Способ прогнозирования показателей термоокислительной стабильности смазочных материалов

Авторы патента:

Лысянникова Наталья Николаевна (RU)

Шрам Вячеслав Геннадьевич (RU)

Петров Олег Николаевич (RU)

Ковальский Болеслав Иванович (RU)

G01N33/30 - для целей смазки

Владельцы патента RU 2695704:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" (RU)

Изобретение относится к технологии определения показателей термоокислительной стабильности смазочных материалов. Технический результат заключается в снижении трудоемкости за счет сокращения времени испытания при выбранной температуре в связи с возможностью использования результатов, полученных при трех одинаковых временных интервалах, и возможности прогнозирования с получением значений показателей расчетным методом. Для достижения технического результата предложен способ прогнозирования показателей термоокислительной стабильности смазочных материалов, при котором испытывают нагретую пробу смазочного материала в присутствии воздуха с перемешиванием постоянной массы в течение времени, а через равные промежутки времени отбирают пробу окисленного смазочного материала и проводят оценку процесса окисления. Согласно изобретению, для прогнозирования значений показателей термоокислительной стабильности при увеличении времени испытания смазочного материала при выбранной температуре используют результаты, полученные минимум при трех одинаковых временных интервалах, вычисляют количество тепловой энергии, поглощенной продуктами окисления, продуктами испарения, и суммарную поглощенную тепловую энергию при термостатировании смазочного материала, количество тепловой энергии определяют произведением значения температуры на время испытания и значение показателя термоокислительной стабильности, вычисляют десятичный логарифм поглощенной тепловой энергии каждым показателем термоокислительной стабильности в течение минимум трех выбранных интервалов времени испытания, строят графические зависимости десятичного логарифма поглощенной тепловой энергии каждым показателем термоокислительной стабильности от десятичного логарифма времени испытания, по которым прогнозируют значения оптической плотности, испаряемости и коэффициента термоокислительной стабильности при увеличении временного интервала испытания. 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к технологии определения показателей термоокислительной стабильности смазочных материалов.

Известен способ определения термоокислительной стабильности смазочных материалов, включающий нагревание смазочного материала в присутствии воздуха, перемешивание, фотометрирование и определение параметров процесса окисления (Патент РФ №2219530 C1, дата приоритета 11.04.2002, дата публикации 20.12.2003, авторы Ковальский Б.И. и др., RU).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является принятый в качестве прототипа способ прогнозирования показателей термоокислительной стабильности смазочных материалов, при котором испытывают пробу смазочного материала в присутствии воздуха с перемешиванием постоянной массы минимум при трех температурах, выбранных в зависимости от базовой основы, назначения и группы эксплуатационных свойств, в течение времени, характеризующего одинаковую степень окисления, причем через равные промежутки времени отбирают пробу окисленного смазочного материала и проводят оценку процесса окисления, причем для оценки процесса окисления определяют оптическую плотность, испаряемость и коэффициент термоокислительной стабильности, строят графические зависимости этих показателей от времени и трех выбранных температур испытания, определяют время достижения выбранных значений показателей термоокислительной стабильности от минимальной до максимальной величины при каждой температуре, определяют десятичный логарифм времени достижения выбранных значений показателей термоокислительной стабильности, строят графические зависимости десятичного логарифма времени достижения выбранных значений показателей термоокислительной стабильности от температуры испытания, а прогнозирование значений этих показателей при других температурах, отличных от принятых, осуществляют по значениям антилогарифмов времени достижения показателей термоокислительной стабильности для этих температур (Патент РФ №2649660, дата приоритета 03.05.2017, дата публикации 04.04.2018, авторы Ковальский Б.И. и др., RU, прототип).

Общим недостатком аналога и прототипа является невозможность прогнозирования значений показателей термоокислительной стабильности, включающих оптическую плотность, испаряемость и коэффициент термоокислительной стабильности в зависимости от времени испытания для любых температур.

Технической проблемой, решаемой изобретением, является создание способа прогнозирования значений показателей термоокислительной стабильности смазочных материалов в зависимости от времени испытания на основе данных, полученных минимум при трех значениях времени для выбранной температуры.

Для решения поставленной задачи предложен способ прогнозирования показателей термоокислительной стабильности смазочных материалов, при котором испытывают нагретую пробу смазочного материала в присутствии воздуха с перемешиванием постоянной массы в течение времени, а через равные промежутки времени отбирают пробу окисленного смазочного материала и проводят оценку процесса окисления. Согласно изобретению, для прогнозирования значений показателей термоокислительной стабильности при увеличении времени испытания смазочного материала при выбранной температуре используют результаты, полученные минимум при трех одинаковых временных интервалах, вычисляют количество тепловой энергии, поглощенной продуктами окисления, продуктами испарения и суммарную поглощенную тепловую энергию при термостатировании смазочного материала, количество тепловой энергии определяют произведением значения температуры на время испытания и значение показателя термоокислительной стабильности, вычисляют десятичный логарифм поглощенной тепловой энергии каждым показателем термоокислительной стабильности в течение минимум трех выбранных интервалов времени испытания, строят графические зависимости десятичного логарифма поглощенной тепловой энергии каждым показателем термоокислительной стабильности от десятичного логарифма времени испытания, по которым прогнозируют значения оптической плотности, испаряемости и коэффициента термоокислительной стабильности при увеличении временного интервала испытания.

В качестве примера приведен способ прогнозирования показателей термоокислительной стабильности, предусматривающий испытание частично синтетического моторного масла Total Quartz 10W-40 SL/CF при четырех температурах: 190°С, 180°С, 170°С и 160°С, и определение оптической плотности D, испаряемости G и коэффициента термоокислительной стабильности П_ТОС, причем при температурах 190 и 180°С испытания проводились до значения оптической плотности равной 0,5-0,6 ед, а при температурах 170 и 160°С испытания проводились в течение 30 часов и после каждых 10 часов испытания отбирались пробы окисленного масла для определения оптической плотности, испаряемости и коэффициента термоокислительной стабильности. Затем по полученным данным расчетным путем производилось прогнозирование показателей термоокислительной стабильности через 10 часов до 90 часов испытания для температуры 170°С и до 140 часов для температуры 160°С. Кроме того, испытания проб при температурах 170°С и 160°С продолжались в течение указанного времени (90 и 140 часов) для проверки сходимости экспериментальных и расчетных методов определения показателей термоокислительной стабильности.

На фиг. 1 представлены зависимости десятичного логарифма тепловой энергии, поглощенной продуктами окисления от десятичного логарифма времени и температуры испытания частично синтетического моторного масла Total Quartz 10W-40 SL/CF: 1 - 190°C; 2 - 180°C; 3 - 170°C; 4 - 160°C.

На фиг. 2 - зависимости десятичного логарифма тепловой энергии, поглощенной продуктами испарения от десятичного логарифма времени и температуры испытания частично синтетического моторного масла Total Quartz 10W-40 SL/CF: 1 - 190°C; 2 - 180°C; 3 - 170°C; 4 - 160°C.

На фиг. 3 - зависимости десятичного логарифма суммарной тепловой энергии, поглощенной продуктами окисления и испарения, характеризующей коэффициент термоокислительной стабильности, от десятичного логарифма времени и температуры испытания частично синтетического моторного масла Total Quartz 10W-40 SL/CF: 1 - 190°C; 2 - 180°C; 3 - 170°C; 4 - 160°C.

Для получения указанных графических зависимостей и реализации способа необходимо получить данные по оптической плотности, испаряемости и коэффициенту термоокислительной стабильности. Для этого пробы смазочного материала постоянной массы термостатируют при выбранных температурах с перемешиванием механической мешалкой с постоянной частотой вращения. Через равные промежутки времени, например 10 часов, пробу окисленного смазочного материала взвешивают, определяют массу испарившегося масла m и вычисляют коэффициент испаряемости К_G

где m - масса испарившегося смазочного материала за время окисления (10 часов), г; М - масса пробы смазочного материала до испытания, г.

Отбирают часть окисленной пробы для фотометрирования и определения оптической плотности D

где 300 - показания фотометра при незаполненной кювете, мкА; П - показания фотометра при заполненной кювете окисленным маслом, мкА.

По данным D и К_G вычислялся коэффициент термоокислительной стабильности П_ТОС

При термостатировании смазочных материалов часть тепловой энергии поглощается продуктами окисления, изменяя оптическую плотность, а часть - продуктами испарения, изменяя массу испарившегося смазочного материала, поэтому количество тепловой энергии Q, поглощенной продуктами окисления и испарения предлагается определить произведением:

- для оптической плотности

где Т - температура термостатирования, °С; t - время испытания, ч; D - оптическая плотность за время t, ед;

- для испаряемости

где G - испаряемость масла, г;

- для коэффициента термоокислительной стабильности

Результаты испытания и вычисления показателей термоокислительной стабильности сведены в таблицу и представлены зависимостями: lgQ_D=ƒ(lgt,T) (фиг. 1); lgQ_G=ƒ(lgt,T) (фиг. 2) и (фиг. 3).

На фиг. 1 представлены зависимости десятичного логарифма тепловой энергии, поглощенной продуктами окисления от десятичного логарифма времени и температуры испытания исследуемого моторного масла. При температуре 190°С (кривая 1) масло испытывалось 40 часов, а при температуре 180°С - 60 часов (кривая 2). Данные зависимости описываются линейными уравнениями для температур:

Для температур 170°С (кривая 3) и 160°С (кривая 4) исследуемое масло испытывалось вначале 30 часов, при этом анализ производился через 10 часов. По результатам трех значений десятичного логарифма тепловой энергии, поглощенной продуктами окисления построены графические зависимости от десятичного логарифма времени, которые описываются линейными уравнениями для температур:

По формулам 9 и 10 рассчитаны значения lgQ_D для времени испытания исследуемого масла при температуре 170°С до 90 часов испытания (lgt=1,954) и температурах 160°С до 140 часов (lgt=2,146) с увеличением времени на 10 часов и отбором проб масел для анализа.

Например, при температуре 160°С необходимо определить значение оптической плотности за время испытания 50 часов (lgt=1,7) используя формулу (10) или фиг. 1. Вначале определяется десятичный логарифм тепловой энергии, поглощенной продуктами окисления

так как Q_D=T⋅t⋅D и антилогарифм 2,673 составляет 470,98, а так как 470,98=T⋅t⋅D=160⋅50⋅D, то D=470,98/8000=0,059 ед.

Сравнивая с экспериментальными данными (см. табл.), при времени испытания 50 часов оптическая плотность составила 0,06. Относительная погрешность составила 1,66%.

Дальнейшие испытания исследуемого масла при температурах 170 и 160°С показали, что экспериментальные данные ложились на прямые 3 и 4.

Аналогичным образом построены зависимости десятичного логарифма тепловой энергии, поглощенной продуктами испарения (фиг. 2) от десятичного логарифма времени испытания. Данные зависимости описываются линейными уравнениями для температур:

По формулам 14 и 15 рассчитаны значения lgQ_G для времени испытания исследуемого масла при температурах 170 и 160°С. Например, при температуре 160°С необходимо определить значение испаряемости за время испытания 50 часов (lgt=1,7), используя формулу (15) или фиг. 2. Определяется десятичный логарифм тепловой энергии, поглощенной продуктами испарения

так как Q_G=T⋅t⋅G=4,2545, а антилогарифм 4,2545 составляет 17968, а так как 17968=T⋅t⋅G=160⋅50⋅G, то G=17968/8000=2,246 г.

Сравнивая с экспериментальными данными (см. табл.), при времени испытания 50 часов испаряемость составила 2,2316 г. Относительная погрешность составила 0,64%.

Аналогичным образом построены зависимости десятичного логарифма суммарной тепловой энергии, поглощенной продуктами окисления и испарения от десятичного логарифма времени испытания (фиг. 3). Данные зависимости описываются линейными уравнениями для температур:

По формулам 19 и 20 рассчитаны значения для времени испытания исследуемого масла при температурах 170 и 160°С. Например, при температуре 160°С необходимо определить значение коэффициента термоокислительной стабильности П_ТОС за время испытания 50 часов (lgt=1,7) используя формулу (20) или фиг. 3, определяется десятичный логарифм суммарной тепловой энергии, поглощенной продуктами окислении и испарения

так как и антилогарифм 2,85 составляет 707,95, а так как 707,95=T⋅t⋅П_ТОС=160⋅50⋅П_ТОС, то П_ТОС=707,95/8000=0,0885 ед.

Сравнивая расчетные данные коэффициента термоокислительной стабильности П_ТОС=0,0885 ед с экспериментальными (см. табл.) П_ТОС=0,0927 ед, установили, что относительная погрешность составила 4,5%.

Используя уравнения 7-20, можно прогнозировать значения показателей термоокислительной стабильности D, G и П_ТОС для любого времени испытания, используя зависимости, полученные при трех диапазонах времени испытания.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет снизить трудоемкость определения показателей термоокислительной стабильности в широком интервале времени более чем в два раза и промышленно применимо.

При этом технический результат, достигаемый при реализации способа прогнозирования показателей термоокислительной стабильности смазочных материалов, заключается в снижении трудоемкости за счет сокращения времени испытания при выбранной температуре в связи с возможностью использования результатов, полученных при трех одинаковых временных интервалах, и возможности прогнозирования с получением значений показателей расчетным методом.

Способ прогнозирования показателей термоокислительной стабильности смазочных материалов

Способ прогнозирования показателей термоокислительной стабильности смазочных материалов, при котором испытывают нагретую пробу смазочного материала в присутствии воздуха с перемешиванием постоянной массы в течение времени, а через равные промежутки времени отбирают пробу окисленного смазочного материала и проводят оценку процесса окисления, отличающийся тем, что для прогнозирования значений показателей термоокислительной стабильности при увеличении времени испытания смазочного материала при выбранной температуре используют результаты, полученные минимум при трех одинаковых временных интервалах, вычисляют количество тепловой энергии, поглощенной продуктами окисления, продуктами испарения и суммарную поглощенную тепловую энергию при термостатировании смазочного материала, количество тепловой энергии определяют произведением значения температуры на время испытания и значение показателя термоокислительной стабильности, вычисляют десятичный логарифм поглощенной тепловой энергии каждым показателем термоокислительной стабильности в течение минимум трех выбранных интервалов времени испытания, строят графические зависимости десятичного логарифма поглощенной тепловой энергии каждым показателем термоокислительной стабильности от десятичного логарифма времени испытания, по которым прогнозируют значение оптической плотности, испаряемости и коэффициента термоокислительной стабильности при увеличении временного интервала испытания.

Изобретение предлагает устройство для определения деаэрирующих свойств масел, включающее прозрачный термостат с помещенным в него мерным стеклянным цилиндром объемом 250 мл, заполняемым маслом и снабженным фиксатором, внутри мерного стеклянного цилиндра находится датчик-аэратор, состоящий из диэлектрической измерительной ячейки, образованной двумя соосными металлическими пустотелыми цилиндрами, разделенными диэлектрическими прокладками и упорами, подсоединенной к прецизионному измерителю емкости непосредственно за трубку для подачи воздуха и контактный электрод, сферического металлокерамического газового диффузора, диаметр которого составляет около 25,4 мм, размер пор 5 мкм, размещенного в нижней части упомянутой трубки, используемой также для подачи воздуха, пеногасителя, размещенного в верхней части трубки.

Способ определения термоокислительной стабильности и температурной стойкости смазочных материалов // 2685582

Изобретение относится к технологии оценки качества жидких смазочных материалов. Предложен способ определения термоокислительной стабильности и температурной стойкости смазочных материалов, при котором испытывают пробы смазочного материала постоянной массы в присутствии воздуха при температурах ниже критической, выбранных в зависимости от базовой основы, назначения смазочного материала и группы эксплуатационных свойств, в течение времени, характеризующего одинаковую степень окисления.

Способ определения температурной области работоспособности смазочных материалов // 2650602

Изобретение относится к технологии оценки качества жидких смазочных материалов. Предложен способ определения температурной области работоспособности смазочных материалов, при котором испытывают пробу смазочного материала в присутствии воздуха с перемешиванием, постоянной массы, минимум, при трех температурах, выбранных в зависимости от базовой основы и группы эксплуатационных свойств, в течение времени, характеризующего одинаковую степень окисления.

Способ прогнозирования показателей термоокислительной стабильности смазочных материалов // 2649660

Изобретение относится к технологии определения показателей термоокислительной стабильности смазочных материалов. Предложен способ прогнозирования показателей термоокислительной стабильности смазочных материалов, при котором испытывают пробу смазочного материала в присутствии воздуха с перемешиванием постоянной массы минимум при трех температурах, выбранных в зависимости от базовой основы, назначения и группы эксплуатационных свойств, в течение времени, характеризующего одинаковую степень окисления.

Способ оценки эффективности смазочных материалов // 2646811

Изобретение относится к исследованию трибологических свойств смазочных материалов, используемых в машиностроении. Способ заключается в эксплуатации пары трения в присутствии смазки, пропускании через нее электрического тока при неподвижной паре трения и при установившемся режиме трения, при этом определяют электрическую емкость между верхней и нижней поверхностями пары трения палец-диск в присутствии слоя смазки и по полученным показаниям судят о диэлектрической проницаемости исследуемого материала и ориентации молекул в слое, при этом чем больше коэффициент упорядоченности молекул в ориентированном слое (ближе к единице), а вектор преимущественной ориентации молекул совпадает с вектором электрического поля, создаваемого вследствие измерения емкости, тем диэлектрическая проницаемость смазочного материала выше и выше смазочные свойства испытуемого образца; совместно с измерениями емкости производят измерение толщины пленки с помощью лазерного измерителя; результаты получают при неподвижной паре трения и при установившемся режиме трения, после чего судят об эффективности смазочного материала и о роли трибоактивных компонентов в составе смазочного материала путем сопоставления данных испытания с требуемыми параметрами.

Способ оценки эффективности смазочных материалов // 2646796

Изобретение относится к исследованию трибологических свойств смазочных материалов, используемых в узлах трения. Способ основан на использовании верхнего и нижнего слоя поверхностей трения в присутствии исследуемого слоя смазки между ними, при этом формируют молекулярную модель пары трения с рандомизированным расположением молекул в смазочном слое с использованием ЭВМ и программы молекулярного моделирования, реализующей методы молекулярной механики, молекулярной динамики и квантовой химии, при этом после размещения двух параллельных слоев поверхностей трения с исследуемым слоем смазки между ними, проводят, используя процедуры минимизации энергии системы, оптимизацию положения молекул в смазочном слое, после чего находят межфазную поверхностную энергию, путем определения разницы энергий системы до взаимодействия смазочного слоя с поверхностью трения и после взаимодействия; затем осуществляют циклический сдвиг верхней поверхности трения относительно нижней, сохраняя параллельность заданное количество раз, повторяя процесс оптимизации положения молекул на каждом шаге сдвига, вследствие чего молекулы в смазочном слое принимают определенное геометрическое расположение в пространстве; после чего с учетом расположения молекул относительно поверхностей трения по известным зависимостям рассчитывают ориентационный коэффициент, а коэффициент упорядоченности молекул в смазочном слое рассчитывают из заданного соотношения, затем с помощью программы молекулярного моделирования рассчитывают потенциальную энергию системы, при этом ориентационный коэффициент, коэффициент упорядоченности молекул в смазочном слое и максимальное значение потенциальной энергии системы коррелируют с напряжением сдвига и, соответственно, силой трения; после чего по полученным данным определяют наиболее эффективное смазочное средство, которое обладает наименьшим напряжением сдвига при наименьшем значении потенциальной энергии системы и наибольших ориентационном коэффициенте и коэффициенте упорядоченности.

Потоковый анализатор общей засоленности диэтиленгликоля (паоз) // 2640962

Изобретение относится к области автоматического измерения физико-химических параметров жидкостей. Устройство содержит блок регистрации и управления, состоящий из вычислителя с программным обеспечением, включающего в себя алгоритм вычисления численных значений степени засоленности ДЭГ, который соединен передающими кабелями с терминалом ввода и отображения информации, дискретного модуля для управления установкой абсорбционной осушки газа и аналогового модуля для преобразования сигнала, полученного от кондуктометрического датчика, соединенных с вычислителем и блоком питания, измерительный модуль, состоящий из преобразователя сигналов и кондуктометрического датчика, соединенный с преобразователем сигналов специальным кабелем.

Способ определения температуры вспышки смазочных масел // 2640318

Изобретение относится к области испытания материалов с помощью нагрева, в частности к технологии определения температуры вспышки смазочных масел без применения поджога паров, и может быть использовано при оценке эксплуатационных характеристик товарных и работающих смазочных масел.

Способ определения термоокислительной стабильности смазочных материалов // 2637621

Изобретение относится к технологии оценки качества жидких смазочных материалов. При осуществлении способа испытывают пробы смазочного материала постоянной массы в присутствии воздуха, при оптимальных температурах ниже критической, выбранных в зависимости от базовой основы смазочного материала и группы эксплуатационных свойств, в течение времени, характеризующего одинаковую степень окисления, причем через равные промежутки времени отбирают пробу окисленного смазочного материала, фотометрируют ее, определяют параметры термоокислительной стабильности и проводят оценку процесса окисления.

Способ оценки склонности масел к образованию высокотемпературных отложений // 2635455

Изобретение относится к области анализа материалов, преимущественно смазочных масел, в частности для оценки влияния масел на поверхности деталей цилиндропоршневой группы и коленчатого вала двигателей внутреннего сгорания в зонах высоких температур.