Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ЦЕНТРОБЕЖНОЙ ОЧИСТКИ РАБОТАЮЩИХ МОТОРНЫХ МАСЕЛ С УЧЕТОМ ШЛИДИСПЕРСНОСТИ ЧАСТИЦ ЗАГРЯЗНЕНИЙ 18
1.1. Процессы старения работающих моторных масел, характеристики и влияние продуктов загрязнений на техническое состояние двигателя 18
1.2. Сравнительные характеристики сепараторов, используемых на судах для очистки масел 32
1.3. Анализ основных уравнений центробежной очистки работающих моторных масел 43
ГЛАВА II. МЕТОДЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ОІВДЕЇЇЕНИЯ ДИСПЕРСНОГО СОСТАВА ТВЕРДЫХ ФАЗ В ЖИДКИХ ВЯЗКИХ СРЕДАХ 56
2.1. Выбор и разработка метода дисперсионного анализа 56
2.2. Разработка устройства для дисперсионного анализа, обеспечивающего эффективное определение параметров функции массового распределения частиц твердой фазы в жидких дисперсных системах
2,3. Методика и результаты эталонирования устройства 82
2.4. Оценка погрешности анализа при использовании предлагаемого метода и разработанного устройства 107
ГЛАВА III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИСПЕРСНОГО СОСТАВА ПРОДУКТОВ ЗАГРЯЗНЕНИЙ РАБОТАЮЩИХ МОТОРНЫХ
МАСЕЛ 114
3.1. Методика исследований 114
3.2. Результаты исследований дисперсного состава продуктов загрязнений работающих моторных масел 118
ГЛАВА 17. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНЫХ РЕШМОВ РАБОТЫ СЕПАРА ТОРОВ С 7ЧЕТ0М ШЛЩЩСПЕРСНОСТЙ ПРОДУКТОВ ЗАГРЯЗНЕНИЙ I27
4.1. Расчетные зависимости для выбора эффективных режимов работы сепараторов при непрерывной и периодической байпас ной очистке масла .127
4.2. Результаты анализа центробежной очистки сепараторами моторных масел в судовых комплексах М-Д-МС 145
4.3. Выбор сепараторов с заданными характеристика ми для систем смазки судовых двигателей 159
4.4. Технико-экономическая эффективность внедрения результатов исследований 164
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 170
ЛИТЕРАТУРА 174
ПРИЛОЖЕНИЕ 187.
- Процессы старения работающих моторных масел, характеристики и влияние продуктов загрязнений на техническое состояние двигателя
- Выбор и разработка метода дисперсионного анализа
- Результаты исследований дисперсного состава продуктов загрязнений работающих моторных масел
- Расчетные зависимости для выбора эффективных режимов работы сепараторов при непрерывной и периодической байпас ной очистке масла
Процессы старения работающих моторных масел, характеристики и влияние продуктов загрязнений на техническое состояние двигателя
Качество работающего моторного масла в процессе эксплуатации двигателей внутреннего сгорания постоянно меняется. Оно претерпевает непрерывные изменения, то есть, как принято выражаться, стареет.
Обычно под старением понимают сложный и, по мнению многих исследователей, до настоящего времени недостаточно изученный комплекс физических и химических процессов и явлений, приводящих к изменению состава и свойств масла. Несмотря на все многообразие и сложность процессов старения, его результаты, в конечном итоге, выражаются в потере эффективности действия присадок вследствие их срабатывания и в загрязнении масла продуктами различного происхождения. В связи с этим можно выделить два взаимосвязанных, но вместе с тем вполне самостоятельных, направления старения: срабатывание присадок и загрязнение масла. Каждое из этих направлений характеризуется определенными оценочными критериями. Применительно к судовым дизелям, первое из них достаточно полно и достоверно характеризуется щелочным числом а второе - общим содержанием продуктов загрязнений нерастворимых в бензине (НРБ).
Образование продуктов загрязнений начинается с первых часов работы двигателя за счет:
- 19 неполного сгорания дизельного топлива, в результате чего углеродистые частицы поступают из камеры сгорания в систему смазки двигателя /"8, 41, 57, 64, 97_7»
неполного сгорания моторного масла, продукты которого из камеры также попадают в систему смазки работающего двигателя /"64, 977;
окисления масла, причем образование продуктов окисления особенно стимулируется контактным эффектом при трении /"2, 657;
износа трущихся поверхностей деталей двигателя и примесей, попадающих в систему смазки извне.
На интенсивность накопления продуктов загрязнений моторного масла влияют многие факторі. Среди них, по мнению многих исследователей, значительное место занимает нагрузка двигателя, которая может изменяться во времени в очень широких пределах. Такие режимы работы особенно характерны для двигателей энергетических установок судов промыслового флота / ЗЇ, 38, 85_7« В связи с этим непрерывно изменяются в процессе работы как скорость поступления, так и дисперсный состав продуктов загрязнений, поступающих в систему смазки двигателя.
В работах /"17, 77 и др. J были получены зависимости поступления продуктов загрязнений от нагрузки двигателя. Следовательно, на основании данных о параметрах изменения нагрузки по времени работы двигателя, полученных, например, с .помощью специальных автоматизированных устройств / 7_7» принципиально возможно судить об интенсивности накопления продуктов загрязнений в системе смазки. Это, в конечном счете, позволит дифференцировать периодичность сепарирования и сроки работы моторного масла до замены.
Выбор и разработка метода дисперсионного анализа
Для определения дисперсного состава твердых фаз в жидких вязких средах, применяются различные методы, причем ни один из них в настоящее время не стандартизирован Z"f6_7. Это весовые, утльтрафильтрационные, микроскопические, седиментометрические, светорассеивания, кондуктометрические, фотометрические и другие / 4, 6, 24, 72, 75, 116, 24, 277. Их выбор производится с учетом конкретных физико-химических свойств исследуемых дисперсных систем, требуемой точности результата, стоимости оборудования, времени, анализа и квалификации персонала. Однако для определения параметров массового распределения частиц продуктов загрязнений работающих моторных масел по размерам, многие из них не могут быть использованы. В настоящее время наиболее распространенными методами дисперсионного анализа частиц продуктов загрязнений в моторных маслах являются - микроскопический и седиментометрический.
Микроскопический метод, в том числе с электронной оптикой, заключается в измерении условных размеров и в подсчете числа частиц в заданном интервале размеров визуально, либо по микрофотографиям препарата. Минимальные радиусы частиц, определяемые с помощью оптического микроскопа с обычной световой оптикой, составляют 0, 0,5 мкм, электронного микроскопа - 0,001 мкм / 90,92_7»
Точность микроскопического метода зависит от двух факторов: один из них - субъективные ошибки измерений, зависящие от наблюдателя и характеристик (особенностей) применяемого прибора, другой - обусловлен статистическим характером измерений. Кроме того, при подготовке пробы и проведении измерений протекают необратимые процессы укрупнения частиц в дисперсной системе. Ошибки, вносимые этими факторами, могут быть значительными и достигают 20 % и более /"90У"; Опыт показывает, что для получения надежных данных при определении параметров плотности распределения массы частиц по размерам, необходимо подсчитать и измерить до нескольких тысяч частиц в одном поле зрения /"92, 93.7, причем для получения достаточно представительного результата, необходимо брать несколько объектов зрения с несколькими полями зрения в каждом.
Так, например, по методу определения дисперсного состава загрязнений /"45J7, количественный анализ частиц размером CL ,5 мкм ведется по четырем объектам зрения, в каждом из которых исследуется пять полей зрения, что затруднительно для оператора.
Таким образом, основной недостаток метода - трудоемкость получения количественных результатов. Не менее серьезным недостатком этого метода является невозможность достаточно точного определения размеров частиц, условный диаметр которых не превышает 1;5 мкм,.в то время как частицы с такими размерами, как было отмечено ранее, преобладают во всей массе наблюдаемых частиц загрязнений Z 64_7.
Преимуществом микроскопии перед другими методами является возможность непосредственного прямого наблюдения за размерами частиц, что позволяет получать предварительные данные о наиболее вероятных размерах.
Учитывая все эти недостатки и преимущества методов микроскопии, можно сделать вывод, что в большинстве случаев они могут применяться лишь как вспомогательно-проверочные, дающие возможность получать первичную качественную оценку загрязненности моторных масел.
Результаты исследований дисперсного состава продуктов загрязнений работающих моторных масел
В результате проведенного дисперсионного анализа были получены параметры распределений, характеризующие дисперсный состав частиц загрязнений в работающих маслах судовых двигателей (см. табл. 3 . .. комплексы 1-6;8). Их значения представлены в таблице 3.2.1.
Близкие к ним параметры дисперсного состава частиц продуктов загрязнений работающих моторных масел ( $е = 0,5 ,3 мкм; б в 0,25 -J- 0,70 мкм; С?_ = 0,38 - ,0 мкм) получены японскими исследователями %LJ.
Как следует из таблицы 3.2.1, чем лучше качество масла, тем меньше значения параметров распределения, т.е. дисперсность частиц загрязнений повышается.
В подтверждение этого можно добавить следующее. Известно, что динамика щелочного числа работающего масла является характеристикой, достаточно полно отражающей химическое расходование (срабатывание) присадок, обладающих щелочностью, как неотъемлемым свойством их молекул. В связи с этим, можно ожидать, что с потерей эффективности действия присадки, то есть со снижением щелочного числа, дисперсность частиц продуктов загрязнений масла также будет снижаться. Точно также масла с большой щелочностью должны иметь более высокую дисперсность частиц загрязнений за одно и то же время работы в двигателе.
Справедливость этих предположений получила экспериментальное подтверждение, о чем свидетельствуют полученные автором данные /"08.7, приведенные в таблице 3.2.2. На основании этих результатов можно сделать вывод о том, что для прямой количественной оценки диспергирующей способности моторных масел и присадок к ним можно использовать такие параметры массового распределения частиц загрязнений по размерам как о или & пъ
Для более детального исследования изменения дисперсного состава в процессе сепарирования проанализированы пробы масла, взятые из систем, смазки двух вспомогательных дизель генераторов (см. табл. 3.1.1, комплексы 9-10). Результаты дисперсионного анализа и другие данные приведены в таблице 3.2.3. На рис. 3.2.1 представлены изменения . , а на рис. 3.2.2 дифференциальных функций распределения массы частиц загрязнений по размерам в процессе сепарирования масел в системах смазки этих двигателей.
Как видно из рис. 3.2.2 и табл. 3.2.2 через определенное время сепарирования наступает стабилизация дисперсного состава и концентрации продуктов загрязнений, причем уровень стабилизации зависит от марки сепаратора и дисперсности, что подтверждают выводы, сделанные.
Расчетные зависимости для выбора эффективных режимов работы сепараторов при непрерывной и периодической байпас ной очистке масла
За последние годы достигнуты значительные успехи в производстве судовых сепараторов. Однако вопросы выбора эффективных режимов их работы для различных комплексов М-Д-МС и дисперсных систем с различными характеристиками еще не получили должного теоретического и экспериментального обоснования.
Обычное решение задачи выбора эффективных режимов работы сепараторов, как об этом указывается, например, в работах /"59, 60 _7, сводится к поддержанию концентрации продуктов загрязнений на некотором безопасном для двигателя уровне. В настоящее время такое решение нельзя признать достаточным по следующим соображениям.
Основная масса продуктов загрязнений масла (см. 1.1) представлена мельчайшими частицами органического происхождения, роль которых в формировании текущего состояния двигателя уже обсуждалась, причем по результатам этих обсуждений делается вывод, что их удаление при очистке может оказаться не только бесполезным, но даже и вредным, хотя бы потому, что они могут играть положительную роль а процессах трения и изнашивания. Бесполезность удаления таких примесей особо подчеркивается тем, что именно с ними удаляется часть присадки, способной выполнять в двигателе и другие положительные, помимо диспергирующие, функции f42j.
Поэтому цель очистки должна состоять не только в поддержании определенного безопасного уровня концентрации продуктов загрязнений, но и в обеспечении заданного их дисперсного состава.
Существование некоторого оптимального по производительности режима работы сепаратора, обеспечивающего в рассматриваемых условиях минимальный уровень концентрации продуктов загрязнений в очищаемом масле определенного дисперсного состава, отмечается многими исследователями и объясняется обычно следующим образом. При малой производительности, несмотря на высокую эффективность очистки, концентрация продуктов загрязнений остается достаточно большой вследствие относительно небольшого количества масла, очищаемого в единицу времени. Излишнее повышение производительности, увеличенная кратность очистки, одновременно ведет к снижению ее эффективности и, в результате, необходимое снижение концентрации также не достигается.
