CC BY
80
Библиографический список
1. Непогодьев, А. В. Химический состав отработанного моторного масла / А В. Непогодьев // ХТТМ. - 1974. - № 12. -С. 50-53.
2. Колунин, А. В. Влияние отрицательных температур окружающей среды на периодичность технического обслуживания силовых установок дорожных и строительных машин : дис. ... канд. техн. наук : 05.05.04 : защищена: 16.02.07 : утв. 11.05.07 / Колунин Александр Витальевич. - Омск, 2006. - С. 40-74.
3. Корнеев, С. В. Влияние обводнения на содержание присадок в моторных маслах / С. В. Корнеев, Д. Н. Пилипенко, А. В. Колунин // Строительные и дорожные машины. -2003. -№ 12. - С. 17-19.
4. Корнеев, С. В. Обводнение и коллоидная стабильность моторных масел / С. В. Корнеев, В. М. Дудкин, А. В. Колу-нин // Химия и технология топлив и масел. - М., 2006. -№ 4. - С. 33-34.
5. Руководство по эксплуатации автомобилей семейства «Мустанг». МО РФ ГАБТУ. - 2006.
БЕЛОКОПЫТОВ Сергей Викторович, аспирант кафедры «Тепловые двигатели и автотракторное электрооборудование» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии; преподаватель
кафедры «Ремонт бронетанковой и автомобильной техники» Омского автобронетанкового инженерного института (ОТИИ).
Адрес для переписки: [email protected] ГЕДЗЬ Андрей Джонович, кандидат технических наук, заместитель начальника кафедры «Ремонт бронетанковой и автомобильной техники» ОТИИ. Адрес для переписки: [email protected] КОЛУНИН Александр Витальевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Ремонт бронетанковой и автомобильной техники» ОТИИ. Адрес для переписки: [email protected] ГЕЛЬВЕР Сергей Александрович, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры физики и химии Омского государственного университета путей сообщения.
Адрес для переписки: [email protected] МАРКОВ Александр Борисович, доцент кафедры «Ремонт бронетанковой и автомобильной техники» ОТИИ.
Адрес для переписки: [email protected]
Статья поступила в редакцию 20.12.15 г. © С. В. Белокопытов, А. Д. Гедзь, А. В. Колунин, С. А. Гельвер, А. В. Марков
УДК 629.4.082.55 с. В. БЕЛОКОПЫТОВ
А. В. КОЛУНИН А. И. БЛЕСМАН Д. А. ПОЛОНЯНКИН
Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия,
г. Омск
Омский автобронетанковый инженерный институт
Омский государственный технический университет
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ ОСАДКА ОБВОДНЕННОГО МОТОРНОГО МАСЛА М-8Г2К_
В статье рассматривается влияние обводнения моторного масла М-8Г2к на процесс образования в нем осадка, описана методика исследования качественного и количественного состава осадка моторного масла М-8Г2к при его 1 %-ном обводнении. Приводятся результаты исследования элементного состава и его распределения в осадке моторного масла.
Ключевые слова: моторное масло, обводнение масла, осадок, растровая электронная микроскопия, элементный состав.
В 1955 году англо-американские инженеры впервые обратили внимание на мазеобразные отложения чёрного цвета в системах смазки двигателей внутреннего сгорания [1, 2]. Некоторое время спустя к таким образованиям проявили интерес советские учёные [3].
Специфика природно-климатических условий зоны холодного климата России (низкие температуры окружающего воздуха, большая продолжительность зимнего периода) обусловливает целый ряд
особенностей эксплуатации двигателей внутреннего сгорания ДВС. Обводнение моторных масел является одной из наиболее важных проблем, оказывающих непосредственное влияние на эксплуатационные характеристики ДВС. Ее исследованием занимались К. К. Папок, А. Б. Виппер, А. В. Непогодьев, С. В. Вен-цель, С. В. Корнеев. Особенно актуальна проблема обводнения для техники, эксплуатируемой в условиях холодного климата [4]. Было установлено, что температурные условия окружающей среды, в кото-
Рис. 1. Образование осадка при 1%-ном обводнении моторного масла М-8Г2к
15кУ Х1,000 Юрт
09 50 БЕ!
Рис. 2. Микрофотография поверхности пробы масла при его 1%-ном обводнении
рых эксплуатируется техника, оказывают существенное влияние на процесс обводнения моторных масел [5]. Известно, что причинами попадания воды в систему смазки являются недостаточные уплотнения агрегатов, а также абсорбционно-десорбционные и конденсационные процессы, в результате которых происходит поглощение и накопление воды в агрегатах из влаги воздуха. Установлено, что масла с присадками, по сравнению с базовыми, способны накапливать в 40 раз больше воды [6]. Анализ пробы масла, отобранного с запущенного и прогреваемого при температуре окружающего воздуха минус 32 °С двигателя, показал содержание в нем 0,018 % воды [7].
Существует множество путей поступления воды в моторные масла при их транспортировании, хранении и применении. Как известно, различные виды топлива, применяемые для работы ДВС, имеют углеводородный состав. При горении углеводородов происходит образование паров воды в камере сгорания. Неотъемлемой частью рабочего процесса двигателя является прорыв газов через замки поршневых колец в подпоршневое пространство. В условиях низкотемпературного режима совокупность данных факторов сопровождается конденсационными процессами и накоплением воды в смазочной системе. Вода вызывает гидролиз и деструкцию присадок в маслах, снижает их смазочную и моющую функции, повышает коррозионную активность масел за счёт образующихся минеральных кислот. Наличие воды приводит
к интенсивной коагуляции примесей и присадок в масле с образованием шламов, которые быстро загрязняют масляные фильтры, маслоприёмники насосов, масляные каналы, что повышает расход масла на угар и ускоряет изнашивание ДВС [8].
Повышение требований к способности масла предотвращать образование как высокотемпературных (нагары и лаки в зоне цилиндропоршневой группы) , так и низкотемпературных (шламы) отложений [9] обусловливает необходимость в исследовании влияния обводнения на процесс образования осадка в моторном масле и его состав.
Для определения последствий обводнения был проведён эксперимент, который выполнялся по специально разработанной методике с использованием свежего моторного масла гарантированного качества М-8Г2к (Гост 8581-78). Методика эксперимента предусматривала введение 1 % воды в пробу моторного масла, его тщательное перемешивание и отстаивание в течение 72 часов. По истечении указанного времени произошло расслоение жидкости. На рис. 1 представлены фотографии смеси масло-осадок с зеркальным отражением донной части ёмкостей.
В нижней части смеси образовался хлопьевидный осадок жёлтого и светло-желтого цвета, который представлял наибольший интерес. Осадок был отобран для проведения рентгеноспектрального и элементного анализов. Отобранная проба осадка подготовлена для исследования с предварительным нагре-
U-
001
SAF Method Standardless Quantitative Analysis(Oxide) Fitting Coefficient : 0.2867 Total Oxi.de : 24.0
Element (kev) Mass % Error% Mol% Compound Mass% Cation К
С К 0 .277 60 .IB 0. . 11 90 .29 С 60. .18 0 .00 50. . 7734
0 16 .12
Na К 1 .041 0. .21 0. .09 0 .08 Na20 0. .28 0 .21 0. . 3433
Mg К* 1 .253 0 .16 0. .03 0 12 MgO 0. .27 0 .16 0. .2631
Р К 2 .013 1 .63 0. .13 0 . 4 7 P205 3. .73 1 .25 3. .4223
S К 2 .307 5 .83 0. .13 3 .28 S03 14 . .55 4 .33 12. .7906
Ca К 3 . 590 11 .82 0. .14 5 . 31 CaO 16. .54 1 .03 25. .2751
Zn К' 8 . 630 0. .46 1. .33 0 .13 ZnO 0. .57 0 .17 0. . 8168
РЬ М 2 .342 3 .60 0. .26 0 . 31 PbO 3. . 87 0 .41 6. . 3154
Total 100, .00 100 ,00 100. ,00 13 . 56
Рис. 3. Элементный состав пробы масла при его 1%-ном обводнении
вом до температуры, не превышающей температуру вспышки масла. Использовались следующие приборы и оборудование:
1) тигли фарфоровые 2 шт., наружным диаметром 7 и 2 см;
2) муфельная универсальная электропечь SNOL 6,7/1300.
В фарфоровый тигель диаметром 7 см, наполненный песком, помещается тигель диаметром 2 см, с 1 мл тщательно перемешенной пробы испытуемого масла. Нагревание на песочной бане используется для достижения более равномерного распределения температуры. Затем тигли с использованием муфельных
щипцов переносятся в муфельную электропечь SNOL 6,7/1300. Температура в печи постепенно повышается (скорость нагрева составляет 3 °С/мин), образец выдерживался при температуре 350 °С в течение 4-х часов до образования тонкого прочного лакоподобного слоя коричнево-черного цвета.
Полученный образец исследовался на растровом электронном микроскопе (РЭМ) Jeol JCM-5700 в режиме высокого вакуума. Тип сигнала — вторичные электроны (SEI). Величина ускоряющего напряжения менялась в диапазоне от 15 до 20 кВ, причем для получения более высокого разрешения ускоряющее напряжение уменьшалось. В результате исследования
LineArialysis - ViewOOO
с к о к
Mg К Р К
S К Са К Zn К
0.00
Distance
0.13 mm
ijeoL
Рис. 4. Энергетические спектры элементов в пробе масла при его 1%-ном обводнении
образца методом РЭМ получены сведения о локальных изменениях элементного состава твердой фазы масляной пробы.
Получены микрофотографии твердой фазы масляной пробы с увеличением до 1000 крат (рис. 2). Проведено исследование качественного и количественного элементного состава образца (рис. 3). В результате количественного анализа твердой фазы масляной пробы получена информация о массовом и атомном составе элементов, а также их оксидов в образце (табл. 1, табл. 2).
На основе проведенного исследования образца пробы масла можно сделать следующие выводы:
1) методика подготовки масляного осадка для его исследования методом РЭМ с использованием Jeol ЛСМ-5700 позволяет добиться образования тонкого прочного лакоподобного слоя (твердой фазы масляной пробы), то есть состояния, пригодного для изучения в режиме высокого вакуума;
2) исследование осадка обводненного моторного масла М-8Г2к по предложенной методике позволило провести визуализацию твердой фазы масляной пробы и ее рентгеноспектральный анализ с использованием программного пакета JED-2300 AnalysStation;
3) качественный и количественный анализ позволил идентифицировать в составе образца углерод,
Таблица 1
Массовый и атомный состав элементов твердой фазы масляной пробы
Элемент Массовая доля, % Атомная доля, %
C 60,18 90,29
O 16,12 -
Na 0,21 0,08
Mg 0,16 0,12
P 1,63 0,47
S 5,83 3,28
Ca 11,82 5,31
Zn 0,46 0,13
Pb 3,60 0,31
Таблица 2 Массовый и атомный состав оксидов твердой фазы масляной пробы
Соединение Массовая доля, % Атомная доля, %
C 60,18 50,77
MgO 0,27 0,26
P2O5 3,73 3,42
SO3 14,55 12,79
CaO 16,54 25,28
ZnO 0,57 0,82
PbO 3,87 6,32
кислород, натрий, магний, фосфор, серу, кальций, цинк и свинец с различным процентным содержанием атомных и массовых долей, а также их оксидов;
4) исследование энергетических спектров в различных областях образца позволяет сделать вывод о равномерности распределения элементов в пробе (рис. 4).
Библиографический список
1. Rogers, D. T. Mechanism of engine sludge formation and additive action / SAE Preprint // D. T. Rogers, W. W. Rice, E. L. Jonack. - № 639 Nov. - 1955. - P. 56-59.
2. Quillian, R. D. Cleaner crankcases with blow by diversion / SAE Preprint // R. D. Quillian, N. T. Meckel, J. V. Moffitt. -№ 801 В. - 1964. - P. 63-65.
3. Отчёт Коломенского тепловозостроительного завода / № 1Д42. - 1964. - 198 с.
4. Кох, П. И. Климат и надёжность машин / П. И. Кох. -М. : Машиностроение, 1981. - 175 с.
5. Школьников, В. М. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости / В. М. Школьников. - М. : Химия, 1989. - С. 122-124.
6. Кожекин, А. В. Влияние воды на противоизносные и противозадирные свойства трансмиссионных масел / А. В. Ко-жекин, В. Л. Лашхи, А. Б. Виппер // Нефтепереработка и нефтехимия. - 1978. - № 4. - С. 18-20.
7. Непогодьев, А. В. Химический состав отработанного моторного масла / А. В. Непогодьев // ХТТМ. - 1974. - № 12. -С. 50-53.
8. Корнеев, С. В. Влияние обводнения на содержание присадок в моторных маслах / С. В. Корнеев, Д. Н. Пилипенко, А. В. Колунин // Строительные и дорожные машины. - 2003. -№ 12. - С. 17-19.
9. Разработка рекомендаций по унификации номенклатуры используемых смазочных материалов : заключ. отчет о НИР : № 674/64-06 / Рук. темы. С. В. Корнеев. - Омск : СибАДИ. -2006. - 98 с.
БЕЛОКОПЫТОВ Сергей Викторович, аспирант кафедры «Тепловые двигатели и автотракторное электрооборудование» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии; преподаватель кафедры «Ремонт бронетанковой и автомобильной техники» Омского автобронетанкового инженерного института (ОТИИ).
Адрес для переписки: [email protected] КОЛУНИН Александр Витальевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Ремонт бронетанковой и автомобильной техники» ОТИИ. Адрес для переписки: [email protected] БЛЕСМАН Александр Иосифович, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры физики Омского государственного технического университета (ОмГТУ). Адрес для переписки: [email protected] ПОЛОНЯНКИН Денис Андреевич, кандидат педагогических наук, старший преподаватель кафедры физики ОмГТУ.
Адрес для переписки: [email protected]
Статья поступила в редакцию 16.02.2015 г. © С. В. Белокопытов, А. В. Колунин, А. И. Блесман, Д. А. Полонянкин
Книжная полка
Галдин, В. Д. Основы трансформации теплоты : учеб. пособие / В. Д. Галдин. - Омск : ОмГТУ, 2015. - 110 c. - ISBN 978-5-8149-1940-3.
Рассмотрены термодинамические основы трансформации теплоты, рабочие вещества трансформаторов теплоты, рабочие процессы в компрессоре. Приведены схемы и циклы паровых, пароэжекторных, абсорбционных, газовых холодильных машин и тепловых насосов. Даны примеры расчета холодильных машин и их элементов. Предназначено для студентов бакалавриата и магистратуры, обучающихся по направлению 140100 «Теплоэнергетика и теплотехника» при выполнении практических занятий, курсового проектирования и самостоятельной работы по дисциплинам «Основы трансформации теплоты» и «Разработка и исследование термодинамически идеальных и технически реализуемых тепловых схем».
