Устройство для термической деструкции масел

(19) (И) з(50 С О Н 33 28 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ1 М сА(71) Северо-Западный заочный политехнический институт(53) 621.892,8:620.179.08 (088,8) (56) 1. Метод оценки антиокислительных свойств моторных масел. ГОСТ 20457-75.2. Авторское свидетельство СССР В 744325, кл. С 01 И 33/28, 1980,(54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ДЕСТРУКЦИИ МАСЕЛ, содержащееемкость для окисления масла в тонком слое с размещенными в ней сзазором испарителем и нагревателем,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью расширения воэможности исследования деструкции масел в условиях, приближенных к реальным,оно дополнительно снабжено торцовымнагревателем, а испаритель выполненв виде неподвижно установленногопоршня продольными пазами по образующей и кольцевыми канавками,2, Устройство по п,1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что нагреватель выполнен из отдельных секций,1105815расположенных снаружи вдоль емкости, каждая из которых снабжена системой регулирования мощности,О Изобретение относится к химической промышленности и может бьггьиспользовано в лабораториях приисследовании влияния различных присадок, в частности твердых ингибиторов старения, и пакетов присадокна термическую стабильность и антиокислительные свойства моторныхмасел и их работоспособность.Для изучения термической деструк Оции моторных масел может быть использована, например, известнаяустановка ИКМ, применяемая в настоящее время промышленностью дляоценки антиокислительных свойств 15моторных масел. Установка ИКИ представляет собой двигатель внутреннего сгорания, имеющий цилиндр, вставленный в него поршень и нагревателидля предварительного разогрева масла,20Для проведения испытания в картердвигателя заливают масло, нагревают его до 70 С, затем пускаютдвигатель и производят обкатку в течение 4 ч. После обкатки производятзамену отработанного масла свежим,нагревают его до 70 С, прокручиваютдвигатель электромотором в течение2 мин и пускают двигатель. Испьгганиепроводят в течение 40 ч этапами по 3010 ч при температуре головки цилиндра (под свечой) 250 С и температуремасла в картеле 120 С 1,Недостатком установки ИКИ являются ограниченные возможности эксперимента, что обусловлено невозможностью испытаний при повышенных температурных режимах. Это связано с тем, что чрезмерное увеличение тем О пературы может привести к чрезмерным температурным деформациям деталей, заклиниванию поршня и выходу из строя двигателя. Следовательно, установка не может обеспечить проведение экс периментов при высоких температурах, имитирующих условия работы масла в двигателе внутреннего сгорания. 2Известно устройство для оценкитермоокислительной стабильности масел, которое может бьггь использованодля исследования деструкции моторныхмасел, Устройство содержит узел окисления масла в тонком слое, имеющийемкость, внутри которой размещен нагреватель с надевающимся на него стаканом. Масло нагревается до заданнойтемпературы и попадает в кольцевуюкамеру, образованную стенками емкости и стакана, где омывает стенки,нагретые до высокой температуры (на50-100 выше температуры масла врезервуаре) 1 2 1,Недостаток устройства заключаетсяв ограниченных возможностях исследования деструкции масел, так как ононе может обеспечить условий эксперимента, близких к условиям работы моторных масел в двигателях внутреннегосгорания, Так, устройство не можетобеспечить нагрев поверхностей сзаданным графиком температур, чтоважно для двигателей внутреннегосгорания, где температура изменяетсяот максимальной в камере сгораниядо минимальной в районе картера.Кроме того, поверхности емкостии стакана, образующие кольцевуюкамеру, являются гладкостенньми,поэтому процесс деструкции проходитбез существенных изменений условийтолько в тонком слое масла кольцевой камеры. В реальном двигателепроцесс деструкции происходит как вкольцевом зазоре между поршнем ицилиндром, который в исправноми прогретом двигателе практическиравен нулю, так и в кольцевых канавках поршневых колец. Цель изобретения - расширение возможности исследования деструкции масел в условиях, приближенных к реальным. Для достижения пос тавленной цели устройство для термической деструк35 40 45 50 ции масел, состоящее из емкости дляокисления масла в тонком слое сразмещенными в ней с зазором испарителем и нагревателем, дополнительноснабжено торцовым нагревателем,аиспаритель выполнен в виде неподвижно установленного поршня с продольными пазами по образующей и кольцевыми канавками.При этом нагреватель выполнен изотдельных секций, расположенных снаружи вдоль емкости, каждая из которых снабжена системой регулированиямощности,На фиг.1 показано предлагаемоеустройство для термической деструкции масел; на фиг.2 - разрез А-Ана фиг. 1.Устройство состоит иэ емкости 1,испарителя, выполненного в видепоршня 2, неподвижно установленноговнутри емкости.Для имитации различных типов двигателей зазор между внутренней поверхностью емкости и внешней поверхностью испарителя устройствавыполнен соответствующим зазорумежду цилиндром и поршнем двига -теля, т,е. находится в пределах0,02-0,4 мм. С внешнеи стороны емкости 1 имеется нагреватель 3, состоящий из отдельных секций, расположенных снаружи вдоль емкость, и торцовый нагреватель 4,Для нагнетания масла имеется трубопровод 5, а для слива масла - трубопровод 6 . Газовая среда подается внутрь устройства по трубопроводу 7.На поверхности 8 по образующей испарителя 2 для слива избытка масла расположены продольные пазы 9 и для обеспечения промежуточного контакта разогретого масла с газовой средой выполнены кольцевые канавки 10.Торцы емкости 1 герметично закрыты верхней 11 и нижней 12 торцовыми крышками. Верхняя торцовая крышка 11 имеет каналы для подвода газовой среды и испытуемого масла и обогревается торцовым нагревателем 4. Нижняя торцовая крышка 12 имеет каналы для отвода испытуемого масла и газовой среды.В цилиндре двигателя внутреннего сгорания нагрев происходит нерав 5 10 15 20 25 30 номерно. В момент вспышки больше нагреваются головка поршня и гильза цилиндра в районе камеры сгорания, где температура максимальна. По мере удаления от камеры сгорания температура стенки цилиндра уменьшается, Кроме того, масло между поверхностью маслосъемного кольца поршня и гильзой цилиндра образует пленку, толщина которой близка к нулю, так как поверхность маслосъемника кольца прижата к поверхности гильзы и скользит по ней.При соприкосновении масляной пленки с раскаленной поверхностью гильзы цилиндра происходит деструкция масла с выделением лакообразных фракций и продуктов окисления.С целью имитации температурного режима двигателя каждая секция нагревателя 3 и торцовый нагреватель 4 снабжены индивидуальной системой регулирования мощности.В зависимости от необходимой степени автоматизации для регулирования мощности секций нагревателя 3 и торцового нагревателя 4 могут быть использованы различного типа терморегуляторы, лабораторные автотрансформаторы "ЛАТР", реостаты или автоматические системы регулирования мощности в зависимости от температуры.Для контроля градиента температуры вдоль емкости 1 по периметруверхней торцовой крышки 11 и в стенке емкости имеются продольные отверстия 13 различной глубины, в которые устанавливаются термометрыили термопары,Устройство работает следующимобразом.Для имитации условий работымасла в двигателях внутреннегосгорания устройство через трубопровод 7 заполняется инертным газом,содержащим продукты сгорания фракций нефти, и разогревается до температуры в верхней части цилиндра,близкой к температуре самовоспламенения масла (м 500 С) а в нижнейчасти цилиндра - до температурывспышки (210 С). Для определения термоокислительной стабильности масел устройство через трубопровод 7 заполняется воздухом. Верхняя и нижняя частио емкости 1 разогреваются до 250 С5 1 при испытании минеральных масел, до 350 С при испьггании синтетическихОмасел и до более высоких температур при испьггании селиконовых масел и жидкостей.При Установлении стабильного температурного режима по трубопроводу 5 в емкость 1 подается масло, которое, стекая по поверхности испарителя 2, попадает в зазор между поверхностями емкости 1 и испарителя 2, где происходит деструкция и полимеризация масляной пленки с образованием лаков и отложений, которые оцениваются весовым методом. Толщина пленки измеряется на приборе ВТ-ЗОН, масло анализируется с определением степени его окисления методами ИК-спектроскопии.Масляная пленка в зазоре между поверхностями емкости 1 и испарителя 2 нагревается до температуры, близкой к температуре стенки емкости (250-500 С), и при контакте с воздухом окисляется, а при заполнении инертным газом - пиролизуется, при заполнении агрессивными газами (СО; ЯО ; БО,Х О, ИО ) происходит химическое превращенйе масла.Наличие кольцевых канавок 10 на поверхности 8 испарителя 2 позволяет повторять процесс деструкции многократно. Масло в зазоре между поверхностями 8 емкости 1 нагревается, попадает в канавку 10, где при соприкосновении с газовой средой происходит процесс деструкции, затем опять попадает в следующий зазор между поверхностями, опять разогревается до температуры стенки емкости 1, попадает в следующую канавку 10, где опять происходит деструкция масла и т.д, Многократное повторение процессов способствует увеличению продуктов деструкции масла, наличие и количество которых можно контролировать по интенсивности полос ИК-спектра.Изменением потребляемой мощности секциями нагревателя 3 и торцовым нагревателем 4 в процессе эксперимента достигаются необходимые температурные условия деструкции с обеспечением заданных градиентов температур, Так, увеличение мощности верхних секций нагревателя 3 11081 Ь 1 О15го25ЗО35 404550 55 в сочетании в торцовым нагревателем 4 позволяет разогреть до большой температуры верхнюю часть емкости 1 и получить температурный режим с изменением температуры от максимальной до минимальной по направлению движения масла с постоянным или переменным градиентом.Увеличение мощности нижних секций нагревателя 3 приводит к повышению температуры в нижней части емкости 1 и позволяет получить температурный режим с изменением температуры от минимальной до максимальной по направлению движения масла также с различными градиентами.Предлагаемое устройство для термической деструкции масел выполнено проточным, что позволяет использовать его для проведения эксперимента в составе гидравлической системы, имитирующей систему смазки, отказаться от натурных испьгганий на двигателях и перейти к стендовым испытаниям с формированным температурным режимом, имитирующим температурный режим в двигателе внутреннего сгорания на разных режимах его работы.Повышение температуры в процессе испытаний возможно без ограничения в пределах, определенных свойствами масел. Это расширяет возможности эксперимента и позволяет снизить себестоимость испытаний.Как известно, повышение температуры масляной пленки на каждые 10 увеличивает выход продуктов деструкции в два раза. Следует ожидать, что повышение температуры масла на каждые 50 С приведет к увели -чению выхода продуктов деструкции в 2 = 32 раза, при этом продолжительность эксперимента, необходимая для получения одинакового количества продуктов деструкции, сократится тоже в 32 раза, Поэтому вполне реальным является сокращение продолжительности экспериментов на предлагаемой установке до 1 ч вместо 40 ч испытаний на установке ИКМ,Наличие кольцевых канавок и продольных пазов обеспечивает многократный контакт горячего масла с газовой средой, что увеличивает этот эффект.1105815 фиг,2 Заказ 5594/35 Тираж 823 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5