Сайт нуждается в вашей поддержке!
Категории сайта

Характеристики качества и ассортимент моторных масел

Присоединяйтесь к нашему ТГ каналу!

Моторные масла для судовых дизелей должны соответствовать специальным требованиям морских двигателей. Они обычно имеют классификацию API CK-4 или CJ-4 и соответствуют определенным стандартам, установленным международными организациями, такими как CIMAC и OEM. Масла для судовых дизелей обеспечивают высокую защиту от износа, коррозии и окисления, а также имеют специальные добавки, чтобы справиться с особыми условиями эксплуатации в морской среде.

Вязкость масел может различаться в зависимости от требований конкретного двигателя и условий работы. Важно следовать рекомендациям производителя двигателя и использовать моторное масло, которое соответствует его требованиям и спецификациям.

Классификация моторных масел и присадок к ним

Современные ДВС имеют очень широкий диапазон рабочих параметров, а следовательно, различную тепловую и механическую напряженность и весьма различные условия эксплуатации в зависимости от объектов применения. Ранее ассортимент моторных масел складывался стихийно, и называли масла часто по области их применения:

В настоящее время, когда различные модификации одного дизеля могут применяться на судах, автомобилях, кранах и т. д., такой подход потерял практический смысл.

Более правильно учитывать реальные эксплуатационные свойства масел с присадками и предназначать их для различных групп двигателей. При этом целесообразно учитывать не только параметры самого двигателя и его масляной системы, но и условия эксплуатации (сорт топлива, режимы работы и т. д.).

В настоящее время в России введена новая классификация моторных масел, разработанная институтом ВНИИНП (табл. 1).

Таблица 1. Классификация моторных масел по ВНИИНП (ГОСТ 17479-72)
Вязкость при 100°, сСтГруппа масла и области применения
АБВГДЕ
6±0,5М6АМ6БМ6В
8±0,5М8АМ8БМ8ВМ8Г
10±0,5М10АМ10БМ10ВМ10Г
12±0,5М12БМ12ВМ12ГМ12ДМ12Е
14±0,5М14БМ14ВМ14ГМ14ДМ14Е
16±0,5М16БМ16ВМ16ГМ16ДМ16Е
20±0,5М20БМ20ВМ20ГМ20ДМ20Е
Тип двигателяБензиновый четырехтактныйБензиновый четырехтактный
форсированный или дизель
Дизель форсированныйДизель высокофорсированныйДизель высокофорсированный с
малым расходом масла
Дизель высокофорсированный с
лубрикаторной смазкой цилиндров
Вид топливаБензинБензин или дизельное топливо с
содержанием серы до 0,2 %
Дизельное топливо с содержанием серы до 1,0 %Моторное топливо или нефть с содержанием
серы до 3 %
Соответствующее обозначение масла данной группы
по зарубежной классификации
Регулярные и премиальныеHDHD, серия 1HD, серия 2HD, серия 3Марин дизель
Открыть таблицу в новой вкладке

Все моторные масла разделены на шесть групп – А, Б, В, Г, Д и Е, причем каждая группа может включать масла, различающиеся по вязкости от 6 до 20 сСт при 100 °C.

Каждый сорт масла имеет свой индекс, например: М16В – моторное с вязкостью 10·10-6мг/с при 100 °C группы В и т. д. Для каждой из групп масел по новой классификации характерны свои показатели и моторные свойства (запас качества).

Оптимальные соотношения различных групп присадок, введение которых обеспечивает получение масел всех групп, разработаны ВНИИНП.

Зарубежная классификация предусматривает разделение моторных масел:

По жесткости условий работы зарубежные масла делятся на следующие группы:

  1. Обычные масла, называемые также регулярными и премиальными. Они либо вообще не содержат, либо содержат небольшое количество только антиокислительных присадок и предназначены для карбюраторных двигателей и малонапряженных дизелей, работающих на малосернистом топливе.
  2. Масла для более тяжелых условий работы, чем обычные; обозначаются HD.
    Содержат значительное количество моющих и антиокислительных присадок.
  3. Масла для особо тяжелых условий работы. В зависимости от особенностей применения масла в двигателе (степень наддува, наличие переменных режимов, содержание серы в топливе и т. п.) разделяются на серии 1, 2 и 3.

Сорта серии 1 – масла с антиокислительными и моющими присадками для дизелей, работающих в умеренно тяжелых условиях на сернистом топливе. Сорта серий 2 и 3 – масла с антиокислительными и моющими присадками для дизелей, работающих в особо тяжелых условиях (высокий наддув, высокотемпературный режим, на сернистом топливе).

По мере утяжеления условий работы масла количество добавляемых присадок возрастает.

В обозначении зимних сортов дополнительно вводится буква W. Всесезонные масла обозначаются сдвоенными номерами шкалы SAE, например SAE-5W/30; это означает, что масло при повышенных температурах имеет такую же вязкость, как масло SAE-30, а при низких температурах его вязкость не превышает вязкости зимнего масла SAE-5.

Из табл. 2 видно, что рабочие температуры деталей и масел довольно высоки как в карбюраторных двигателях, так и тем более в дизелях, что существенно влияет на вязкость моторных масел при их работе в ДВС и системе.

Таблица 2. Максимальные температуры деталей и масла в картере, °C
Место измеренияКарбюраторные ДВСДизели
Донышко поршня300-500350-570
Канавка 1-го кольца150-280250-300
Кулачок распределительного вала120-190170-220
Стенка цилиндра160-200200-230
Коренной подшипник коленчатого вала140-170115-180
Масло в картере130-14090-150

В табл. 3 даны температуры, при которых моторные масла имеют эквивалентные вязкости (российские и зарубежные сорта). Товарные зарубежные сорта моторных масел обычно называют по названию фирмы, например «Шелл Ротелла Т» (масло фирмы «Шелл») и т. д.

Таблица 3. Температуры, соответствующие эквивалентной вязкости моторных масел
ПоказателиКласс вязкости по SAE
1020304050
Класс вязкости по ГОСТ 17479-7266-810-1214-1620
Минимальная температура холодного пуска, °C-23-18-100+5
Максимальная температура масла в картере, °C90110135150160

Российские ГОСТы в настоящее время приводятся в соответствие с новой классификацией моторных масел, но сохранились еще и старые наименования. Например, по ГОСТ 21743-76 сохранилось название «масла авиационные», хотя они входят в класс моторных масел и частично применяются в судовых дизелях. То же относится к автомобильным и дизельным маслам, которые также принадлежат к моторным и должны именоваться по новой классификации.

Ассортимент моторных масел России дан в табл. 4.

Таблица 4. Основной ассортимент моторных масел
НазначениеСорта масел
Масла для карбюраторных ДВСАС6 (М6Б); АС8 (М8Б); АС10 (М10Б); М8БУ; М8Г1; М8ГИ; М10ГИ; М12ГИ
Масла для дизельных двигателейДС-8 (М8Б); ДС-8 (М8В); ДС-11 (М10Б); М8В; М10В2; М16В2; М14ГБ; М14ВЦ; М10Г; М10ГФ3; М10ГФ1; МС20; МК22; М16Е; М16Д; М10ДЦЛ; АСЗп6; АСЗп10
Цилиндровые масла для судовых дизелейМ16Е2; М16Е30; М16Е60; М16Д; МК22

В Болгарии, Венгрии, Германии, Польше, Румынии, Чехии действует 27 национальных стандартов на автотракторные и дизельные масла, по которым выпускается 76 сортов моторных масел. Естественно, они должны быть унифицированы (табл. 5).

Таблица 5. Количество стандартов и марок моторных масел
Наименование моторных маселБолгарияВенгрияГерманияПольша
СМСМСМСМ
Масла автомобильные и автотракторные222111219
Масла дизельные2611134
Наименование моторных маселРумынияРоссияЧехияВсего
СМСМСМСМ
Масла автомобильные и автотракторные7113113101956
Масла дизельные2449361540

Примечание. С – количество стандартов, М – количество марок.

Российские моторные масла и присадки

По характеру действия присадки к моторным маслам могут быть разбиты на следующие группы:

  1. Моющие (детергентно-диспергирующие);
  2. Антиокислительные;
  3. Антикоррозионные;
  4. Антиизносные и антизадирные;
  5. Вязкостные присадки (загустители);
  6. Депрессаторы;
  7. Антипенные присадки;
  8. Прочие присадки (красители, дезодораторы и др.).

Для дизелей наибольшее распространение получили многокомпонентные композиции присадок. По химическому составу и строению многофункциональные присадки могут быть разбиты на следующие основные типы:

  1. Алкилфенольные присадки;
  2. Алкилсалицилатные присадки;
  3. Сульфонатные присадки;
  4. Алкилдитиофосфатные присадки;
  5. Фосфорсодержащие присадки;
  6. Беззольные присадки (сукцинимидные и др.)

Для исследований в судовых дизелях выбирались наиболее эффективные монофункциональные присадки – компоненты для различных композиций. Из отдельных компонентов составлялись композиции присадок с целью получения высокоэффективных масел для дизелей различных типов.

Синтез композиции присадок должен обеспечить получение масел групп В и Г (сепии I и II) на базе отечественного сырья.

В табл. 6. дан состав некоторых композиций к моторным маслам.

Таблица 6. Состав некоторых композиций присадок к моторным маслам
Группа маселСостав композиций присадок ГОСТы: 12261-66, 9899-61, 12262-66, 10644-63, 11883-66, 9832-61, 12418-66, 8312-57.x
АМасла без присадок или с 3 % ЦИАТИМ-339
Б (HD)1)  3 % ЦИАТИМ-339 + 2 % АФБ;
2)  5 % ЦИАТИМ-339;
3)  6 % ВНИИНП-360;
4)  3 % ВНИИНП-370 + 1 % ПМСЯ + 0,5 % Л323К + 0,005 % ПМС200А;
5)  4,5 % МНИИП-22К;
6)  2,7 % БФК + 1,3 % СБ-3 + 1,2 % ИНХП-21 + 0,005 % ПМС-200А;
7)  4 % БФК + 0,25 % ЛАНИ-317.
В (серия I)1)  5 % ВНИИНП-370 + 2 % ПМСЯ + 0,5 % Л323К + 0,005 % ПМС-200А;
2)  8 % ВНИИНП-360 + 0,003 % ПМС-200А;
3)  7,5 % БФК + 3 % СБ-3 + 0,005 % ПМС-200А;
4)  4 % БФК + 2 % СБ-3 + 1,2 % ИНХП-21 + 0,005 % ПМС-200А;
5)  5 % БФК + 20 % СБ-3 + 0,5% Л323К + 0,05 % ПМС-200А;
6)  6 % БФК + 0,5 % ЛАНИ-317.
Г (серия II)1)  11 % ВНИИНП-370 + 4 % ПМСЯ + 0,5 % Л323К + 0,005 % ПМС-200А;
2)  11 % ВНИИНП-370 + 4 % ПМСЯ + 1,2 % ДФ-11 + 0,005 % ПМС-200А;
3)  3 % АСК + 3 % МАСК + 1,2 % ДФ-11 + 0,005 % ПМС-200А;
4)  5,4 % БФК + 2,6 % СБ-3 + 1,1 % ИНХП-21 + 0,005 % ПМС-200А;
5)  11 % БФК + 4 % СБ-3 + 0,005 % ПМС-200А;
6)  10 % БФК + 1 % ЛАНИ-317.
Д (серия III) 1)  15 % ВНИИНП-370 + 6 % ПМСЯ + 0,5 % Л323К + 0,005 % ПМС-200А.
Е1)  25 % МАСК + 0,5 % Л323К.

В качестве моющих, моющедиспергирующих, антиокислительных и антикоррозионных компонентов современных композиций присадок к моторным маслам применяются следующие соединения:

Многофункциональные присадки синтезируются в специализированных лабораториях. С этой целью исследованиям и испытаниям по специальным методикам подвергают:

В настоящее время цикл исследований новых и перспективных присадок и масел еще не закончен, поэтому ниже даются лишь отдельные предварительные результаты.

В табл. 7. приведены опытные данные о влиянии российских и импортных антиокислителей на свойства базовых масел.

Таблица 7. Влияние антиокислительных присадок на качество базового масла Д-11 ГОСТ 10644-63.x
АнтиокислителиТермостабильностьИнтенсивность коррозии (с нафтенатом меди 0,02 %), г/м2
Масло Д-11 без присадки23350
Д-11 + 0,005 % ПМС-200А52203
Д-11 + 0,25 % Сантолюб-493762
Д-11 + 0,7 % Сантолюб-493662
Д-11 +0,6 %  ОЛОА-267674
Д-11 + 0,6 % ОЛОА-2054666
Д-11 + 1 %  ДФ-11910,8
Д-11 + 2 %  ДФ-11630,5
Д-11 + 1 % ИНХП-259,940,8
Д-11 + 1,5 % ИНХП160,5

Зарубежные моторные масла и присадки

Ведущие зарубежные нефтехимические фирмы:

выпускают сотни товарных сортов масел: некоторые из них применяют на российских морских, рыбопромысловых и речных судах. Масла с присадками выпускаются за рубежом и на основе советских базовых масел высокого качества с импортными присадками (например, масла ТБ-ойл, Финляндия).

За рубежом существует ряд спецификаций на моторные масла.

Таблица 8. Спецификации США и Англии на моторные масла с присадками
СпецификацияИздательМетод моторных испытанийСодержание серы в топливе, %Объект испытаний
Катерпиллар серия IIIФирма “КатерпилларКатерпиллар I-G
Катерпиллар I-D
0,4
1,0
Моющие свойства
Моющие свойства при повышенном содержании
серы в топливе
MIL-L-45199Артиллерийская техническая служба СШАКатерпиллар I-G
Катерпиллар I-D
Лабеко L-38
0,4
1,0
Моющие свойства
Моющие свойства при повышенном содержании
серы
Антикоррозионные и антиокислительные свойства
MIL-L-2104BАртиллерийская техническая служба СШАКатерпиллар I-H
Лабеко K-38
Лабеко L-43
Олдсмобилл V-8
MS Cek II-A
0,35



Моющие свойства и изнашивание
Антикоррозионные и антиокислительные свойства
Отложения при низкой температуре
Антикоррозионные свойства
Антикоррозионные свойства
MIL-L-9000F (судовая)Главное управление кораблестроения СШАКатерпиллар I-A (мод.)
3-71
1,0
1,0
Моющие свойства при низких температурах
Моющие свойства при высоких температурах и коррозия
от морской воды
DEF-2101Министерство обороны АнглииПиттер AV-1, Питтер W-11,0Моющие свойства, антикоррозионные, антиокислительные
и антинагарные свойства
OMD-112ВМС АнглииКатерпиллар L-1, Питтер W-11,0Моющие свойства, антикоррозионные, антиокислительные и
антинагарные свойства
OMD-113ВМС АнглииКатерпиллар 1-G (мод.)
Коммер TS-3
Питтер W-1
Катерпиллар 1-A (мод.)
1,0
1,0

1,0
Высокотемпературные свойства и износ
Отложения и износ
Антиокислительные, антикоррозионные свойства
Низкотемпературные моющие свойства
Открыть таблицу в новой вкладке

В табл. 8 и 9 приведены спецификации США и Англии, а также дано примерное соотношение групп российских и иностранных масел по разным спецификациям на основе запаса качества.

Таблица 9. Сопоставление уровней качества моторных масел по классификациям России, Польши, Румынии,
Болгарии, Германии, США и Англии
РоссияГермания, Польша, Румыния, БолгарияAPI (США) 1971 г.СШААнглияТоварные названия сорта
Нелегированные маслаSAМасла без присадок
АASBПремиум
ББ1В1СMILZ-2104ADEF-2101Хеви дьюти
Б2В2СА
ВВ1СSDMILZ-2104ADEF-2101Серия I
В2CB
ГГ1DSDMILZ-46152
MILZ-2104B
Серия II
Г2CB
ДCDMILZ-2104C
(45199B)
Серия III
ЕGМарин дизель

За рубежом принят специальный комплекс моторных испытаний масел на одноцилиндровых установках (Питтер, «Катерпиллар» и т. д.) для оценки их эксплуатационных свойств в различных условиях (табл. 10).

Таблица 10. Комплекс моторных испытаний масел
Группа масел Эксплуатационные свойства
моющиеантиокислительныеантикоррозионныесклонность к шламообразованиюпротивоизносные
АНАМИ-1 (высокотемпературный)Питтер AV-1 или ИКМ-1Питтер AV-1НАМИ (низкотемпературный)Нет
ББ1НАМИ-1 (высокотемпературный)Питтер AV-1 или ЯАЗ-204Нет
Б2УИМ-6 НАТИ или СМД-14УИМ-6 НАТИ или СМД-14
ВВ1НАМИ-1 (высокотемпературный)Питтер AV-1Нет
В2УИМ-6 НАТИ или СМД-14Питтер AV-1 или ЯАЗ-204УИМ-6 НАТИ или СМД-14
ГГ1НАМИ-1 (высокотемпературный)Питтер AV-1 или ЯАЗ-204ИМ-1, УИМ6Н-НАТИ или
ЯМЗ-238НБ
Г2УИМ6Е-НАТИ, ИМ-1 или ЯМЗ-238НБ
ДИМ-1 или ЯМЗ-238НБПиттер AV-1 или ЯМЗ-204ИМ-1 или ЯМЗ-238НБ
ЕДК-2НетНетНетДК-2
Открыть таблицу в новой вкладке

В последнее время на мировом рынке появились новые цилиндровые масла для ДВС, основные характеристики которых даны в табл. 11.

Таблица 11. Физико-химические свойства новых зарубежных цилиндровых масел
ПоказателиМобильгардБирма Кастрол 220 MXШелл Алексиа D
412512
Плотность при 15,6 °C, г/см30,9000,9030,9140,905
Вязкость кинематическая при  98,9 °C, сСт14,819,814,919,9
Температура вспышки, °C
в закрытом тигле227230229226
в открытом тигле251
Индекс вязкости98977580
Щелочность, мг КОН/г12129,76,9
Зольность сульфатная1,51,51,23
Температура застывания, °С, не выше-12-4-20-20

Эксплуатационные и физико-химические свойства моторных масел

Современные моторные масла с присадками имеют сложный комплекс эксплуатационных свойств (запас качества), определяющих эффективность работы масла в дизеле и системе. Этот комплекс зависит как от свойств базового масла, так и от качества и эффективности композиций присадок.

Требования, предъявляемые к моторным маслам, зависят от конструкции, параметров и условий работы двигателей, а также от сорта применяемого топлива. Наряду с общими функциями уплотнения камеры сгорания в сопряжении поршень-зеркало цилиндра и отвода теплоты от узлов трения смазочные масла должны обладать следующими свойствами:

Чем тяжелее условия эксплуатации, тем более высокие требования предъявляются к качеству масла. Так, при увеличенном давлении между трущимися поверхностями необходимо масло с более высокими смазывающими свойствами, а при смазке деталей, работающих в условиях повышенных температур, – масло, обладающее высокой термостабильностью.

Маслянистость, вязкость, теплоемкость. Основной функцией смазочного масла является снижение изнашивания, трения и предотвращение задиров. Эти функции проявляются при двух различных режимах смазки – граничном и гидродинамическом. Наиболее опасным с точки зрения долговечности двигателя является режим граничной смазки, который наблюдается при пуске и остановке ДВС, при перерывах в подаче масла, при недостаточной вязкости масла. Качества масла в этом случае определяются его смазочной способностью, основными составляющими которой являются маслянистость и вязкость.

Под маслянистостью понимают способность масла образовывать адсорбционную пленку на твердой поверхности и обеспечивать таким образом минимальный коэффициент трения, предотвращая непосредственный контакт твердых тел и тем самым их изнашивание и заедание. Существующие теории связывают маслянистость с явлениями избирательной адсорбции содержащихся в масле ингредиентов на поверхности металлических элементов в узлах трения. При этом наряду с чисто физическим адсорбционным процессом при образовании пленки на металлах происходят и химические реакции, обусловленные природой смазки.

Минеральные масла значительно уступают растительным и животным жирам в маслянистости. Входящие в состав этих жиров эфиры и кислоты являются основным источником их высокой маслянистости. Поэтому, например, добавка к минеральному маслу жирных масел или жирных кислот типа олеиновой или стеариновой неизменно резко повышает его маслянистость.

Соединениями, обусловливающими высокую маслянистость, могут быть кислородсодержащие вещества – нафтеновые и карбоновые кислоты, смолы, асфальтены. Все они содержатся в сыром остатке от перегонки нефти или в ее дистиллятах, но в процессе очистки приводит к частичному снижению маслянистости.

Маслянистость масла возрастает в процессе окисления его в двигателе, что ведет к появлению в масле новых продуктов, таких как:

Вместе с тем сохранение содержащихся в масле природных поверхностно-активных веществ путем ограничения глубины очистки, а также окисление масла в двигателе и влияние присадок действуют положительно.

Вязкость – одна из главных характеристик моторного масла. Величина вязкости может быть выражена в единицах динамической и кинематической вязкости или в условных единицах. Условной, или относительной, называется вязкость, выраженная в некоторых условных единицах, получаемых на различных вискозиметрах:

В России принято выражать условную вязкость в градусах ВУ, которые соответствуют градусам Энглера. Вязкость в градусах ВУ определяют вискозиметром по ГОСТ 6258-52. Вискозиметр состоит из двух сосудов, вставленных один в другой. Внутренний сосуд заполняют испытываемым маслом, а наружный служит баней для подогрева. После подогрева до требуемой температуры масло выдерживают в течение 5 мин, а затем фиксируют время истечения масла в измерительную колбу. Вязкость определяют как отношение времени истечения 200 мл испытуемого масла νt, взятого при заданной температуре (50 или 100 °C), ко времени истечения 200 мл дистиллированной воды при температуре 20 °C ν20, т. е. νt/ν20.

При определении вязкости маловязкие масла подогревают до 50 °C, а высоковязкие – до 100 °C. Для перевода единиц кинематической и динамической вязкости в условные единицы пользуются таблицами либо формулами пересчета, приведенными в приложении 2 к ГОСТ 33-66.

Станция управления вязкостью судового топливаВязкость масла изменяется при изменении температуры и давления. Влияние давления начинает сказываться примерно с 4,9 МПа: чем выше давление, тем значительнее повышается вязкость. Это имеет важное значение для узлов трения, работающих при высоких давлениях и температурах, например в подшипниках коленчатого вала, где давление достигает 24,5-34,3 МПа.

Возрастание вязкости масла при повышении давления зависит от температуры. При более высоких температурах вязкость масла меньше зависит от давления, чем при низких. Приближенно повышение вязкости минеральных масел в зависимости от давления в границах температур 20-100 °C можно оценить согласно следующим данным:

Вязкостно-температурные кривые для различных масел представлены на рис. 1.

Диаграмма вязкостно-температурных свойств масел
Рис. 1 Вязкостно-температурные кривые масел.
1 – моторное масло; 2 – эмульсионное масло Шелл; 3 – авиамасло МС-20

В существующих стандартах вязкостно-температурные своиства масел оцениваются условными величинами:

Для маловязких масел ТКВ определяется по формуле:

ТКВ0100 = ν0  ν100ν50,

для высоковязких масел:

ТКВ20100 = 1,25 ν20  ν100ν50,

где:

Чем меньше ν50, ν100 и ТКВ, тем лучшими оказываются вязкостно-температурные свойства масла.

Для оценки вязкостно-температурных свойств масел наибольшее распространение получил метод определения индекса вязкости. Он основан на сравнении вязкостно-температурных свойств испытуемого масла с вязкостно-температурными свойствами эталонных образцов масел. В качестве эталонов выбраны две серии масел различной вязкости:

Чтобы определить индекс вязкости испытуемого масла, сравнивают его с двумя эталонными маслами, имеющими индексы 100 и 0 и вязкость при 98,9 °C, одинаковую с вязкостью испытуемого масла, а затем расчётным путем по установленной формуле вычисляют индекс вязкости. Кроме формулы, для вычисления индекса вязкости масел существуют номограммы. Маслам, обладающим более высоким индексом вязкости, отдается предпочтение перед маслами с низким индексом вязкости.

В практике эксплуатации о низкотемпературных свойствах масла принято судить по температуре его застывания. Температурой застывания называют температуру, при которой масло, залитое в пробирку стандартных размеров, настолько теряет подвижность, что при наклоне пробирки на 45° мениск не смещается в течение 1 мин. Условность этого показателя очевидна, и эксплуатационное его значение невелико. Температура, при которой подвижность масла достаточна для пуска холодного двигателя и для прокачки масла, всегда оказывается выше температуры застывания масла примерно на 10-20 °C.

Зависимость Судовые топливные системы дизелейизнашивания деталей двигателя от вязкости масла изучалась различными исследователями. Существует общая закономерность: при снижении вязкости растет расход масла и может возрастать изнашивание.

Вязкость сильно влияет на продолжительность пуска двигателя и на механические потери в ДВС.

Антизносные свойства моторных масел в основном зависят от качества присадок.

Из физических характеристик нефтепродуктов существенное значение имеет теплоемкость. Теплоемкость – это количество теплоты, необходимое для повышения температуры тела на 1 °C. Удельная теплоемкость – это отношение теплоемкости тела к теплоемкости равной массы дистиллированной воды.

Теплоемкость нефтепродуктов (топлив и масел) необходимо знать при расчете топливоподогрёвателей или масляных холодильников в судовых системах. Она может быть определена по эмпирической формуле Н. Л. Караваева:

C = 0,4825 + 0,000385 (t  100),

где:

Удельная теплоемкость смазочных масел лежит в пределах 0,4-0,6 ккал/кг и зависит от температуры (табл. 12).

Таблица 12. Удельная теплоемкость масел cм
Маслоcм при t, °C
02050100150210
Минеральное0,4000,4230,4640,5010,5220,540
Касторовое0,4240,4460,4850,5150,5360,553

Теплоемкость учитывается также при расчете процессов теплопередачи через масляную пленку в узлах трения двигателей и механизмов.

Коррозионные свойства. В настоящее время, когда в форсированных ДВС применяются свинцовые, медно-свинцовые и кадмиевые сплавы, необходимо определять, насколько они подвержены коррозионному воздействию органических кислот, которые образуются при работе масел в ДВС.

Как показывают исследования, наиболее часто применяемые медно-свинцовые, свинцово-щелочные и кадмиево-серебряные сплавы в сотни раз менее устойчивы против коррозии, чем оловянистый баббит.

Изучая коррозионное действие высокомолекулярных органических кислот, образующихся при старении масла, Н. И. Черножуков показал, что они действуют на металлы только в присутствии кислорода и воды. Кислород, участвующий в этом процессе, может быть кислородом воздуха либо входить в состав перекисей, образующихся в масле. Вода может попасть в масло извне, а также в процессе конденсации влаги, что неизбежно после остановки при постепенном охлаждении двигателя.

Механизм процесса коррозии можно представить следующим образом:

Me + H2O + 12O2  Me(OH)2;
Me(OH)2 + 2RCOOH  Me(RCOO)2 + 2H2O.

где:

Кроме органических кислот коррозию металлов могут вызывать активные сернистые соединения, входящие как в масло; так и в топливо. Наиболее активна сера в отношении серебра и меди. Однако коррозия в этом случае происходит лишь при высоких температурах, поскольку при температурах ниже 140° сера образует с металлом комплексы (пленки), удерживающиеся на поверхности металла и создающие антикоррозионный эффект.

Как известно, механическое действие нагрузки ускоряет процесс коррозии подшипников, что выражается в большем разрушении нагруженных вкладышей (нижние коренные и верхние шатунные), хотя механизм действия нагрузки остается еще недостаточно ясным.

Одним из наиболее эффективных средств борьбы с коррозией подшипников является добавление к маслу специальных антикоррозионных присадок, например присадки АКор.

Количество органических кислот (нафтеновых и свободных жирных) оценивается по кислотному числу, т. е. числу миллиграммов КОН, необходимому для нейтрализации 1 г масла (ГОСТ 5985-79). Однако оценка коррозионных свойств свежего масла кислотным числом не дает истинного представления о коррозии, которую может вызвать данное масло, поскольку наиболее опасны кислоты, образующиеся в масле в процессе последующего окисления. При этом коррозия зависит не только от количества, но и от характера органических кислот. Современные щелочные присадки к маслам нейтрализуют действие кислот и эффективно защищают ДВС от коррозии даже при работе на сернистых топливах.

Антинагарные свойства и термостабильность моторных масел. В любом ДВС имеются три зоны с резко различными температурными режимами. На деталях, расположенных в этих зонах, отлагаются твердые и пластичные вещества, различные по природе и характеру.

Влияние отложений на работу двигателя. Вред от всех видов отложений очевиден. Например, от нагара повышается температура деталей вследствие ухудшения теплоотвода, снижается механический КПД из-за увеличения потерь на трение, нарушается нормальный процесс горения, особенно в карбюраторном двигателе, где возникает детонация или калильное зажигание. Отложения в продувочных и выпускных окнах двухтактных дизелей уменьшают эффективное проходное сечение, ухудшая качество и полноту продувки цилиндра. Нагар на соплах форсунок нарушает их нормальную работу и ухудшает качество распиливания топлива.

Лак способствует пригоранию колец и перегреву деталей. Последствия, вызываемые пригоранием колец, т. е. залеганием их в канавках поршня, очень серьезны. Пригоревшие кольца способствуют большему проникновению масла в камеру сгорания и увеличивают его расход. Газы из камеры сгорания прорываются через пригоревшие кольца в картер, что уменьшает мощность двигателя, вызывает повышение температуры поршня и ведет к сильному загрязнению двигателя. Пригорание колец приводит также к чрезмерному трению, поломке колец, а иногда заеданию поршня. Действуя подобно изоляционному слою, лак ухудшает теплоотвод от поршня, что может повлечь за собой его прогорание.

Особенно интенсивно происходит образование осадков в форсированных двигателях. Осадки забивают клапан и фильтры тонкой и грубой очистки, маслопроводы, загрязняют сетки маслоприемника. Поэтому осадкообразование нередко вызывает прекращение подачи масла к трущимся деталям и последующую аварию двигателя.

Механизм образования отложений. Способность масла противостоять внешнему воздействию зависит от качества масла, определяемого его химическим составом, и от внешних условий.

Глубина превращений углеводородов зависит прежде всего от температуры среды. Часть масла, которая попадает в камеру сгорания и подвергается воздействию открытого пламени, сгорает либо подвергается глубокому термическому распаду. В зоне более низких температур происходит процесс окисления и термоокислительной полимеризации. В этом случае очень важно, в каком слое происходит окисление, – в тонком или толстом. Так, стекая тонким слоем по горячей поверхности поршня, масло подвергается воздействию наиболее высоких температур, в результате чего углеводороды претерпевают глубокие превращения, образуя нерастворимые в масле вещества:

Масло в картере окисляется в толстом слое и при более низкой температуре, поэтому глубина превращений углеводородов меньше.

Одним из условий, определяющих осадкообразование в двигателе, является противоокислительная стабильность моторного масла: чем меньше масло склонно к окислению, тем меньше в нем накапливается продуктов окислительной полимеризации, тем меньше осадков образуется в двигателе. С другой стороны, большое влияние на образование осадков, представляющих собой эмульсии воды в масле, оказывает эмульгирующая способность масла. Установлено, что оксикислоты, в значительных количествах накапливающиеся в масле при работе двигателя на режиме низких температур и усиливающие эмульгирующее действие, а также асфальтены и смолы, наряду с попадающей в масло водой, являются основной причиной осадкообразования.

Большое влияние на осадкообразование оказывают техническое состояние двигателя и режим его работы. При работе изношенного двигателя на пониженном тепловом режиме и на холостом ходу загрязнение масла усиливается. Образуется так называемый низкотемпературный шлам. Отложения на указанных режимах увеличиваются главным образом за счет загрязнения масла продуктами, попадающими в него извне. Этому способствуют условия, при которых возрастает количество проникающих в картер газов, тяжелых неиспарившихся фракций топлива, продуктов неполного сгорания и облегчается конденсация паров воды. Нерастворимые вещества вначале накапливаются в масле, находясь во взвешенном состоянии. При увеличении концентрации избыточное их количество не удерживается и выпадает в осадок. Способность масла удерживать большее или меньшее количество нерастворимых веществ во взвешенном состоянии называют диспергирующей способностью.

При высоких диспергирующих свойствах масла на деталях и в поддоне картера отлагается меньше осадков, эффективнее становится фильтрация, благодаря которой продукты непрерывно удаляются и масло как бы освежается. При фильтрации масло очищается также от таких механических примесей, как продукты изнашивания, пыль, песок и другие вещества, которые попадают в масло при эксплуатации и вызывают повышенное абразивное изнашивание деталей двигателя.

Таким образом, современные присадки резко повышают термостабильность масел, снижают нагаро- и лакообразование и износ и обеспечивают высокую надежность работы ДВС.

Влияние качества масел с присадками на работу судовых дизелей

Характер действия присадок. Все современные моторные масла в России и за рубежом выпускаются только с присадками. Присадки обеспечивают запас качества масла, повышают его:

Это особенно важно при работе на сернистых моторных топливах, которые все шире применяются на морском и речном флоте.

На рис. 2 показана зависимость изнашивания цилиндровых втулок мощного судового дизеля от содержания серы, которое в тяжелых топливах достигает 3,5 %.

График изнашивания втулок
Рис. 2 Изнашивание цилиндровых втулок в зависимости от содержания серы в топливе, мм/1 000 ч

Можно сказать, что изнашивание увеличивается пропорционально содержанию серы в топливе, и это особенно сказывается в современных форсированных дизелях. Поэтому для форсированных дизелей, работающих на тяжелых топливах, применяют моторные масла высших групп (Г, Д и Е), с высоким содержанием щелочных (нейтрализующих) присадок. Щелочность таких масел достигает 10-30 мг КОН/г масла.

На рис. 3 показано, что повышение щелочности ведет к снижению относительного изнашивания деталей цилиндропоршневой группы на 50-70 %.

График влияния щелочности на изнашивание
Рис. 3 Влияние щелочности моторного масла на относительное изнашивание, %

Такими свойствами обладают российские масла М10Г2ЦС, М14ГБ, М16Е и масла зарубежных фирм (серия II и Марин дизель ойл).

На рис. 4 и 5 представлены результаты опытов, проведенных на дизелях с помощью метода радиоактивных изотопов (РАИ). В верхнее поршневое кольцо была помещена вставка из радиоактивного кобальта. По мере изнашивания кольца радиоактивные продукты попадали в масло. Чем больше был износ, тем выше становилась радиоактивность масла, которая измерялась числом импульсов радиоактивных частиц с помощью очень чувствительной радиометрической аппаратуры.

Диаграмма введения присадки в масло
Рис. 4 Автоматическая запись изнашивания верхнего поршневого кольца, имп./с, в зависимости от времени работы дизеля.
1 – увеличение нагрузки; 2 – уменьшение нагрузки; 3 – увеличение нагрузки; 4 – введение антиизносной присадки

Из рис. 4 видно, что введение присадки в масло существенно замедляет темп изнашивания верхнего поршневого кольца при увеличенной нагрузке дизеля.

На рис. 5 показано, что минеральное масло с присадкой замедляет темп изнашивания поршневых колец в два-три раза. Это положительное влияние сказывается во всех типах двигателей.

График замедления темпа изнашивания
Рис. 5 Изнашивание поршневого кольца на различных маслах (метод РАИ), имп./с.
1 – моторное масло; 2 – моторное масло с присадками

Чем выше запас качества масла с присадками, тем меньше износы основных деталей и нагарообразования в камере сгорания и зоне поршня.

На рис. 6 представлены результаты испытаний различных масел на дизелях Ч 10,5/13 и Ч 8,5/11. Износы верхнего поршневого кольца на масле группы Б (ДСП-11) были приняты за 100 %. Применение масел более высокой группы В (М12В и α-11-2) снижает износ поршневых колец на 25-40 %; снижаются также износы втулок и подшипников. Это ведет к увеличению сроков службы дизелей до первой переборки и капитального ремонта.

Схема износа поршневого кольца
Рис. 6 Относительное изнашивание верхнего поршневого кольца на различных маслах, %.
I – дизель 1 Ч 10,5/13 (1 – масло ДСП-11; 2 – масло М12В; 3 – масло α-11-2); II – дизель 1 Ч 8,5/11 (1 – масло ДСП-11; 2 – масло М12В; 3 – масло α-11-2)

Из рис. 7 также видно, что применение масла группы В (ДС-11 + ВНИИНП-360) вместо масла без присадок ДС-11 в мощном быстроходном дизеле Д100 существенно снижает износ поршневых колец, цилиндровых втулок и уменьшает нагарообразование на поршнях. Применение этого масла, а позднее масла М14ВЦ позволило существенно повысить качество эксплуатации большого парка дизелей Д100 и увеличить их надежность и моторесурс на тепловозах и теплоходах.

Схема снижения износа поршневых колец
Рис. 7 Соотношение износов и нагаров при работе дизелей 2Д100 на различных топливах и маслах.
I – износ верхних поршневых колец, г; II – относительный износ цилиндровых втулок, %; III – масса нагара на внутренней поверхности поршня, г;
1 – дизельное топливо (S = 0,2 %), масло Д-11; 2 – дизельное сернистое топливо (S = 1 %), масло Д-11; 3 – дизельное сернистое топливо (S = 1%), масло М12В

На флоте постоянно растет количество дизелей с высокой степенью форсировки наддувом (дизели М400, М401, Вяртсиля-Ваза 22 и др.), причем среднее эффективное давление достигает 1,76 МПа. Это ведет к росту температур и теплонапряженности деталей, что, наряду с применением сернистых и тяжелых топлив, существенно ухудшает условия работы масел. Растет интенсивность загрязнения масла сажей во время рабочего процесса, а также интенсивность окисления масла, особенно в верхней зоне поршневых колец, где резко возрастают температуры.

На рис. 8 показано влияние качества современных присадок к моторным маслам на работоспособность первого кольца.

Шкала зависимости времени работы от качества присадки
Рис. 8 3ависимость времени работы, ч, до закоксовывания первого поршневого кольца на дизеле 1ЧН18/20 от качества присадки к маслу.
1 – МК22 + 3 % ЦИАТИМ-339; 2 – МК22 + 3 % ДФ-1; 3 – МК22 + 3 % АФБ; 4 – МК22 + 3 % АзНИИ-ЦИА- ТИМ-1Ф; 5 – масло ОНПЗ + 3 % ЦИАТИМ-339; 6 – МК22 + 1,5 % ЗИТ-1; 7 – МК22 (без присадки)

Опыты были поставлены на форсированном дизеле 1ЧН 18/20 с целью определить время до закоксовывания первого кольца при работе на моторных маслах с различными присадками, повышающими термостабильность и другие качества масла. Из рисунка видно, что при работе на масле МК22 без присадок первое кольцо закоксовывается уже через 10 ч, что влечет за собой возможность перегрева и задира поршня. Применение масла даже группы В (ДС-11 + 5 % ВНИИНП-360) увеличивает время работы до закоксовывания первого кольца в 14 раз (до 140 ч). Как показали последние опыты, лучшие зарубежные и российские масла (М16В2, М14Г2ЦС, «Шелл Ротелла») увеличивают это время до 400-600 ч и более.

Любое масло при работе в дизеле подвергается загрязнению и окислению. Однако хорошая очистка масла фильтрацией и сепарированием, помимо удаления вредных примесей, обеспечивает появление в масле смолистых и других веществ, которые снижают коэффициент трения. Поэтому рациональный срок службы масел, особенно масел высших групп Г и Д, во многих дизелях может быть значительно увеличен.

На рис. 9 показаны результаты опытов с дизелем ДТ-54 при работе на масле группы Б (ДП-14 + 3 % ЦИАТИМ-339).

График зависимости общего износа от времени
Рис. 9 Зависимость общего износа по содержанию железа в масле, г, от времени и сроков службы масла для быстроходного дизеля (масло М14Б; дизельное топливо, S = 0,9 %).
1 – при сроке смены масла 180 ч; 2 – 120 ч; 3 – 240 ч; 4 – 300 ч; 5 – 360 ч

Износ контролировался путем определения содержания железа в масле при сроках смены масла за общий период эксплуатации 1 800 ч. Из рисунка видно, что при увеличении срока службы масла в 3 раза (со 120 до 360 ч) общая интенсивность изнашивания снизилась в 3-4 раза. Очевидно, узлы трения и рабочее тело – масло должны «приработаться», поэтому частые смены масла не способствуют снижению интенсивности изнашивания деталей. Высококачественные же масла групп В, Г и Д не только снижают износы и нагарообразования в дизелях, но и позволяют эксплуатировать масло без слива 2 000-3 000 ч (например, в течение всей навигации).

Преждевременная смена масла увеличивает его расход, чрезмерно длительная работа может повысить изнашивание дизеля. Для конкретного дизеля, сорта топлива и масла существует оптимальный срок службы масла, который следует определить по действительному состоянию масла на основе браковочных параметров, которыми служат:

Смена масла по браковочным параметрам наиболее рациональна. Отдельные двигатели с высоким расходом масла на угар могут работать, не достигая браковочных параметров, без смены масла в течение 2-3 тыс. ч.

Таким образом, правильный выбор масла и контроль качества в эксплуатации определяют его расход.

Влияние обводнения на состояние дизеля и масла. Источниками попадания воды в масло могут служить:

Вода, особенно морская, оказывает сугубо отрицательное влияние на масло и, следовательно, на двигатель. При наличии значительного количества (более 2 %) воды характеристики большинства моторных масел (кроме масел с водостойкими присадками) значительно ухудшаются. При этом имеют место следующие явления:

  1. Вода вступает во взаимодействие с компонентами присадки, которая теряет моющедиспергирующие свойства, вследствие чего увеличивается изнашивание и загрязнение дизеля.
  2. Начинается процесс флокуляции загрязнений в крупные агрегаты (мицеллы), которые осаждаются в сверлениях коленчатого вала, дренажных отверстиях поршней, на фильтрах и т. д. Это создает дополнительное гидравлическое сопротивление в системе.
  3. Наличие эмульгированной воды в масле, если в присадке нет антипенных компонентов, приводит к ценообразованию в картере.
  4. При больших количествах, воды может быть нарушен гидродинамический режим смазки подшипников. Срыв масляной пленки в зонах обводнения ведет к возникновению сухого трения и к изнашиванию подшипников.

В табл. 13 приведены данные испытаний дизеля на обводненных маслах М10В2 и М16В2. На маловязком масле М10В2 при обводнении 6-10 % взносы колец и втулки возрастают в 4,6 раза.

Таблица 13. Скорости изнашивания дизеля в зависимости от содержания воды в масле
МаслоСодержание воды, %Относительная скорость изнашивания
пары кольцо-втулка, %
МаслоСодержание воды, %Относительная скорость изнашивания
пары кольцо-втулка, %
М10В2Отсутствует100М16В2Отсутствует100
0,4-0,51380,4-0,5119-127
1,5-2,01461,5-2,0143-148
3,0-3,51873,0-3,5161-200
6,0-104606,0-10260-350
Отсутствует после испарения108Отсутствует после испарения110-149
Открыть таблицу в новой вкладке

Содержание воды в масле является аварийным браковочным параметром. В современных масляных системах удаление воды из масла достигается сепараторами или фильтрами со специальными влагопоглощающими материалами, например ТПВФ. Автоматические приборы для контроля содержания воды в масле без остановки дизеля пока не созданы.

Регенерированные масла

Регенерация – это восстановление рабочих свойств какого-либо рабочего тела, например моторного масла. Как известно, моторное масло имеет определенный запас качества, который расходуется в процессе работы масла в ДВС под воздействием внутренних и внешних загрязнений, термического разложения, окисления, попадания топлива и воды.

Регенерация свойств моторных масел может осуществляться двумя способами:

Как было показано выше, с помощью отстаивания, сепарации, фильтрации и других физико-химических методов можно в процессе работы двигателя частично удалять:

Однако достичь полного восстановления свойств в этих условиях сложно, а иногда и невыгодно.

Второй путь – регенерация масел на специальных установках и заводах – известен давно, он получил интенсивное развитие в России и за рубежом. В условиях энергетического кризиса экономия нефтяных смазочных материалов сделала регенерацию масел высокоэкономичным и выгодным процессом. Мировое производство масел приближается к 30 млн. т в год, и если 1 % будет теряться при сливах и транспортировке, это значит, что 300 тыс. т масел будет загрязнять землю и воду.

За последние годы регенерация отработанных масел получила еще более широкое распространение. Во всех социалистических, а также наиболее развитых капиталистических странах применяются те или иные методы переработки отработанных масел. Эти методы можно разделить на:

Основные технологические процессы указаны в табл. 14.

Таблица 14. Методы регенерации масел
Метод переработкиТехнологический процесс
ФизическийОтстаивание, фильтрация, отгон топливных фракций, центрифугирование, промывка водой, вакуумная перегонка и др.
Физико-химическийКоагуляция загрязнений ПАВ, контактная очистка отбеливающими глинами, селективная очистка пропаном, фенолом и др.
ХимическийСернокислотный, щелочной, гидрогенизационный

определяют метод переработки, который в ряде случаев является комбинированным, что позволяет более полно восстанавливать первоначальные свойства масел. Для масел, работающих непродолжительный срок в умеренном температурном режиме (50-60 °C), достаточна регенерация физическими методами отстаивания и фильтрации. Масла, претерпевающие глубокие физико- химические изменения:

— должны быть подвергнуты сложным методам регенерации, включающим:

Регенерация масел широко применяется в США, где более 150 предприятий занимаются переработкой отработанных масел. Это объясняется, по-видимому, как энергетическим кризисом и повышением цен на нефтепродукты, так и исследованиями в области улучшения качества базового масла. На заводе фирмы «Моторс Ойл Рефайнинг Ко» применяют контактную очистку отработанных моторных масел с обработкой специальным химическим реагентом. После регенерации к маслу добавляют присадки. Полученное таким методом масло по качеству не уступает свежему. Регенерированные масла улучшенного качества получены фирмой «Эссо». Эта фирма применяет комбинирование способа вакуумной перегонки с гидродоочисткой дистиллятных компонентов. Этот способ обеспечивает получение высококачественных базовых масел.

В России применяется в основном контактная очистка отработанных моторных масел. Суммарная производительность установок составляет более 25 тыс. т в год. Отработанные нефтепродукты собираются в пять групп (табл. 15).

Таблица 15. Группы отработанных масел
ПоказателиНормы по группамМетоды испытаний
ММО-1ММО-2МИО-1МИО-2СНО
Вязкость кинематическая при 50 °C, сСт4030118ГОСТ 33-66
Температура вспышки, определяемая в открытом тигле, °C, не ниже120120140130ГОСТ 4333-48
Содержание механических примесей, %, не более23233ГОСТ 6371-59
Содержание воды, %, не более35355ГОСТ 2477-65

Отработанные масла приобретаются у потребителей по установленным ценам в зависимости от качества. Кроме того, выпускаются маслорегенерационные установки небольшой производительности, предназначенные для предприятий – потребителей масел, заинтересованных в организации своих маслорегенерационных хозяйств для получения дополнительного количества масел и экономии средств.

Читайте также: Топливная система судовой дизельной установки и процесс топливообработки

Исследования показывают, что состав углеводородной части отработанного масла близок к составу свежего. Основная трудность при регенерации заключается в удалении растворимой части присадки, которую невозможно удалить путем фильтрации. Эту присадку в принципе можно сохранить, но при этом необходимо производить регенерацию строго по сортам масел. Кроме того, накопление кислородных соединений ароматических фракций и смол значительно ухудшает термоокислительную стабильность масла. Удаление их сопряжено с большими трудностями, и только каталитическая гидродоочистка дает удовлетворительные результаты.

Основной проблемой регенерации является возможность применения регенерированных по той или иной технологии масел по прямому назначению. Если известно, что регенерированные трансформаторные масла могут быть использованы наравне со свежими, а индустриальные – для смазки менее ответственных механизмов, то применение регенерированных моторных масел в дизелях еще мало изучено.

Как отмечалось ранее, ухудшение качества моторного масла в процессе работы в двигателях обусловлено двумя факторами:

и попаданием в систему смазки таких посторонних веществ, как:

Кроме того, в масло могут попадать высококипящие фракции топлива, вызывающие снижение температуры вспышки и разжижение масла.

Приведенные в табл. 16. характеристики отработанных масел АС-8 свидетельствуют об ухудшении качества масел в основном за счет наличия в них посторонних примесей, на что указывает содержание в образцах масел воды (0,6-14,0 %), топлива (tвсп = 122÷188 °C) и механических примесей (0,138-1,498 %). Содержание элементов присадок в отработанных маслах свидетельствует о значительном нереализованном запасе качества (за исключением образца 2), что подтверждается низким значением кислотных чисел (от 0 до 0,36 мг КОН/г) и наличием щелочной среды.

Таблица характеристик отработанных масел
Таблица 16. Физико-химические показатели отработанных и регенерированных масел АС-8

Отработанное масло, прошедшее очистку физическими методами коагуляции и отстаивания, в большей или меньшей степени приобретает показатели, близкие к показателям свежих товарных масел, за исключением более низкой температуры вспышки, свидетельствующей о наличии в маслах примеси топлива.

Последующие процессы регенерации:

повышают качество масла за счет дополнительной очистки от механических примесей и удаления топлива (tвс = 180÷202 °C).

По сравнению с товарным маслом регенерированные масла с присадками имеют повышенную коксуемость и зольность и пониженную температуру вспышки (на 2-13 °C). Содержание активных элементов присадки соответствует нормам на свежее товарное масло.

Вязкость регенерированных масел несколько выше вязкости товарного масла (особенно для образцов 4 и 5). Если учесть, что в регенерированных маслах содержится некоторое количество не удаленного в процессе регенерации топлива, снижающего температуру вспышки, то повышенное значение этой температуры можно объяснить наличием коллоидно-диспергированных примесей, присутствие которых невозможно обнаружить методикой, предусмотренной ГОСТ 6370-59. Метод центрифугирования дает более точные результаты.

Сырьем для получения масла М12Б(р) служат отработанные в дизелях моторные масла М12Б и М14Б. В табл. 17 приведены для наглядности показатели шести произвольно выбранных партий отработанных масел, подлежащих регенерации.

Таблица 17. Показатели отработанных масел М12Б и М14Б, взятых для регенерации (по данным ЛИВТ)
ПоказателиПартии отработанного масла (номера образцов)
123456
Вязкость при 100 °C, сСт12,311,211,37,210,08,6
Содержание нерастворимых в бензине примесей, %2,03,01,13,21,54,4
Содержание воды, %1,04,41,01,02,02,8
Температура вспышки в открытом тигле, °C146140142120154144

Как видно из приведенных данных, основные показатели отработанных масел вышли за пределы браковочных, и использование их по прямому назначению может не только вызвать снижение эксплуатационной надежности дизелей (повышение износов, нагаро- и лакоотложений, шламообразования и т. д.), но и привести к аварии из-за низкой температуры вспышки масла, вызванной наличием топлива в отработанных маслах.

Регенерированное масло М10В(р) было изготовлено из отработанного моторного масла М10В2, слитого с двигателей судов. К моменту слива масло отработало 2,3-2,5 тыс. ч. В табл. 18 приведены основные физико-химические показатели отработанного масла. Видно, что по двум параметрам (содержание НРБ и воды) из трех контролируемых масло М10В2 вышло за пределы браковочных.

Таблица 18. Основные показатели отработанного масла М10В2 для регенерации (по данным ЛИВТ)
ПоказателиБраковочный показательПоказатель отработанного масла
Вязкость при 100 °C, сСт14,3
Содержание нерастворимых в бензине примесей, %2,04,2
Содержание воды, %0,50,8
Температура вспышки в открытом тигле, °C170182

При испытаниях в регенерированное масло были введены те же присадки, что и в товарное масло, т. е. 8 % ВНИИНП-360 и 0,005 % ПМС-200А. Исследованиями группового состава отработанных масел установлено, что ароматические фракции, в отличие от фракций свежего масла, содержат кислородные группы, ухудшающие термоокислительную стабильность масла. В связи с этим была изменена композиция присадок, вводимых в масло: вместо присадки ВНИИНП-370 введена присадка ВНИИНП-360, что несколько улучшило антиокислительные и соответственно снизило нейтрализующие и моющие свойства регенерированного масла. Таким образом, регенерированное масло М10В(р) содержит 5 % ВНИИНП-360; 1,2 % ДФ-11; 2 % ПМС и 0,007 % ПМС-200А.

В табл. 19. приведены физико-химические характеристики масел М12Б(р) и М10В(р) в сравнении с товарными маслами соответствующих групп.

Таблица 19. Физико-химические показатели товарных и регенерированных масел групп Б и В (по данным ЛИВТ)
ПоказателиГруппа БГруппа В
М12БМ12Б(р)М10В2М10В(р)
Кинематическая вязкость при 100 °C, сСт12+0,512,211+111,3
Коксуемость, %1,411,410,941,34
Зольность, %1,081,20,821,0
Кислотность, мг КОН/гОтсутствуетОтсутствуетОтсутствует0,9
Щелочность, мг КОН/г4,03,324,43,6
Содержание механических примесей, %ОтсутствуютОтсутствуютОтсутствуют0,005
Содержание нерастворимых примесей, %0,100,180,080,21
Температура вспышки в открытом тигле, °C222208205202
Температура застывания, °C-15-17-15-12
Коррозия на пластинках из свинца марки C 1, г/м24,14,34,15,4
Плотность при 20,4 °C, кг/м3905890895905

По рассматриваемым показателям регенерированные масла практически не уступают свежим товарным маслам. Несколько повышенная зольность регенерированных масел объясняется их недостаточной очисткой, а также наличием растворимой части присадки, сохранившейся при регенерации. Содержание нерастворимых примесей в регенерированных маслах в 1,8-2,6 раза больше, чем в товарных.

Сравнительная оценка способности моторных масел сохранять смазочный слой на рабочих поверхностях горячих деталей двигателя и их склонности образовать лаковые пленки производилась по ГОСТ 5737-53. Результаты опытов, представленные в табл. 20, показывают, что регенерированные масла содержат большее количество рабочей фракции, а их моторная испаряемость ниже. Масло М10В(р) по сравнению с товарным маслом образует в три раза меньше лаковых отложений.

Таблица 20. Показатели масел при 250 °C за 30 мин нагрева
ПоказателиМ12БМ12Б(р)М10В2М10В(р)
Моторная испаряемость, %58,854,862,358,2
Рабочая фракция, %41,245,236,841,5
Склонность к образованию лака, %000,90,3

Полученные результаты, по-видимому, объясняются тем, что в процессе работы в двигателе окислению и угару подвергается в первую очередь наименее стабильная к высокой температуре часть углеводородов масла; это приводит к изменению фракционного состава и повышению его термической стабильности. Извлечение при регенерации продуктов окисления, полимеризации и конденсации углеводородов улучшает качество масла за счет повышения относительного содержания рабочей фракции.

Коагуляция и отстаивание позволяют извлечь из отработанного масла воду и большинство механических примесей и тем самым повысить ряд показателей масла. Однако присутствие значительного количества топлива, снижающего температуру вспышки ниже предельно допустимой (170 °C), и низкая щелочность масла (или полное ее отсутствие) не допускают его применения в двигателях.

Показатели масел, прошедших все стадии регенерации, близки к показателям свежих товарных масел.

Проведены специальные испытания регенерированного моторного масла марки М12Б(р) в сравнении со свежим товарным маслом М12Б, а также смесей регенерированного и свежего масел.

Основные характеристики испытанных масел представлены в табл. 21.

Таблица 21. Физико-химические показатели регенерированных масел и свежего масла М12Б
ПоказателиРегенерированное маслоСвежее масло М12Б
до введения присадкипосле введения присадки
Кинематическая вязкость, сСт:
при 100 °C11,812,2111,95
при 50 °C74,4771,95
Щелочность, мг КОН/г масла3,973,99
Кислотность, мг КОН/г масла0,03
Зольность, %0,081,2071,082
Коррозионность по НАМИ, г/м21,11,3
Коксуемость, %0,41,411,41
Температура вспышки в открытом тигле, °C208208222
Композиция присадок, %:
ВНИИНП-36088
ПМС-200А0,0050,003

Примечание. Механические примеси и вода во всех маслах отсутствуют.

Испытания включали следующие этапы:

Для сравнения проводили испытания также на маслах М12Б и М16В2. Выбор масла М16В2 определялся тем, что оно используется в качестве унифицированного на судовых двигателях речного флота.

Следует отметить, что физико-химические показатели у регенерированного масла М12Б(р) практически такие же, как у свежего масла М12Б. Как видно из табл. 21, зольность регенерированного масла с присадками несколько выше, чем зольность свежего масла, что может быть объяснено повышенной концентрацией присадки, содержащейся в регенерированном масле, за счет сохранившейся части ее после регенерации. Это подтверждается повышенной зольностью регенерированного масла до введения в него присадок.

Оценку моющих свойств масел производили на установке ПЗВ по ГОСТ 5726-53. Так как методика ПЗВ не учитывает нагар, образующийся на днище поршня и в канавках поршневых колец и влияющий на определение устойчивости масел к нагаро- и лакообразованию, а также не позволяет достаточно точно судить о моющих свойствах масел из-за ограниченного числа баллов эталонной шкалы, то моющие свойства оценивали также по методу ПЗВ-ВТ.

В результате сравнительной оценки было установлено, что по моющим свойствам регенерированные масла занимают промежуточное положение между свежими маслами М16В2 и М12Б. Оценку противоизносных свойств с применением радиоактивных индикаторов проводили на дизеле 1Ч 10,5/13.

Результаты испытаний даны в табл. 22.

Таблица 22. Результаты испытаний масел на двигателе 2Ч 10,5/13
Оценочные показателиМасло М12БМасло М12Б(р)
Нагаро- и лакообразование, баллы
на головке поршня0,750,28
на днище поршня2,402,47
на юбке поршня1,902,20
на перемычках поршня0,260,67
в канавках поршневых колец2,282,84
Состояние поршневых колецСвободные
Износ деталей:
цилиндров (средний диаметральный), мкм 1,561,54
поршневых колец (средний), г0,140,10
Угар масла, г/ч175147
Привес фильтра тонкой очистки масла в конце этапа, г170166

Моторные испытания масел проводились на дизеле 2Ч 10,5/13, который прошел 200-часовую обкатку. Перед началом испытаний и в конце каждого этапа двигатель частично разбирали. Износ поршневых колец определяли методом взвешивания их на аналитических весах. Для определения износов цилиндровых втулок в трех поясах и в восьми точках по окружности нарезали и измеряли лунки. Их нарезали в верхней, наиболее подверженной изнашиванию части втулки.

Расстояние от этих поясов до верхнего торца втулки составляло 22, 25 и 48 мм. Через определенные промежутки времени из системы смазки двигателя отбирали для анализа пробы работавшего масла. Результаты стендовых испытаний представлены в табл. 23, из которой видно, что противоизносные свойства регенерированных масел выше, чем у свежего.

Таблица 23. Противоизносные свойства масел, определенные радиоиндикаторным методом
МаслоСредняя относительная скорость изнашивания на установившемся режиме, отн. ед./10 минСредняя квадратичная ошибка скорости изнашивания, отн. ед./10 минСредний износ за первый час после пуска, отн. ед.Средняя квадратичная ошибка наноса за первый час после пуска, отн. ед.
М12Б28,1/1002,044723,2
М12Б(р)19,0/682,440528,2
М12Б (25 %) + М12Б(р) (75 %)18,4/652,639131,5
М12Б (50 %) + М12Б(р) (50 %)17,9/642,732832,8
М12Б (75 %) + М12Б(р) (25 %)24,1/872,243137,1
ДС-1172,8/2592,774633,5
ДС-11 (50 %) + М12Б(р) (50 %)49,5/1761,953324,5
Открыть таблицу в новой вкладке

Исходя из опыта применения регенерированных масел в России и за рубежом можно рекомендовать использовать их в судовых дизелях без наддува (pe = 0,49÷0,68 МПа) при работе на дизельных топливах наравне со свежими маслами. Это даст дополнительную экономию в эксплуатационных расходах на судах.

Сноски

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Май, 30, 2023 677 0
Добавить комментарий

Текст скопирован
Пометки
СОЦСЕТИ