, а примерно через каждые 1600 км двигатель подлежал разборке для очистки деталей от нагара, шламов и других загрязнений. Бурное развитие машиностроения и ужесточение требований к качеству масел привели к не менее стремительному развитию работ по созданию и применению в маслах присадок различного функционального назначения (рис. 4). Начатые в период между первой и второй мировыми войнами работы по разработке и исследованию присадок с возрастающей интенсивностью продолжились в последующие годы. Поиск эффективных присадок к маслам проводится и в наше время.
Следует заметить, что далеко не всякое химическое соединение, обладающее определенными функциональными свойствами, может быть использовано в качестве присадки к смазочным маслам. Присадки во вводимой концентрации должны обладать растворимостью или способностью к созданию устойчивых систем в маслах во всем диапазоне рабочих температур транспортирования, хранения и эксплуатации, не отлагаться на фильтрах, не вымываться водой, обеспечивать надежную стабилизацию масел против окисления, не ухудшать других эксплуатационных свойств масел, предотвращать разрушение металлических, резиновых и полимерных деталей, обеспечивать стабильность свойств масел в течение гарантированного срока хранения, быть совместимыми с другими присадками, вводимыми в масла и, наконец, вырабатываться доступными процессами химической технологии из доступного сырья, обеспечивая экономическую эффективность масел в процессе эксплуатации. Все это создает серьезные ограничения при выборе соединений, используемых в качестве присадок к маслам. Именно поэтому среди многих десятков тысяч исследованных соединений в качестве присадок используется достаточно ограниченное количество продуктов.
Пакеты присадок
Современные пакеты присадок представляют собой сбалансированные смеси присадок различного функционального назначения и могут содержать до 15 компонентов.
Использование таких пакетов при
производстве смазочных масел позволяет
упростить дозировку компоненто
В последние годы этот принцип создания смазочных композиций получил дальнейшее развитие за счет применения т.н. каскадных пакетов присадок. Реализация принципа каскадности предусматривает использование в композициях базового пакета присадок, содержащего определенный набор присадок в оптимальном соотношении, и ряда усиливающих присадок – бустеров. Их использование в определенных концентрациях в базовых маслах позволяет получать композиции масел с заданным уровнем свойств.
Процесс производства смазочных масел состоит из ряда последовательных технологических операций, связанных с получением базовых масел и последующего их смешения (компаундирования) с присадками различного функционального назначения.
Смешение проводят на установках периодического или непрерывного компаундирования. Эта операция обычно проводится при температурах 50-60 °С, при которых не происходит термического разложения и недопустимого окисления базовых масел и присадок. Более высокие температуры используются только при введении в композицию масел присадок, обладающих низкой растворимостью. Современные установки для производства масел имеют высокую степень механизации и автоматизации производственного процесса.
3 Производство масел |
В качестве примера на рис. 3 приведена схема установки периодического смешения для производства смазочных масел. В установку входят емкости для двух компонентов базового масла и четырех присадок, дозирующие устройства, две обогреваемые мешалки и емкость для готовой продукции. Смешение присадки из емкости 1, обладающей пониженной растворимостью в маслах, с одним из компонентов базового масла проводится в мешалке 1. Затем смесь, полученная в мешалке 1, и другие компоненты производимого масла в дозированных количествах направляются в мешалку 2, где и производится их полное смешение. Готовая продукция сливается в специальную емкость. Установки непрерывного компаундирования (в потоке) используют при производстве многотоннажной продукции. |
ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ СМАЗОЧНЫХ МАСЕЛ
Для обеспечения нормальной эксплуатации агрегатов и узлов машин и механизмов смазочные масла должны соответствовать комплексу требований, исходя из их назначения, сохраняемости, эргономичности и безопасности. Оценка соответствия смазочных масел предъявляемым требованиям производится при их испытаниях и, в том числе, по показателям:
Номенклатура показателей качества смазочных масел, их нормированные значения и методы определения регламентируются стандартами (международными, межгосударственными, региональными, национальными и др.) и другими нормативными документами. Разработка этих документов проводится с участием международных, региональных и национальных органов по стандартизации, метрологии и сертификации, а также научно-технических обществ и ассоциаций.
МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ СМАЗОЧНЫХ МАСЕЛ
Методы испытания смазочных масел подразделяют на лабораторные, стендовые и эксплуатационные.
При лабораторных испытаниях оцениваются физико-химические показатели масел с использовании специальных приборов и установок. При создании смазочных материалов использование лабораторных методов позволяет в короткий срок оценить влияние состава композиций базовых масел и присадок на основные физико-химические характеристики разрабатываемого продукта и, на базе накопленного опыта, прогнозировать их поведение в условиях эксплуатации. По результатам лабораторных испытаний решается вопрос целесообразности проведения других видов испытаний. При производстве масел использование лабораторных методов позволяет судить об идентичности каждой из выпущенных партий образцам, прошедшим всесторонние испытания. Сведения об основных физико-химических показателях, используемых при оценке качества смазочных масел лабораторными методами приведены в табл. 6. Данные о примерном соответствии лабораторных методов оценки физико-химических характеристик в соответствии с стандартами ГОСТ, ГОСТ Р, ASTM, EN, DIN, IP, CEC и ISO приведены в табл. 7.
Стендовые испытания масел проводятся на установках, моделирующих условия работы реального узла или агрегата. В некоторых случаях для получения более достоверных результатов испытаний используются стенды с применением узлов и агрегатов реальных машин и механизмов.
Эксплуатационные испытания проводятся на реальных машинах и механизмах. Основное отличие этих испытаний от обычной эксплуатации состоит в том, что работа узлов и агрегатов (расход запчастей, число ремонтов, расход масла), в которые залито опытное масло находятся под особым контролем. В таких испытаниях могут участвовать от нескольких десятков до нескольких сот единиц техники, а срок испытаний достигать нескольких лет.
Таблица 6 ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА СМАЗОЧНЫХ МАСЕЛ | ||
Показатель |
Сущность показателя |
Связь с эксплуатационными показателями масел |
Вязкость |
Показатель, указывающий свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению, обусловленное внутренними молекулярными взаимодействиями в движущейся среде. Динамическая вязкость (h) – мера сопротивления жидкости течению. Определяется на ротационных вискозиметрах или рассчитывается как произведение кинематической вязкости (v) жидкости и ее плотности (р) при той же температуре. Выражается в паскаль-секундах (Па•с) или пуазах (П); 1П=0,1 Па•с. Кинематическая вязкость (n) – мера сопротивления жидкости течению под влиянием гравитационных сил. Определение проводится капиллярными вискозиметрами. Выражается в м2/с, мм2/с или сантистоксах (сСт); 1 сСт = 1 мм2/с = 10-6м2/с. Условная вязкость (ВУ) – отношение времени истечения определенного количества испытуемой жидкости при заданной температуре из вискозиметра типа Энглера ко времени истечения дистиллированной воды. Выражается условных единицах (ВУ). |
Важнейший показатель, определяющий пусковые и эксплуатационные характеристики машин и механизмов. В узлах трения смазочные масла должны обладать достаточно низкой вязкостью для того, чтобы обеспечить минимальные потери энергии на перемешивание и преодоление внутреннего трения, беспрепятственное покачивание масла насосом по смазочной системе (особенно при низких температурах). В то же время, они должны иметь достаточно высокую вязкость для того, чтобы обеспечить режим трения со смазкой, гарантирующим реализацию нормального изнашивания и отсутствие повреждаемости поверхностей трения, а также низкий уровень утечек через уплотнения (особенно при повышенных температурах). Вязкость зависит от состава масла, а также температуры, давления, скорости сдвига и времени работы масла в узле трения. С увеличением температуры вязкость масел уменьшается, а с повышением давления – увеличивается. В связи с возрастающим использованием в составе смазочных масел противоизносных, противозадирных, антифрикционных, загущающих и др. присадок значение вязкости (определяемой классическими методами), как основного показателя, характеризующего режим смазывания узлов трения, постепенно снижается. Поэтому в последние годы для оценки динамической вязкости все более широкое применение находят специфические показатели холодного пуска (Cold Cranking), прокачиваемости при низких температурах (Pumping) и динамической вязкости при высокой температуре и высокой скорости сдвига (HT/HS), определяемые на специальных установках. |
Зольность |
Показатель, указывающий наличие золообразующих компонентов (гл. обр. металлосодержащих присадок) и примесей в составе неработавших масел. Выражается в % масс. |
Основным источником образования золы являются металлсодержащие присадки, поэтому показатели "зольность" и "сульфатная зольность" чаще всего используются для оценки их присутствия в товарных маслах. Вместе с тем, под действием температуры в узлах трения может происходить образование золы (как правило, сульфаты металлов), способной образовывать на деталях отложения, что может привести к существенному снижению износостойкости узлов трения и понижению других эксплуатационных характеристик машин и механизмов. Поэтому в некоторых типах смазочных масел регламентируется предельные значения этого показателя. |
Зольность сульфатная |
Показатель, указывающий содержание металлосодержащих присадок (в т. ч. содержащих барий, кальций, магний, цинк, калий, натрий, олово, а также элементарную серу, фосфор, хлор) в составе неработавших масел. Выражается в % масс. | |
Индекс вязкости |
Относительная безразмерная величина, характеризующая степень изменения вязкости в зависимости от температуры; рассчитывается или находится по таблицам и номограммам в зависимости от значений кинематической вязкости при 40 и 100°С. |
По индексу вязкости (ИВ) масла делят на низкоиндексные (ИВ < 80), среднеиндексные (ИВ = 80-90), высокоиндексные (ИВ = 90-100 и выше). Чем выше индекс вязкости, тем лучше качество масла, тем меньше вязкость зависит от изменения температуры. Большинство нефтяных (минеральных) базовых масел имеют индекс вязкости от 0 до 100, а загущенные всесезонные масла – более 100. |
Испаряемость |
Показатель, указывающий потери от испарения при работе масел. Выражается в %. |
Зависит от фракционного состава базовых масел. Чем ниже испаряемость, тем меньше потери, степень загущения и склонность к образованию отложений при эксплуатации масел. |
Кислотное число |
Показатель коррозионной и защитной способности масел, указывающий количество мг КОН, расходуемое на нейтрализацию всех кислых компонентов, содержащихся в 1г испытуемого масла. Выражается мг КОН/г. |
Детали, изготовленные из сталей и, особенно, сплавов цветных металлов при химическом взаимодействии с кислыми продуктами подвергаются коррозии. В процессе хранения и эксплуатации в результате окисления кислотное число растет, а коррозионная агрессивность масел увеличивается. |
Коксуемость |
Показатель, указывающий склонность масла к коксуемости. Выражается в % масс. |
Показатель используется, главным образом, для контроля степени очистки масел. |
Коррозионность |
Показатель, указывающий степень коррозионной агрессивность масел |
Зависит от состава базовых масел и типа используемых присадок. В процессе старения коррозионность масел возрастает. |
Массовая доля активных элементов |
Показатель, указывающий содержание в маслах присадок. |
Применяется для контроля качества масел при производстве, и хранении масел, а также для оценки степени срабатывания присадок в процессе эксплуатации. В последние годы используется также для оценки возможности использования масел в двигателях, оснащенных каталитическими нейтрализаторами отработавших газов. |
Массовая доля воды |
Показатель, указывающий содержание в масле примешанной воды |
При попадании воды в масле образуются низкотемпературные отложения, затрудняющие фильтрацию масла, что ухудшает подачу масла к трущимся деталям и нарушает нормальную работу узлов трения. При низких температурах, образующиеся кристаллы льда, затрудняют прокачку масла по смазочной системе в момент пуска и в начальный период работы узлов и агрегатов автомобиля. Попадание воды может вызвать повышение коррозионности масел. |
Массовая доля механических примесей |
Показатель, указывающий загрязненность масла инородными частицами и находящимися во взвешенном состоянии. |
Инородные частицы (пыль, песок и т.п.) могут попасть в масло при производстве, транспортировки и/или хранении. При эксплуатации возможно загрязнение масел нерастворимыми в масле смолисто-углеродистыми веществами, продуктами износа и др. Накопление механических примесей приводит к забивке фильтров, маслопроводных каналов, повышению скорости окисления масла, усилению абразивного изнашивания, проявлению процессов повреждаемости . |
Механическая стабильность |
Способность всесезонного (загущенного) масла противостоять процессам механической деструкции вязкостных полимерных присадок. Выражается в мм2/с или %. |
Уменьшение вязкости в результате деструкции (разрушения) молекул полимера может привести к изменению режима смазки, проявлению процессов повреждаемости поверхностей трения, а также увеличению утечки масел из систем смазывания. |
Моющие свойства по ПЗВ |
Показатель, указывающий уровень моющих свойств моторных масел с присадками. Выражается в баллах от 0 до 6. |
Чем выше моюще-диспергирующая способность масел, тем больше нерастворимых продуктов окисления масел и неполного сгорания топлив может удерживаться в работающем масле, тем меньше лакообразных отложений и нагаров образуется на горячих деталях, тем выше может быть допустимая рабочая температура (степень форсирования) двигателя. |
Моющий потенциал |
Показатель, характеризующий способность моющей присадки обеспечивать высокую дисперсность частиц, появившихся в масле в результате его окисления или загрязнения сажистыми продуктами. | |
Плотность |
Физическая константа, масса единицы объема. Выражается в кг/м3, г/см3. |
Зависит от фракционного состава базовых масел. Используется главным образом для контроля качества при производстве и хранении масел. Применяется также для пересчета объемных единиц в массовые при отпуске масел потребителю. |
Склонность масла к пенообразов |
Показатель прокачиваемости мас |
Пенообразование вызывает нарушение нормальной работы систем смазывания агрегатов и узлов машин и механизмов. Зависит от свойств масел и эксплуатационных характеристик систем смазывания (температура, давление, кратность циркуляции, скорость перемешивания). |
Совместимость с резиновыми уплотнениями |
Показатель указывающий |
Взаимодействие масла с |
Стабильность по индукционному периоду осадкообразования (ИПО) |
Показатель склонности моторных масел к отложениям, указывающий максимальное время окисления, в течение которого в условиях испытаний массовая доля образующегося осадка в окисленном масле не превышает 0,5 %. |
При длительной работе масла в двигателе происходит постепенное истощение антиокислительных присадок. Это приводит к увеличению скорости окисления масел и накопления в нем нерастворимых продуктов окисления (осадков). |
Степень чистоты |
Показатель, указывающий степень чистоты смазочных масел и присадок. Выражается в мг на 100 г масла или присадки. |
Показатель используется, главным образом, для контроля степени очистки масел и качества присадок, вводимых в масла для повышения их эксплуатационных свойств. |
Температура вспышки |
Показатель, указывающий минимальную температуру, при которой пары продукта, нагреваемого в условиях, установленных стандартом, образуют с окружающим воздухом смесь, вспыхивающую при поднесении к ней пламени. Выражается в °С. |
Зависит от фракционного состава масел и характеризует наличие в них легкокипящих фракций. Косвенно связан с показателями испаряемости масел. Используется также для контроля качества при производстве и хранении масел. Характеризует также пожароопасность масел. |
Температура застывания |
Показатель, указывающий температуру, при которой нефтепродукт теряет подвижность. Выражается в °С. |
При понижении температуры в объеме масла может происходить кристаллизация парафинов, что приводит к значительному повышению вязкости. |
Термоокислительная стабильность |
Показатель, служащий для условной оценки склонности смазочных масел к образованию лаковых отложений на деталях и эффективности присадок, уменьшающих лакообразование. |
В процессе работы масел при повышенных температурах в сочетании с каталитическим действием металлов и активным влиянием кислорода воздуха происходит окисление масел с образованием нерастворимых веществ и осаждению их на нагретых деталях. При этом ухудшаются эксплуатационные характеристики масел: повышается вязкость, кислотное число, коррозионность, ухудшаются противозадирные свойства. |
Трибологические свойства |
Комплекс показателей, характеризующих противоизносные, противозадирные и антифрикционные свойства смазочных масел. |
Характеризуют присутствие и эффективность в маслах противоизносных, противозадирных и антифрикционных присадок. Используются для оценки качества масел при их производстве и хранении. |
Цвет по ЦНТ |
Показатель, указывающий цвет нефтепродукта по шкале сравнений. Выражается в условных единицах от 0,5 до 8. |
Характеризует глубину и качество очистки базовых масел. Применяется также в качестве товарного показателя при производстве и хранении масел. |
Щелочное число |
Показатель склонности масел к отложениям, указывающий количество щелочи, выраженное в мг КОН эквивалентное содержанию всех щелочных компонентов в 1 г испытуемого масла. Выражается мг КОН/г. |
С увеличением щелочного числа повышается способность масла нейтрализовывать коррозионно-агрессивные кислые продукты, образующиеся при его окислении. Вместе с тем, избыточная щелочность, не пошедшая на нейтрализацию кислых продуктов, оказывает отрицательное влияние на противоизносные и противозадирные свойства масел. |
Таблица 7 СТАНДАРТНЫЕ
МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ | |||||||
Показатель |
гост |
ASTM |
CEN |
DIN |
IP |
ISO |
CEC |
Вязкость: * кинематическая * динамическая * динамическая (имитация холодного пуска) * динамическая (прокачиваемость) * динамическая (HT/HS) * условная |
33 1929
6258 |
D445 D 2983 D 5923 D4684 D 4683, D 4741 D 1665 |
51 562 51 398
51 560 |
71
212 |
3104, 3105 |
L-36-A-90 | |
Зольность |
1461, 28583 |
D 482, D 874, D 1026 |
7 |
51 575, 51803 |
4, 163 |
6245,3987 |
|
Индекс вязкости |
25371 |
D 2270 |
2909 |
226 |
2909 |
||
Индекс гелеобразования |
D 5133 |
||||||
Испаряемость по Ноаку |
51581 |
L-40-T87 | |||||
Кислотное число |
5985, 11362 |
D 974 |
51 558 |
139 |
6618 |
||
Коксуемость: • по Кондрадсону • по Ремсботтому |
19932 |
D 189 D 524 |
15 |
51 551 |
13 14 |
6615 4262 |
|
Коррозионность на стальных и медных пластинках |
2917 |
D 130 |
51 759 |
154 |
2160 |
||
Массовая доля активных элементов: • сера • цинк • кальций
• барий • фосфор |
1431 13538 13538
13538 9827 |
D 1266 D 1549 D 811
D 811 D 1091 |
50 3391, 50 815 51 391 51 363 |
||||
Массовая доля воды по Дину-Старку |
2477 |
D 95 |
51 432 |
74 |
3733 |
||
Массовая доля механических примесей |
|||||||
Механическая стабильность на инжекторе Боша |
D 3945 |
51 382 |
294 |
L-14-А-93 | |||
Моющие свойства по ПЗВ |
5726 |
||||||
Пенообразование |
D 892 |
51 566 |
146 |
||||
Плотность |
3900 |
D 941, D 1298, D 1481 |
59A, 160, 189 |
||||
Смазывающие свойства: Совместимость с материалами уплотнений Стабильность по ИПО Сульфатная зольность |
11063 12417 |
D 874 |
51575 |
163 |
6245, 3987 |
L-39-T-96 | |
Температура вспышки: • в открытом тигле (по Кливленду) • в закрытом тигле (по Мартене – Пенски) • в закрытом тигле (по Абель – Пенски) |
4333 6356 |
D 92 D 93 |
53 |
51 376 51 758 51 755, 53 213 |
36 34 304 |
2592 2719 1523 |
|
Температура застывания |
20287 |
D 97, D 2500 |
6 |
51 597 |
15, 219 |
3015, 3016 |
|
Термоокислительная стабильност |
|||||||
Цвет |
20284 |
2049 |
|||||
Щелочное число |
11362, 30050 |
||||||
МОТОРНЫЕ МАСЛА
СОСТАВ МОТОРНЫХ МАСЕЛ
Для получения сбалансированных композиций,
отвечающих комплексу требований, базовые
масла в определенных пропорциях
смешивают с антиокислительными
В качестве примера в табл. 8 приведены составы моторных масел – "вазовского" М-63/12Г1 и "камазовского" М-10Г2 (к), нашедших широкое применение в отечественной технике.
Таблица 8 КОМПОНЕНТНЫЙ СОСТАВ МОТОРНЫХ МАСЕЛ | ||||
Марка масла |
М-63/12Г, |
М-10Г2 (к) | ||
Состав |
% |
Состав |
% | |
Базовое масло |
АСВ-10 (смесь дистиллятного и остаточного масел фенольной очистки из парафинистых сернистых нефтей) |
78 - 80 |
М- 11 (смесь дистиллятного и остаточ |
91 -92 |
Присадки |
MACK |
5,2 |
MACK |
3,8 |
ПМС'Я или ПМС'А или С- 150 |
6,8 3,0 1,8 |
ПМС'А или С-150 или среднещелочного импортного сульфоната |
3,2 1,8 2,0 | |
ДФ-11 |
2,2 |
ДФ-11 |
1,4 | |
С-5А или А-9250 |
3,2 | |||
ПМА "Д" |
До 5,5 |
ПМА "Д" |
До 1,0 | |
ПМС-200А |
0,003 |
ПМС-200А |
0,003 | |
В масле М-63/12Г1 используют смесь моющих присадок MACK и ПМС'Я или аналогичные последней по назначению присадки ПМС'А или С-150, а также многофункциональную (антиокислительную, противоизносную, противозадирную, антикоррозионную) присадку ДФ-11), малозольную диспергирующую присадку С-5А или аналогичную ей по назначению присадку А-9250, депрессорную присадку ПМА "Д" и антипенную ПМС-200А Близкий к "вазовскому" набор присадок применяется и в "камазовском" масле М-10Г2 (к). Отличие состоит в отсутствии диспергирующей присадки и ином процентном соотношении вводимых присадок.