Прибор для оценки эксплуатационных свойств моторных масел

 

Изобретение относится к устройствам для окисления масел при оценке эксплуатационных свойств. Прибор для оценки эксплуатационных свойств моторных масел включает в себя рабочую камеру с электроподогревом, разбрызгиватель, холодильник для летучих продуктов окисления с возвратом конденсата и измеритель температуры. Рабочая камера выполнена в виде цилиндрического съемного стакана, установленного с возможностью герметичной фиксации, на верхней части которого размещена съемная втулка, разбрызгиватель выполнен в виде полого конуса, вершина которого имеет отверстие и погружена в исследуемое масло, у основания разбрызгивателя против съемной втулки стакана выполнены отверстия для распыления масла, при этом разбрызгиватель помещен внутрь стакана соосно ему и установлен на валу, установленном в свою очередь в подшипниках, под разбрызгивателем установлена барботажная трубка, выполненная с возможностью подачи окислителя и отбора пробы масла из стакана для анализа с помощью всасывающего устройства, холодильник для летучих продуктов окисления установлен над рабочей камерой и выполнен в виде полого цилиндра с входным и выходным штуцерами для хладагента и фланцами, нижний из которых выполнен с образованием конической поверхности, вершиной направленной вовнутрь холодильника, а верхний герметично закрыт крышкой, которая с нижним фланцем соединена герметично. Данный прибор обеспечивает определение температурной области работоспособности моторного масла, скорости его окисления и коррозионной активности в зависимости от времени и температуры испытания. 3 ил.

Изобретение относится к устройствам для окисления масел при оценке эксплуатационных свойств.

Известен универсальный аппарат окисления (ГОСТ 18136 - 72, с. 2 - 4), включающий блок нагревательный алюминиевый, внутри которого располагаются шесть гнезд - карманов для размещения испытательных сосудов. Блок нагревается с помощью электронагревателей, поддерживающих температуру от 40 до 250^oС с погрешностью ± 0,5^oС. Сосуды испытательные выполнены из термостойкого стекла и включают холодильник, трубу для подвода газа, ловушку конденсата, гильзу со шлифом, переходную трубку, крючок для подвешивания катализатора, капилляр и пробирку.

Аппарат предусматривает окисление испытуемого масла воздухом или кислородом в присутствии катализатора или без него при заданной температуре. Стабильность масла против окисления характеризуется следующими показателями: кислотное число, число омыления, вязкость, содержание смол, коксуемость, содержание нерастворимого осадка, тангенс угла диэлектрических потерь, объемное удельное электрическое сопротивление, цвет и масса катализатора, внешний вид, цвет и масса конденсата.

Недостатком известного технического решения является то, что использование аппарата не предусматривает возможность определения температурной области работоспособности смазочных масел и их скорость окисления в зависимости от изменения температурного режима испытания.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является прибор для оценки эксплуатационных свойств моторных масел, включающий рабочую камеру, выполненную в виде цилиндрической трубки с электроподогревом, разбрызгиватель, выполненный в виде установленных под углом к рабочей камере трубки с соплом для подачи масла, сборную емкость, внешнюю баню с электроподогревом, холодильник для летучих продуктов окисления, трубку возврата конденсата и контактный термометр (авт. св СССР 179083, G 01 N 33/28, G 01 N 25/14, 1966).

Недостатком известного технического решения является то, что использование воздуха для распыления масла и качество его распыления зависит от его вязкости (или температуры), расхода воздуха, а попадание его в рабочую камеру снижает ее температуру, что отрицательно влияет на оценку окисления масла. Кроме того, известным устройством не представляется возможным определить температурную область работоспособности масла, в которой оно практически не окисляется, скорость окисления, используемую для оценки ресурса работы масла, и коррозионную активность.

Задачей изобретения является создание прибора, обеспечивающего определение температурной области работоспособности моторного масла, скорости его окисления и коррозионной активности в зависимости от времени и температуры испытания.

Поставленная задача решается тем, что в приборе для оценки эксплуатационных свойств моторных масел, включающем рабочую камеру с электроподогревом, разбрызгиватель, холодильник для летучих продуктов окисления с возвратом конденсата и измеритель температуры, согласно изобретению, рабочая камера выполнена в виде цилиндрического съемного стакана, установленного с возможностью герметичной фиксации, на верхней части которого размещена съемная втулка, разбрызгиватель выполнен в виде полого конуса, вершина которого имеет отверстие и погружена в исследуемое масло, у основания разбрызгивателя против съемной втулки стакана выполнены отверстия для распыления масла, при этом разбрызгиватель помещен внутрь стакана соосно ему и установлен на валу, установленном в свою очередь в подшипниках, под разбрызгивателем установлена барботажная трубка, выполненная с возможностью подачи окислителя и отбора пробы масла из стакана для анализа, с помощью всасывающего устройства, холодильник для летучих продуктов окисления установлен над рабочей камерой и выполнен в виде полого цилиндра с входным и выходным штуцерами для хладагента и фланцами, нижний из которых выполнен с образованием конической поверхности, вершиной направленной вовнутрь холодильника, а верхний плотно закрыт крышкой, которая с нижним фланцем соединена герметично.

Сравнительный анализ прототипа и заявляемого прибора показал, что последний обладает следующими отличительными признаками.

Выполнение рабочей камеры в виде съемного стакана с установленной в нем съемной втулкой, снабжение прибора разбрызгивателем, превращающего масло в мелкодисперсную фазу, и барботажной трубки для подачи окислителя и устройством для отбора пробы испытуемого масла, установка холодильника над рабочей камерой, обеспечивающего слив конденсата в стакан, и снабжение прибора трубкой отвода окислителя - все эти конструктивные признаки направлены на решение поставленной задачи - оценки эксплуатационных свойств моторного масла по определению: температурной области работоспособности моторного масла, скорости окисления и коррозионной активности в зависимости от времени и температуры испытания.

На фиг. 1 показан общий вид прибора; на фиг.2 - зависимость показателя окисления масла от температуры; на фиг.3 - зависимость показателя окисления от времени окисления.

Прибор содержит три блока, герметично соединенных между собой. В нижнем блоке размещена рабочая камера для исследуемого масла, выполненная в виде цилиндрического съемного стакана 1, установленного соосно в корпусе 2 электрообогревателя 3, изолированного от окружающей среды термоизоляцией 4 и герметично фиксируемого поджимным устройством 5. На верхней части стакана 1 установлена съемная втулка 6, предназначенная для исследования склонности масел к лаконагарообразованию и коррозионной активности. Причем для исследования лако- и нагарообразования втулка 6 изготовляется из алюминия, а для определения коррозионной активности масел и ускорения процесса окисления изготовляется из стали, меди или ее сплавов.

Стакан 1 вынимается из корпуса 2 электронагревателя с помощью ручки 7 при отжиме устройства 5. Внутри стакана 1 соосно установлен разбрызгиватель 8, выполненный в виде полого конуса с отверстием 9 на вершине, которая погружена в исследуемое масло. У основания разбрызгивателя 8 выполнены отверстия 10 для распыления масла на съемную втулку 6. Под разбрызгивателем 8, выполняющим роль мешалки, для обеспечения постоянной температуры в объеме исследуемого масла, установлены барботажная трубка 11 для подачи окислителя (воздуха) и термопара 12.

Барботажная трубка 11 соединена с компрессором 13 расходомером 14, регулятором подачи окислителя 15 и устройством 16 отбора пробы исследуемого масла в процессе испытания.

Термопара 12 соединена с блоком 17 регулирования температуры, включающим: задатчик температуры, схемы сравнения, регистрации и индикации и соединенным с нагревателем 3. Блок 17 обеспечивает дискретное задание необходимой температуры и ее автоматическое поддержание в течение времени испытания исследуемого масла. Средний блок прибора выполнен в виде полого цилиндра 18 с отверстиями для ввода барботажной трубки 11, герметичного ввода 19 термопары 12 и трубки 20 вывода воздуха.

Верхний блок - холодильник, представляет собой полый цилиндр 21с входным 22 и выходным 23 штуцерами для подвода и отвода хладагента (вода) и двух фланцев, нижний из которых 24 выполнен с конической поверхностью 25, вершина которой направлена внутрь цилиндра 21. Такое конструктивное выполнение нижнего фланца 24 обеспечивает конденсацию паров масел и слив конденсата в рабочую камеру 1. На цилиндрической втулке 26, выполненной заодно с фланцем 24, установлен подшипник 27 вала 28 разбрызгивателя 8.

Верхний фланец 29 цилиндра 21 герметично закрыт крышкой 30, выполненной с верхней втулкой 31, в которой установлен электропривод 32, и нижней втулкой 33, в которой установлен подшипник 34 вала 28 разбрызгивателя 8. Втулки 26 и 33 герметично соединены и тем самым исключают попадание хладагента в рабочую камеру 1 и обеспечивают нормальный температурный режим работы подшипников 27 и 34.

Прибор работает следующим образом.

В связи с тем, что эксплуатационные свойства масел оцениваются по таким показателям, как: температурная область работоспособности масла, скорость окисления, коррозионная активность и лако- и нагарообразование, то работу прибора рассмотрим с учетом определения этих показателей.

Для определения температурной области работоспособности испытуемого масла, испытания проводятся в диапазоне температур от 50 до 180^oС через интервал 10-20^oС в течение двух часов для каждой температуры. Перед испытанием масло фотометрируют и определяют оптическую плотность.

Рабочая камера 1 наполняется исследуемым маслом в объеме 100 г и с помощью ручки 7 устанавливается в корпусе 2 электронагревателя 3 и герметично фиксируется поджимным устройством 5.

Включается подача хладагента (вода), который через входной штуцер 22, полый цилиндр 21 поступает к выходному штуцеру 23. Одновременно включается электронагреватель 3, соединенный с блоком 17, с помощью которого по стрелочному индикатору устанавливается необходимая температура испытуемого масла, регистрируемого термопарой 12. Температура масла в процессе испытания поддерживается автоматически и регистрируется стрелочным индикатором.

После достижения установленной температуры отключается индикатор работы нагревателя 3 (светодиод) и сам нагреватель, включается компрессор 13 и с помощью крана 15 устанавливается расход окислителя по расходомеру 14 и фиксируется время начала испытания. Одновременно с включением компрессора 13 включается привод 32 вращения разбрызгивателя 8, который при вращении за счет центробежных сил качает масло с окислителем через отверстие 9 по конусной поверхности к отверстиям 10 для превращения его в мелкодисперсное состояние.

Окислитель (воздух) от компрессора 13 через регулятор подачи 15, расходомер 14 поступает в барботажную трубку 11 и через ее отверстия, погруженные в масло, проходит через объем масла в рабочей камере 1 и через слой мелкодисперсной фазы масла, образуемый его распылением, отверстиями 10 вступает в контакт с холодной конической поверхностью 25 фланца 24 холодильника 21. После конденсации паров масел окислитель через трубку 20 выходит в атмосферу, а конденсат стекает по конусной поверхности 25 в рабочую камеру 1 для продолжения окисления.

Взаимодействие окислителя с маслом в объеме, на внутренней конической поверхности разбрызгивателя 8, с мелкодисперсной фазой и в тонком слое масла, стекаемого по поверхности съемной втулки 6, обеспечивает увеличение времени контакта окислителя с маслом, что увеличивает скорость его окисления, а значит время испытания.

После двух часов испытания выключается компрессор 13, закрывается кран 15 и с помощью устройства 16 (шприц) отбирается проба масла и определяется его оптическая плотность. Затем устанавливается новое значение температуры (больше предыдущего на 10-20^oС), включается компрессор 13, задается расход окислителя и после достижения заданной температуры фиксируется время начала испытания масла при новых температурных условиях.

Испытания проводят до тех пор, пока при какой-то температуре не произойдет резкое изменение оптической плотности исследуемого масла. Данная температура и является предельной температурой работоспособности исследуемого масла. По результатам испытания строят зависимости изменения оптической плотности масла от температуры испытания (фиг.2).

Согласно приведенным зависимостям (фиг.2) температурная область работоспособности масла М-8-В(и) ограничивается температурой 150^oС, а масло 10 W 30 - 160^oС.

После испытания отвинчивается поджимное устройство 5, с помощью ручки 7 вынимается стакан 1, сливается исследуемое масло, промывается стакан, заполняется промывочной жидкостью и устанавливается в корпус 2 нагревателя 3. Затем включается разбрызгиватель 8 для промывки и промывается барботажная трубка 11 и устройство 16 отбора проб масла.

Работа прибора при определении скорости окисления масла аналогична описанной выше с той лишь разницей, что окисление проводят при постоянной температуре на 5-10^oС выше температуры начала окисления, определяемой по зависимостям фиг. 2, или при температуре, указанной в технических условиях на испытание масла.

После достижения установленной температуры включается компрессор 13, устанавливается заданный расход окислителя краном 15 по расходомеру 14, включается разбрызгиватель 8 и фиксируется время начала окисления. Через каждых два часа отбирается проба масла устройством 16 для фотометрирования и определения степени окисления. По полученным значениям оптической плотности строят зависимость (фиг. 3) от времени окисления, по углу наклона которой определяют скорость окисления. Чем меньше скорость окисления масла, тем выше его термоокислительная стабильность.

Согласно приведенным данным (фиг.3) наименьшей скоростью окисления обладает масло 10 W 30, а наибольшей - М-8-В(и). Так, например, показатель окисления, равный 0,3, масла М-8-В(и) достигает за 4,7 часа, масло М-8-В - за 5,6 часа, а масло 10 W 30 - за 16,4 часа, поэтому наибольшим ресурсом работы обладает масло 10 W 30.

Работа прибора по определению склонности масла к лако- и нагарообразованию аналогична описанной с той лишь разницей, что масло испытывают в диапазоне температур от 180 до 350^oС. При этом начальную температуру задают 180^oС и увеличивают ее значение ступенчато на 10-20^oС, а время испытания увеличивают до 4 ч.

Перед испытаниями съемная втулка 6, изготовленная из алюминия или его сплавов, взвешивается с точностью 0,002 г. После каждых 4 ч испытания стакан 1 вынимается из корпуса 2 нагревателя 3, снимается втулка 6, обезжиривается, сушится, взвешивается и определяется количество отложений в зависимости от температуры испытания.

Для определения коррозионной активности исследуемого масла съемную втулку 6 применяют из стали, меди или ее сплавов и по разности ее веса до и после испытания определяют коррозионную активность. Эти же съемные втулки используют как катализаторы для увеличения скорости окисления масла.

Использование прибора позволяет проводить испытание как чистых, так и работающих масел, как с катализатором, так и без него, и оценить эксплуатационные свойства моторных масел по таким показателям, как: температурная область работоспособности, скорость окисления, коррозионная активность и склонность к лако- и нагарообразованию, что позволяет проводить отбор лучших образцов масел и оценить изменение их эксплуатационных свойств при использовании в двигателях внутреннего сгорания.

Формула изобретения

Прибор для оценки эксплуатационных свойств моторных масел, включающий рабочую камеру с электроподогревом, разбрызгиватель, холодильник для летучих продуктов окисления с возвратом конденсата и измеритель температуры, отличающийся тем, что рабочая камера выполнена в виде цилиндрического съемного стакана, установленного с возможностью герметичной фиксации, на верхней части которого размещена съемная втулка, разбрызгиватель выполнен в виде полого конуса, вершина которого имеет отверстие и погружена в исследуемое масло, у основания разбрызгивателя против съемной втулки стакана выполнены отверстия для распыления масла, при этом разбрызгиватель помещен внутрь стакана соосно ему и установлен на валу, установленном в свою очередь в подшипниках, под разбрызгивателем установлена барбатажная трубка, выполненная с возможностью подачи окислителя и отбора пробы масла из стакана для анализа с помощью всасывающего устройства, холодильник для летучих продуктов окисления установлен над рабочей камерой и выполнен в виде полого цилиндра с входным и выходным штуцерами для хладагента и фланцами, нижний из которых выполнен с образованием конической поверхности, вершиной направленной во внутрь холодильника, а верхний герметично закрыт крышкой, которая с нижним фланцем соединена герметично.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3