СПОСОБ ГРАФИТИЗАЦИИ МОТОРНОГО МАСЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F01M9/02 

Изобретение относится к технической эксплуатации двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и может быть использовано в технологических производствах регенерации моторных масел на судах, нефтебазах, нефтеперерабатывающих предприятиях и других отраслях народного хозяйства.

Известен способ графитизации моторного масла в системе смазки ДВС путем дозирования измельченного графита в виде присадки совместно с дисульфид молибденом марки МВЧ-1 или "Мосусил-1" [1] Стендовые моторные испытания, проведенные в Дунайском пароходстве, подтвердили эффективность их действия. При этом за 100 часов работы дизеля не наблюдалось их выпадания на фильтроэлементы масляной системы. Незначительная дозировка графитных присадок приемлема как модификатор трения для обкаточных режимов работы дизеля после ремонта или его моточистки. Однако имеются данные о том, что взаимодействие дозируемого графита с сажей и с продуктами триботехнического старения ухудшает работоспособность масла в узлах трения. Известно также и то, что твердые смазки-графит, дисульфид молибдена трудно удерживаются на поверхностях трения подшипников.

Известно устройство [2] со щелочными реагентами и галлоидом, в котором растворяются и размягчаются кристаллы сажи и нагароотложения. Применение такого устройства способствует стабилизации свойств моторного масла в дизелях на определенный период времени. При этом масло чернеет, а упомянутое загрязнение интенсивно очищается сепараторами и фильтрующими элементами масляной системы дизеля. Окрашивание масла в черный цвет свидетельствует о каком-то долевом растворении сажи (графита) в масляной среде, но отсутствуют основания считать это процессом графитизации, так как в многочисленных лабораторных анализах не зафиксировано улучшения свойств работающего моторного масла, например, по температуре вспышки основного показателя явления графитизации. Окрашивание моторного масла в черный цвет с наличием нерастворимых примесей при определенных значениях считают браковочным показателем и регламентируют стандартом ГОСТ 24943-81. Масла моторные. Фотометрический метод оценки загрязненности работавших масел (Госстандарта СССР).

Упомянутые способ и устройство являются ближайшими техническими решениями к заявленному изобретению и принятыми за прототип.

В настоящем изобретении полностью решена задача по графитизации работающего моторного масла непосредственно в системе смазки дизеля без специальной дозировки графита и дисульфит молибдена. Изобретение направлено на устранение отмеченных недостатков в прототипах, а также на расширение функциональных возможностей использования реагентов твердого ингибитора в трибохимическом режиме смазки дизелей.

В изобретении способ графитизации осуществлен непосредственно в аппарате стабилизации масла [2] установленном в систему смазки ДВС. В данном устройстве крупные дисперсные кристаллы нагароотложений и сажистых загрязнений масла размельчают и деструктируют элементами диспергаторного модуля с многократным диспергированием, резонированием, а также кавитированием и омагничиванием потоков масла до ультрадисперсной смеси. При этом получаемые деформируемые кристаллы сажи (графита) смачивают парами воды, образующимися в кавитационных и резонируемых зонах упомянутого модуля, тем самым улучшают структурность графитных кристаллов сажи для взаимодействия с углеводородными молекулами масла. Затем завихренные активированные потоки масла направляют в кассетный блок с реагентами твердого ингибитора (щелочной реагент) и галлоидный (йодный) дозатор, где углубляют структурность и дисперсность кристаллов сажи (графита) путем катализа, диспергирования и омагничивания на алюминиевых поверхностях и в объеме проницаемой конусной кассеты. Здесь же одновременно активируют ультрадисперсными поляризованными завихренными потоками масла хемосорбционные процессы со щелочными реагентами, а затем в объеме галлоидного дозатора внедряют йод в кристаллы сажи (графита), тем самым завершают процесс графитизации масла с улучшением физико-химических свойств работающего моторного масла. Обработанное таким образом масло направляют через выпускной патрубок в систему смазки ДВС.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена принципиальная схема подключения в масляную систему ДВС устройства, реализующего способ, на фиг. 2 диспергаторный модуль устройства; на фиг. 3 - компановка устройства с диспергаторными модулями.

На схеме фиг. 1 показано устройство 3 с подключением в штатную систему смазки дизеля 1 на участке маслопровода 2, выходящего из картера до расходного масляного бачка 4. Данный участок, как правило, имеет наибольшую температуру масла. Для способа графитизации предпочтительно иметь температуру масла не ниже 71^oС. Остальные устройства на фиг. 1 являются штатными: 5 фильтр грубой очистки, 6 масляный холодильник, 7 маслопровод, направленный на смазку деталей трения дизеля. Движение потока масла показано стрелками.

На фиг. 2 показзана компановка диспергаторного модуля, в состав которого входят: трубчатый корпус 8 с внутренними диафрагмами 9 и 12, связанными между собой врезками, при этом модуль входного патрубка устройства 3 со стороны кассетного блока снабжен пластинчатым оголовком из элементов 10 и 13 внутренних диафрагм (9, 12). В пластинчатом оголовке в центре диафрагм 9 и 12 образовано диффузорное сопло, с противоположной стороны модуля подобно и зеркально образован конфузор с крючками 11 и 14, которые предназначены для сцепления между собой деталей 8, 9, 12 с элементами 10 и 13. Последние элементы предохраняют модуль от выпадания в приемный патрубок устройства 3. В диафрагмы 9 и 12 в зоне конфузора врезан центральный трубчатый перфорированный диспергатор 15, противоположный конец которого зафиксирован жестко осью 18, которая проходит сквозь трубчатый корпус 8 между диафрагмами конфузора. Со стороны оголовка модуль дополнительно зафиксирован горизонтальной осью 37, проходящей сквозь трубчатый корпус 8 и пластинчатыми элементами оголовка диафрагм, с опорой на дно корпуса устройства 3. Трубчатый корпус 8 на участке, врезанном в оголовок, перфорирован вкруговую отверстиями 17. В диафрагмах 9 и 12 вдоль контактируемых торцов с трубчатым корпусом 8 вырезаны щели 16 для сепарации влаги из завихренных потоков масла. Трубчатый корпус 8, диафрагмы 9 и 12, трубчатый диспергатор 15 выполнены из дюраля или алюминия, а оси 18 и 37 из мягкой стали. В детали 15 перфорация выполнена вдоль всей трубки. Оголовок модуля служит опорой кассетного блока устройства внутри корпуса. В приемном патрубке устройства 3 модуль установлен коаксиально с зазором "А," изображенном на рис. 3.

Для графитизации работающего моторного масла форсированных дизелей предусмотрена установка каскадного, то есть втоpого диспергаторного модуля в выпускном патрубке устройства 3. При этом модуль выполнен, подобно модулю впускного патрубка, без оголовка, а врезки трубчатого корпуса 8 с диафрагмами 9 и 13 зафиксированы взаимно перпендикулярными осями (не показаны на фиг. 3) внутри патрубка 21 со стороны фланца последнего. С целью усиления эффекта в обработке продуктов засорения масла для формированных ДВС кассета 27 (фиг. 3) выполнена из дюраля или алюминия двухстенной, вместо одностенной, и с зеркальным расположением заостренных перфорированных поверхностей.

На фиг. 3 показана компановка диспергаторных модулей во входном 20 и выходном 21 патрубках и собранного кассетного блока в корпусе 19 аппарата стабилизации масла. В таком конструктивном устройстве реализован способ графитизации масла. В состав кассетного блока входят: соединительный перфорированный трубчатый элемент 22 с граненой шайбой 23, которая приварена в нижней части трубы. На шайбу 23 смонтирован постоянный магнит 25, а на него уложено стальное конусно-кольцевое гнездо 26 для сборки и опоры перфорированной конусной кассеты 27. Внутри данной кассеты упакованы реагенты твердого ингибитора (щелочной реагент) 28. Кассета 27 сверху закрыта перфорированной крышкой 29. На последнюю установлен перфорированный галлоидный дозатор 30 с йодной упаковкой 31. Таким образом центрально собран кассетный блок из перечисленных деталей на соединительном трубчатом элементе 22, верхняя оконечность которого снабжена резьбовым стержнем 24 и через него с помощью гайки-барашка 32 плотно обжат кассетный блок. После сборки и установки кассетного блока в корпусе 19 его фиксируют упорным болтом 33, который проходит в центре сквозь крышку 34 устройства. Последняя во фланцевом соединении уплотнена прокладкой (на фиг. 3 не показано) и плотно обжата болтами 35. Упорный болт 33 сверху крышки 34 также уплотнен прокладкой и глухой гайкой 36.

Компановку устройства осуществляют в следующем порядке. В начале во впускной патрубок 20 устанавливают диспергаторный модуль с оголовком, затем монтируют в патрубок 21 модуль без оголовка, а после этого осуществляют сборку кассетного блока.

Потоки масла на фиг. 3 показаны стрелками. Фланцы патрубков 20 и 21 предназначены для подключения устройства 3 (фиг. 1) в штатную систему смазки дизеля.

При сборке кассетного блока зарядку щелочных реагентов твердого ингибитора 28 и йодную упаковку в галлоидный дозатор 30 производят в соответствии со специальной инструкцией.

Устройство осуществляет способ следующим образом.

При работе дизеля 1 смазочное масло постоянно циркулирует в системе смазки по направлению стрелок, показанных на фиг. 1 и 3. Устройство 3 в систему смазки подключают, как правило, параллельно и с комплектом обслуживаемых клапанов. В зависимости от эксплуатационных факторов и качественных показателей моторного масла устройство работает на полном или частичном потоке масляной среды.

Для осуществления способа масло подают в устройство через входной патрубок 20 на элементы диспергаторного модуля, где смесь масла с крупнодисперсными кристаллами и псевдокристаллами графита из сажистых продуктов загрязнения и нагарообразований размельчают до мелкодисперсного кристалла с деформированной структурой. Такая структура кристаллов более восприимчива к омагничиванию, катализу и внедрению галлоида, а также хемосорбционным процессам с углеводородными молекулами масляной среды. С целью получения желаемого результата, масло поступающее в модуль, диспергируют и разделяют острыми кромками элементов модуля 11, 14, 8, 15 на три кольцевых объема: первый наружный объем формируют в зазоре "А", второй между трубчатыми деталями 8 и 15, а третий в объеме трубы 15. Одновременно с этим центральные объемы (второй и третий) дополнительно диспергируют и завихряют острыми кромками конфузора пластинчатых диафрагм 9 и 12, а кроме этого потоки масла на четыре объема, расположенных внутри упомянутых диафрагм. При входе в конфузор и трубчатый диспергатор 15 поступающие потоки масляной среды кавитируют осью 18, тем самым осуществляют более глубокое дробление продуктов загрязнения. При этом в зоне кавитации из масляной среды "выпаривают" воду, благодаря которой смачивают деформированные кристаллы и псевдокристаллы графита, тем самым улучшают структурирование углеводородных молекул и осуществляют ографичивание масляной среды. Частичные потоки масла через щели 16 сепарируют воду из своей среды при ударной силе в перпендикулярную поверхность трубчатого корпуса 8. Извлекаемую таким образом воду используют также для смачивания кристаллов и псевдокристаллов графита, тем самым уменьшают содержание воды в масляной среде, и способствуют улучшению качества масла по температуре вспышки, индексу вязкости и другим параметрам. Вместе с этим углубляют процесс графитизации масла. На выходе из модуля меняют направление масляного потока с вертикального на горизонтальное в радиусе прохождения под постоянным магнитом 25, тем самым масляную среду резонируют, одновременно напрямую омагничивают ее и поляризуют до молекулярного уровня. Путем омагничивания деформированных кристаллов и псевдокристаллов графита инициируют процесс ографичивания масляной среды.

Затем активированную масляную среду направляют к щелочным реагентам твердого ингибитора 28 через проницаемую конусную кассету 27 и, параллельно, встречным потоком через перфорированный трубчатый элемент 22, где потоки вновь завихряют, катализируют об алюминиевые поверхности кассетного блока. Тем самым интенсифицируют все физико-химические процессы по графитизации масляной среды и улучшению ее качества. После этого потоки масла направляют через перфорированную крышку 29 в йодную упаковку 31 йодного дозатора 30, где осуществляют внедрение йода в углеводородную молекулу через кристалл графита. Окончательную стадию способа ографичивания масла завершают в диспергаторном модуле выпускного патрубка 21, подобно процессу для модуля впускного патрубка 20. Ографиченное в устройстве 3 моторное масло через патрубок 21 выпускают в циркуляционную систему дизеля и таким образом цикл по ографичиванию масла непосредственно в работающем ДВС повторяют.

Контроль способа графитизации работающего моторного масла по контролируемым параметрам осуществляют путем анализа проб масла в лабораторных условиях.

Использование предлагаемого способа и устройства для его осуществления позволяет увеличить термостойкость, индекс вязкости, диспергирующую способность и другие параметры работающего моторного масла непосредственно в системе смазки ДВС, что существенно сокращает эксплуатационные расходы горюче-смазочных материалов и значительно увеличивает срок службы моторных масел. При этом уменьшаются коэффициенты трения и износы трущихся деталей.

Проявление эффекта ографичивания моторного масла непосредственно в системе смазки дизеля подтверждено экспериментальными данными: опыта N 1 прототипа и опыта N 2 предложенного изобретения. В обоих случаях дизели работали в трибохимических режимах смазки, то есть со щелочными реагентами твердых ингибиторов и йодными дозаторами, особо упакованными в устройствах стабилизации масла.

Экспериментальные данные опыта N 1.

Устройство смонтировано на новый судовой дизель 8ЧН 32/48 с номинальной мощностью 853 кВт. Емкость масляной системы 500 кг. Продолжительность эксплуатации в тяжелых промысловых условиях составила 9600 ч. Совершено 10 промысловых рейсов без замены масла на СРТ "Капитан Рогозин". В качестве горюче-смазочных материалов было использовано: дизельное топливо по ГОСТ 305-82 и моторное масло М14Г₂ЦС. Эксплуатационная нагрузка ходового времени по режимам работы главного дизеля распределилась следующим образом:
малый ход, ч 1216 или 12,69%
cредний ход, ч 339 или 3,5%
полный ход, ч 3989 или 41,56%
ход с тралом, ч 4056 или 42,25%
Результаты по 17 отобранным пробам масла (из лабораторных анализов) для оценки эффекта ографичивания по обусловленным данным приведены в таблице.

Экспериментальные данные опыта N 2.

Устройство для осуществления способа смонтировано на дизель-электростанции рыболовецкого колхоза "Север" в систему смазки дизель марки 6ЧН 25/34 с мощностью 345 кВт и емкостью масляной системы 340 кг. До монтажа устройства дизель отработал 34371 ч. с начала эксплуатации, то есть более половины ресурса. В опыте для проведения эксперимента было использовано моторное масло М10В₂ по ГОСТ 12337-84 с наработкой 4771 ч. Продолжительность опыта составила 2520 ч. Общая наработка масла 7291 ч. В качестве горючего использовано дизельное топливо по ГОСТ 305-82. Эксплуатационная нагрузка во время проведения опыта находилась в пределах 0,5.0,75 от номинальной мощности. Контрольные лабораторные анализы 4-х проб масла проведены в лаборатории топлив и масел ЦНИДИ. Полученные экспериментальные данные приведены в таблице по информативным параметрам для оценки эффекта ографичивания предложенного способа.

Выборка экспериментальных данных, приведенных в прилагаемой таблице, произведена из отчетов и технических актов эксплуатационных испытаний авторов, проведенных в колхозах "Мурман" и "Север".

Экспериментальные данные опытов N 1 и N 2 свидетельствуют о том, что численные значения температуры вспышки в пробах масла являются весьма информативным показателем эффекта ографичивания и улучшения моторного масла или снижения его качества в условиях эксплуатации.

В опыте N 1 за 9600 ч работы масла наибольшее изменение этого показателя в сторону снижения составило 33^oС или 15,3% от исходного значения. В опыте N 2 за 2520 ч работы дизеля по предложенному способу и устройством для его осуществления температуры вспышки моторного масла повысилась от исходного значения на 33^oС, то есть на 16,3%
Такое противоположное и положительное явление получено в работающем моторном масле непосредственно в ДВС в результате использования предложенного изобретения и свидетельствует о том, что эффективность его использования весьма существенна в сравнении с прототипом.

Использование: изобретение может быть использовано для стабилизации и улучшения термостойкости и смазывающих свойств моторных масел, преимущественно в системе смазки ДВС. Сущность изобретения: устройство содержит корпус 19, во впускном 20 и выпускном 21 патрубках которого установлены диспергаторные модули, с помощью которых перерабатывают нагароотложения и сажистые загрязнения масла до ультрадисперсной фракции, при этом получают кристаллы и псевдокристаллы графита, поверхность которых многократно структурируют элементами модулей путем диспергирования, кавитирования, резонирования, а также катализируют и активируют магнитными силовыми линиями магнитных полей. Процесс осуществляют без дозировки графита или сульфат молибдена. 2 с. и 12 з. п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1. Способ графитизации моторного масла преимущественно в системе смазки дизеля, отличающийся тем, что в системе смазки образуют структурированные мелкодисперсные кристаллы и псевдокристаллы графита из сажистых продуктов загрязнения масла и нагарообразований путем их измельчения до мелкодисперсного кристалла, катализа, омагничивания, а также насыщения элементами галлоида в дисперсных потоках масла в присутствии алюминиевых диспергаторных катализаторов и щелочных твердых реагентов. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве галлоида используют йод. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что процессы диспергирования, омагничивания и кавитирования осуществляют последовательно в устройстве с циркуляционным потоком масла. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе графитизации масла осуществляют долив масла "на угар" в систему смазки дизеля при любых нагрузках дизеля и температуре масла в системе не ниже 71^oС преимущественно. 5. Устройство графитизации моторного масла, преимущественно в системе смазки дизеля, содержащее корпус с впускным и выпускным патрубками для ввода и вывода масла и установленный в корпусе кассетный блок с реагентами твердого ингибитора и галлоидом, отличающееся тем, что во впускном патрубке до реагентов и в выпускном патрубке после реагентов установлены с коаксиальными зазорами диспергаторные модули, состоящие из трубчатого корпуса с внутренними диафрагмами, которые между собой связаны врезками, при этом модуль входного патрубка со стороны кассетного блока снабжен пластинчатым оголовком с образованием в центре диафрагм диффузорного сопла, с противоположной стороны подобно и зеркально образован конфузор с крючками на концах диафрагм для фиксации от выпадания модуля, в диафрагмы в зоне конфузора врезан центральный трубчатый перфорированный диспергатор, противоположный конец которого зафиксирован жестко осью, проходящей в трубчатом корпусе между диафрагмами конфузора, а со стороны оголовка модуль дополнительно зафиксирован горизонтальной осью, проходящей сквозь трубчатый корпус между пластинами оголовка диафрагм, с опорой на дно корпуса устройства. 6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что трубчатый корпус, диафрагмы и центральный трубчатый диспергатор выполнены из дюраля или алюминия, а оси из мягкой стали. 7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что в диафрагмах вдоль контактируемых торцов с трубчатым корпусом вырезаны щели для сепарации влаги из завихренных потоков масла. 8. Устройство по п.5, отличающееся тем, что трубчатый корпус на участке, врезанном в оголовок, перфорирован вкруговую. 9. Устройство по п.5, отличающееся тем, что в центральном трубчатом диспергаторе перфорация выполнена вдоль всей трубки. 10. Устройство по п.5, отличающееся тем, что диспергаторный модуль выпускного патрубка выполнен подобно модулю впускного патрубка без оголовка, при этом врезки трубчатого корпуса с диафрагмами зафиксированы взаимно перпендикулярными осями внутри патрубка со стороны фланца последнего. 11. Устройство по п.5, отличающееся тем, что кассетный блок снабжен постоянным магнитом со сборочным гнездом конусной кассеты со стороны диспергаторного модуля впускного патрубка. 12. Устройство по п.5, отличающееся тем, что конусная кассета выполнена двухстенной и с зеркальным расположением заостренных перфорированных поверхностей. 13. Устройство по п.5, отличающееся тем, что конусная кассета выполнена из дюраля или алюминия. 14. Устройство по п.5, отличающееся тем, что кассетный блок с диспергаторным модулем впускного патрубка контактирует при сборке через постоянный магнит, опирающийся на пластинчатый оголовок упомянутого модуля.