Устройство для термической деструкции масел

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ДЕСТРУКЦИИ МАСЕЛ, содержащее емкость для окисления масла в тонком слое с размещенными в ней с зазором испарителем и нагревателем, отличающееся тем, что, с целью расширения возможности исследования деструкции масел в условиях , приближенных к реальным, оно дополнительно снабжено торцовым нагревателем, а испаритель вьшолнен в виде неподвижно установленного поршня продольными пазами по образующей и кольцевыми канавками. (Л СП 00 ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧ ЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) 3(5D G 01 N 33 28

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (ay,„g (21) 3582154/23-26 (22) 21 .04 . 83 (46) 30.07.84. Бюл. 11 - 28 (72) Л.А. Ашкинази, А. C . .Куракин, А. Б. Порай-Кошиц, Н.А. Ряполова, Л.Д. Ряполов и В.А. Сомов (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 N 33/28, 1980. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ДЕСТРУКЦИИ МАСЕЛ, содержащее емкость для окисления масла в тонком слое с размещенными в ней с зазором 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 торцовым нагревателем, а испаритель выполнен в виде неподвижно установленного поршня 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, 1105815 расположенных снаружи вдоль емкости, каждая из которых снабжена системой регулирования мощности.!

9

Изобретение относится к химической промышленности и может бьггь использовано в лабораториях при исследовании влияния различных присадок, в частности твердых ингибиторов старения, и пакетов присадок на термическую стабильность и антиокислительные свойства моторных масел и их работоспособность.

Для изучения термической деструк- 10 ции моторных масел может быть использована, например, известная установка ИКМ, применяемая в настоящее время промышленностью для оценки антиокислительных свойств 15 моторных масел. Установка ИКИ представляет собой двигатель внутреннего сгорания, имеющий цилиндр, вставленный в него поршень и нагреватели для предварительного разогрева масла,20

Для проведения испытания в картер двигателя заливают масло, нагревают его до 70 С, затем пускают двигатель и производят обкатку в течение 4 ч. После обкатки производят замену отработанного масла свежим, нагревают его до 70 С, прокручивают двигатель электромотором в течение

2 мин и пускают двигатель. Испьгтание проводят в течение 40 ч этапами по 30

10 ч при температуре головки цилиндра (под свечой) 250 С и температуре масла в картеле 120 С 1J.

Недостатком установки ИКИ явля- 35 ются ограниченные возможности эксперимента, что обусловлено невозможностью испытаний при повышенных температурных режимах. Это связано с тем, что черезмерное увеличение тем- 40 пературы может привести к черезмерным температурным деформациям деталей, заклиниванию поршня и выходу из строя двигателя. Следовательно, установка не может обеспечить проведение экс- 4 периментов при высоких температурах, имитирующих условия работы масла в двигателе внутреннего сгорания.

Известно устройство для оценки термоокислительной стабильности масел, которое может бьггь использовано для исследования деструкции моторных масел, Устройство содержит узел окисления масла в тонком слое, имеющий емкость, внутри которой размещен нагреватель с надевающимся на него стаканом. Масло нагревается до заданной температуры и попадает в кольцевую камеру, образованную стенками емкости и стакана, где омывает стенки, нагретые до высокой температуры (на

50-100 выше температуры масла в резервуаре) ) 2 ).

Недостаток устройства заключается в ограниченных возможностях исследования деструкции масел, так как оно не может обеспечить условий эксперимента, близких к условиям работы моторных масел в двигателях внутреннего сгорания. Так, устройство не может обеспечить нагрев поверхностей с заданным графиком температур, что важно для двигателей внутреннего сгорания, где температура изменяется от максимальной в камере сгорания до минимальной в районе картера.

Кроме того, поверхности емкости и стакана, образующие кольцевую камеру, являются гладкостенными,поэтому процесс деструкции проходит без существенных изменений условий только в тонком слое масла кольцевой камеры. В реальном двигателе процесс деструкции происходит как в кольцевом зазоре между поршнем и цилиндром, который в исправном и прогретом двигателе практически равен 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 деструк1105815

55 ции масел, состоящее из емкости для окисления масла в тонком слое с размещенными в ней с зазором испарителем и нагревателем, дополнительно снабжено торцовым нагревателем,а испаритель выполнен в виде неподвижно установленного поршня с продольными пазами по образующей и кольцевыми канавками.

При этом нагреватель выполнен из отдельных секций, расположенных снаружи вдоль емкости, каждая из которых снабжена системой регулирования мощности.

На фиг.1 показано предлагаемое устройство для термической деструкции масел; на фиг.2 — разрез А-А на фиг. 1.

Устройство состоит иэ емкости 1, испарителя, выполненного в виде поршня 2, неподвижно установленного внутри емкости.

Для имитации различных типов двигателей зазор между внутренней поверхностью емкости и внешней поверхностью испарителя устройства выполнен соответствующим зазору между цилиндром и поршнем двига— теля, т.е. находится в пределах

0,02-0,4 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 нерав5

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 периметру верхней торцовой крышки 11 и в стенке емкости имеются продольные отверстия 13 различной глубины, в которые устанавливаются термометры или термопары.

Устройство работает следующим образом.

Для имитации условий работы масла в двигателях внутреннего сгорания 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 (500 С) а в нижней части цилиндра — до температуры вспышки (210 С) .

Для определения термоокислительной стабильности масел устройство через трубопровод 7 заполняется воздухом. Верхняя и нижняя части о емкости 1 разогреваются до 250 С

5 1 при испытании минеральных масел, до 350 С при испьггании синтетических

0 масел 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, SO SOp N О, NO ) 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 мощ— ности верхних секций нагревателя 3

105815

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

Заказ 5594/35

Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4

Составитель О. Чернуха

Редактор M. Циткина Техред О.Неце Корректор М. Шароши