Ответы к экзамену Ульшиной. Компоненты нефти и нефтепродуктов

• Название: Компоненты нефти и нефтепродуктов
• Анкор: Ответы к экзамену Ульшиной.docx
• Дата: 23.03.2018
• Размер: 1.43 Mb.
• Имя файла: Ответы к экзамену Ульшиной.docx
• Тип: Документы; #17109
• страница: 4 из 7

Вопрос 17.СМАЗОЧНЫЕ МАСЛА

 

Классификация смазочных масел

 

Прежде, чем перейти к изучению смазочных масел, необходимо напомнить, что существуют трение покоя и трение движения. Последнее подразделяется на трение скольжения и трение качения. Каждый вид трения может осуществляться без смазки (сухое трение) и со смазкой. В зависимости от толщины слоя смазки различают граничное трение и жидкостное или гидродинамическое. Наиболее неблагоприятным является граничный режим трения. Вид жидкостного трения зависит от скорости перемещения контактируемых деталей, толщины зазора или слоя смазочного материала и нагрузки.

Любое смазочное масло представляет собой масляную основу – базовое масло,  в которую вводят присадки разного функционального назначения. Существуют два признака классификации смазочных масел:

1)    по происхождению (способу получения) масляной основы:

• 
  нефтяные или минеральные;
  

• 
  синтетические;
  

• 
  смешанные (в составе в разных соотношениях имеются нефтяные и синтетические компоненты);
  

2) по назначению (способу применения) товарного масла:

• 
     моторные;
  

• 
     газотурбинные (реактивные);
  

• 
     трансмиссионные;
  

• 
     индустриальные;
  

• 
     другого назначения.
  

Моторные масла предназначены для поршневых двигателей внутреннего сгорания, газотурбинные – для двигателей внешнего сгорания, трансмиссионные – для цилиндрических, конических, спирально-конических, гипоидных передач, зубчатых редукторов и других трущихся соединений (шарниры и т.д.). Трансмиссионные в свою очередь подразделяют на механические, гидромеханические, гидростатические. Индустриальные масла используют для станков, направляющих скольжения, промышленных редукторов и т.д. Масла другого назначения – это специальные масла, например, компрессорные, холодильные и т.д.

Независимо от области применения все масла выполняют следующие основные функции:

1)      уменьшают трение между сопряжёнными деталями;

2)      снижают их износ и предотвращают задир;

3)      отводят от них тепло;

4)      защищают трущиеся детали и другие неизолированные детали от коррозионного воздействия внешней среды.

 

Требования к эксплуатационным свойствам смазочных масел

 

С учётом выполняемых функций требования к маслу определяется его назначением, особенностями его применения и условиями работы машины и механизма. Масло должно обладать:

1.  Оптимальными вязкостно-температурными свойствами для облегчения запуска механизма при низких температурах, для снижения износа деталей и уменьшения потерь на трение.

2.  Хорошими смазывающими свойствами для обеспечения надёжной смазки на всех режимах работы.

3.  Достаточной антиокислительной стойкостью, препятствующей изменению химического состава масла в процессе работы.

4.  Хорошими моющими свойствами с целью снижения склонности к образованию отложений.  

5.  Высокими противокоррозионными свойствами по отношению к конструкционным материалам.

6.  Удовлетворительными защитными свойствами для предохранения металлов от атмосферной коррозии.

Кроме того, масло должно: обладать низкой испаряемостью, малой пенообразующей способностью; не оказывать отрицательное воздействие на уплотнительные материалы; быть нетоксичным; не подвергаться биоповреждениям; не изменять своих свойств при хранении и транспортировке; легко транспортироваться и перекачиваться.

Из перечисленных свойств общими для всех групп масел являются смазочные, вязкостно-температурные, антиокислительные. В то же время другие, например, моющие, противопенные, характерны для масел определённого назначения. Ряд свойств являются основными только в определённых условиях применения, например, биостойкость важна при использовании масел во влажной атмосфере тропического климата.

 

Моторное масло 

Требования к качеству масел

 

Требования, предъявляемые к качеству масел, определяются спецификой рабочего процесса и конструкцией двигателя. Считается, что условия работы в поршневых двигателях наиболее тяжёлые по сравнению  с другими двигателями. Это объясняется температурным режимом работы масла в ДВС. Например, в камере сгорания температура достигает 2500⁰С. Температура газов, прорывающихся в картер на такте сжатия в бензиновом двигателе 150…450⁰С, в дизеле – 500…700 ⁰С.

Для современных двигателей температура первой поршневой канавки достигает 270…280⁰С, а при наддуве – 300…350⁰С, рабочая температура масла в картере находится пределах 50…100⁰С.

Дополнительные требования к качеству масел объясняются тем, что двигатели эксплуатируются в широких пределах изменения температуры окружающего воздуха, например, в нашей климатической зоне от + 30…35 и даже 40⁰С летом до – 30 …35 и даже 40⁰С. На Севере этот разброс температур ещё шире. Исходя из этого, рабочий диапазон моторного масла по температуре очень широк – от температуры окружающего воздуха до рабочей температуры масла.

Кроме общих требований к моторным маслам предъявляются и дополнительные. Например, уплотнять зазор в сопряжённых деталях и прежде всего в цилиндропоршневой группе, обладать нейтрализующими свойствами.

Многие функции и требования, предъявляемые к моторным маслам, взаимосвязаны. Например, отвод тепла от деталей и уплотнение зазоров в их сопряжении. При плохом уплотнении газы прорываются в картер, нарушая сплошность масляной плёнки, что приводит к перегреву деталей цилиндропоршневой группы.

Исходя из вышесказанного, можно сформулировать следующие требования к моторному маслу, оно должно:

1.       иметь вязкость, обеспечивающую надёжную смазку двигателя при всех рабочих температурах с наименьшими потерями на трение;

2.       обладать низкотемпературными свойствами для облегчения пуска двигателя в зимнее время;

3.       иметь хорошие моющие и диспергирующие свойства для необходимой чистоты цилиндро-поршневой группы и других деталей;

4.       обладать высокими противоокислительными свойствами для торможения процессов окисления масла в двигателе и уменьшения накопления продуктов окисления в масле, составляющих основу для нагара и отложений;

5.       защищать от коррозии подшипники из цветных металлов и от ржавления остальные детали;

6.       уменьшать износ деталей;

7.       препятствовать прорыву газов из камеры сгорания в картер путём заполнения зазоров между поршневыми кольцами и зеркалом цилиндра. При пуске это улучшает компрессию, при работе уменьшает попадание продуктов сгорания;

8.       не содержать токсичных компонентов.

Вязкостно-температурные свойства.Вязкость (внутреннее трение) – свойство жидкости оказывать сопротивление относительному перемещению слоёв.

Величина вязкости выражается в единицах кинематической вязкости сСт (мм²/с) или динамической вязкости сПз (Па*с). Перевод одних единиц в другие осуществляется по формуле:



где n – кинематическая вязкость;

      h – динамическая вязкость;

      d – плотность масла.

С повышение давления между трущимися деталями вязкость масла возрастает. С понижением температуры вязкость масла возрастает вплоть до потери текучести.

Для характеристики вязкостных свойств масла иногда используют индекс вязкости (ИВ), характеризующий степень изменения вязкости масла в зависимости от температуры.

Для определения ИВ необходимо знать вязкость масла при 50⁰С и 100⁰С.

Требования к вязкостно-температурным свойствам моторных масел противоречивы. С одной стороны, для обеспечения надёжного запуска двигателя при низких температурах масло должно иметь невысокую вязкость, т.е. обладать высокой подвижностью. Это позволяет добиться хороших пусковых свойств и прокачиваемости, обеспечить надёжную смазку трущихся деталей в момент пуска. С другой стороны, при высоких рабочих температурах масла, характерных для установившихся режимов работы двигателя, необходима высокая вязкость масла для предотвращения перехода к граничному режиму смазки и повышению износа.

Для осуществления надёжности пуска требования к вязкостно-температурным свойствам масел регламентированы стандартом, в соответствии с которым вязкость масел для бензиновых двигателей должна быть при 100⁰С не менее 6 мм²/с (кинематическая), а при – 40⁰С не более 170 Па*с (динамическая). Масла для дизелей при этих же условиях должно иметь вязкость не менее 8 мм²/с и не более 220 Па*с соответственно. Чем меньше вязкость при отрицательной температуре, тем при более низкой температуре можно достичь требуемого минимального числа оборотов коленчатого вала и при более низкой температуре запустить двигатель.

Всесезонные масла получают путём загущения маловязкой минеральной основы полимерной присадкой. Масла, полученные с использованием синтетических продуктов, превосходят по вязкостно-температурным свойствам загущенные масла:

При одной и той же вязкости при положительных температурах они обладают меньшей вязкостью при отрицательных температурах.

Использование масел, имеющих высокую вязкость при рабочих температурах, необходимо для снижения износа деталей двигателя. С другой стороны  с увеличением вязкости масла повышаются потери мощности на трение, следовательно, и увеличивается расход топлива. Таким образом, выбор вязкости масла должен учитывать условия применения и особенности конструкции двигателя.

Защитные свойства.Качество моторного масла и надёжность работы двигателя резко снижаются при наличии в масле воды, которая может попадать в масло при хранении и в период эксплуатации. Присутствие в масле 1…2 % воды в 5 раз повышает износ цилиндро-поршневой группы и в 1,4…1,6 раз износ вкладышей. Кроме того, попадание воды в масло усиливает пенообразование, снижает щелочное число, приводит к выпадению из масла присадок.

Особую опасность представляет собой попадание водяных паров и конденсация влаги в двигателе, находящемся на длительном хранении. В этот период интенсивно развиваются процессы электрохимической коррозии, при которой протекают два сопряжённых процесса: анодный – переход металла в раствор в виде ионов с оставлением эквивалентного количества электронов в металле и катодный – ассимиляция появившихся в металле избыточных электронов каким-либо деполяризатором (кислородом, продуктами окисления масла). При последующей эксплуатации таких двигателей увеличивается износ их деталей. Так, износ на 1000 км пробега для автомобилей длительного хранения  во влажной атмосфере по сравнению с автомобилями непрерывной эксплуатации оказывается больше по цилиндрам в 1,5…2 раза, по поршням в 1,5 раза и по шейкам коленчатого вала на 10…15 %.

Для защиты двигателей от «ржавления» в процессе хранения в моторные масла вводят ингибиторы коррозии. В зависимости от типа используемого ингибитора  и его концентрации получают консервационные, консервационно-рабочие и рабоче-консервационные масла. Введение в моторное масло ингибиторов коррозии не только снижает «ржавление», но и в ряде случаев позволяет уменьшить износ деталей в процессе работы.

Противопенные свойства.При работе масла в двигателе создаются благоприятные условия для образования пены. Этому способствует перемешивание масла с воздухом вследствие вращающихся деталей КШМ, наличие в масле следов воды и ряда стабилизирующих пену веществ: продуктов окисления масла.

Обильное пенообразование нарушает нормальные условия режима смазки.

Для устранения пенообразования в масло вводят противопенные присадки.

Действие противопенных присадок заключается в том, что, являясь соединениями относительно плохо растворяющимися в маслах, они находятся в основном на поверхностях раздела фазы воздух-масло. В результате этого скорость разрушения пены становится больше, чем скорость её образования.

Образование на границе воздух-масло барьера из молекул присадки создаёт определённые трудности для прохождения кислорода вглубь масла. Предполагают, что это свойство противопенных присадок повышает стойкость масла к окислению.

Пенообразование уменьшается с повышением температуры масла, так как при этом вязкость масла снижается и стойкость пены падает.

Попадание воды в масло приводит к увеличению пенообразования: из масла капельки воды начинают испаряться, приводя к зарождению отдельных газовых пузырьков, а затем и пены.

Замечено, что наиболее часто пенообразование наблюдается в двигателях с «сухим» картером, чем в двигателях с «мокрым» картером.

 

 

Классификация моторных масел

 

Классификация до 1974 года

Назначение:

А – карбюраторные двигатели.

Д – автотракторные и судовые дизели.

МТ – транспортные дизели.

М – поршневые авиационные двигатели.

Особенности технологии:

К – кислотная очистка.

С – селективная очистка.

П – масло с присадками.

З – загущенное масло.

Цифры  - значение вязкости в мм²/с при 100 ⁰С.

Например, АС-8; АСЗп-6; МС-20 и т.д.

В соответствии с ГОСТ 17479.1-85 «Обозначение нефтепродуктов. Масла моторные» моторные масла подразделяют на классы по вязкости и группы по области применения.

Схема маркировки моторных масел представлена на рисунке .



Рисунок – Схема маркировки моторных масел по ГОСТ 17479.1–85

Пояснение к рисунку :
1 – назначение (М – моторное);
2 – класс вязкости (средняя кинематическая вязкость в сантистоксах (сСт) при 100°С); у всесезонных масел присутствует дробная черта, слева от которой указывается цифра, характеризующая низкотемпературные свойства (при -18°С), аналогичные указанному зимнему маслу, а справа – класс вязкости (средняя кинематическая вязкость в сантистоксах (сСт) при 100°С);
3 – наличие вязкостной присадки (з – загущающая присадка)
4 – эксплуатационная группа (А – нефорсированные двигатели; Б – малофорсированные двигатели; В – среднефорсированные двигатели, Г – высокофорсированные двигатели; Д – высокофорсированные двигатели, работающие в условиях более тяжелых, чем масла группы Г; Е – малооборотные тяжелонагруженные двигатели, работающие на топливе с высоким содержанием серы; ТП – предназначено для топливно-масляной смеси двухтактных двигателей);
5 – тип двигателя, для которого предназначено масло (1 – бензиновые двигатели, 2 – дизельные двигатели, нет данного индекса – масло универсальное);
6 – дополнительные индексы, указывающие на особые свойства, присадки, и т.п. (рк – рабочее-консервационные, цл – для циркуляционных и лубрикаторных смазочных систем, 20 или 30 – значение щелочного числа в мг КОН/г, к – для автомобилей КамАЗ, т – может быть использовано, как трансмиссионное, м – малозольное, и – импортный пакет присадок).
Пример маркировки: М-10-Г2к – М – моторное масло, 10 – класс вязкости (средняя кинематическая вязкость при 100°С), масло летнее, Г – предназначено для высокофорсированных двигателей, 2 – для дизельных двигателей, к – для автомобилей КамАЗ; М-5з-Г1 – М – моторное масло, 5 – класс вязкости (средняя кинематическая вязкость при 100°С), масло зимнее, вязкость при -18°С не выше 6000 сСт, з – содержит загущающую присадку, Г – предназначено для высокофорсированных двигателей, 2 – для бензиновых двигателей; М-4з/8-Д2т – М – моторное масло, 4 – класс вязкости при -18°С (кинематическая вязкость не выше 2600 сСт, 8 – класс вязкости (средняя кинематическая вязкость при 100°С), «/»– масло всесезонное, вязкость, з – содержит загущающую присадку, Д2 – предназначено для высокофорсированных двигателей с наддувом, т – может быть использовано, как трансмиссионное.

В международной практике принято обозначение моторных масел соответствующее национальным спецификациям. Наибольшее распространение получило обозначение по SAE – американское общество инженеров-автомобилистов, и API – американский институт нефти. Классификация по SAE(таблица 11) – это классификация по вязкости, по API (таблица 12) – по области применения.