СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ В СМАЗОЧНЫХ МАСЛАХ Российский патент 2007 года по МПК G01N25/14 

Изобретение относится к экспресс-методам определения наличия и концентрации охлаждающей жидкости в свежих, работающих и отработанных смазочных маслах в стационарных и полевых условиях.

Известен способ определения наличия охлаждающей жидкости в смазочных маслах методом нагревания некоторого количества испытуемого масла до 130°С и наблюдения за его состоянием. Наличие влаги в масле считается установленным, если при вспенивании или без него слышен треск не менее двух раз [ГОСТ 1547-84. Масла и смазки. Методы определения наличия воды].

В случае, когда слышен только однократный треск, в том числе и при повторном нагревании масла, считают, что испытуемое масло не содержит влаги.

Данный метод позволяет дать качественную оценку наличия охлаждающей жидкости в масле типа «Да» или «Нет». Однако этот метод не пригоден для количественного определения охлаждающей жидкости в смазочных маслах.

Наиболее близким к предлагаемому является способ контроля наличия и концентрации охлаждающей жидкости в смазочных маслах методом опускания одной капли испытуемого масла на поверхность, нагретую до 150°С [Прибор для проверки масла в дизельном двигателе. Инструкция по эксплуатации №3-22-1, 799-201-6000. Япония, фирма KOMATSU Лтд. - 17 с.].

Согласно этому методу качественная проверка заключается в тщательном перемешивании испытуемой пробы масла встряхиванием, опускании одной капли испытуемого масла на поверхность, нагретую до 150°С, и наблюдении за его реакцией. Появление в объеме капли масла пузырьков водяного пара свидетельствует о наличии в масле охлаждающей жидкости. Если у масла реакция отсутствует, то в масле нет охлаждающей жидкости.

Количественную оценку концентрации охлаждающей жидкости осуществляют компаративным методом, то есть методом сравнения. Для осуществления этой проверки необходимо предварительно приготовить с помощью шприца эталонные смеси с концентрацией охлаждающей жидкости 0,2 и 1,0%. Первая смесь соответствует предельному значению охлаждающей жидкости в масле, а вторая - аварийному состоянию смазочного масла.

Далее один из образцов и испытуемое масло тщательно перемешивают встряхиванием. Затем сразу же после прекращения операции перемешивания одновременно, взяв в каждую руку по каплеобразователю, одним из которых берут из емкости эталонную смесь масла с охлаждающей жидкостью, а другим каплеобразователем берут из соответствующей емкости испытуемое масло и наносят с каждого каплеобразователя по одной капле на поверхность, нагретую до 150°С, и наблюдают за реакцией обеих капель. При этом сравнивают интенсивность образования и размер пузырьков водяного пара в проверяемом масле и эталоне. После этого выполняют проверку повторно с применением второй эталонной смеси масла с охлаждающей жидкостью. По результатам сравнения интенсивности и размера образующихся пузырьков водяного пара в проверяемом масле и эталонных смесях делают заключение о концентрации охлаждающей жидкости в испытуемом масле. Обеспечивая возможность качественного и количественного определения наличия и концентрации охлаждающей жидкости в масле, метод сложен в реализации операций количественной оценки (одновременное нанесение капель двумя каплеобразователями из разных емкостей на нагретую поверхность), а также необходимости изготовления и использования значительного количества эталонных смесей. При разномарочном парке машин потребность в значительном количестве эталонов обуславливается использованием разных охлаждающих жидкостей (вода и тосол), марок и типов масел в разных машинах и их агрегатах. В результате количество емкостей с эталонными смесями возрастает до 10-12 и более, что существенно усложняет процесс оценки концентрации охлаждающей жидкости в маслах не только в полевых, но в стационарных условиях. Выполнить операцию одновременного нанесения одиночных капель испытуемого масла и эталонной смеси даже опытному оператору удается обычно только с 3...5 попытки. При этом затрачивается значительное количество времени на удаление тканевой салфеткой после каждой попытки капель масла с нагретой поверхности. Поэтому часто приходится повторять операцию перемешивания эталонной смеси и испытуемого масла для восстановления равномерного распределения охлаждающей жидкости в объеме испытуемого масла и эталона.

Другим недостатком этого метода является возможность только диапазонной, то есть грубой количественной оценки концентрации охлаждающей жидкости в масле: 1 диапазон - то 0 до 0,2%; 2 диапазон - от 0,2% до 1,0% и 3 диапазон - от 1,0% до ∞. Такой подход позволяет отнести масло к одному из его возможных состояний по данному показателю его качества: работоспособное, неработоспособное или аварийное. Однако такая количественная оценка не позволяет осуществить полноценную диагностику исправности системы охлаждения агрегата машины, например двигателя внутреннего сгорания (ДВС) потому, что не известна фактическая концентрация охлаждающей жидкости в масле, а достоверность оценки на границах диапазонов носит субъективный характер потому, что она во многом зависит от опыта и способностей человека.

Задачей изобретения является повышение точности оценки при определении фактической концентрации охлаждающей жидкости в масле, более оперативное и простое экспресс-определение концентрации охлаждающей жидкости в смазочных маслах в стационарных и полевых условиях с применением минимального количества оборудования и без использования эталонных смесей.

Поставленная задача достигается тем, что для количественного определения концентрации охлаждающей жидкости в испытуемом масле с момента падения капли на поверхность ведут отчет времени до момента образования в объеме капли масла последнего пузырька водяного пара и по времени выкипания, как информативному параметру, судят о концентрации охлаждающей жидкости в данном масле, при этом определяют концентрацию охлаждающей жидкости по уравнению регрессии или по графической зависимости, полученной на основании опытных данных для эталонных смесей.

В результате исключаются затраты времени на тщательное перемешивание встряхиванием как минимум двух эталонных смесей и сокращается длительность самой процедуры анализа масла, а также исключаются затраты на расходные материалы и оборудование, необходимые для приготовления, хранения и применения эталонных смесей.

Благодаря этому время определения концентрации охлаждающей жидкости в испытуемом масле сокращается, как минимум, на 2/3 относительно времени, затрачиваемого при испытании масла по прототипу, принципиально упрощается процедура испытания, обеспечивается возможность определения фактической концентрации охлаждающей жидкости в масле, повышается достоверность количественной оценки и отпадает потребность в эталонных смесях.

Для реализации предложенного способа необходим электронагреватель, позволяющий регулировать его температуру, например как в прототипе, и пластиковая или стеклянная емкость объемом, например, 50 мл, заполненная испытуемым маслом на 30...60% для обеспечения равномерного распределения охлаждающей жидкости по объему масла при его перемешивании встряхиванием (как в прототипе), один каплеобразователь (стальной или стеклянный стержень с закругленным по радиусу концом), секундомер, например, ручных или карманных часов и уравнение регрессии или графическая зависимость, полученная на основании опытных данных для эталонных смесей.

Способ реализуется следующим образом. При качественной проверке испытуемая проба масла тщательно перемешивается встряхиванием для обеспечения равномерного распределения охлаждающей жидкости в объеме масла. Затем на предварительно нагретую до необходимой температуры поверхность электронагревателя опускают каплеобразователем одну каплю испытуемого масла и наблюдают за его реакцией. Появление в объеме капли масла пузырьков водяного пара свидетельствует о наличии в масле охлаждающей жидкости. Если у масла реакция отсутствует в течение 20...30 с, то в масле нет охлаждающей жидкости. На этом качественная проверка закончена. С нагретой поверхности тканевой салфеткой удаляют каплю масла. Данная проверка полностью совпадает с прототипом.

Если качественная оценка выявила наличие охлаждающей жидкости в испытуемом масле, то для количественной оценки фактической концентрации охлаждающей жидкости в испытуемом масле опускают каплеобразователем на предварительно нагретую до необходимой температуры поверхность одну каплю испытуемого масла и сразу после падения капли на поверхность электронагревателя начинают отсчет времени. Отсчет времени ведут до тех пор, пока в объеме капли масла образуются новые пузырьки водяного пара. Время образования последнего пузырька пара является финишным моментом окончания процесса выкипания охлаждающей жидкости из испытуемого масла. По этому моменту определяют числовое значение информативного параметра - «времени выкипания охлаждающей жидкости из испытуемого масла». Далее по числовому значению информативного параметра определяют концентрацию охлаждающей жидкости в данном масле, при этом судят о концентрации охлаждающей жидкости по уравнению регрессии или по графической зависимости, полученной на основании опытных данных для эталонных смесей. На этом количественная оценка закончена. С нагретой поверхности тканевой салфеткой удаляют каплю обезвоженного масла.

Наличие тесной функциональной зависимости времени выкипания охлаждающей жидкости от ее концентрации в масле обеспечивает высокую точность количественной оценки. Это возможно потому, что время выкипания является функционально однозначным информативным параметром концентрации охлаждающей жидкости в масле.

Из известного уровня техники не известно определение концентрации охлаждающей жидкости в свежем, работающем или отработанном масле экспресс-способом в полевых и лабораторных условиях, позволяющим определять фактическую концентрацию охлаждающей жидкости в масле с высокой точностью и при этом сократить время испытания, как минимум, на 2/3 относительно времени, затрачиваемого при испытании масла по прототипу, принципиально упростить процедуру испытания, а также отказаться от использования эталонных смесей, что в свою очередь сокращает потребность в оборудовании и расходных материалах. Поэтому можно сделать вывод, что техническое решения соответствует критериям «новизна» и «изобретательский уровень».

Качественная оценка отвечает на вопрос: «Испытуемое масло загрязнено охлаждающей жидкостью?» ответом в виде «Да» или «Нет». Информативными параметрами при этом определении является появление пузырьков водяного пара, образующихся в объеме капли испытуемого масла, опущенной на нагретую до определенной температуры поверхность, или их полное отсутствие. Появление пузырьков водяного пара в объеме капли испытуемого масла предполагает ответ «Да». В противном случае масло считается не загрязненным охлаждающей жидкостью, что предполагает ответ «Нет». Это определение позволяет выявить те масла, для которых не требуется количественное испытание, способствует сокращению общего времени проверки.

Количественное определение с применением нового разработанного метода заключается в оценке не только степени загрязненности масла охлаждающей жидкостью и признания его работоспособным или неработоспособным, но и возможности осуществления более объективной диагностики системы охлаждения, например, ДВС. Знание числового значения информативного параметра «времени выкипания», позволяет точно определить фактическую концентрацию охлаждающей жидкости в масле и таким образом обеспечить возможность распознавания фактической степени разгерметизации системы охлаждения. Это в свою очередь позволяет обосновать не только необходимость замены работающего масла по данному показателю его качества, но и сформулировать рекомендации по устранению неисправности системы охлаждения.

При оценке загрязненности масла охлаждающей жидкостью ее концентрацию определяют расчетным путем по уравнению регрессии, используя для этого полученное при испытании масла числовое значение информативного параметра - «времени выкипания», либо по таблице или графической зависимости информативного параметра от концентрации охлаждающей жидкости в масле.

Пример.

Приводим результаты одного из исследований заявленного способа экспресс оценки концентрации охлаждающей жидкости в смазочных маслах на примере современного всесезонного моторного масла, которое в настоящее время используется для смазывания ДВС отечественных и зарубежных машин - SAE 5W-40 API SJ/CF компании «Лукойл».

В качестве загрязнителей масла использовались вода водопроводная и тосол А-40.

Предварительно были изготовлены эталонные смеси из вышеуказанного товарного масла для каждого загрязнителя со следующими концентрациями: 0,2; 0,5; 1,0; 3,0 и 5,0% от объема масла.

Для достоверной аппроксимации экспериментальных данных диапазон исследованных концентраций поделен на две неравные части: 1 - от 0 до 1,0 и 2 - от 1,0 до 5,0% охлаждающей жидкости (ОЖ) в масле. Первый характеризуется тем, что в этом диапазоне находятся допускаемое и предельное значения концентраций ОЖ в испытуемом масле. Допускаемое и предельное значения концентраций ОЖ позволяют отнести анализируемое масло к одному из следующих состояний: работоспособное, неработоспособное и аварийное. Так при концентрации ОЖ, равной 0,2...0,3% и менее, моторное масло обычно считается работоспособным, а в противном случае - неработоспособным и подлежит замене в ближайшее время, а ДВС должен быть направлен в зону технического обслуживания для устранения неисправности системы охлаждения. А в случае, когда концентрация ОЖ в масле достигнет 1,0% и более, состояние моторного масла признается аварийным. В этом случае эксплуатация ДВС должна быть немедленно прекращена, неисправность устранена, а масло - заменено на свежее.

Исследование данного метода во втором диапазоне концентраций ОЖ обусловлено тем, что в этом диапазоне лежат предельные значения концентраций ОЖ, по которым принимают решение о возможности приемки данного отработанного масла на переработку.

Результаты исследования масел, загрязненных водой и тосолом.

На фиг.1 приведены графики зависимости времени выкипания воды и тосола из испытуемого масла от концентрации ОЖ в них для первого диапазона концентраций ОЖ, а на фиг.2 - для второго диапазона соответственно. Точки опытных данных, полученные на основании опытных данных для эталонных смесей, приведены на чертежах.

Опытные данные для воды аппроксимированы линейными уравнениями регрессии, а для тосола - полиномами второго порядка для первого и второго диапазонов концентраций ОЖ. Погрешность аппроксимации экспериментальных данных по воде не превышает 0,003 для первого диапазона и 0,0001% концентрации ОЖ для второго диапазона. Для тосола погрешность аппроксимации опытных данных не превышает 0,0001% концентрации ОЖ, о чем свидетельствует значение показателя R²=1, рассчитанное с точностью до четвертого знака после запятой.

Погрешность аппроксимации опытных данных осуществлялась с применением показателя R², используемого в среде Microsoft Excel.

Фактическое значение концентрации воды или тосола в маслах определяют по найденному при испытании масла значению времени выкипания воды непосредственно по таблице или графической зависимости, как это показано на фиг.2, либо вычисляют по преобразованному уравнению регрессии, например, которое приведено для воды на этом же чертеже

Х=(У-11,433)/32,6,

где У - информативный параметр - «время выкипания ОЖ из испытуемого масла», определяемый при анализе масла, с;

Х - концентрация ОЖ в испытуемом масле, %.

В первой графе таблицы «Значение информативного параметра, с» приведены значения информативного параметра в секундах для концентраций охлаждающей жидкости в испытуемом масле, начиная от 1,00 до 5,10% с шагом 0,10%.

Во второй графе таблицы приведены значения концентраций воды в испытуемом масле, которые определены по уравнению регрессии и соответствуют приведенным в первой графе значениям информативного параметра.

Для определения фактического значения концентрации воды в испытуемом масле необходимо определить с применением предлагаемого метода фактическое значение информативного параметра и найти в первой графе таблицы ближайшее к нему значение информативного параметра, а затем перейти вниз и считать соответствующее этому значению информативного параметра значение концентрации воды.

Таблица - Определение концентрации воды в масле по значению информативного параметра для второго диапазона концентраций ОЖЗначение информативного параметра, с44,047,350,653,857,160,363,666,970,173,476,679,983,286,4Концентрация воды в масле. %1,001,101,201,301,401,501,601,701,801,902,002,102,202,30 Значение информативного параметра, с89,792,996,299,5102,7106,0109,2112,5115,8119,0122,3125,5128,8132,1Концентрация воды в масле, %2,402,502,602,702,802,903,003, 103,703, 303,403,503,603,70 Значение информативного параметра, с135,3138,6141,8145,1148,4151,6154,9158,1161,3164,7167,9171,1174,4177,7Концентрация воды в масле, %3,803,904,004,104,204,304,404,504,604,704,804,905,005,10

В первой графе таблицы «Значение информативного параметра, с» приведены значения информативного параметра в секундах для концентраций охлаждающей жидкости в испытуемом масле, начиная от 1,00 до 5,10% с шагом 0,10%, которые приведены ниже во второй графе.

Во второй графе таблицы приведены значения концентраций воды в испытуемом масле в процентах от объема масла, которые рассчитаны по уравнению регрессии и соответствуют приведенным в первой графе таблицы значениям информативного параметра.

Для определения фактического значения концентрации воды в испытуемом масле необходимо определить с применением предлагаемого метода фактическое значение информативного параметра и найти в первой графе таблицы ближайшее к нему значение информативного параметра, а затем перейти вниз и считать соответствующее этому значению информативного параметра значение концентрации воды в графе «Концентрация воды в масле, %».

Изобретение относится к измерительной технике. Для количественного определения концентрации охлаждающей жидкости в испытуемом масле с момента падения капли на поверхность ведут отсчет времени до момента образования в объеме капли масла последнего пузырька водяного пара и по времени выкипания, как информативному параметру, судят о концентрации охлаждающей жидкости в данном масле, при этом определяют концентрацию охлаждающей жидкости по уравнению регрессии или по графической зависимости, полученной на основании опытных данных для эталонных смесей. Технический результат - повышение точности и оперативности определения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Способ определения концентрации охлаждающей жидкости в смазочных маслах, включающий перемешивание масла до равномерного распределения охлаждающей жидкости по объему испытуемого масла и опускание капли испытуемого масла на предварительно нагретую поверхность, отличающийся тем, что для количественного определения концентрации охлаждающей жидкости в испытуемом масле с момента падения капли на поверхность ведут отсчет времени до момента образования в объеме капли масла последнего пузырька водяного пара и по времени выкипания как информативному параметру судят о концентрации охлаждающей жидкости в данном масле, при этом определяют концентрацию охлаждающей жидкости по уравнению регрессии или по графической зависимости, полученной на основании опытных данных для эталонных смесей.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину концентрации охлаждающей жидкости используют при оценке загрязненности масла.